Atomun Yapısı Ve Elektriklenme
12 Temmuz 2007
Atomun Yapısı ve Elektriklenme
Ä°nsanoÄŸlu, tarih boyunca elektrikle yakından ilgilenmiÅŸ ve elektriÄŸin bir çok olayla ilgili olduÄŸunu görmüştür…Günlük hayatta; yünlü bir kumaÅŸ parçasına sürülen tarağın kağıt parçalarını çektiÄŸini, kazağımızı çıkarırken kıvılcımlar görüp çıtırtılar duyulduÄŸunu, otomobilin dışındaki metal aksamına dokunulduÄŸunda geçici bir elektrik ÅŸoku hissedildiÄŸini biliyoruz…
Bütün haberleÅŸme sistemlerinden bilgisayarlara, kullandığımız elektronik malzemelerin çalışma sistemlerinde, enerjinin bir yerden baÅŸka bir yere nakledilmesinde, cisimlerin kendi ÅŸeklini muhafaza etmesine kadar birçok olay; elektrostatik kuvvet dediÄŸimiz bir kuvvete baÄŸlıdır…
Petrol tankerlerinde yere deÄŸen zincirler, yüksek binalardaki toprak baÄŸlantılı paratonerler, sözü edilen elektrostatik kuvvetin tahrip edici özelliÄŸinden korunmak içindir…Durgun elektrik denen elektrostatik; atom altı parçacıkların etkileÅŸimlerinden, ÅŸimÅŸek ve yıldırımlara kadar çok geniÅŸ bir sahada yer alan özellikleri inceler…
Maddenin temel yapısını oluşturan atomlar; elektron,proton ve nötron olmak üzere üç temel parçacıktan meydana gelmiştir. Proton ve elektronun elektriksel özellikleri birbirinden zıt olmasından dolayı protona (+) elektrona (-) yüklü denmiştir.Nötron ise yüksüzdür.
Elektonun sahip olduÄŸu yük “-e” ile gösterilirken, protonun sahip olduÄŸu yük “+e” ile gösterilir.
Nötr bir atom herhangi bir yolla elektron kazanmışşsa bu atoma
(-) yükle yüklenmiş atom, elektron kaybetmişse bu atoma da (+) yükle yüklenmiş atom denir.
Özetle; bir atomun yüklü olabilmesi için atomda ya elektron fazlalığı ya da elektron eksikliği olmalıdır. Protonların alınması veya verilmesi söz konusu değildir.
Ä°LETKENLER ve YALITKANLAR
Elektrik yüklerini ileten cisimlere “iletken” aksi davranış gösteren cisimlere ise “yalıtkan” denir.
Metaller, asit, baz ve tuzların sudaki çözeltileri, insan vücudu, toprak vb. iletkendir. Buna karşılık porselen, cam, kağıt, kauçuk ve gazlar yalıtkandır.
Metallerin iletkenlik özelliği, serbest elektron bulundurmalarından kaynaklanır. Dış yörüngede bulunan ve serbestçe hareket edebilen elektronlar iletkenliği sağlar.Yalıtkan maddelerde ise dış yörünge elektronları, atoma sıkı sıkıya bağlıdır.Serbestçe hareket edemedikleri için, elektrik gibi ısıyı da iyi iletemezler.
ELEKTRİKLENME ÇEŞİTLERİ
Bir cismin elektriklenmesi için, bu cismin elektron kaybetmesi ya da kazanması gerekir.Cisimlerde elektron kaybı ya da kazancı, sürtünme, dokunma, çarpma gibi mekanik yöntemlerle sağlanabildiği gibi
ısı ve ışık enerjisi verilerek de gerçekleştirilebilir.
Bu bölümde sürtünme, dokunma ve etki ile elektriklenme üzerinde durulacaktır…
SÃœRTÃœNME Ä°LE ELEKTRÄ°KLENME
Saçlarımızı tararken veya yün kazağımızı giyip çıkartırken çıtır çıtır sesler duyarız.İpekli giyisilerimiz karanlıkta çıkartırken kıvılcımlar oluşmasının, bulutlar arasında şimşek çakmasının nedeni sürtünme ile elektriklenmedir.
Nötr iki cisim, sıkıca birbirine sürtülürse; biri elektron alarak, diğeri elektron vererek etkilenir.
ElektriklenmiÅŸ bir cam çubuk düşünelim…
Diğer tüm cisimler gibi cam çubukta da atomlar vardır.
Cam çubuğun yüksüz olması onda yük bulunmadığı anlamında değil, içinde eşit sayıda proton ve elektron olmasındandır.Tüm yüksüz cisimlerin içindeki protonların sayısı ile elektron sayısı birbirine eşittir.
