Konu anlatımı
Bütün elektrik olaylarının kaynağı, atomun yapısındaki yüklü parçacıklardır. Bu alt başlıkta yükün türlerini, bir cismin nasıl yüklendiğini, yük birimini ve yükün korunumunu göreceksin.
Atom ve yük
Atomun çekirdeğinde pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar, çekirdeğin çevresinde negatif yüklü elektronlar bulunur. Bir protonun yükü ile bir elektronun yükü eşit büyüklükte ve zıt işaretlidir. Proton sayısı elektron sayısına eşit olan cisim nötrdür; nötr cisimde yük yoktur denmez, pozitif ve negatif yükler eşittir. Bir cismin yüklü olması, proton ve elektron sayıları arasında fark bulunması demektir.
Yüklenme ve yük korunumu
Katı cisimlerde protonlar çekirdekte sıkıca tutulduğu için yer değiştirmez; yüklenme elektronların aktarılmasıyla olur. Elektron kaybeden cisim (+), elektron kazanan cisim (−) yüklenir. Bir cismin kaybettiği elektronlar yok olmaz, başka bir cisme geçer. Bu yüzden elektriklenme olaylarında yük yoktan var olmaz ve yok olmaz; etkileşen cisimlerin toplam yükü değişmez. Bu ilkeye yükün korunumu denir.
Birim yük ve coulomb
Yükün SI birimi coulomb'dur (C). Doğada serbest hâlde bulunan en küçük yük, bir protonun ya da bir elektronun yüküdür; buna birim yük denir ve büyüklüğü e = 1,6·10⁻¹⁹ C'dur. Bir cismin yükü her zaman birim yükün tam katıdır: q = n·e. 1 C, yaklaşık 6,25·10¹⁸ elektronun toplam yüküne eşit olduğu için çok büyük bir yüktür; günlük hayatta mikrocoulomb (1 μC = 10⁻⁶ C) gibi küçük birimler kullanılır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Nötr bir cisim, sürtünme sırasında 5·10¹² tane elektron kaybediyor. Cismin son yükünün işareti ve büyüklüğü nedir? (e = 1,6·10⁻¹⁹ C)
Çözüm. Elektron kaybeden cisim pozitif yüklenir. Yükün büyüklüğü kaybedilen elektron sayısı ile birim yükün çarpımıdır: q = 5·10¹²·1,6·10⁻¹⁹ = 8·10⁻⁷ C. Bu değer 0,8 μC'a eşittir. Cismin kaybettiği elektronlar sürtündüğü cisme geçtiği için o cisim de aynı büyüklükte negatif yükle yüklenir.
Örnek 2. Bir öğrenci, bir cismin yükünün 2,4·10⁻¹⁹ C olarak ölçüldüğünü söylüyor. Bu ölçüm doğru olabilir mi?
Çözüm. