hepnotElektrik yükü: aktarım, korunum ve noktasal kuvvet
Konunun mantığı
Elektrik yükü birimi coulomb, Cdir. Proton pozitif, elektron negatif yüklüdür; büyüklükleri eşittir ve bu büyüklük e ile gösterilir. Bu dersin sayısal sorularında e≈1,6×10⁻¹⁹ C yaklaşımı verilir. Nötr bir cisimde net pozitif ve negatif yükler dengelenir; bu, cismin içinde hiç yüklü parçacık olmadığı anlamına gelmez. Nötr bir cisim kutuplanma yoluyla elektriksel etkileşime de katılabilir; yalnız net yükten her etkiyi dışlayamayız.
Sıradan katıların sürtünme veya temasla elektriklenmesi modelinde aktarılan parçacıklar elektronlardır; çekirdekteki protonların cisimler arasında dolaştığı varsayılmaz. Nötr cisim elektron kaybederse pozitif, kazanırsa negatif net yük alır. N elektronun taşınan yük büyüklüğü Ne olur; cisimdeki net yük değişiminin işareti elektronun girip çıkmasına göre belirlenir. Bu, iyon hareketi içeren başka ortamların ayrıntılı yük taşıma modelini dışlayan bir evrensel “yalnız elektron taşınır” iddiası değildir.
Dışarıya net yük aktarımı olmayan sistemin toplam elektrik yükü korunur. Başlangıçta nötr iki cisim arasında elektron aktarılırsa birinin +Q, diğerinin −Q olması toplamı 0 tutar. Pozitif yük yaratılması diye yorumlanan şey elektron eksikliğidir; iki cismin mutlak yük büyüklükleri toplansa 2Q çıkması korunan cebirsel toplamın 0 olmasıyla çelişmez. Sistemin sınırını belirtmeden tek cisimdeki yük değişimini korunum ihlali sayma.
Bu girişte elektrostatik kuvvet hesabı vakumda, konumları sabit tutulan noktasal iki yük içindir. Aralarındaki r>0 uzaklıkta büyüklük F=k|q₁q₂|/r²; k≈9×10⁹ N·m²/C² alınır. Sonlu cisimlerin boyutları uzaklığa göre çok küçükse noktasal yaklaşım kullanılabilir; yakın iletkenlerde yük dağılımı değişimi ayrıca incelenmeden aynı basit model dayatılmaz. F bir büyüklük olduğu için negatif yazılmaz; işaretler yönü belirler.
Aynı işaretli noktasal yükler iter, zıt işaretliler çeker; kuvvetler iki yükü birleştiren doğru üzerindedir. İki cismin birbirine uyguladığı kuvvetler eşit büyüklükte ve ters yönlüdür; büyük yüklü cismin ötekine daha büyük karşılıklı kuvvet uyguladığı söylenmez. Başka dış kuvvetler yükleri yerinde tutabilir; etkileşim kuvveti bundan yok olmaz. Yükler değişmeden uzaklık iki katına çıkarsa büyüklük dörtte bire iner; ortam veya yükler de değişirse onların çarpanlarını ayrıca hesaba kat.
Elektron kaybeden nötr katı +, kazanan − yüklenir; yalıtılmış sistemde cebirsel toplam korunur. Vakumda durgun noktasal iki yük için F=k|q₁q₂|/r², r>0. Aynı işaret iter, zıt işaret çeker; karşılıklı kuvvetler eşit büyüklükte ters yönlüdür.
Adım adım bir örnek
Başlangıçta nötr A ve B katıları dışarıyla yük alışverişi yapmayan bir sistem oluşturuyor. A cisminin 2,5×10¹² elektronu Bye aktarılıyor; başka yük aktarımı yok. e≈1,6×10⁻¹⁹ C ile son net yükleri iki temsille bulunuz.
Elektron sayısı ve işaret
- Aktarılan yük büyüklüğü Ne=2,5×10¹²·1,6×10⁻¹⁹=4×10⁻⁷ C.
- A elektron kaybeder: +4×10⁻⁷ C. B elektron kazanır: −4×10⁻⁷ C.
Sınır: İşaret elektronun yükünü körce iki cisme de yapıştırarak değil her cismin elektron eksikliği/fazlasından seçilir.
Yük bilançosu
- A için yük değişimi +Ne, B için −Ne; başlangıç yükleri 0 olduğundan son değerler aynı değişimlerdir.
- (+4×10⁻⁷)+(−4×10⁻⁷)=0 C; başlangıç sistem toplamı korunur.
Sınır: Korunum büyüklüğü tek başına Ne sayısını vermez; sayı bilgisi ve aktarım yönü gerekir. Bu aynı sürecin bilanço temsilidir.
A pozitif yüklenince yeni proton üretilmiş midir? İki mutlak yükün toplamı 8×10⁻⁷ C iken korunan net toplamın 0 olması neden tutarlıdır?
Hatayı bul
“Nötr cisim pozitif yüklendiğine göre ona pozitif protonlar gelmiştir.” Sıradan katıda yalnız elektron aktarımı modelinde ilk hata nedir?
İlk hatayı göster
İlk hata: Pozitif net yükü, modele aykırı proton aktarımı gerektiği biçiminde açıklamak.
Nötr katı elektron kaybettiğinde pozitif ve negatif yük dengesi bozulur; proton sayısı değişmeden pozitif net yük oluşabilir. Bu derste soruların yük taşıyıcısı elektron olarak verilmiştir.
+2 μC ve −3 μC yükler vakumda korunup uzaklık 0,30 mden 0,60 mye çıkarılırsa büyüklük ve etkileşim türü ne olur?
