Atomun Yapısı ve Elektriklenme

Oca 06 2008

Atomun Yapısı ve Elektriklenme

(0 Oy)

GenBilim Editor

Pazartesi, 07 Ocak 2008

Okunma: 3347 kez

İnsanoğlu, tarih boyunca elektrikle yakından ilgilenmiş ve elektriğin bir çok olayla ilgili olduğunu görmüştür...Günlük hayatta; yünlü bir kumaş parçasına sürülen tarağın kağıt parçalarını çektiğini, kazağımızı çıkarırken kıvılcımlar görüp çıtırtılar duyulduğunu, otomobilin dışındaki metal aksamına dokunulduğunda geçici bir elektrik şoku hissedildiğini biliyoruz... Bütün haberleşme sistemlerinden bilgisayarlara, kullandığımız elektronik malzemelerin çalışma sistemlerinde, enerjinin bir yerden başka bir yere nakledilmesinde, cisimlerin kendi şeklini muhafaza etmesine kadar birçok olay; elektrostatik kuvvet dediğimiz bir kuvvete bağlıdır...
Petrol tankerlerinde yere değen zincirler, yüksek binalardaki toprak bağlantılı paratonerler, sözü edilen elektrostatik kuvvetin tahrip edici özelliğinden korunmak içindir...Durgun elektrik denen elektrostatik; atom altı parçacıkların etkileşimlerinden, şimşek ve yıldırımlara kadar çok geniş bir sahada yer alan özellikleri inceler...
Maddenin temel yapısını oluşturan atomlar; elektron,proton ve nötron olmak üzere üç temel parçacıktan meydana gelmiştir. Proton ve elektronun elektriksel özellikleri birbirinden zıt olmasından dolayı protona (+) elektrona (-) yüklü denmiştir.Nötron ise yüksüzdür. Elektonun sahip olduğu yük "-e" ile gösterilirken, protonun sahip olduğu yük "+e" ile gösterilir.
Nötr bir atom herhangi bir yolla elektron kazanmışşsa bu atoma (-) yükle yüklenmiş atom, elektron kaybetmişse bu atoma da (+) yükle yüklenmiş atom denir. Özetle; bir atomun yüklü olabilmesi için atomda ya elektron fazlalığı ya da elektron eksikliği olmalıdır. Protonların alınması veya verilmesi söz konusu değildir.

İLETKENLER ve YALITKANLAR Elektrik yüklerini ileten cisimlere "iletken" aksi davranış gösteren cisimlere ise "yalıtkan" denir. Metaller, asit, baz ve tuzların sudaki çözeltileri, insan vücudu, toprak vb. iletkendir. Buna karşılık porselen, cam, kağıt, kauçuk ve gazlar yalıtkandır.
Metallerin iletkenlik özelliği, serbest elektron bulundurmalarından kaynaklanır. Dış yörüngede bulunan ve serbestçe hareket edebilen elektronlar iletkenliği sağlar.Yalıtkan maddelerde ise dış yörünge elektronları, atoma sıkı sıkıya bağlıdır.Serbestçe hareket edemedikleri için, elektrik gibi ısıyı da iyi iletemezler.

ELEKTRİKLENME ÇEŞİTLERİ Bir cismin elektriklenmesi için, bu cismin elektron kaybetmesi ya da kazanması gerekir.Cisimlerde elektron kaybı ya da kazancı, sürtünme, dokunma, çarpma gibi mekanik yöntemlerle sağlanabildiği gibi ısı ve ışık enerjisi verilerek de gerçekleştirilebilir. Bu bölümde sürtünme, dokunma ve etki ile elektriklenme üzerinde durulacaktır...

