Upload
paley
View
101
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Elek tri k Yükü / Alanı. Plastik çubuk kürk parçasına sürtündüğünde , çubuk “po z iti f ” yüklenir. Cam çubuk ipek parçaya sürtündüğünde , çubuk “negati f ” yüklenir. Elektrik yükü. İki aynı işaretli yük birbirini iter. İki zıt işaretli yük birbirini çeker. Elektrik yükü korunur. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Elektrik Yükü /Alanı
Elektrik yükü
İki zıt işaretli yük birbirini çeker.
İki aynı işaretli yük birbirini iter.
Plastik çubuk kürk parçasına sürtündüğünde, çubuk “pozitif” yüklenir.
Cam çubuk ipek parçaya sürtündüğünde, çubuk “negatif” yüklenir.
Elektrik yükü korunur.
Elektrik yükü
Parçacık(atom) fiziği
Atom modelleri
elektronlar e-
çekirdek
Eski görünüş
Yarı modern görünüş
Modern görünüş
çekirdekquarks
prot
on
Dünya neden yapılmıştır?
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.
Elektrik yükü
Elektrik yükü
• İki çeşit yük: Pozitif ve Negatif• Aynı yükler birbirini iter – farklı yükler çeker• Yük korunumludur ve kuantumludur
1. e ile belirtilen elektrik yükü daima başlıca yük birimidir,
2. 1909 Robert Millikan e değerini ilk defa ölçmüştür.
3. Değeri e = 1.602 x 10−19 C (coulombs).
4. Yük için standart semboller Q ya da q.
5. Daima Q = Ne dir.Buradaki N tamsayıdır.
6. 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. MetalYalıtkanlar : 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
Coulomb Kanunları- İki nokta yük arasındaki elektrik kuvvetin büyüklüğüyüklerin çarpımıyla doğru orantılı ve aralarındaki uzaklığınkaresiyle ters orantılıdır.
221
r
qqkF
r : iki yük arası uzaklıkq1,q2 : yüklerk : 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.
+ +r
q1 q2
- -r
q1 q2
+ -r
q1 q2
F2 on 1 F1 on 2 F2 on 1 F1 on 2 F1 on 2F2 on 1
Coulomb Kuvvetleri
Coulomb Kuvvetleri ve Birimler
221
r
qqkF
r : iki yük arasındaki uzaklık (m)q1,q2 : yükler (C)k : orantı sabiti
229
229
229
C/mN100.9
C/mN10988.8
C/mN10987551787.8
k
s/m102.99792458c 8
)mN/(C10854.8;4
1
c)C/sN10(
22120
0
2227
k
SI birimi
Tanımdan elde edilen
C10)63(602176462.1 19eBir protonun yükü
C10nC1 -9
Coulomb Kanunları
Örnek 21.11:Elektriksel kuvvetler ve Kütle çekim kuvvetleri
2
2
04
1
r
qFe
2
2
r
mGFg
Elektriksel kuvvet
Kütle çekim kuvveti
+ +r
q q
35
227
219
2211
229
2
2
0
101.3
)kg1064.6(
C)102.3(
kg/mN1067.6
C/mN100.9
4
1
m
q
GF
F
g
e
Kütle çekim kuvvetleri elektriksel kuvvetlere kıyasala çok küçüktür.!
