Elektrik Yükü /Alanı çubuk “pozitif” yüklenir. Plastik çubuk kürk parçasına sürtündüğünde, çubuk “pozitif” yüklenir. Cam çubuk ipek parçaya sürtündüğünde, çubuk “negatif” yüklenir. İki aynı işaretli yük birbirini iter. İki zıt işaretli yük birbirini çeker. Elektrik yükü korunur.

Elektrik yükü

Elektrik yükü Parçacık(atom) fiziği Dünya neden yapılmıştır? çekirdek Atom modelleri Eski görünüş proton elektronlar e- çekirdek quarks Modern görünüş Yarı modern görünüş

Elektrik yükü Elektron: 10-18 metreden daha az yarıçaplı e= -1.6 x 10 -19 Coulomb (SI birimi) elektrik yüklü ve kütlesi me= 9.11 x 10 - 31 kg dır. Proton: +e yükü ile sınırlı büyüklüğe sahiptir, kütlesi mp= 1.67 x 10-27 kg ve yarıçapları aşağıdaki gibidir: 0.805 +/-0.011 x 10-15 m saçılma deneyi 0.890 +/-0.014 x 10-15 m Lamb shift deneyi Nötron: Protonla aynı büyüklükte, fakat toplam yükü =0 ve kütlesi mn=1.674 x 10-27 kg dır Nötron içerisinde pozitif ve negatif yükler mevcuttur. Pion: Protondan daha küçüktür.Üç çeşittir: + e, - e, 0 yük. 0.66 +/- 0.01 x 10-15 m Quark: Parçacıktır. Proton ve nötronla kuşatılmıştır, Serbest değildir. Proton (uud) yükü = 2/3e + 2/3e -1/3e = +e Nötron (udd) yükü = 2/3e -1/3e -1/3e = 0 Yalıtılmış quark hiçbir zaman bulunmaz.

İki çeşit yük: Pozitif ve Negatif Elektrik yükü İki çeşit yük: Pozitif ve Negatif Aynı yükler birbirini iter – farklı yükler çeker Yük korunumludur ve kuantumludur e ile belirtilen elektrik yükü daima başlıca yük birimidir, 1909 Robert Millikan e değerini ilk defa ölçmüştür. Değeri e = 1.602 x 10−19 C (coulombs). Yük için standart semboller Q ya da q. Daima Q = Ne dir.Buradaki N tamsayıdır. Yükler : proton, + e ; elektron, − e ; nötron, 0 ; omega, − 3e ; quarks, ± 1/3 e or ± 2/3 e – nasıl oluşur? – quark daima bütün olarak gruba N×e kuralının uygulandığı gruplarda var olur.

Dokunma ile Yüklenme

Etki ile Yüklenme

İletkenler,Yalıtkanlar ve İndüklenen yükler İletkenler : Serbestçe hareket eden yüklere sahip maddelerdir. Metal Yalıtkanlar : Kolayca iletilmeyen yüklere sahip maddelerdir.Odun Yarıiletkenler : Elektrik özellikleri arada olan maddelerdir. Silikon İndüksiyon : Donor maddedeki oluşumun,hiçbir donor yükü kaybı olmaksızın diğer maddede zıt işaretli yükler meydana getirmesidir.

Coulomb Kanunları + + - - + - İki nokta yük arasındaki elektrik kuvvetin büyüklüğü yüklerin çarpımıyla doğru orantılı ve aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. r : iki yük arası uzaklık q1,q2 : yükler k : orantı sabiti - İki yükün birbirleri üzerinde oluşturdukları kuvvetlerin doğrultusu her zaman onları birleştiren doğru boyuncadır. - Yükler aynı işarete sahipse, kuvvetler iticidir. - Yükler zıt işarete sahipse, kuvvetler çekicidir. q1 q2 q1 q2 q1 q2 + + - - + - F2 on 1 r F2 on 1 r r F1 on 2 F1 on 2 F2 on 1 F1 on 2

Coulomb Kuvvetleri r : iki yük arasındaki uzaklık (m) Coulomb Kuvvetleri ve Birimler r : iki yük arasındaki uzaklık (m) q1,q2 : yükler (C) k : orantı sabiti SI birimi Tanımdan elde edilen Bir protonun yükü

Coulomb Kanunları + + q q Elektriksel kuvvet r Kütle çekim kuvveti Örnek 21.11:Elektriksel kuvvetler ve Kütle çekim kuvvetleri q q Elektriksel kuvvet + + r Kütle çekim kuvveti nötron proton + + a parçacığı Kütle çekim kuvvetleri elektriksel kuvvetlere kıyasala çok küçüktür.!

