Şimşek çakması, yıldırım düşmesi, yünlü bir kumaşa yada saçımıza sürtülen plastik tarak veya ebonit çubuğun kağıt parçalarını çekmesi; kazağımızı çıkartırken, çıtırtılarla beraber kıvılcımların görülmesi vb. olaylar, durgun elektriğin günlük hayatımızdaki etkilerinden bazılarıdır.
Elektrik Yükleri ve Özellikleri
Maddenin temelini oluşturan atomlar; elektron, proton ve nötron adı verilen üç temel yapıdan meydana gelmiştir. Bir atomun çekirdeğinde(+) yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar, çekirdeğin çevresindeki yörüngelerde de (-) yüklü elektronlar vardır. Elektronun ve protonun elektrik yüklerinin değerleri eşit olup protonun kütlesi, elektronun kütlesinin yaklaşık 2000 katıdır.
Elemanter Yük:
Tabiatta rastlanan en küçük elektrik yükünün “elektron yükü” olduğu görülmüş ve “elemanter yük (e.y)” olarak adlandırılmıştır. \((1e.y = 1,6 \cdot {10^{ – 19}}Coulomb)\)
Elektron sayısı proton sayısına eşit olan atomlara nötr atom denir. Elektron sayısı proton sayısına eşit olmayan atomlara iyon (yüklenmiş atom) denir. Elektron sayısı fazla olana negatif iyon, az olana ise pozitif iyon denir.
Cisimlerin Elektriklenmesi
Bir cismin yüklenmesi, onun atomlarından elektron sökülmesi ya da atomlarına elektron eklenmesi demektir. Cisimler genel olarak; sürtünme, dokunma ve etki (tesir ya da indüksiyon) olmak üzere üç yöntemle elektrik yükü kazanabilirler.
a) Sürtünme İle Elektriklenme
Önce yüksüz olan bir cam çubuk, yüksüz ipek kumaşa sürtüldüğünde, camdan kumaşa elektron geçişi olur. Böylece cam (+), ipek kumaş ise (-) elektrik yüküyle yüklenmiş olur. Bu olayda, cam çubukta ne kadar (+) yük varsa, ipek kumaşta da aynı sayıda (-) yük olur. Aynı işaretli yükler birbirini iteceğinden, camdaki ve ipek kumaştaki yükler uç kısımlarda bulunur. Aynı şekilde yüksüz olan plastik (ebonit) bir çubuk, yüksüz yünlü kumaşa sürtüldüğünde, kumaştan çubuğa elektron geçişi olur ve plastik çubuk(-), kumaş da(+) elektrik yüküyle yüklenmiş olur. Sürtünme ile yüklenmede, sürtünen cisimlerin elektrik yüklerinin işaretleri zıt, miktarları eşittir. (Yükün korunumu kanunu)
b) Dokunma İle Elektriklenme
Yüklü bir iletken cisim, yüklü veya yüksüz (nötr) bir iletken cisme dokundurulduğunda toplam (net) yüklerini, dış yüzeylerinin büyüklüğüyle orantılı olarak paylaşırlar. Küreler ise net yükü, yarıçaplarıyla doğru orantılı olarak paylaşırlar. Yarıçapları \({r_1}\) ve \({r_2}\) olan iki kürenin yükleri \({q_1}\) ve \({q_2}\) ise son yükleri;
\(q_1^/ = \frac{{{q_1} + {q_2}}}{{{r_1} + {r_2}}} \cdot {r_1}\)
\(q_2^/ = \frac{{{q_1} + {q_2}}}{{{r_1} + {r_2}}} \cdot {r_2}\)
bağıntılarıyla bulunur.
c) Etki İle Elektriklenme
Yüklü bir cisim, yüksüz bir iletkene yaklaştırıldığında; yüklü cisim, kendisininkiyle zıt işaretli olan yükleri çeker, aynı cins yükleri ise metalin diğer ucuna doğru iter. İletken üzerindeki net yükün sıfır olacağı bu duruma kutuplaşma denir. Örneğin negatif (-) yüklü bir K cismi , yüksüz (nötr) bir metal çubuğa yaklaştırılırsa ;
– K cismine yakın uçta (+) , uzak uçta ise(-) yükler birikir ve bir kutuplaşma meydana gelir.