SÜRTÜNME İLE ELEKTRİKLENME Saçlarımızı tararken veya yün kazağımızı giyip çıkartırken çıtır çıtır sesler duyarız.İpekli giyisilerimiz karanlıkta çıkartırken kıvılcımlar oluşmasının, bulutlar arasında şimşek çakmasının nedeni sürtünme ile elektriklenmedir. Nötr iki cisim, sıkıca birbirine sürtülürse; biri elektron alarak, diğeri elektron vererek etkilenir.
Elektriklenmiş bir cam çubuk düşünelim... Diğer tüm cisimler gibi cam çubukta da atomlar vardır. Cam çubuğun yüksüz olması onda yük bulunmadığı anlamında değil, içinde eşit sayıda proton ve elektron olmasındandır.Tüm yüksüz cisimlerin içindeki protonların sayısı ile elektron sayısı birbirine eşittir.
İpekli kumaşa sürtündüğünde, cam çubuğun artı yükle yüklendiği gözlenir.Bu durum bize, çubuk içinde başlangıçta eşit olan proton ve elektron sayısının ipekli kumaşa sürtüldükten sonra eşit olmadığını gösterir. Yandaki şekilde görüldüğü gibi cam çubuk ipekli kumaşa sürtülünce çubuktan kumaşa elektronlar geçer.Çubuk artı yüklü duruma geçerken kumaş da eksi yüklü duruma geçer.Başlangıçta yüksüz (nötr) olan bir plastik çubuk, yünlü kumaşa sürtülürse, plastik çubuk elektronlar kazanarak (-) ile yüklenir

DOKUNMA İLE ELEKTRİKLENME Yüklü bir iletken cisim, yüklü veya yüksüz aynı tür bir iletken cisme dokundurulduğunda toplam yük (net yük) lerini dış yüzeylerinin büyüklüğüyle orantılı olarak paylaşırlar.Birbirine dokundurulan yüklü cisimler; eşit yarıçaplı özdeş küreler ise net yüklerini eşit olarak, farklı yarıçapta küreler ise net yüklerini yarıçaplarıyla orantılı olarak paylaşırlar.
Yarıçapları r1 ve r2 olan iki kürenin birbirlerine dokundurulmadan önceki yükleri q1 ve q2 , sonraki yükleri q'1 ve q'2 olsun...
Bu yükler arasındaki ilişki;
Q1=Qtoplam/Rtoplam

olur. Dikkat edilecek olursa küreler; q1+q2 net yükü pozitif ise ikisi de pozitif, negatif ise ikisi de negatif yükle yüklenmiş olur. q1 ve q2 yükleri zıt işaretli ve eşit büyüklükte ise toplam yük "0" olacağından küreler yüklenmemiş olurlar.Bu durumda q1 ve q2 yükleri birbirini nötrlemiş demektir. Sonuç olarak, dokunmayla elektriklenmede cisimler, net yükün cinsiyle yüklenmiş olurlar...

ETKİ İLE ELEKTRİKLENME Yüklü bir cismin dokunmadan yüksüz bir cismi etkilemesine "etki ile elektriklenme " denir.Etki ile elektriklenme yalnız iletken cisimlerde görülür.Etki ile elektriklenmenin nedeni iletken cismlerde bulunan serbest elektronların yaklaştırılan yüklü cisim tarafından itilmesi ya da çekilmesidir.Yüklü cisim uzaklaştırılınca yüksüz cisimde meydana gelen etki ile elektriklenme yok olur...

Elektroskop
Elektroskop, bir ucunda metal küre ( veya levha ), küreye bağlı bulunan metal çubuk ve çubuğa bağlı, kolaylıkla hareket edebilen altın veya aliminyum yapraklardan oluşur...
Bu tertibatın, hava akımlarından ve diğer dış etkilerdwen etkilenmesini önlemek için şekilde görüldüğü gibi cam muhafaza -cam kap- içine yerleştirilmiştir.Elektroskop yüksüz olduğu zaman yapraklar kapalıdır.Yüklendiğinde aynı tür yüklerin birbirini itmelerinden dolayı yaprak açılır....
Yüksüz bir elektroskoba, yüklü bir cisim yaklaştırıldığında; topuz,cismin yüküne zıt, yapraklar ise etki yoluyla cisminkiyle aynı yükte yüklenir... Çok hafif olan ve aynı yükle yüklenen yapraklar birbirlerini iter ve açılırlar...Yüklü cisim elektroskoptan uzaklaştırıldığında, yükler ilk konumuna geleceğinden yapraklar kapanır ve kapalı kalır...
Yüksüz elektroskoba yüklü küreciği şekildeki gibi dokundurursak, elektroskobun topuz ve yaprakları kürecikle aynı işaretle yükleneceğinden yapraklar iyice açılır.Yüklü kürecik uzaklaştırıldığında, elektroskoba geçen yapraklardaki yükler başka bir tarafa gitmeyeceğinden yapraklar açık kalacaktır.

