Elektrik Yükleri ve Elektriklenme

Konu Anlatımı

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste Elektrik Yükleri ve Elektriklenme konusunu gözlemden çıkarıma doğru kuracağız. Önce ne olduğunu göreceğiz, sonra neden böyle olduğunu açıklayacağız.

Dersten sonra şunları yapabiliyor olmanız gerekiyor:

• Kazanım 1: Elektrik yükünün varlığını ve yüklenen cisimlerin özelliklerini açıklar.
• Kazanım 2: Proton nötron ve elektronun elektrik yükü bakımından farkını tabloyla karşılaştırır.
• Kazanım 3: Aynı cins ve farklı cins yüklü cisimlerin elektriksel etkileşimini açıklar.
• Kazanım 4: Sürtünme, temas ve ışınım yoluyla elektriklendirmeyi örneklerle anlatır.
• Kazanım 5: Cisimlerin elektriklenmesinde elektron sayısının değişimini yorumlar.
• Kazanım 6: Günlük hayatta elektriklenmeyi gösteren olayları tespit eder ve önlem alır.

Ön bilgi: bundan önce gördüğümüz

Bu konuya geçmeden önce Mercekler konusunu bilmemiz gerekiyor. Mercekler içindeki kavramlar bu derste doğrudan kullanılacak; aradaki bağı kurmadan sayısal işleme geçmek en sık yapılan hatadır.

• Mercekler — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.
• Işığın Kırılması — bu derste kullandığımız temel kavram buradan geliyor.

Elektrik Yükü

Maddenin tanecikleri arasında elektriksel etkileşim oluşturan özelliğe elektrik yükü denir. Atomun çekirdeğinde bulunan protonlar pozitif, çekirdek çevresindeki elektronlar negatif yüklüdür. Nötronlar yüksüzdür. Proton ve elektron sayıları eşit olan cisimler yüksüzdür. Bu cisimlere nötr cisim denir.

Proton sayısı elektron sayısından fazla olan cisim pozitif yüklü, elektron sayısı fazla olan cisim negatif yüklüdür. Yüksüz bir cisim elektron verirse pozitif, elektron alırsa negatif yükle lenir.

Yüklü Cisimlerin Etkileşimi

Yüklü cisimler birbirlerini etkiler. Aynı cins yüklü iki cisim birbirini iter, farklı cins yüklü iki cisim birbirini çeker. Bu itme ve çekme olayına elektriksel etkileşim denir. Örneğin aynı cins yüklü iki balon birbirine yaklaştırıldığında uzaklaşırken, farklı cins yüklü iki balon birbirine yaklaştırıldığında birbirine doğru çekilir.

Elektriklendirme Yöntemleri

Bir cismin elektriklenmesi, cisme elektron alınması ya da cismin elektron vermesiyle gerçekleşir. Bu üç yolla gerçekleşir:

• Sürtünme ile elektriklendirme: Birbirine sürtünen iki cisimden elektron aktarımı olur. Plastik cetvele kâğıt sürtmek, yünlü kumaşa sürtünen eşyaların yüklenmesi bu yöntemle olur.
• Temas ile elektriklendirme: Yüklü bir cisimle temas ettirilen yüksüz cisme yük aktarılır. Yüklü bir çubuğa değen top, yüklenir ve topun aynı cins yüklü bir cismi ittiği görülür.
• Işınım ile elektriklendirme: Işık, belirli maddeler üzerine düştüğünde elektron kovalarından kopararak yüklenmeye yol açar.

Günlük Hayatta Elektriklenme

Elektriklenme günlük hayatta birçok yerde karşımıza çıkar. Plastik poşetleri çıkarırken elbisenin elektriklenmesi ve kıyafetlerin birbirine yapışması, saçları kurutma makinesinden çıkarırken kabarıp birbirine dolanması, yünlü kumaştan çıkan cübbeye kâğıtların yapışması, yüklenen eşyalardan tozların çekilmesi hep elektriklenmeyle açıklanır.

