Madde ve Elektirik

MADDE VE ELEKTRİK

Elektriklenme ve Elektrik Yükü

Elektrik yükünü ileten maddelere iletken maddeler , iletmeyen maddelere de yalıtkan maddeler denir. Maddeler üç şekilde elektriklenirler.
1- Sürtünme ile elektriklenme
2- Dokunma ile elektriklenme
3- Etki ile elektriklenme

1- Sürtünme İle Elektriklenme

Bir cam çubuğu bir ipek parçasına sürtüp yalıtkan bir iple asalım. İkinci bir cam çubuğu yine ipek parçasına sürtüp birinci cam çubuğa yaklaştırırsak birbirini iter.
Benzer şekilde bir ebonit çubuğu yünlü kumaş parçasına sürtüp yalıtkan bir iple asalım. İkinci bir ebonit çubuğu yine yünlü kumaş parçasına sürtüp birinci ebonit çubuğa yaklaştırırsak yine birbirini iter.
Bir cam çubuğu ipek parçasına sürtüp yalıtkan bir ip ile asalım. Bir ebonit çubuğu yünlü kumaş parçasına sürtüp çam çubuğa yaklaştırırsak birbirini çeker.
Buradan şu sonuçlar çıkarılabilir : Maddeler sürtünme ile elektriklenebilirler. İki çeşit elektrik yükü vardır. Cam çubuk ve onun yükü gibi yüklere Pozitif ( + ) yük denir. Ebonit çubuk ve onun yükü gibi yüklere de Negatif ( - ) yük denir. Aynı yükler birbirini iter , farklı yükler birbirini çeker. Sürtünmede sürtünen maddelerden biri (+) yükle yüklenirse diğeri ( - ) yük ile yüklenir. Örneğin cam çubuk ipek parçasına sürtündüğünde cam çubuk (+) yük ile yüklenirken ipek parçası (-) yük ile yüklenir.
Durgun haldeki elektrik yüklerine Statik ( Durgun ) elektrik denir. Durgun halde bulunan elektrik yükleri arasındaki kuvveti ve bununla ilgili kavramları inceleyen FİZİK dalına Elektrostatik denir.
Nötr ozitif ve negatif yüklerin birbirine eşit olmasıdır.
Topraklama : Yüklü cisimlerin , iletken tel ile toprağa bağlanmasına topraklama denir.
Topraklama ile yükler toprağa veya yer küreye geçer. Yer küre elektrikçe nötr kabul edilir.
Topraklama bu şekilde gösterilir.

Elektroskop :
Bir cismin elektrik ile yüklü olup olmadığını yüklü ise hangi tür elektrik yükü ile yüklü olduğunu anlamamıza yarayan araçtır.
Elektroskopun her iki yaprağı aynı yük ile yüklenir.

2- Dokunma İle Elektriklenme

Yüklü bir cismi yüksüz elektroskopa dokundurursak elektroskopun yaprakları açılır. Yapraklarının açılmasının nedeni yüklü cisimden bir miktar yükün elektroskopa geçmesidir.
Yüklü bir cisim yüksüz bir cisme dokundurulduğunda onu da aynı cins elektrik yükü ile yükler. Buna dokunma ile elektriklenme denir.
NOT: Maddeler elektrik yüklerini dış yüzeylerine veya sivri uçlarına geçirirler. iç yüzeyleri ise yüksüzdür.
Birbirine dokunan cisimlerin elektrik yükleri bu cisimler tarafından paylaşılır. Yüklerin paylaşımı cisimlerin fiziksel özelliklerine bağlı olarak değişir. Küre şeklindeki cisimler birbirine dokundurulduğunda yükler kürelerin yarıçapları ile orantılı olarak paylaşılır. Levha şeklindekiler ise alanları ile orantılı olarak paylaşılır. Yük q ile gösterilir. Yük birimi C (Coulomb = Kulon) dur.
Yükü qA ve yarı çapı rA olan küre şeklindeki iletken A cismi ile yükü qB ve yarı çapı rB olan küre şeklindeki iletken B cismi birbirine dokundurulduğunda son yükleri şu formül ile bulunur :
qA' = ( qA + qB ). rA qB' = ( qA + qB ). rB
rA + rB rA + rB

