Elektrostatik – Statik Elektrik Nedir? Detaylı Konu Anlatımı

Elektrostatik – Statik Elektrik Nedir? Detaylı Konu Anlatımı

Elektrik Yükleri

Elektrikle Yüklenme

Atom proton, nötron ve elektron adını verdiğimiz temel parçacıklardan meydana gelmiştir.

Atomun, çekirdeğinde proton ve nötronlar vardır, çekirdeğin çevresinde ise belli yörüngelerde elektronlar dolanmaktadır. Elektronun yükünün negatif, protonun yükünün ise pozitif, nötronun ise yükünün olmadığı deneyler sonucunda bulunmuştur.

Atomun çekirdeğindeki proton sayısı ile çekirdeğin çevresindeki elektron sayısı birbirine eşit ise bu atoma nötr atom veya elektriklenmemiş atom denir. Atomdaki proton elektron yük dengesinin herhangi bir dış etkiyle bozulması sonucu cisim elektriklenmiş olur.

Yük dengesinin bozulması atomun elektron kazanması veya kaybetmesi ile gerçekleşir. 

Nötr bir atom elektron kazanırsa elektron sayısı proton sayısından fazla olur ve atom negatif (-) yüklü olur.

Nötr bir atom elektron kaybederse proton sayısı elektron sayısından fazla olacağı için pozitif (+) yüklü olur.

Bir cismin elektron alması veya vermesi sonucu yük dengesinin bozulması olayına elektrikle yüklenme veya elektriklenme denir. Elektriklenme olayında toplam yük sayısında bir değişiklik olmaz toplam yük korunur.

Elektriklenme, pozitif veya negatif yük fazlalığı olarak ifade edilir. Yük q sembolü ile gösterilir. Uluslararası birim sisteminde yük birimi coulomb (kulon)’dur ve C simgesi ile gösterilir.

Doğada en küçük elektrik yükü olarak elektronun yükü kabul edilir. Bir elektronun yüküne temel yük veya elementer yük (ey) denir.

Elektrik yüklerinin özelliklerini maddeler hâlinde özetleyelim;
  • Elektriklenme temel parçacık olan elektron alışverişi ile olur.
  • Elektronlar alınıp verilebilir ancak çekirdekte yer alan proton hareket etmez bir cisimden diğerine geçemez.
  • Bir cisim elektron alırsa negatif, elektron verirse pozitif elektrik yüklü olur.
  • Elektronun yükü en küçük yüktür ve temel yük (elemanter yük) olarak kabul edilir.
  • Cisimlerin yük miktarı elektronun yükünün tam katlarıdır. Bu duruma yükün tanecikli yapısı denir.
  • Doğada iki cins elektrik yükü vardır. Elektron ve protonun yük miktarları eşittir ancak elektronun yükünün işareti eksi (-), protonun yükünün işareti artı (+) dır.
  • Yüklü cisimle birbirlerine elektriksel kuvvet uygularlar.
  • Nötr yani elektriklenmemiş cisim çevresine elektriksel bir etki göstermez.

Elektrikle Yüklenme (Elektriklenme) Çeşitleri

Elektriklenme, sürtünmeyle elektriklenme, dokunma ile elektriklenme, etki ile elektriklenme olmak üzere üç şekilde gerçekleşir.

Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, yüklü ise hangi cins elektrik yüküyle yüklü olduğunu anlamak için elektroskop adı verilen alet kullanılır. Elektroskop yüklü iken yaprakları açık yüksüz iken yaprakları kapalıdır.

Yüklü bir elektroskobun topuzuna yüklü başka bir cisim dokundurulduğunda yapraklar daha da açılıyorsa elektroskopla cisim aynı cins elektrik yüküyle yüklüdür, bir miktar kapanıyorsa elektroskopla zıt yükle yüklüdür.

Elektriklenen İletken ve Yalıtkanlarda Yük Dağılımı

Maddelerin iletkenlikleri atomun yapısıyla ilgili bir özelliktir. Bazı maddelerin atomlarında özellikle de dış yörüngedeki atomlar atoma zayıf bağ ile bağlıdır.

Böyle atomlara sahip maddeler, dışarıdan uygulanan elektriksel bir etki ile karşılaştığında dış yörüngedeki zayıf bağlı elektronlar kolayca sökülür ve maddenin içinde hareket edebilir bu sayede madde elektriği iletmiş olur. Böyle maddelere iletken maddeler denir.

Yalıtkan maddelerde atomların sahip olduğu elektronlar atoma sıkı bağlarla bağlıdır, dışarıdan gelen elektriksel bir etki elektronları kolayca hareket ettiremez böyle maddelere elektriği iletmeyen yani yalıtkan madde denir.

