+ Yorum Gönder
Elektronik ve Teknoloji ve Elektrik Genel Bilgi Forumunda elektrik ile ilgili bilgiler - elektrik ile ilgili temel bilgiler Konusunu Okuyorsunuz..
  1. HARBİKIZ
    Moderator

    elektrik ile ilgili bilgiler - elektrik ile ilgili temel bilgiler








    elektrik ile ilgili bilgiler - elektrik ile ilgili temel bilgiler

    ELEKTRİK

    1 - ATOMLAR BİR YÜK KAYNAĞIDIR

    Çekirdekteki pozitif yük miktarı, çekirdek etrafında dolanan elektronların toplam negatif yük miktarına eşittir. Karbon atomu örneğinde, her elektronun yükü –e ise, çekirdekteki yük tam olarak +6e kadardır. Evren, yaklaşık olarak nötr durumdadır. Dünya, çok az da olsa negatif veya pozitif yük fazlalığına sahip olabilir. Fakat pratik işlemler için nötr olarak kabul edilmektedir.

    Elektrik kuvvetleri, maddenin elektriksel özelliğine bağlıdır. Elektriksel özellik, maddeyi oluşturan atomlardaki parçacıklarla ilgilidir. Maddenin elektriksel kabiliyetini belirleyen parçacığa elektron denilmektedir. Elektriklenme, elektron alış verişi ile mümkündür. Elektron kazanan veya kaybeden cisimlere elektriklenmiş (yüklü) cisimler denir. Elektriklenme; sürtme, dokunma ve etki ile olabilir ..


    Bir elektronu bir atomdan uzaklaştırmak çok zor değildir. Bir ebonit çubuk bir kadife beze sürtülecek olursa, bezdeki bazı elektronlar ebonit çubuğa aktarılmış olacaktır.


    Ebonit çubuğa aktarılan net elektron fazlalığı, negatif yüklenmesini sağlamıştır. Bu çubuk, metal nesneye dokundurulursa, bazı elektronlar metale geçer.

    Bir başka basit deney, şişirilmiş bir balonun yünle ovulmasıdır. Bu durumda balon odanın duvarı veya tavanına saatlerce yapışık kalabilir. Böyle davranan cisimlerin elektriklenmiş veya elektrikle yüklenmiş oldukları söylenir.

    2 - YÜKLER ARASINDAKİ KUVVETLER
    Yükler arasındaki kuvvetleri incelemek için çok hafif ve kütlesiz varsayılacak toplar kullanılabilir.


    3 - YALITKAN VE İLETKENLER

    Bütün maddeler atomlardan, atomlar da çekirdek ve elektronlardan oluşmalarına karşın, maddelerin elektriksel özellikleri birbirinden çok farklıdır. Maddeler, elektriksel özelliklerine göre, iki ana gruba ayrılabilir: İletkenler ve yalıtkanlar.

    İletkenler, elektrik yüklerinin oldukça serbest hareket ettikleri maddelerdir. Buna karşın yalıtkanlar, elektrik yüklerinin kolayca taşınamadığı ortamlardır (Serway, 1996:629). Altın gümüş, bakır ve alüminyum gibi metaller iyi iletkenlerdi

    Yalıtkanlardaki herhangi bir atomun elektronları, atomlara sıkı bir şekilde bağlıdır ve madde içinde hareket kadar serbest değildir. Bu nedenle, yüklü bir çubuk bir yalıtkana yaklaştırılsa bile, yalıtkanın atomlarındaki çekirdek ve elektronlar, çubuğun yükünün çekme ve itme etkisi ile hareket edemezler.

    İletkenler ise daha farklı özellikler gösterirler. İletkenlerde, madde içinde serbestçe hareket edebilen yükler vardır. Metaller en iyi iletkenler olarak bilinirler. Her metal atomu normalde nötr olmalarına karşın, çekirdekten en uzak orbitalindeki elektronlar kolayca serbest hale gelebilirler. Metal boyunca hareket edebile negatif yükler, bir yerden başka bir yere kolaylıkla hareket edebilirler. Elektriksel olarak iletken olanlar, sadece metaller değildir. İyonik eriyikler gibi malzemelerde iyon yüklü atomlar içerdiklerinden serbestçe hareket edebilirler


    4 - ELEKTROSKOP

    Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, yüklü ise hangi tür elektrik yüklü olduğunun anlaşılmasına yarayan aletlere elektroskop adı verilir (Öztürk;1998:110). Bu alette, çok ince iki altın yaprak, bir metal çubuğa tutturulur. Metal çubuğun tepesi, küresel şekildedir. Topucun altındaki metal kısım ve yapraklar, yalıtkan bir koruyucu içine alınmıştır.