Coulomb Kanunu
Aynı cins elektrik yüklerinin birbirini ittiğini, farklı cins elektrik yüklerinin birbirini çektiğini biliyoruz.... Coulomb Kanunu ; bu etkileşmenin nelere, nasıl bağlı olduğunu veren deneysel bir kanundur.
Fizikçi Coulomb (Kulon) 1785 yılında yaptığı deneylerde burulma terazisi denilen bir düzenek kullanmış ve elektrik yüklü iki küçük küre arasındaki etkileşme kuvvetini oldukça duyarlı olarak ölçmeyi başarmıştır. Bir dizi deneyden sonra Coulomb, etkileşme kuvvetinin her küredeki yükle doğru, kürelerin arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu bulmuştur..
Yükleri q1 ve q2, aralarındaki uzaklık d olan iki küçük verilsin.Kürelerin yükü artı, aralarındaki etkileşme kuvveti F olsun. Yapılan duyarlı deneylerde eğer q1 yükü iki katına çıkarılırsa F kuvvetinin de iki katına çıktığı gözlenmiştir. Eğer kürelerin arasındaki uzaklık (d) iki katına çıkarılırsa; kuvvetin, ilk değerinin dörtte birine düştüğü gözlenir..
Bu gözlem F kuvvetinin d uzaklığının karesi ile ters orantılı olduğunu gösterir. F kuvveti q1 , q2 ve ile doğru orantılı olduğuna göre bunların çarpımıyla da doğru orantılıdır.
Yük birimi olan Coulomb oldukça büyük bir değerdir. 6,3.10 elektrona 1 C denilmiştir. Coulomb Kuvveti ile iligi olarak dikkat edilecek bir başka nokta da bu kuvvetin, diğer bütün kuvvetlerde olduğu gibi vektörel bir nicelik olmasıdır.

Elektriksel Alan
Elektrik yüklerinin birbirine uyguladığı itme veya çekme kuvveti, uzaktan etki biçimindedir.Bu kuvvet için arada bir maddesel bağlantı olması gerekmez. Elektrik yüklerinin arada bağlantı olmaksızın birbirine nasıl kuvvet uyguladıkları bir sırdır ve henüz çözülmüş değildir.Ancak, olayı açıklayabilmek için bir yükün kendi çevresinde bir "alan" oluşturduğunu söyleyebiliriz.Elektrik alanı kavramı bu nedenle ortaya çıkmıştır.

Uzayın herhangi bir bölgesinde, pozitif birim yük (q =+1)başına düşen kuvvete elektrik alanı denir. E ile gösterilir.Elektrik alanı vektörel bir büyüklüktür.

ELEKTRİKSEL ALAN İÇİNDEKİ YÜKLÜ CİSİMLERE ETKİYEN KUVVET Pozitif birim yüke etkiyen kuvvete elektrik alanı (E) demiştik.O halde q yüküne etkiyen kuvvetin büyüklüğü de F=qE kadardır.

YÜKLERİN ÇEVRESİNDEKİ ELEKTRİK ALAN ÇİZGİLERİ Elektriksel alan, pozitif birim yüke etkiyen kuvvet olduğundan, yönü de pozitif yükü etkiyen kuvvet yönündedir.Yani elektrik alan çizgileri pozitif yükten dışa doğrudur.Negatif bir yük; pozitif birim yüke kendisine doğru bir kuvvet uygulayacağından, negatif yükün oluşturduğu elektrik alanı içe doğrudur.

Elektriksel alan kuvvet çizgilerinin özellikleri aşağıdaki gibidir; -Bu çizgiler, her noktada elektrik alan vektörüne teğet olur. -Birim yüzeyden geçen elektrik alan çizgilerinin sayısı, bu bölgedeki elektrik alan şiddetiyle doğru orantılıdır. -Elektriksel alan çizgileri pozitif yüklerden çıkıp negatif yüklere gelecek şekildedir. -Elektrik alanı içindeki her noktadan, ancak bir alan çizgisi geçebilir.Buradan alan çizgilerinin birbirini hiç kesmeyeceği anlaşılır.

YÜKLÜ İKİ DÜZLEM LEVHA ARASINDAKİ ELEKTRİK ALANI Zıt yüklü iki düz metal levha arasındaki elektriksel alan yaklaşık olarak düzgündür.Levhalar arası uzaklık , levhanın boyutuna göre küçük olursa, bu durum söz konusudur.Şekilde görüldüğü gibi zıt yüklü iki levha arasında pozitif levhadan, negatif levhaya doğru bir elektrik alanı yönelmiştir.