Saçları taramak, yünlü kumaş giymek ve kuru havada yürümek elektriklenmeyi kolaylaştırır. Bu nedenle yünlü kumaş yerine nemli ve yıkanmış giysiler giymek elektriklenmeyi azaltır. Yıldırım da elektriklenmeyle ilişkilidir; bulutlar yüklendiğinde yıldırım oluşabilir.

Elektriklenmeyi Etkileyen Etmenler

Elektriklenmede yükün aktarılmasını üç etmen belirler. İki cismin birbirine yaklaşma miktarı, yüzeyler arasındaki temas miktarı, cismin yüzeyinin pürüzlülüğü ve ortamın nem oranı etkili olur. Yüzeyler arası mesafe arttıkça elektriklenme etkisi zayıflar. Kuru ortamda yüklenen cisim, nemli ortama göre yükünü daha kolay kaybeder.

Özet Maddelerin tanecikleri arasında elektriksel etkileşim oluşturan özelliğe elektrik yükü denir. Protonlar pozitif, elektronlar negatif yüklüdür; nötronlar yüksüzdür. Proton sayısı ile elektron sayısı eşitse cisim yüksüzdür. Proton sayısı fazla ise cisim pozitif, elektron sayısı fazla ise negatif yüklüdür. Elektriklendirme sürtünme, temas ve ışınım yoluyla gerçekleşir. Sürtünmede elektron aktarımı vardır, temas yoluyla yük doğrudan aktarılır, ışınım ise elektron kovalarından kopararak yüklenmeyi sağlar. Saçların kabarıp yapışması, kâğıtların yünlü kumaşa yapışması ve tozların yüklü eşyalara çekilmesi günlük hayattan elektriklenme örnekleridir. Yaklaşma miktarı, temas miktarı, yüzey pürüzlülüğü ve nem oranı elektriklenmeyi etkiler.

Sık Yapılan Hatalar Birinci hata protonların negatif yüklü olduğunu düşmektir; protonlar pozitif yüklüdür. İkinci hata nötronların yüklü olduğunu zannetmektir; nötronlar yüksüzdür. Üçüncü hata aynı cins yüklü cisimlerin birbirini çektiğini düşmektir; aynı cins yüklü cisimler birbirini iter. Dördüncü hata elektriklenmede protonların taşındığını düşmektir; elektriklenmede yalnızca elektronlar yer değiştirir. Son hata yüklenen cismin her zaman pozitif yüklendiğini sanmaktır; elektron alan cisim negatif, elektron veren cisim pozitif yüklenir.

Günlük hayattan bir uygulama

Konuyu pekiştirmek için günlük hayattan bir uygulamaya bakmak gerekir. Aşağıdaki görev, Elektrik Yükleri ve Elektriklenme bilgisini gerçek bir işin içinde kullandırmak için hazırlandı; çözerken hangi adımı nerede kullandığımızı not etmek faydalıdır.

Uygulama sorusu: Proton, nötron ve elektron taneciklerini yük durumları ve konumları bakımından karşılaştırarak yüksüz bir cismin nasıl oluştuğunu açıklayınız?

Bu görev için 15 puan dağıtılmıştır; puanlama anahtarı, cevabın hangi adımlarla gösterilmesi gerektiğini ayrıntılı biçimde söyler. Puanlamada işlem sırasının ve sonuç cümlenin ayrı ayrı sayıldığına dikkat et.

Sınıfta işe yarayan pratik notlar

• Yük hesabında önce elektron sayısının artıp azaldığına bak, sonra net yükün işaretini belirle.
• Etkileşim sorularında önce iki cismin yüklerinin aynı mı farklı mı olduğunu karşılaştır.
• Elektriklendirme yöntemi sorusunda olayda sürtünme, temas ya da ışık olup olmadığını ara.
• Günlük hayat sorularında saç, kâğıt, toz ve kumaş gibi maddelerin yüklenmesini göz önünde bulundur.
• Yıldırım ve şimşek sorularında yüklenmeyi, elektriklenme yöntemlerinde ise aktarımı düşün.

