Bu konuda ne öğreneceksin
Kazağını çıkarırken saçının havalandığını, plastik tarağı kuru saça sürtüp küçük kâğıt parçalarını kaldırdığını ya da bulutlardaki yıldırımı düşün. Hepsinde elektrik yükleri arasındaki kuvvetler vardır. Yükler birbirini uzaktan çeker ya da iter. Bu etkiyi anlatmak için elektrik alan kavramı kullanılır: Bir yük çevresindeki uzayı değiştirir ve başka bir yük bu alanda kuvvet hisseder. Bu konuda Coulomb yasasını, elektrik alanı, alan çizgilerini, yüklerin dengesini ve iletken kürenin özelliklerini öğreneceksin. Kuvvet ve vektör bilgin burada yeniden kullanılıyor, çünkü elektriksel kuvvet ve alan vektörel büyüklüklerdir.
Hedefler
- Yük türlerini ve yükün korunumunu bilmek.
- Coulomb yasası ile iki yük arasındaki kuvveti hesaplamak.
- Nokta yükün elektrik alanını ile hesaplamak.
- Alan çizgilerini yorumlamak.
- Birden çok yükün oluşturduğu bileşke alanı vektörel toplamak.
- Düzgün elektrik alanda yüklü parçacığın hareketini ve iletken kürenin özelliklerini bilmek.
1. Elektrik yükü
- Yük iki türlüdür: pozitif () ve negatif ().
- Aynı cins yükler birbirini iter, zıt cins yükler birbirini çeker.
- Yük korunur: Yalıtılmış bir sistemde toplam yük değişmez.
- Yük kuantumludur: En küçük yük . Her yük 'nin tam katıdır.
- Birimi coulomb (C). ve .
Yüklenme: Sürtünme, dokunma ve etki ile cisimler yüklenir. Nötr bir cisimde pozitif ve negatif yükler eşittir. Elektron alan cisim negatif, elektron veren cisim pozitif yüklenir.
2. Coulomb yasası
İki nokta yük arasındaki elektriksel kuvvet, yüklerin çarpımı ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır:
Kuvvet, yükleri birleştiren doğru boyunca etki eder. Etki-tepki gereği iki yüke etkiyen kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yöndedir.
Örnek: ve ise .
Uzaklık etkisi: Uzaklık 2 katına çıkarsa kuvvet 'ü olur. Yüklerden biri iki katına çıkarsa kuvvet iki katına çıkar.
3. Elektrik alan
Bir yükünün çevresinde, deneme yüküne etkiyen kuvvetin 'ya oranı elektrik alan şiddetidir:
Birimi (ya da ). Alan vektörel büyüklüktür. ise alan yükten uzağa, ise yüke doğru yönelir.
Örnek: yükünün uzağındaki alan .
Alan yüke bağlı değildir: Bir noktadaki alan, o noktaya konulan deneme yükünün büyüklüğüne bağlı değildir. Alanı oluşturan kaynak yüke ve konuma bağlıdır. Deneme yüküne etkiyen kuvvet .
4. Alan çizgileri
- Pozitif yükten çıkar, negatif yüke girer.
- Çizgiler birbirini kesmez.
- Çizgilerin sıklığı alan şiddetini gösterir. Sık yerde alan büyüktür.
- Alan çizgisi, o noktadaki alan vektörünün doğrultusunu gösterir (teğetidir).
Düzgün elektrik alan: Birbirine paralel iki levha arasında alan çizgileri paralel ve eşit aralıklıdır, alan her yerde aynıdır. Bu alanda yüklü parçacığa sabit kuvvet etki eder: ve . Parçacık yatay atış benzeri parabolik yol izler.
5. Bileşke alan ve denge
Bileşke alan: Her yükün alanı ayrı hesaplanır, sonra vektörel toplanır.
Örnek: ve () yükleri aralıklı. Tam ortada her yük uzakta olup alanlar aynı yönde olur: . Aynı işaretli iki yükün ortasında alanlar zıt yönlüdür ve bileşke sıfırdır.
