Elektrik Yükü ve Elektrik Alanı Hesapları

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz

Bu konuda elektrik yükünün ne olduğunu, birimini ve türlerini öğreneceksiniz. Coulomb kanunu ile iki yüklü cisim arasındaki kuvveti hesaplayacak, elektrik alan şiddetini ve alan çizgilerini yorumlayacaksınız.

Ön bilgi

Aynı kutupların birbirini ittiğini ve zıt kutupların çektiğini bilmek yeterlidir. Kuvvetin yol ile ters orantılı azaldğını duymuş olmak konuyu kolaylaştırır.

• Elektrik yükü maddenin temel özelliklerindendir.
• Yükler itici veya çekici kuvvet oluşturur.
• Yük korunumu kapalı bir sistemde toplam yükün sabit kaldığını söyler.

Elektrik yükü ve birimi

Elektrik yükü; maddenin elektrikle etkileşime girebilme özelliğidir ve coulomb birimiyle ölçülür. Bir elektronun yükü yaklaşık 1,6 × 10⁻¹⁹ coulombdur; bu en küçük yük birimidir ve nicel yük olarak adlandırılır. Pozitif yük; proton tarafından taşınır. Negatif yük; elektron tarafından taşınır. Aynı işaretli yükler birbirini iter, zıt işaretli yükler birbirini çeker. Bir sistemde yüklerin cebirsel toplamı değişmez; buna yük korunumu denir.

Coulomb kanunu

İki nokta yükü arasındaki kuvvet, yüklerin çarpımıyla doğru, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Mesafe iki katına çıktığında kuvvet dörtte bire düşer. Yüklerden biri iki katına çıktığında kuvvet iki katına çıkar. Ortamın doğallaştırma katsayısı bu kuvvetü azaltır.

Basit örnek ve günlük yaşam

Kurutma makinesinden çıkan çamaşırlar birbirine yapışır. Sürtünme sonucu kumaşlar zıt yük kazanır ve birbirini çeker. Aynı şekilde iki balonu aynı yönde ovuşturup yakınlaştırdığınızda birbirini iterler.

Adım adım çözülmüş örnek

Soru: Mesafesi 2 metre olan 3 × 10⁻³ coulomb ve 4 × 10⁻³ coulomb'luk iki yük arasındaki kuvvet nedir?

Adım 1: Yükler yazılır: yük 1 = 3 × 10⁻³ C, yük 2 = 4 × 10⁻³ C.

Adım 2: Mesafe yazılır: mesafe = 2 m.

Adım 3: Coulomb kanunundaki kuvvet sabiti alınır: 9 × 10⁹ N·m²/C².

Adım 4: Yüklerin çarpımı hesaplanır: 3 × 10⁻³ çarpı 4 × 10⁻³ = 12 × 10⁻⁶ coulomb kare.

Adım 5: Mesafenin karesi hesaplanır: 2 kare = 4 metrekare.

Adım 6: Değerler yerine konur: 9 × 10⁹ çarpı 12 × 10⁻⁶ bölü 4 işlemi yapılır.

Adım 7: Kuvvet 27000 newton olarak bulunur ve yükler zıt işaretliyse çekicidir.

İleri örnek

Bir laboratuvarda iki nokta yükü arasındaki mesafe yarıya indirilmiştir. Mesafe yarıya düştüğü için kuvvet dört katına çıkar. Eğer aynı anda yüklerden biri üç katına çıkarılmışsa kuvvet on iki katına çıkar. Gerçek uygulamalarda yüklerin nokta olarak kabul edilemeyeceği durumlarda yük dağılımı bölgelere ayrılarak toplam kuvvet vektörel olarak toplanır. Elektronik devrelerde yüklerin oluşturduğu alanlar kondansatör ve transistör davranışını belirlediği için bu hesap tasarımın temelini oluşturur.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık yapılan hatalar

Mesafenin karesi yerine doğrudan mesafeyi bölmek en sık yapılan hatadır; sonuç dört katına yanlış çıkar. İkincil hata yüklerin işaretini göz ardı edip kuvvetin yönünü belirtmemektir. Üçüncü hata nicel yük değerini coulomba çevirmeden hesaba katmaya çalışmaktır.

Özet

Elektrik yükü coulomb ile ölçülür ve en küçük birimi nicel yüktür. Aynı işaretli yükler iter, zıt işaretli yükler çeker. Coulomb kanununa göre kuvvet yük çarpımıyla doğru mesafe karesiyle ters orantılıdır. Elektrik alan şiddeti birim yüke etki eden kuvvet olarak tanımlanır ve alan çizgileriyle gösterilir.

Kendini dene

1. İki yük arasındaki mesafe üç katına çıkarılırsa kuvvet nasıl değişir? 2. 5 × 10⁻³ coulomb ve 2 × 10⁻³ coulomb yük 3 metre arayla bırakılırsa kuvveti hesapla. 3. Elektrik alan şiddetini tanımlayan kısa bir cümle yaz. 4. Elektroskobun görevini kendi cümlelerinle açıkla. 5. Yük korunumu kuralını günlük bir örnekle açıkla.