    Bir ebonit çubuğu elektroskopun metal küresine dokundurarak negatif yüklerin, elektroskopa geçmesi sağlanır. Yükler, metal küre, çubuk ve altın yapraklara geçeceklerdir. Benzer yükler birbirini iteceklerinden, başlangıçta çubuk üzerinde bulunan yükler daha sonra küre, çubuk ve yapraklar arasında yeni bir dağılıma uğrarlar. Sonuçta, yapraklar üzerinde benzer yük fazlalığı oluştuğundan, birbirlerini iteceklerdir.

    Negatif yüklü bir top elektroskopun metal küresine yaklaştırıldığında, küre üzerinde bulunan negatif yükler, küreden çubuğun daha uzak bölgelerine itilecekler, yapraklar daha fazla yük aldığından birbirlerinden uzaklaşacaklardır. Pozitif yüklü topta ise durum tam tersi olacaktır

    Yüklü bir elektroskopun topuzuna, yüksüz cam, porselen, ebonit veya plastik ile dokunursak, yapraklar hiç kıpırdamaz. Bu maddeler elektrik bakımından yalıtkanlardır. Topuza bir kibrit çöpü ile dokunursak, yapraklar gene kapanır. Fakat bu kapanma çok yavaş olur. Görünüşe göre, odunun içinde de elektrik yükü hareket etmektedir. Fakat bu hareket, metallerde olduğu kadar serbest değildir. Odunun elektrik yüklerine karşı gösterdiği direnç, metallerinkinden çok daha büyüktür (Schaim; Cross, 1982:394).

    5 - YÜK KORUNUMU

    Evrendeki bütün yüklerin cebirsel toplamı sıfırdır. Her etkileşimde yüklerin toplam miktarı değişmemektedir. Yani net bir yük oluşturulamaz ve yok edilemez. Buna yüklerin korunumu yasası denir. Şu şekilde ifade edilebilir: Hiçbir fiziksel işlemde net bir pozitif veya negatif yük oluşturulamaz veya yok edilemez.

    Bu ifadeden, evrendeki proton ve nötron sayılarının eşit olduğu sonucu çıkarılmamalıdır. Bir çok reaksiyonda, zıt yüklü parçacıklar oluşup, yok olabilir.







  2. HARBİKIZ
    Moderator





    7 - ELEKTRİKSEL ALAN

    Alan çizgileri sadece kuvvetin yönünü göstermekle. kalmaz aynı zamanda kuvvetin göreceli büyüklüğünü de belirtir. Kuvvetin daha şiddetli olduğu yerlerde kuvvetçizgileri birbirlerine yakın, zayıf olduğu yerle de ise birbirlerinden uzaktır. Elektriksel alan, yüklü cisimlerin başka bir yüklü cisme uyguladığı elektriksel kuvveti tasvir eder.

    Elektriksel alan, durgun bir yükün maruz kaldığı elektriksel kuvveti temsil eder. Şimdi herhangi bir bölgedeki elektrik alanın nasıl saptanacağını ele alalım. Bunun için, yüklü bir cismi (deneme yükü adı verilir) bir bölgeye koyup, bu deneme yüküne diğer tüm yüklerden kaynaklanan kuvveti belirleyebilirdik. Fakat deneme yükü de çevresinde bulunan bütün yüklere bir kuvvet uygulayacaktır. Bu yükler metal içinde iseler, harekete geçmelerine neden olacaktır. Bu zorluğu yok etmek için, deneme yükünün çok özel bir özelliğe sahip olduğunu varsayarız: Yani deneme yükünü, komşu yükler üzerine hiçbir kuvvet uygulamayan hayalî bir yük olarak alınır. Deneme yükünü qD ile gösteririz. Pratikte, deneme yükünün çok küçük ve çevresinde bulunan yükler üzerine oluşturacağı kuvvetin ihmal edilecek kadar küçük olduğu varsayılır.