Adım adım çözülmüş örnekler

İki örnek üzerinde çalışacağız. İlk örnek kuralın temel kullanımını, ikinci örnek ise kuralın zorlayıcı bir durumunu gösterir. Adımları kendin yazmayı dene; ikinci adımda nerede durduğunu görmek, sınavda zaman kazanır.

Örnek 1: Net Yükün Bulunması

Soru: Bir cisim 6 elektron kaybettiğinde net yükü nasıl belirlersiniz?

1. Adım 1: Net yük, proton sayısı ile elektron sayısının farkına bağlıdır.
2. Adım 2: Cisim elektron kaybettiği için elektron sayısı azalır.
3. Adım 3: Elektron sayısı proton sayısından azalınca net yük pozitif olur.
4. Adım 4: Kaybedilen elektron sayısı kadar net pozitif yük oluşur, yani 6 elektronun yüküne eşit pozitif bir yüktür.

Cevap: 6 elektronun yüküne eşit pozitif bir net yük

Bu örnekte adım sayısını not edin: kural her zaman aynı sayıda işlemle değil, kazanılması gereken bilgiye göre çözülür.

Örnek 2: Yük Çeşidinin Belirlenmesi

Soru: Bir cisim 4 elektron aldığında cisim hangi yükle yüklenir?

1. Adım 1: Cisim elektron aldığı için elektron sayısı artar.
2. Adım 2: Elektron sayısı proton sayısından fazla hâle gelir.
3. Adım 3: Bu durumda net yük negatif olur.
4. Adım 4: Alınan elektron sayısı kadar net negatif yük oluşur, yani 4 elektronun yüküne eşit negatif bir yüktür.

Cevap: 4 elektronun yüküne eşit negatif bir net yük

Kavram karşılaştırma tablosu

Bu derste geçen terimler birbirine yakın durur ve sınavda karıştırılır. Aşağıdaki tabloda her terimin anlamı ve sık karıştırılan karşılığı yan yana verilmiştir.

Kural, formül ve ölçü tablosu

Aşağıdaki tablo bu konudaki kuralları tek bakışta toplar. Karar verirken önce bu tabloya bakmak, kuralı hatırlamakta işe yarar.

Sık Yapılan Hatalar

Hata yapmamak için önce hatanın nereden geldiğini bilmek gerekir. Aşağıdaki listede her hata için yanlış giden yol ve doğru yol birlikte verilmiştir.

• Protonların negatif yüklü olduğunu düşmek: Protonlar pozitif yüklüdür, elektronlar negatif yüklüdür; nötronlar yüksüzdür.
• Nötronların yüklü olduğunu zannetmek: Nötronların elektrik yükü yoktur, bu nedenle elektriksel etkileşime katılmaz.
• Aynı cins yüklü cisimlerin birbirini çektiğini düşmek: Aynı cins yüklü iki cisim birbirini iter, yalnızca farklı cins yüklü cisimler birbirini çeker.
• Elektriklenmede protonların taşındığını düşmek: Elektriklenme sırasında yalnızca elektronlar yer değiştirir, çekirdek yapısı değişmez.
• Yüklenen cismin her zaman pozitif yüklendiğini sanmak: Elektron alan cisim negatif, elektron veren cisim pozitif yükle lenir.

Kısaca özet

Kısaca: Maddenin tanecikleri arasında elektriksel etkileşim oluşturan özelliğe elektrik yükü denir. Proton sayısı ile elektron sayısı eşit olan cisimler yüksüzdür. Aynı cins yüklü iki cisim birbirini iterken farklı cins yüklü iki cisim birbirini çeker; bu olaya elektriksel etkileşim denir. Elektriklendirme bir cismin elektron alması ya da vermesiyle gerçekleşir ve sürtünm…

Derste gördüğümüz ana fikirler şunlar:

• Proton pozitif, elektron negatif yüklüdür; nötron yüksüzdür.
• Proton ve elektron sayıları eşit olan cisim yüksüzdür.
• Aynı cins yüklü cisimler birbirini iter, farklı cins yüklü cisimler birbirini çeker.
• Elektriklenme bir cismin elektron alması ya da vermesiyle olur.
• Sürtünme, temas ve ışınım elektriklendirme yöntemleridir.
• Sürtünmede elektron bir cisimden diğerine aktarılır.
• Elektriklenmede çekirdek yapısı değişmez, yalnızca elektron sayısı değişir.
• Yaklaşma, temas, yüzey pürüzlülüğü ve nem elektriklenmeyi etkiler.