İletkenlerde eğer bir dış etki yoksa elektrik yükleri cismin her tarafına dağılır.

Yalıtkan bir maddede bir uçta veya bir bölgede (–) yük varken diğer bölge (+) yüklü olabilir. İletkenlerde ise yükler cisimlerin yüzeyine dağılır. İletkende yükler hareket edebilir, aynı işaretli yükler birbirlerini itecekleri için mümkün olduğunca birbirlerinden uzağa yerleşirler.

Yüklerin nasıl yerleşeceğini cisimlerin geometrik yapısı ve simetrisi belirler. Küre şeklinde bir iletkende yükler kürenin yüzeyinde düzgün olarak dağılır.

Eğer cisim sivri uçları olan bir cisimse yükler sivri uca yakın bölgelerde sıkışık diğer bölgelerde daha seyrek olarak dağılım gösterir.

İletken bir cismin üzerine gelen elektrik yükleri birbirlerini iterek iletkenin geometrik şekline göre dağılır ve sonrasında yüklerin hareketi durur.

Elektrik yüklerinin hareketsiz olarak durmasına “elektrostatik denge” denir. Elektrostatik dengeye ulaşmış bir iletken cismin içinde elektrik alan sıfır olur.

Kapalı bir yüzeye sahip olan bir iletken cisim, elektrik alan içerisine yerleştirildiğinde elektronlar iletkenin içindeki elektrik alan sıfırlanıncaya kadar hareket eder.

İletkenin içindeki elektrik alan sıfırlanınca elektronları hareket ettiren neden ortadan kalkmış olacağı için hareketleri sona erer. İçinde elektrik alanın sıfır olduğu bu kapalı iletken yüzeye “Faraday Kafesi” adı verilir.

Faraday kafesi yanıcı ve parlayıcı maddelerin depolandığı binalarda, radyo frekens yayan cihazlarda, telsizle haberleşme yapılan binalarda, elektronik kartlarda bulunan radyo frekans modüllerde kullanılır.

Elektrikle yüklü bir cismin iletken bir telle toprağa bağlanarak nötr hale gelmesine topraklama denir. Cisim pozitif yüklüyse topraktan cisme, negatif yüklü ise cisimden toprağa elektron geçişi olur.

Elektrikli aletlerde herhangi bir yolla gelen yükler topraklı prizler sayesinde toprağa aktarılarak çarpılmamıza engel olur.

Yüklü Cisimler Arasındaki Etkileşim

Maddesel parçacıklar eğer yüklü ise birbirlerine itme veya çekme kuvveti şeklinde temas gerektirmeyen bir kuvvet uygular. Yüklü parçacıkların veya cisimlerin birbirlerine uyguladıkları itme veya çekme kuvvetine elektriksel kuvvet denir.

Coulomb Yasası: Noktasal iki elektrik yükünün birbirine etkisi yüklerin her biri ile doğru aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Ayrıca bu etki aralarındaki ortama da bağlıdır.

Elektriksel itme veya çekme kuvveti

F : Elektriksel itme veya çekme kuvveti

q1 ve q2: Noktasal yüklerin değeri,

d : Noktasal iki yük arasındaki uzaklık

k : İki yüklü cisim arasındaki ortama bağlı katsayı

SI birim sisteminde k coulomb sabitinin birimi N.m²/C²’dir.

Elektrik Alan

Elektrik yükleri çevresinde bir etki alanı meydana getirir. Yük bu etki alanı içine giren yükleri iter veya çeker. Elektrik yükünün etkisini gösterdiği bu alana elektrik alanı denir.

Elektrik alan vektörü uzayın herhangi bir noktasındaki elektriksel alan vektörü , o noktaya konulan +1 C’luk deneme yüküne etkiyen elektriksel kuvvet vektörüdür.

Bir elektrik yükünün kendisinden d kadar uzakta oluşturduğu elektriksel alanın büyüklüğü;

Matematiksel olarak E=k.q/d2  bağıntısı ile hesaplanır. E elektrik alanın birimi N/C’dur. Elektriksel kuvvet ile elektrik alan arasında F=Eq bağıntısı vardır.

Elektrik alan çizgilerinin özellikleri;

Elektrik alan çizgileri, pozitif yüklerden başlayıp negatif yüklerde son bulacak şekildedir.

Eğer bir yük tek başına ise elektrik alan çizgisinin bir ucu sonsuz olur.

Herhangi bir noktadaki elektrik alan vektörü, o noktadan geçen elektriksel alan çizgisine teğettir.

Elektrik alan çizgileri elektriksel alanın şiddetli olduğu yerlerde sık, zayıf olduğu yerlerde seyrektir.

Elektrik alan çizgileri birbirini asla kesmez.