    Bir noktadaki elektrik alanın yönü, o noktaya konulan pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvetin yönü ile aynı alınır. Örneğin Şek.7 daki “a” noktasına bir pozitif deneme yükü yerleştirildiğini varsayalım. Bu deneme yükü “a”daki okla gösterildiği gibi, radyal (ışınsal) olarak içeriye doğru çekilecektir. Gerçektende pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvetin yönü, merkezdeki negatif yükün yakınına konulup konulmadığına bakılmaksızın, radyal olarak içeriye doğrudur. Buradan da, elektrik alanın oklarla gösterilen yönlere sahip olduğunu tahmin ederiz. Negatif bir yükün çevresinde oluşan elektrik alan, yükün içine doğru radyal olarak yönelir (Bueche,Jerde;2000:484).

    Bir elektrik kuvvet alanını, bir alan vektörleri topluluğu çizerek değil, birkaç elektrik alanı çizgisiyle gösteririz. Bir alan çizgisi, bir noktanın, birim pozitif yüke etkiyen kuvvet doğrultusunda hareket etmesiyle oluşur. Pozitif yüke etkiyen kuvvetin doğrultusu değiştikçe çizginin doğrultusu da değişir (Schaim; Cross, 1982:412).

    Şekil 16.14b deki yükün çevresindeki alanın yönünü benzer şekilde belirleyebiliriz. Pozitif bir deneme yükü, merkezdeki pozitif yük tarafından ışınsal olarak dışa doğru itilir. O halde, Pozitif bir yükün çevresinde oluşan elektrik alanı, yükten ışınsal olarak dışarıya doğru olacak şekilde yönelir.

    Uzayda bir noktadaki E elektrik alan vektörü, o noktaya konulan artı bir deneme yüküne etkiyen F elektrik kuvvetinin qD deneme yüküne bölümü olarak tanımlanır. (Serway, 1996:634).

    Elektrik alan kavramına bir nicelik kazandırmak için, elektrik alan şiddeti Edenilen bir niceliği tanımlarız. E, vektörel bir nicelik olduğundan, herhangi bir noktadaki yönü, bu noktadan geçen alan çizgilerinin yönü ile aynı yön alınır. Enin büyüklüğü ise, deneme yükünün etkisinde kaldığı kuvvetin, yük miktarı qd ye bölümüne eşittir, yani
    şeklinde yazılır. Buna göre Enin birimi N/C olarak tanımlanır. E, birim yük başına kuvvet olduğundan, bazen pozitif deneme yükü başına düşen kuvvet olarak da ifade edilir. Bu arada, elektrik alan şiddetinin büyüklüğü ölçülürken kullanacağımız yükün büyüklüğünü, diğer mevcut yükleri bozmayacak kadar, yani 1 Coulomb tan çok daha küçük seçilmesinin gerektiği anlaşılmış olması gerekir.

    Kütle-çekim alanında olduğu gibi, elektrik alanın şiddeti de, alan çizgilerinin sık ya da seyrekliği incelenerek tahmin edilebilir. Örneğin Şekildeki alan çizgileri, yük yakınlarında birbirlerine yaklaşır. Bir birimlik pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvet yüke yaklaşıldıkça büyür. Elektrik alan şiddeti de, alan çizgileri birbirlerine yaklaştıkça büyüyecektir. Genellikle bir bölgedeki alanın şiddeti, o bölgede çizilen alan çizgilerinin yoğunluğuna bakılarak tahmin edilir (Bueche,Jerde;2000:485).


    8 - BİR NOKTA YÜKÜN ELEKTRİK ALANI
    Genellikle bir iyon veya atomik ölçekteki bazı öteki yüklü parçacıkların oluşturduğu elektrik alanı ile ilgileniriz. Bunları nokta yüklermiş gibi ele alırız. Normal koşullarda, yüklü bir küre bile biraz önce bahşettiğimiz nokta yük gibi davranır. Bu nedenle, bir nokta yükün alanım anlamak önemlidir.