Kendin dene: üç soru

Bu üç soru konunun özetidir. Çözmeden önce her biri için hangi kuralı kullanıyorum diye düşün; cevap anahtarı sonda verilmiştir.

1. Proton sayısı 8, elektron sayısı 5 olan bir atomda proton ile elektron sayısı arasındaki fark kaçtır? (Şıklar: 3 · 5 · 8 · 13)
2. Kuru temizlemede kullanılan elektriklenme yöntemi hangisidir? (Şıklar: Işınım · Temas · Sürtünme · Kimyasal tepkime)
3. Atomun çekirdeğinde bulunan tanecikler hangileridir? (Şıklar: Elektronlar · Protonlar ve nötronlar · Nötronlar ve elektronlar · Protonlar ve elektronlar)

Cevap anahtarı: 1) 3 — Bu atom pozitif yüklüdür ve proton sayısı elektron sayısından fazladır. 8 − 5 = 3 fark bulunur, yani proton ile elektron sayısı arasındaki fark = 3 olur.

2) Sürtünme — Kuru temizlemede kıyafetler birbirine sürtünür ve sürtünme ile elektriklendirme gerçekleşir. Seçeneklerdeki diğer üç olay kuru temizleme sırasında yük aktarımını açıklamaz.

3) Protonlar ve nötronlar — Atomun çekirdeğinde protonlar ve nötronlar bulunur. Seçeneklerdeki diğer üç eşleştirme çekirdek dışındaki tanecikleri çekirdekle birlikte verir.

İlgili konular

Bu konuyu öğrenmek şu başlıkları da kolaylaştırır. Aynı üniteden ve sonraki üniteden ikişer konu seçtik:

• Uzayda Neler Var? ve Türkiye'nin Uzay Araştırmaları — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.
• Besin Zinciri ve Enerji Akışı — sonraki ünitenin başlangıcı; konuyu genişletir.

Bu anlatım hakkında

Elektrik Yükleri ve Elektriklenme başlığındaki her sayısal iddia elle doğrulanabilir biçimde yazıldı: soruda verilen değer, uygulanan kural ve bulunan sonuç yan yana durur. Metin özgün yazılmıştır, başka bir kaynaktan alıntı yapılmamıştır.

Ayrıca derste şu açık uçlu görevler yer alıyor; her biri puanlıdır ve kendi cevabını yazmanı ister:

• Proton, nötron ve elektron taneciklerini yük durumları ve konumları bakımından karşılaştırarak yüksüz bir cismin nasıl oluştuğunu açıklayınız? (15 puan)
• Sürtünme, temas ve ışınım yoluyla elektriklendirmeyi örneklerle açıklayınız? (12 puan)
• Aynı cins ve farklı cins yüklü iki cismin birbirine etkisini karşılaştırarak, elektriksel etkileşim kurallarını gerekçesiyle açıklayınız? (15 puan)

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Saçları kurutma makinesinden çıkarıp taramakla neden saçlar birbirine yapışır?

1. Adım 1: Taramak, saç tellerine sürtünme uygular.
2. Adım 2: Sürtünme sonucunda saç telleri aynı cins yükle yüklenir.
3. Adım 3: Aynı cins yüklü saç telleri birbirini iter.
4. Adım 4: Bu nedenle saçlar birbirine yaklaşır, kabarır ve yapışır.

Sonuç/cevap: Saçlar aynı cins yükle yüklendiği için birbirini itip yaklaşır ve yapışır.