Örnek :S.AKÇAY
A ve B iletken kürelerinin birbirine değdirilip ayrıldıktan sonraki yüklerini bulun.
Çözüm : qA(son) = ( qA + qB ). rA = ( 10q + 2q ) . 3r = 12q . 3r = 9q
rA + rB 3r + r 4r
qB(son) = ( qA + qB ). rB = ( 10q + 2q ) . r = 12q . r = 3q
rA + rB 3r + r 4r
Örnek :
A küresi önce B küresine değdirilip ayrıldıktan sonra C küresine değdirilip ayrılırsa A küresinin en son yükü ne olur.
Çözüm :
qA' = ( qA + qB ) . rA = ( 7q + 3q ) . 3r = 10q . 3r = 6q
rA + rB 3r + 2r 5r
qA"= ( qA ' + qC ) . rA = ( 6q – 2q ) . 3r = 4q . 3r = 3q
rA + rC 3r + r 4r

3- Etki (Tesir ) ile Elektriklenme

Yüklü bir cisim yüksüz elektroskopun topuzuna yaklaştırılırsa yapraklar açılır. Yüklü cisim uzaklaştırılınca yapraklar kapanır. Böylece yüksüz bir cisim yüklü bir cismin etkisi ile yüklenebilir. Buna etki ile elektriklenme denir.
NOT : Yüksüz bir elektroskopa yüklü bir cismi yaklaştırırsak yapraklar cismin yükü ile aynı işaretli olarak yüklenir. Elektroskopun topuzu ise cismin yükünün ters işaretlisi yük ile yüklenir.

NOT : Yüklü bir elektroskopa aynı işaret ile yüklü bir cismi yaklaştırırsak yapraklar daha da açılır. ( Şekil a )
Yüklü bir elektroskopa ters işaret ile yüklü bir cismi yaklaştırırsak yapraklar biraz kapanır. ( Şekil b )


Etki ile elektriklenen yüksüz bir cismin , yüklü çubuğa yakın olan kısmı çubuk ile farklı cins elektrik yükü ile yüklenir. Uzak olan kısmı da çubuk ile aynı tür elektrik yükü ile yüklenir.

Etki ile elektriklenmede cisimler arasında yük alış verişi olmaz. Sadece cisim üzerindeki yükler ayrılır.

Yüksüz iki iletken metal çubuk birbirine değecek şekilde yalıtkan iki cam bardak üzerine bırakılıyor. Metal çubuklara ( + ) yüklü bir cisim yaklaştırılırsa yüklü cisme yakın olan metal çubuk (- ) yüklü olur. Diğer taraftaki metal çubuk ise ( + ) yüklü olur. (+) yüklü cisim kaldırılmadan cam bardaklar ile birlikte metal çubukları birbirinden ayırırsak yükler geri gidemez ve yakın olan metal çubuk ( - ) yüklü kalır. Diğeri de ( +) yüklü kalır.

Yüksüz bir metal üzerindeki elektrik yüklerinin metale yaklaştırılan yüklü cismin etkisi ile ayrılması olayına etki ( tesir ) ile elektriklenme veya elektrostatik indüksiyon denir. Ayrılan bu yüklere de indüksiyon yükleri denir.


Örnek1 :
Birbirine değmekte olan A , B , C iletkenlerinin sağ ve sol tarafına eşit değerde (+) yük bırakılıyor. A , B , C ‘ nin yüklerinin miktarı ve türünü bulun.
Çözüm : Sol taraftaki yük (-) yükleri kendine doğru yani A ya çeker ve (+) yükleri iter. sağ taraftaki yük de (-) yükleri kendine doğru çeker yani C ye çeker ve (+) yükleri iter. Dolayısıyla (+) yükler B ye sıkışır. Sol taraftaki yük +q kadar yükü A ya çekerse +q kadar yükü de B ye iter. Benzer şekilde sağ taraftaki yük de -q kadar yükü C ye çekerse +q kadar yükü B ye iter. A = -q B = +2q C = -q olur.

Örnek2 :
Yüksüz silindirin içine (+) yüklü A küresi şekildeki gibi iç tarafa değmeden sarkıtılıyor. Silindirin iç ve dış yüzeylerinin yüklerinin cinsi ne olur.


Çözüm : (+) yüklü A küresi Nötr olan silindirdeki (-) yükleri iç tarafa doğru çeker ve (+) yükleri dış yüzeye doğru iter.

iç = - Dış = + olur.


Örnek3 :
Yüksüz silindirin içine (+) yüklü A küresi içten değecek şekilde bırakılıyor. Silindirin iç ve dış yüzeyi ile A küresinin yük bakımından durumu ne olur.

Çözüm : Maddeler elektrik yüklerini dış yüzeylerine verirler. iç yüzeyleri ise yüksüzdür. (+) yüklü A küresi silindirin iç tarafına değince yüklerini silindirin iç tarafına verir. Silindir de bu yükleri dış tarafına iletir. Dolayısıyla silindirin iç tarafı ve A küresi yüksüz olur ve Silindirin dış tarafı (+) yüklü olur.

iç = yüksüz
Dış =+
A küresi = yüksüz

Örnek4 :
(+) yüklü A küresi yüksüz silindirin dış tarafına değecek şekilde bırakılıyor. Silindirin iç ve dış yüzeyi ile A küresinin yükü ne olur.