    Şek.16.15 deki P noktasında oluşan elektrik alanı bulmak isteyelim. Şek.16.14b de görüldüğü gibi, q yükü nedeniyle oluşan elektrik alanının ışınsal olarak dışarıya doğru yöneleceğini biliyoruz. Dolayısıyla P deki Enin yönü şekilde gösterildiği gibi olacaktır. P noktasına bir q deneme yükünün konulduğunu düşünürsek, Coulomb yasasına göre verilen yüke etkiyen kuvvet ile verilir. Bu ifadeyi qd ye bölersek, F / qd elektrik alanın şiddetini verir: olur. Buradan da bir nokta yük için yazılır. q pozitif ise, elektrik alanın yönü ışınsal olarak dışarıya doğru, q negatif ise içeriye doğrudur.

    Kuvvetin yönü, qE nin yönü ile aynıdır. Bir pozitif yük durumunda F, E nin yönündedir. Negatif yük durumunda ise F nin yönü, -E veya E nin zıt yönüdür(Bueche,Jerde;2000:485).
    9 - ÇEŞİTLİ YÜK DAĞILIMLARININ ELEKTRİK ALANI: GAUSS YASASI


    Uygun çizilmiş elektrik alan haritalarını (çizgilerini) inceleyerek problemin özü hakkında iyi bir bakış kazanabiliriz. Aşağıdaki açıklamaları unutmayınız:
    1.Elektrik alan çizgileri, bir pozitif yükten çıkar ve bir negatif yükte sonlanır.
    2.Elektrik alanın en şiddetli olduğu yerler, alan çizgilerinin yoğun olduğu yerlerdir.
    3.Bir alan içindeki pozitif yüke etkiyen kuvvet, o noktadaki alan yönü boyunca yönelir. Bir negatif yüke etkiyen kuvvet ise, alanla zıt yönelir.

    Birçok durumda yük dağılımı küresel, çizgisel veya düzlemsel basit geometriye sahip olabilir. Böyle durumlarda alanın hesabını basitleştiren Gauss Yasası kullanılır. Bu yasayı anlamak için, elektrik a bölgesinde kapalı bir hayali yüzey alırız: Bu yüzey, gerçek cismin maddesel yüzeyi olmak zorunda değildir ve adına gauss yüzeyi denir.

    Elektrik alanın şiddeti, alan çizgilerinin yoğunluğu ile temsil edildiğine göre; akıyı ΔA yüzeyinden geçen alan çizgilerinin sayısı olarak düşünebiliriz.

    Gauss yasası:
    Kapalı bir yüzeyden geçen elektrik akı katkılarının toplamı, yüzey de kalan toplam yük miktarı ile orantılıdır. (Bueche,Jerde;2000:487).
    veya
    Gauss kanununa göre, herhangi bir kapalı geçen net elektrik akısı, yüzey içindeki yükün e0 a bölümüne eşittir (Serway;1996:662)


    10 - ELEKTRİK ALAN İÇİNDEKİ İLETKENLER


    Bir iletken maddenin elektronları, elektriksel kuvvete ters yönde madde boyunca serbestçe hareket ederler. Şekilde gösterildiği gibi, küçük ve negatif yüklü bir topu, büyük metal plakanın üstünde tuttuğumuzu varsayalım. Metal plakada elektronlar, pozitif yük tarafından çekileceklerdir. Elektronlar plaka terk edememelerine karşın, pozitif yüke doğru gitme eğiliminde olurlar ve plakanın topa yakın bölgelerinde birikirler. Metal plaka toprağa bağlanırsa, topraktaki negatif yükler, plakada yüklü topa doğru giden yüklerin geride bıraktığı yerleri doldurmak için plakaya doğru akacaklardır. Plaka başlangıçta nötr (yüksüz) olmasına karşın, topraklamadan sonra, toptaki pozitif yük kadar net bir negatif yüke sahip olur ve elektrik alan deseninin oluşmasına neden olurlar.