Coulomb kanunları Örnek 21.2: İki yük arasındaki kuvvetler + - r F2 on 1 F1 on 2

Coulomb kanunları Kuvvetlerin üst üste binmesi Kuvvetlerin üst üste binme ilkeleri İki yük üçüncü bir yük üzerine eşzamanlı olarak kuvvet uyguladıklarında, etki altında olan üçüncü yük üzerindeki toplam kuvvet iki yükün ayrı ayrı oluşturdukları kuvvetlerin vektörel toplamına eşitttir. Örnek 21.3:Doğru üzerindeki elektrik kuvvetlerin vektörel toplamı q3 q2 q1 F2 on 3 F1 on 3 + + - 2.0 cm 4.0 cm

Coulomb kanunları + + + a a Örnek 21.4: Düzlemdeki elektrik kuvvetlerin vektörel toplamı q1=2.0 mC + 0.50 m 0.30 m Q=2.0 mC a 0.40 m + a 0.30 m 0.50 m + q1=2.0 mC

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler B A P + + + + + + + + + + + + + + + + + B maddesi çıkarıldığında Yüklü A maddesinin varlığı uzayın niteliğini değiştirir ve bir “elektrik alan”oluşturur. Yüklü B maddesi çıkarıldığında , B maddesi üzerinde meydana gelen kuvvet gözden kaybolsa da, A maddesinin oluşturduğu elektrik alan kalır. Yüklü madde üzerindeki elektrik kuvvet, diğer yüklü maddelerin meydana getirdiği elektrik alan tarafından oluşturulur.

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Deneme yükü P + + + + + + + + + + + + + + + + Test yükü yerleştiriliyor Belirli bir noktada elektrik alanın olup olmadığını deneysel olarak bulmak için, noktaya yüklü küçük bir cisim(deneme yükü) yerleştiririz. Elektrik alan şu şekilde ifade edilir: ( SI biriminde N/C ) Bir q yükü üzerindeki kuvvet:

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Bir nokta yükün elektrik alanı q0 q0 P P q q + - S S + q0 P q + S P’

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Sürekli bir yük dağılımının elektrik alanı

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Sürekli bir yük dağılımının elektrik alanı Bunlar 1,2 veya 3 boyutlu olarak düşünülebilir. Simgeleme(gösterim) için bazı yaygın kabuller vardır Birim uzunluk başına yük λ ; birimi C/m i.e, dq = λ dl Birim alan başına yük σ ; birimi C/m2 i.e, dq = σ dA Birim hacim başına yük ρ ; birimiC/m3 i.e, dq = ρdV

Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Örnek 21.7: Düzgün bir alan içinde elektron y - x O 1.0 cm - 100 V + Bataryaya bağlanmış iki geniş iletken paralel plaka düzgün elektrik alan üretir. (Bir sonraki bölüme bakınız ) Elektrik kuvvet sabit olduğundan, ivmede sabittir Sabit ivme formülünden: iken Elektronun kinetik enerjisi: Gerekli zaman:

Elektrik Alan Çizgileri Bir elektrik alan çizgisi uzayın herhangi bir bölgesi boyunca çizilen hayali doğru ya da eğrilerdir, bu yüzden her noktadaki elektrik alan çizgilerinin teğeti o noktadaki elektrik alan vektörünün yönündedir. Elektrik alan çizgileri her noktadaki yönünü gösterir,ve onlar arasındaki mesafeler her noktadaki şiddeti hakkında genel bir fikir verir . Nerede güçlü ise, elektrik alan çizgileri birbirlerine yakın bir şekilde bir arada ilerlerler; nerede zayıf ise, elektrik alan çizgileri birbirine oldukça uzaktır. Herhangi bir belirli noktada, elektrik alan tek yöne sahiptir bu yüzden alanın her noktasından sadece bir alan çizgisi geçer. Alan çizgileri asla birbirini kesmez.

Elektrik alan çizgileri Alan çizgisi çizme kuralları: Elektrik alan çizgileri + yükten başlar – yükte son bulur. (yada sonsuzda) Çizgiler yüke simetrik olarak varır yada ayrılırlar. Yüke varan yada ayrılan çizgilerin sayısı yükle orantılıdır Çizgilerin yoğunluğu o noktadaki elektrik alan şiddetini gösterir. Yükler sisteminden büyük uzaklıklarda çizgiler , sistemin net yüküne eşit tek bir nokta yükün oluşturduğu şekilde izotropik ve radyaldır. İki alan çizgisi kesişemez.

Elektrik alan çizgileri Alan çizgisi örnekleri

Elektrik alan çizgileri Alan çizgisi örnekleri (cont’d)

Elektrik dipoller Bir elektrik dipol eşit büyüklükte ve d uzaklığı ile ayrılmış zıt işaretli nokta yük çiftidir. Elektrik dipol moment qd d Su molekülleri ve elektrik dipolü

Elektrik Dipoller tork: elektrik dipol moment: Elektrik dipol üzerindeki kuvvet ve tork tork: elektrik dipol moment: Çok küçük bir df yer değişimi sırasında tork t tarafından yapılan iş:

Elektrik Dipoller Elektrik alandaki dipol için potansiyel enerji Elektrik dipol üzerindeki kuvvet ve tork Elektrik alandaki dipol için potansiyel enerji

Alıştırmalar Düzgün elektrik alan içerisindeki yüklü parçacığın yörüngesi

Alıştırmalar Katot ışını tüpü

Alıştırmalar Sonlu çizgi yükün elektrik alanı

Alıştırmalar Yüklü halkanın elektrik alanı

Alıştırmalar Düzgün bir şekilde yüklü diskin elektrik alanı

Alıştırmalar Yüklü sonsuz plakanın elektrik alanı

Alıştırmalar Zıt yüklü paralel iki plakanın elektrik alanı

Alıştırmalar Elektrik dipolün belli bir uzaklıktaki alanı