kg1064.6
102.3227
19
m
Ceq
+ +0
0protonnötron
parçacığı
Coulomb kanunları
Örnek 21.2: İki yük arasındaki kuvvetler
1on2
2
9-9229
2
21
02on1
N 019.0
m)030.0(
C)10C)(751025()C/mN100.9(
4
1
F
r
qqF
nC75nC,25 21 qq
+ -r
F1 on 2F2 on 1
cm0.3r
1on22on1 FF
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
+ -2.0 cm
F1 on 3F2 on 3
+
q1q2q3
4.0 cm
Coulomb kanunları
Örnek 21.4: Düzlemdeki elektrik kuvvetlerin vektörel toplamı
N29.0
m)50.0(
C)10C)(2.0100.4()C/mN100.9(
4
1
2
6-6229
21
1
01
Q
Qonr
QqF
+
+
+
0.50 m
0.50 m
0.40 m
0.30 m
0.30 m
q1=2.0 C
q1=2.0 C
Q=2.0 C
QonF1
xQonF )( 1
yQonF )( 1
N23.00.50m
0.40mN)29.0(cos)()( 11 QonxQon FF
N17.00.50m
0.30mN)29.0(sin)()( 11 QonyQon FF
0N17.0N17.0
N0.460.23NN23.0
y
x
F
F
Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler
Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler
++ +
++++
++
A B
0F
0F
0q+ +
++++
++
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 Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler
+ ++
+++++
A Deneme yükü
0F
0F
0q+ +
++++
++
A
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: 0
0
q
FE
( SI biriminde N/C )
• Bir q yükü üzerindeki kuvvet: EqF
Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler Bir nokta yükün elektrik alanı
+ -
rrr /ˆ
r̂ r̂
P P
q0 q0
q q
S S
E
E
2
0
00 4
1
r
qqF
0
0
q
FE
+
rr
qE ˆ
4
12
0
+
r̂ P
q0
q
S
E
'E
P’
'r̂
'' EErr
Elektrik alan ve Elektrik kuvvetler
Sürekli bir yük dağılımının elektrik alanı
q
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 elektrony
xO
1.0 cm -E
-
+
100 V
Bataryaya bağlanmış iki geniş iletken paralel plaka düzgün elektrik alan üretir.(Bir sonraki bölüme bakınız ) N/C1000.1 4E Elektrik kuvvet sabit olduğundan, ivmede sabittir
EeF
21531
419
m/s1076.1kg1011.9
N/C)10C)(1.001060.1(
m
eE
m
Fa y
y
Sabit ivme formülünden: )(2 020
2 yyayyy
0,0m/s109.52 00y6 yyayy iken cm0.1y
Elektronun kinetik enerjisi: J106.1)2/1( 172 mK
Gerekli zaman: sa
ty
yy 90 104.3
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 .
E
E
Nerede güçlü ise, elektrik alan çizgileri birbirlerine yakın bir şekilde bir arada ilerlerler; nerede zayıf ise, elektrik alan çizgileri birbirine oldukça uzaktır.
E
E
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
• 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.
Alan çizgisi çizme kuralları:
Elektrik alan çizgileri Alan çizgisi örnekleri
Elektrik alan çizgileriAlan çizgisi örnekleri (cont’d)
Elektrik dipollerBir elektrik dipol eşit büyüklükte ve d uzaklığı ile ayrılmış zıt işaretli nokta yük çiftidir.
q qqd
d
Elektrik dipol moment
Su molekülleri ve elektrik dipolü
Elektrik Dipoller Elektrik dipol üzerindeki kuvvet ve tork
q
q
EqF
EqF
)sin)(( dqEqdp
Ep
tork:
elektrik dipol moment:
Çok küçük bir d yer değişimi sırasında tork tarafından yapılan iş dpEddW sin
Elektrik Dipoller Elektrik dipol üzerindeki kuvvet ve tork
q
q
EqF
EqF
)(
coscos)sin(
12
12
2
1
2
1
UU
pEpEdpEdW
EppEU
cos)(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
AlıştırmalarZıt yüklü paralel iki plakanın elektrik alanı
AlıştırmalarElektrik dipolün belli bir uzaklıktaki alanı
q
q
d cos)2/(d
cos2
dRR cos
2
dRR
330
20
20
22220
220
220
1cos
1
2cos
21
4
cos1
1
cos1
11
4
)cos2
1(
1
)cos2
1(
1
4
)cos2
(
1
cos)2
(
1
4
)11
(4
)(
RR
q
R
d
R
qRd
RdR
q
Rd
RR
dR
q
dR
dR
q
RR
qPE
)