    Metal plakada oluşan bu yük düzenlemesi, çok çabuk bir şekilde gerçekleşir ve metalde yük hareketinin olmaması için gerekli koşullar oluşmasına neden olur. Bu koşula elektrostatik koşul adı verilir ve aşağıdaki önemli gerçeğin varlığını ima eder:




  3. HARBİKIZ
    Moderator
    Elektrostatik koşullar altında, bir iletken içinde elektriksel alan bulunmaz.

    Bu ifadeden çıkartılacak bir başka sonuç ise şudur:

    Elektrostatik koşullar altında, bir dış elektrik alanı, her yerde bir iletken yüzeyine diktir.
    Bu ifadenin ispatı, E nin iletkenin yüzeyine paralel bileşeninin, elektrostatik koşullar oluşuncaya kadar elektronların yüzey boyunca hareket etmemelerinin nedeni olması gerçeğine dayanır. E nin dik bileşeni, elektronları metalin yüzeyinin dışına çekmeye yetecek kadar (uç durumların dışında) yeterince şiddetli değildir. Bu gözlemi akılda tutup, Şekil daki elektrik alan çizgilerinin metal plaka yüzeyine dik ve yüzeyde sonlandıklarına dikkat ediniz.

    Bu kuralların, elektronların özgürce hareket edemediği yalıtkanlara uygulanamayacağı da unutulmamalıdır (Bueche,Jerde;2000:494).


    11 - ELEKTRİKSEL POTANSİYEL ENERJİ


    Yüklü parçacıklar, çoğu kez elektriksel potansiyel enerjiye sahiptir. Ve bu enerji kinetik enerjiye dönüşür. Bunu göstermek için, yüklü iki cismin, iki paralel yüklü levha arasında bulunduğunu düşünelim. Levhaların arasındaki, orta bölgedeki elektrik alanı sabit bir değere sahiptir ve yönü Şekil 10’da gösterilmiştir. Şekil 11’de ise pozitif yüklü bir cisme etkiyen kuvvetler gösterilmektedir.

    Elektrik alanı yüzünden, q yüküne sahip olan cisim, sağa yönelen bir Eq kuvvetine maruz kalır. Yüklü cismi yerinde tutmak istersek, cisim üzerine ters yönde bir F=Eq kuvveti uygulamalıyız.

    Yüklü bir cismin, Şekil 10’da başlangıçta A noktasında olduğunu farz edelim. Şimdi, cismi A’dan B’ye ***ürmekle cismin üzerinde bir iş yaparız. Bu durumda E sabit olduğundan, A’dan B’ye gitmekle F kuvveti tarafından yapılan iş (E sabit) olur. Bu iş, sabit kütle-çekimi (gravitasyonal) kuvvetine karşı bir cismi yükseltmek için yapılan işe çok benzer. İşte, yükün, elektriksel kuvvetlere karşı çekilmekle onun üzerinde yapılan işin, yükün elektriksel potansiyel enerjisinin artmasına neden olduğu söyleriz. Burada, potansiyel enerjideki değişim önemlidir.

    Cisim B noktasına getirdikten sonra serbest bırakırsak, bu potansiyel enerji, kinetik enerji olarak geri kazanılır. B deki yüklü cisim, üzerine etki eden Eq (dengelenmemiş) kuvvet nedeni ile, Aya doğru itilir. O halde, B de serbest bırakılınca A ya doğru hızlanır. Yüklü cismin B deki elektriksel potansiyel enerjisi, cismi A dan B ye ***ürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan işe eşittir: –q yüküne etkiyen elektriksel kuvvetin yönü, E nin yönüne zıttır. Buna göre, cismi B den A ya ***ürmek için uygulanan kuvvet –q yükü üzerinde pozitif iş yapmalıdır. Demek ki –q yükü, A da, B den daha büyük elektriksel potansiyel enerjiye sahip olacaktır. Cisim serbest bırakılırsa, A dan B ye “düşecek”, yani E nin zıt yönünde hareket edecektir (Bueche,Jerde;2000:505)




+ Yorum Gönder


elektrik ile ilgili temel kavramlar,  elektrikle ilgili temel kavramlar,  ELEKTROSTATİK İLE İLGİLİ GÖRSELLER,  yalıtkanlarda elektriklenme,  yüklü parçacıkların hareketi ve yük dağılımı,  iletken ve yalıtkanların yük dağılımı