Yüklerin dengesi: Aynı işaretli ve yükleri arasında uzaklık varsa, üçüncü bir yükün dengede olacağı nokta arada ve küçük yüke yakın bir yerdir. Kuvvet eşitliğinden
Örnek: 'da , 'de yükü varsa üçüncü yükün denge noktası 'te olur. ve .
6. İletkenler
- İletken kürede yük yüzeyde toplanır, içinde alan sıfırdır.
- Yüzeyde alan yüzeye diktir.
- Yüklü iletken küre dışarıdan nokta yük gibi davranır: ().
- Sivri uçlarda yük yoğunluğu ve alan büyüktür (paratonerin çalışma ilkesi).
- Yüklü bir iletken, nötr bir iletkene dokundurulunca yük yarıçaplara göre paylaşılır. Aynı büyüklükteki kürelerde yük eşit paylaşılır.
7. Konuyu toparla
| Başlık | Kısa not |
|---|---|
| Aynı yük | İter |
| Zıt yük | Çeker |
| Coulomb | |
| Alan | |
| Alan yönü | 'dan çıkar, 'ye girer |
| Düzgün alan | , sabit |
| İletken kürenin içi |
Mini test
Soru 1
İkisi de olan iki nokta yük birbirinden uzaklıktadır. Yükler arasındaki elektriksel kuvvet kaç N'dur? ()
- A
- B
- C
- D
- E
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: C
- Coulomb yasası: .
- . Doğru cevap C.
Diğer şıklar: 0,09 uzaklık 1 m alınmış, / 0,27 uzaklığın karesi alınmamış / 2,7 yüklerden biri 9 µC alınmış / 9 uzaklık 0,1 m alınmış.
Soru 2
değerindeki nokta yükten uzaktaki bir noktada elektrik alan şiddeti kaç N/C'dur? ()
- A
- B2
- C6
- D18
- E54
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: B
- Nokta yükün alanı .
- . Doğru cevap B.
Diğer şıklar: uzaklık küp alınmış, / 6 uzaklığın karesi yerine kendisi kullanılmış, / 18 uzaklığa hiç bölünmemiş, / 54 uzaklık çarpılmış, .
Soru 3
ve () noktasal yükleri birbirinden uzaklıktadır. Yükleri birleştiren doğrunun tam ortasındaki noktada elektrik alan şiddeti kaç N/C'dur? ()
- A0
- B
- C
- D
- E
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: E
- Orta nokta her yükten uzaktadır. Her yükün alanı .
- Orta noktada alanı yükten uzağa, alanı yüke doğrudur. İkisi de aynı yönü gösterir ve toplanır.
- . Doğru cevap E.
Diğer şıklar: 0 alanlar zıt yönlü sanılıp birbirini götürmüş / tek yükün alanı ile hesaplanmış / iki alan ile hesaplanıp toplanmış / yalnızca bir yükün alanı alınmış.
Soru 4
noktasında yükü, noktasında yükü sabit tutuluyor. Bu iki yük arasında üçüncü bir yük, üzerine etkiyen net kuvvet sıfır olacak biçimde hangi noktasına konulmalıdır?
- A0,6 m
- B1,5 m
- C2 m
- D2,4 m
- E3 m
Cevabı ve çözümü göster
Doğru cevap: C
- Net kuvvet sıfır için iki yükün uyguladığı kuvvetler eşit olmalı: .
- Karekök alınırsa olur. ve . Doğru cevap C.
Diğer şıklar: 0,6 m uzaklıklar yüklerle doğru orantılı, ters alınmış / 1,5 m orta nokta alınmış / 2,4 m uzaklıklar yüklerle doğru orantılı alınmış, kare unutulmuş / 3 m küçük yükün bulunduğu nokta yazılmış.
Kendini dene
Kendini dene
Aynı cins yükler birbirini nasıl etkiler?
İter.
Uzaklık iki katına çıkarsa Coulomb kuvveti nasıl değişir?
Dörtte birine iner.
Alan çizgileri pozitif yükten nasıl yönelir?
Dışarı doğru çıkar.
İletken kürenin içinde elektrik alan kaçtır?
Sıfır.
En küçük yük miktarı nedir?
Elektron yükü, C.
Yanlış yaptığın soruları yanlış soru defterine ekleyebilirsin. Birkaç gün sonra tekrar karşına çıkar.