İpekli kumaşa sürtündüğünde, cam çubuğun artı yükle yüklendiği gözlenir.Bu durum bize, çubuk içinde başlangıçta eşit olan proton ve elektron sayısının ipekli kumaşa sürtüldükten sonra eşit olmadığını gösterir.
Yandaki şekilde görüldüğü gibi cam çubuk ipekli kumaşa sürtülünce çubuktan kumaşa elektronlar geçer.Çubuk artı yüklü duruma geçerken kumaş da eksi yüklü duruma geçer.Başlangıçta yüksüz (nötr) olan bir plastik çubuk, yünlü kumaşa sürtülürse, plastik çubuk elektronlar kazanarak (-) ile yüklenir
DOKUNMA Ä°LE ELEKTRÄ°KLENME
Yüklü bir iletken cisim, yüklü veya yüksüz aynı tür bir iletken cisme dokundurulduğunda toplam yük
(net yük) lerini dış yüzeylerinin büyüklüğüyle orantılı olarak paylaşırlar.Birbirine dokundurulan yüklü cisimler; eşit yarıçaplı özdeş küreler ise net yüklerini eşit olarak, farklı yarıçapta küreler ise net yüklerini yarıçaplarıyla orantılı olarak paylaşırlar.
Yarıçapları r1 ve r2 olan iki kürenin birbirlerine dokundurulmadan önceki yükleri q1 ve q2 , sonraki yükleri q’1 ve q’2 olsun…
Bu yükler arasındaki ilişki;
Q1=Qtoplam/Rtoplam
olur. Dikkat edilecek olursa küreler; q1+q2 net yükü pozitif ise ikisi de pozitif, negatif ise ikisi de negatif yükle yüklenmiÅŸ olur. q1 ve q2 yükleri zıt iÅŸaretli ve eÅŸit büyüklükte ise toplam yük “0″ olacağından küreler yüklenmemiÅŸ olurlar.Bu durumda q1 ve q2 yükleri birbirini nötrlemiÅŸ demektir.
Sonuç olarak, dokunmayla elektriklenmede cisimler, net yükün cinsiyle yüklenmiÅŸ olurlar…
ETKÄ° Ä°LE ELEKTRÄ°KLENME
Yüklü bir cismin dokunmadan yüksüz bir cismi etkilemesine “etki ile elektriklenme ” denir.Etki ile elektriklenme yalnız iletken cisimlerde görülür.Etki ile elektriklenmenin nedeni iletken cismlerde bulunan serbest elektronların yaklaÅŸtırılan yüklü cisim tarafından itilmesi ya da çekilmesidir.Yüklü cisim uzaklaÅŸtırılınca yüksüz cisimde meydana gelen etki ile elektriklenme yok olur…
Elektroskop
Elektroskop, bir ucunda metal küre
( veya levha ), küreye baÄŸlı bulunan metal çubuk ve çubuÄŸa baÄŸlı, kolaylıkla hareket edebilen altın veya aliminyum yapraklardan oluÅŸur…
Bu tertibatın, hava akımlarından ve diÄŸer dış etkilerdwen etkilenmesini önlemek için ÅŸekilde görüldüğü gibi cam muhafaza -cam kap- içine yerleÅŸtirilmiÅŸtir.Elektroskop yüksüz olduÄŸu zaman yapraklar kapalıdır.YüklendiÄŸinde aynı tür yüklerin birbirini itmelerinden dolayı yaprak açılır….
Yüksüz bir elektroskoba, yüklü bir cisim yaklaÅŸtırıldığında; topuz,cismin yüküne zıt, yapraklar ise etki yoluyla cisminkiyle aynı yükte yüklenir…
Çok hafif olan ve aynı yükle yüklenen yapraklar birbirlerini iter ve açılırlar…Yüklü cisim elektroskoptan uzaklaÅŸtırıldığında, yükler ilk konumuna geleceÄŸinden yapraklar kapanır ve kapalı kalır…
Yüksüz elektroskoba yüklü küreciği şekildeki gibi dokundurursak, elektroskobun topuz ve yaprakları kürecikle aynı işaretle yükleneceğinden yapraklar iyice açılır.Yüklü kürecik uzaklaştırıldığında, elektroskoba geçen yapraklardaki yükler başka bir tarafa gitmeyeceğinden yapraklar açık kalacaktır.
Coulomb Kanunu
Aynı cins elektrik yüklerinin birbirini ittiÄŸini, farklı cins elektrik yüklerinin birbirini çektiÄŸini biliyoruz….
