Konu anlatımı
Yüklü bir cisim, çevresindeki boşluğu başka yüklere kuvvet uygulayabilecek biçimde etkiler. Bu alt başlıkta bu etkiyi anlatan elektrik alan kavramını, alanın yönünü, alan çizgilerini ve alan ile kuvvet arasındaki ilişkiyi nitel olarak göreceksin.
Elektrik alan nedir?
Yüklü bir cismin çevresinde, başka yüklere elektriksel kuvvet uyguladığı bölgeye elektrik alan denir. Alanın bir noktadaki büyüklüğü, o noktaya konan küçük bir pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvetin yük miktarına oranıdır: E = F/q. Elektrik alan vektöreldir ve birimi N/C'dur. Bir noktadaki alan, o noktaya konan yükten değil, alanı oluşturan yükten kaynaklanır. TYT'de elektrik alanın matematiksel modeli verilir, ama elektrik alan hesabı yapılmaz.
Alanın yönü ve kuvvet
Pozitif bir yükün oluşturduğu elektrik alan yükten dışa doğru, negatif bir yükün oluşturduğu alan yüke doğrudur. Alan içine konan pozitif yük alanla aynı yönde, negatif yük alana zıt yönde kuvvet görür. Alanı oluşturan yükün büyüklüğü arttıkça alan şiddetlenir; yükten uzaklaştıkça alan zayıflar. Aynı noktada büyük yük, küçük yükten daha büyük kuvvet görür.
Elektrik alan çizgileri
Elektrik alan, alan çizgileriyle gösterilir. Alan çizgileri pozitif yükten çıkar, negatif yükte biter; bir noktadaki çizginin yönü o noktadaki alanın yönünü gösterir. Çizgilerin sık olduğu yerde alan şiddetli, seyrek olduğu yerde zayıftır. Alan çizgileri birbirini kesmez. Zıt işaretli iki yük arasında çizgiler pozitif yükten negatif yüke doğru uzanır; aynı işaretli iki yük arasında çizgiler birbirinden uzaklaşır ve iki yükün arasında alanın sıfır olduğu bir nokta bulunur.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Pozitif yüklü sabit bir küresel cismin sağındaki bir P noktasına önce bir proton, sonra bir elektron konuyor. P noktasındaki elektrik alanın yönü nedir? Parçacıklara etkiyen kuvvetlerin yönleri nedir?
Çözüm. Pozitif yükün oluşturduğu alan yükten dışa doğrudur; P noktası yükün sağında olduğu için alan sağa doğrudur. Proton pozitif yüklü olduğu için alanla aynı yönde, yani sağa doğru kuvvet görür ve küreden uzaklaşmaya zorlanır. Elektron negatif yüklü olduğu için alana zıt yönde, sola doğru kuvvet görür ve küreye doğru çekilir. Alanın yönü, P'ye konan yükten bağımsızdır.
Örnek 2. Bir yükün çevresindeki elektrik alan çizgileri incelendiğinde çizgilerin yüke doğru yöneldiği ve yüke yaklaştıkça sıklaştığı görülüyor. Yükün işareti nedir? Alan nerede daha şiddetlidir?
Çözüm. Alan çizgileri pozitif yükten çıkar, negatif yükte biter; çizgiler yüke doğru yöneldiğine göre yük negatiftir. Çizgilerin sık olduğu yerde alan şiddetlidir; çizgiler yüke yaklaştıkça sıklaştığı için alan yükün yakınında daha şiddetli, uzakta daha zayıftır.
Sık yapılan hatalar
- Elektrik alanın, alana konan yükün işaretine göre yön değiştirdiğini sanmak; alanın yönünü alanı oluşturan yük belirler.
- Negatif yüke etkiyen kuvvetin de alanla aynı yönde olduğunu düşünmek.
- Alan çizgilerinin birbirini kesebileceğini sanmak.
- E = F/q; birimi N/C'dur.
- Pozitif yükün alanı dışa doğru, negatif yükün alanı yüke doğrudur.
- Pozitif yük alan yönünde, negatif yük alana zıt yönde kuvvet görür.