Uzaklık iki kat, kuvvet dörtte bir: 0,6/4=0,15 N. İşaretler korunur, etkileşim yine çekmedir. Yükleri yerinde tutmak için dış destek gerekebilir; hesap yalnız elektriksel etkileşim içindir.
Dersin soruları
1Başlangıçta nötr A ve B katıları dışarıyla yük alışverişi yapmıyor. Yalnız A cisminin 5×10¹² elektronu Bye aktarılıyor. e≈1,6×10⁻¹⁹ C alınırsa (qA,qB) hangisidir?
Bu soruda hata mı var?2Vakumda sabit tutulan +2 μC ve −3 μC noktasal yükler arasında 0,30 m var. k≈9×10⁹ N·m²/C² ve 1 μC=10⁻⁶ C. Birbirlerine uyguladıkları elektriksel kuvvetin büyüklüğü ve türü hangisidir?
Bu soruda hata mı var?3Vakumda iki durgun noktasal yükün etkileşim kuvveti büyüklüğü F. Yeni sabit düzende bir yükün büyüklüğü üç katına, ötekininki yarısına; uzaklık iki katına getiriliyor. Yüklerin işaretleri değişmiyor. Yeni büyüklük kaç F olur?
Bu soruda hata mı var?Kendini dene
Tüm soruları cevapla. Bitirince puanını ve zorlandığın noktaları göreceksin.
1Dışarıyla yük alışverişi olmayan üç nötr katı K, L ve M birbirine sürtülüyor. Sürtünmeden sonra net yükler K: +2 nC, L: −5 nC, M: +3 nC ölçülüyor. Sıradan katıların elektron aktarımı modelinde elektron sayılarındaki değişim için hangisi söylenir?
2Dışarıyla yük alışverişi olmayan K ve L cisimlerinin başlangıç yükleri (+5 μC, −3 μC). Aşağıdaki son durumlardan (K, L) hangisi yük korunumuyla uyumludur?
3Sabit iki noktasal yük için vakumda kuvvet büyüklüğü ölçülüyor: r=0,10 m’de 36 N, r=0,20 m’de 9 N. Aynı yükler r=0,60 m uzaklıktayken kuvvet büyüklüğü kaç N olur?
4Başlangıçta nötr A ve B katıları arasında 2,0×10¹¹ elektron A’dan B’ye aktarılıyor; başka aktarım yok. Sonra cisimler vakumda noktasal yük gibi davranıyor ve yerlerinde tutuluyor; aralarında 4,0 cm var. e≈1,6×10⁻¹⁹ C, k≈9×10⁹ N·m²/C². Aralarındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü ve türü hangisidir?
5Vakumda A (+1 μC) x=0’da, B (+4 μC) x=+0,20 m’de bulunan noktasal cisimler olup konumları sabittir. k≈9×10⁹ N·m²/C². A’ya ve B’ye etkiyen elektriksel kuvvetler hangisidir?
6Dışarıyla yük alışverişi olmayan bir sistemde K cisminin net yükü +4 μC’den +1 μC’ye düşüyor. Sıradan katıların elektron aktarımı modelinde ve e≈1,6×10⁻¹⁹ C ile bu bilgiden hangisi çıkar?
7Vakumda A (+2 μC) ve B (+2 μC) noktasal yükleri 0,10 m arayla sabit tutulurken aralarında 3,6 N büyüklüğünde itme kuvveti ölçülüyor. Sonra B’nin yükü −6 μC yapılıyor ve aralarındaki uzaklık 0,30 m’ye çıkarılıyor; A’nın yükü sabit kalıyor. k≈9×10⁹ N·m²/C². Yeni durumda A’ya ve B’ye etkiyen kuvvetler hangisidir?
8Üç nötr katı A, B ve C dışarıyla alışverişsiz bir sistemdir. Önce A’dan B’ye 5×10¹¹ elektron, sonra B’den C’ye 2×10¹¹ elektron aktarılıyor; başka aktarım yok. e≈1,6×10⁻¹⁹ C ile son yükler (qA, qB, qC) hangisidir?
9Vakumda q₁=+4 μC ile bilinmeyen q₂ noktasal yükleri 0,20 m arayla sabittir; aralarındaki kuvvet 1,8 N büyüklüğünde ve itme türündedir. k≈9×10⁹ N·m²/C². q₂ kaç μC’dir?
10Net yükü sıfır olan (nötr) bir katı cisim için hangisi söylenebilir?
Aklında kaldı mı?
Yalıtılmış iki cismin toplam yükü 0 ise ikisi de mutlaka nötr mü?
Hayır. +Q ve −Q gibi zıt net yüklere sahip olabilirler. Korunan toplam cebirsel toplamdır, mutlak büyüklüklerin toplamı değildir.
Coulomb formülünde negatif q₁q₂ nasıl yorumlanır?
Büyüklük hesabında |q₁q₂| kullanılır; negatif büyüklük yazılmaz. İşaretlerin zıt olması iki noktasal yük arasındaki kuvvetin çekici olduğunu gösterir.
Kaynak ve kontrol durumu
Bu ders Hepnot için hazırlandı; üçüncü taraf soru kitabından soru veya görsel aktarılmadı. Bu, başka içerikle benzerlik olmadığının garantisi değildir.
Branş editörü incelemesi ve müfredat eşleştirmesi sürüyor; bu nedenle ders taslak olarak işaretlidir.
Müfredat için başvurulacak kaynak: MEB öğretim programları.