– Eğer iletken bir tel, metal çubuk ile toprak arasına şekildeki gibi bağlanırsa (-) yükler toprağa akar.
– K cismi uzaklaştırılmadan metal çubuğun toprakla bağlantısı kesilirse, üzerinde(+) yük fazlalığı meydana gelir.
– Daha sonrada (-) yüklü K cismi uzaklaştırılırsa, metal çubuk üzerinde (+) yük fazlalığı olacak yani metal çubuk (+) yükle yüklenmiş olacaktır.
Not: Dokunma ile elektriklenmede her iki cisim de aynı cins elektrik yüküyle yüklendiği halde, etki ile elektriklenmede cisimlerin yükleri zıt işaretlidir.
Elektroskop
Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, yüklü ise yükünün cinsini anlamaya yarayan alettir. İyi iletken metal bir çubuğun bir ucunda metal topuz veya levha, diğerucunda ise hafif ve kolay hareket edebilen altın veya alüminyum yapraklar bulunur.Bu sistem, yaprakların hareketini görebilmek ve havanın etkisine engellemek için bir cam kap (muhafaza) içerisine yerleştirilir. Elektroskop yüksüz iken yapraklar kapalıdır. Yüklendiğinde ise, aynı cins yükler birbirini iteceğinden yapraklar açılır. Nötr bir elektroskoba yüklü bir cisim yaklaştırıldığında yapraklar açılır. Örneğin;(-) yüklü bir cisim, yüksüz ve dolayısı ile yaprakları kapalı olan bir elektroskoba yaklaştırılırsa; cisimdeki(-) yükler, elektroskobun topuzundaki (-)yükleri etki ile yapraklara iter ve aynı işaretli elektrikle yüklü yapraklar birbirini iterek açılır. Yüklü cisim uzaklaştırıldığında, elektroskobun yapraklarındaki yükler ilk konumuna geri döner ve yapraklar tekrar kapanır. Bir cisim yüklü bir elektroskoba yaklaştırıldığında açık yapraklar daha da açılıyorsa cisim elektroskopla aynı yüklü, kapanıyorsa zıt yüklüdür. Yüklü bir cisim, yüksüz bir elektroskoba dokundurulursa yükler paylaşılır ve yapraklar açılır.Örneğin negatif yüklü bir cisim, yüksüz elektroskobun topuzuna dokundurulduğunda cisimdeki negatif yüklerin bir kısmı elektroskoba, daha da yoğun olarak yapraklara geçer ve aynı işaretli elektrik yüküne sahip yapraklar birbirini iterek açılır. Yüklü cisim elektroskoptan uzaklaştırılırsa da, kalıcı olarak yüklenen elektroskobun yaprakları açık kalır.
– Yüklü bir cisim nötr bir elektroskoba şekildeki gibi yaklaştırılırsa;
yapraklardan (-) yükler topuza çıkar, (-) kaybeden yapraklar (+) topuz ise (-) yüklenir.
– Yüklü bir cisim nötr bir elektroskoba şekildeki gibi dokundurulursa;
cisim üzerindeki (+) yükler elektroskopla paylaşılır.
– Yüklü bir elektroskoba aynı yüklü bir cisim dokundurulursa üç durum meydana gelir;
1. Yapraklarda her hangi bir değişiklik olmayabilir.
2. Yapraklar biraz açılabilir.
3. Yapraklar biraz kapanabilir.
– Yüklü bir elektroskoba zıt yüklü bir cisim yaklaştırılırsa;
1. Yapraklar tamamen kapanabilir.
2. Yapraklar biraz kapanabilir.
3. Yapraklar kapanıp açılabilir.
– Yüklü bir elektroskoba zıt yüklü bir cisim dokundurulursa;
1. Yapraklar tamamen kapanabilir.
2. Yapraklar biraz kapanabilir.
3. Yapraklar kapanıp açılabilir.