Çözüm :
(+) yüklü A küresi yüksüz silindire dıştan değdiği için yüklerinin bir kısmını silindire verir. Silindir bu yükleri dış yüzeyine dağıtır. Silindiri iç tarafı yüksüz kalır.
A küresi = + yüklü
Dış taraf = + yüklü
iç taraf = Nötr


Örnek5 :
Yalıtkan iplikler ile asılı A küresi B küresini itip C küresini çekiyor. C küresi (+) yüklü olduğuna göre A ve B kürelerinin yüklerinin cinsi ne olur.

Çözüm :
A küresi C küresini çektiği için (-) yüklüdür.
B küresi A tarafından itildiği için (-) yüklüdür.


Örnek6 :
Yüklü M çubuğu yüklü X ve Y elektroskoplarına değmeden yaklaştırıldığında X in yaprakları biraz açılıyor Y nin yaprakları biraz kapanıyor. X ; Y ve M nin yüklerinin işareti için ne söylenebilir.


Çözüm :
M çubuğu yaklaştırıldığında X in yaprakları biraz açıldığı için X ve M aynı işaretlidir.
M çubuğu yaklaştırıldığında Y nin yaprakları biraz kapandığı için Y ve M farklı işaretlidir.

Örnek7 :
B ucu toprağa bağlı iletken cisme şekildeki gibi (+) yüklü cisim yaklaştırılırsa A ve B uçlarının yük durumu ne olur.
Çözüm :
A ucu (-) olur. B ucu ise topraktan negatif yükleri alarak nötr olur.

Örnek8 :
Şekilde özdeş elektroskoplardan E1 elektroskopu silindirin dış tarafına , E2 elektroskopu ise iç tarafına bağlanmıştır. (+) yüklü A küresi silindirin içine değmeden sarkıtılınca her iki elektroskopun yaprakları açılıyor. İletken A küresi içten silindirin dibine değdirilirse bu durumda elektroskopların yapraklarının durumu önceki duruma göre ne olur.

Çözüm :
Birinci durumda yani A küresi değmeden bırakıldığında şekil-1 deki gibi iç taraf (-) dış taraf artı olur.
Dışa bağlı E1 elektroskopunun yaprakları açık ve (+) yüklü olur.
İç tarafa bağlı E2 elektroskopunu yaprakları açık ve (-) yüklü olur.


İkinci durumda A küresi iç taraftan silindire değdiği için yükünü silindire silindirde dış tarafına verir. Dış taraf (+) yüklü olur. A küresi ve silindirin iç tarafı yüksüz olur.
Bu durumda :
Dış taraf bağlı E1 elektroskopunun yaprakları bu durumda da (+) yüklü ve açık olur.
İç tarafa bağlı E2 elektroskopunun yaprakları , iç taraf yüksüz olduğu için kapanır.

Sonuç: E1=Değişmez E2=Kapanır.


Yük Kaynağı Olarak Atomlar

Bir atom çekirdek ve çekirdeğin etrafında dönen elektronlardan oluşur. Çekirdekte pozitif (+) yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar vardır. Atom kütlesinin hemen hemen tamamı çekirdektir. Elektronların kütlesi çekirdeğin kütlesine göre çok küçüktür. Nötr atomda proton sayısı ile elektron sayısı birbirine eşittir. Katı maddelerde hareket eden yükler negatif yüklü elektronlardır. Bir madde dışardan elektron alırsa negatif(-) yükle yüklenir dışarıya elektron verirse pozitif(+) yükle yüklenir.

Yük Miktarı , Elemanter Yük ve Yükün Parçacıklı Yapısı

Bir atomun yüksüz (Nötr ) olması o atomda hiç yük olmadığı anlamına gelmez. Pozitif (+) ve Negatif (-) yüklerinin birbirine eşit olması demektir.
Elemanter Yük (e.y) : Bir elektronun yüküne elemanter yük denir. 1e.y veya 1 ē = 1,6 . 10-19 C dir.
Bir elektronun yükü birim yük olarak kabul edilir. Bir elektron ve bir protonun elektrik yükleri değerce birbirine eşit fakat zıt işaretlidir.

İletken , Yalıtkan ve Yarı İletken Maddeler

Elektrik yükünü ileten maddelere iletken denir. Elektrik yükünü iletmeyen maddelere yalıtkan denir.