Elek tri k Yükü / Alanı

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

2. Elektrikyükü

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

4. 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 veyarıçapları 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 =0ve 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.

5. Elektrik yükü • İki çeşit yük: Pozitifve Negatif • Aynı yükler birbirini iter – farklı yükler çeker • Yük korunumludur ve kuantumludur • eile belirtilenelektrikyüküdaimabaşlıca yük birimidir, • 1909 Robert Millikane değerini ilk defa ölçmüştür. • Değerie = 1.602 x 10−19 C (coulombs). • Yük için standart sembollerQ ya da q. • Daima Q = Ne dir.BuradakiN tamsayıdır. • Yükler : proton, + e; elektron, −e; nötron,0; omega, −3e; quarks,± 1/3 eor± 2/3 e– nasıl oluşur? – quark daimabütün olarak gruba N×ekuralının uygulandığı gruplarda var olur.

6. Dokunma ile Yüklenme

7. Etki ile Yüklenme

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

9. Coulomb Kanunları • İki nokta yük arasındaki elektrik kuvvetin büyüklüğü yüklerin çarpımıyla doğru orantılı vearalarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. r : iki yük arası uzaklık q1,q2 : yükler k : orantı sabiti Coulomb Kanunları - 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. q2 q2 q2 q1 q1 q1 + + - - + - r r r F2 on 1 F2 on 1 F1 on 2 F1 on 2 F2 on 1 F1 on 2

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

11. Örnek 21.11:Elektriksel kuvvetler ve Kütle çekim kuvvetleri q q Elektriksel kuvvet + + r Kütle çekim kuvveti nötron 0 Coulomb Kanunları proton + + aparçacığı 0 Kütle çekim kuvvetleri elektriksel kuvvetlere kıyasala çok küçüktür.!

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

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

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

15. ElektrikalanveElektrikkuvvetler B A A P + + + + + + + + + + + + + + + + + B maddesi çıkarıldığında ElektrikalanveElektrikkuvvetler • Yüklü A maddesinin varlığıuzayın niteliğini değiştirir ve bir “elektrikalan”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.

16. ElektrikalanveElektrikkuvvetler Deneme yükü A A P + + + + + + + + + + + + + + + + Test yükü yerleştiriliyor ElektrikalanveElektrikkuvvetler • 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:

17. Bir nokta yükün elektrik alanı q0 q0 P P q q + - S S ElektrikalanveElektrikkuvvetler + q0 P q + S P’

18. Sürekli bir yük dağılımının elektrik alanı ElektrikalanveElektrikkuvvetler

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

20. 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 ) ElektrikalanveElektrikkuvvetler • Elektrik kuvvet sabit olduğundan, ivmede sabittir • Sabit ivme formülünden: iken • Elektronun kinetik enerjisi: • Gerekli zaman:

21. Bir elektrik alan çizgisiuzayın herhangi bir bölgesi boyunca çizilen hayali doğru ya da eğrilerdir,bu yüzdenher noktadaki elektrik alan çizgilerinin teğeti o noktadaki elektrik alan vektörünün yönündedir. • Elektrik alan çizgileriher noktadaki yönünü gösterir,ve onlar arasındaki mesafeler her noktadaki şiddeti hakkında genel bir fikir verir . Elektrik Alan Çizgileri • Neredegüçlü ise, elektrik alan çizgileri birbirlerine yakın bir şekilde bir arada ilerlerler; neredezayıf ise, elektrik alan çizgileri birbirine oldukça uzaktır. • Herhangi bir belirli noktada, elektrik alan tek yöne sahiptirbu yüzdenalanın her noktasından sadece bir alan çizgisi geçer. Alan çizgileri asla birbirini kesmez.

22. 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 yoğunluğuo noktadaki elektrik alan şiddetini gösterir. • Yükler sisteminden büyük uzaklıklarda çizgiler ,sistemin net yüküne eşit tek bir nokta yükün oluşturduğu şekilde izotropikve radyaldır. • İki alan çizgisi kesişemez. Elektrik alan çizgileri

23. Alan çizgisi örnekleri Elektrik alan çizgileri

24. Alan çizgisi örnekleri (cont’d) Elektrik alan çizgileri

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

26. Elektrik dipol üzerindeki kuvvet ve tork Elektrik Dipoller tork: elektrik dipol moment: Çok küçük bir df yer değişimi sırasında tork ttarafından yapılan iş:

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

28. Düzgün elektrik alan içerisindeki yüklü parçacığın yörüngesi Alıştırmalar

29. Katot ışını tüpü Alıştırmalar

30. Sonlu çizgi yükün elektrik alanı Alıştırmalar

31. Yüklü halkanın elektrik alanı Alıştırmalar

32. Düzgün bir şekilde yüklü diskin elektrik alanı Alıştırmalar

33. Yüklü sonsuz plakanın elektrik alanı Alıştırmalar

34. Zıt yüklü paralel iki plakanın elektrik alanı Alıştırmalar

35. Elektrik dipolün belli bir uzaklıktaki alanı Alıştırmalar