Coulomb Kanunu ; bu etkileşmenin nelere, nasıl bağlı olduğunu veren deneysel bir kanundur.
Fizikçi Coulomb (Kulon) 1785 yılında yaptığı deneylerde burulma terazisi denilen bir düzenek kullanmış ve elektrik yüklü iki küçük küre arasındaki etkileşme kuvvetini oldukça duyarlı olarak ölçmeyi başarmıştır.
Bir dizi deneyden sonra Coulomb, etkileşme kuvvetinin her küredeki yükle doğru, kürelerin arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu bulmuştur..
Yükleri q1 ve q2, aralarındaki uzaklık d olan iki küçük verilsin.Kürelerin yükü artı, aralarındaki etkileşme kuvveti F olsun. Yapılan duyarlı deneylerde eğer q1 yükü iki katına çıkarılırsa F kuvvetinin de iki katına çıktığı gözlenmiştir.
Eğer kürelerin arasındaki uzaklık (d) iki katına çıkarılırsa; kuvvetin, ilk değerinin dörtte birine düştüğü gözlenir..
Bu gözlem F kuvvetinin d uzaklığının karesi ile ters orantılı olduğunu gösterir. F kuvveti q1 , q2 ve
ile doğru orantılı olduğuna
göre bunların çarpımıyla da doğru orantılıdır.
Yük birimi olan Coulomb oldukça büyük bir değerdir. 6,3.10 elektrona
1 C denilmiÅŸtir.
Coulomb Kuvveti ile iligi olarak dikkat edilecek bir başka nokta da bu kuvvetin, diğer bütün kuvvetlerde olduğu gibi vektörel bir nicelik olmasıdır.
Elektriksel Alan
Elektrik yüklerinin birbirine uyguladığı itme veya çekme kuvveti, uzaktan etki biçimindedir.Bu kuvvet için arada bir maddesel bağlantı olması gerekmez.
Elektrik yüklerinin arada baÄŸlantı olmaksızın birbirine nasıl kuvvet uyguladıkları bir sırdır ve henüz çözülmüş deÄŸildir.Ancak, olayı açıklayabilmek için bir yükün kendi çevresinde bir “alan” oluÅŸturduÄŸunu söyleyebiliriz.Elektrik alanı kavramı bu nedenle ortaya çıkmıştır.
Uzayın herhangi bir bölgesinde, pozitif birim yük (q =+1)başına düşen kuvvete elektrik alanı denir. E ile gösterilir.Elektrik alanı vektörel bir büyüklüktür.
ELEKTRİKSEL ALAN İÇİNDEKİ YÜKLÜ CİSİMLERE ETKİYEN KUVVET
Pozitif birim yüke etkiyen kuvvete elektrik alanı (E) demiştik.O halde q yüküne etkiyen kuvvetin büyüklüğü de F=qE kadardır.
YÜKLERİN ÇEVRESİNDEKİ ELEKTRİK ALAN ÇİZGİLERİ
Elektriksel alan, pozitif birim yüke etkiyen kuvvet olduğundan, yönü de pozitif yükü etkiyen kuvvet yönündedir.Yani elektrik alan çizgileri pozitif yükten dışa doğrudur.Negatif bir yük; pozitif birim yüke kendisine doğru bir kuvvet uygulayacağından, negatif yükün oluşturduğu elektrik alanı içe doğrudur.
Elektriksel alan kuvvet çizgilerinin özellikleri aşağıdaki gibidir;
-Bu çizgiler, her noktada elektrik alan vektörüne teğet olur.
-Birim yüzeyden geçen elektrik alan çizgilerinin sayısı, bu bölgedeki elektrik alan şiddetiyle doğru orantılıdır.
-Elektriksel alan çizgileri pozitif yüklerden çıkıp negatif yüklere gelecek şekildedir.
-Elektrik alanı içindeki her noktadan, ancak bir alan çizgisi geçebilir.Buradan alan çizgilerinin birbirini hiç kesmeyeceği anlaşılır.
YÜKLÜ İKİ DÜZLEM LEVHA ARASINDAKİ ELEKTRİK ALANI
Zıt yüklü iki düz metal levha arasındaki elektriksel alan yaklaşık olarak düzgündür.Levhalar arası uzaklık , levhanın boyutuna göre küçük olursa, bu durum söz konusudur.Şekilde görüldüğü gibi zıt yüklü iki levha arasında pozitif levhadan, negatif levhaya doğru bir elektrik alanı yönelmiştir.
elektrostatik dönem ödevi subjectdata1.doc
Kategori: Bilim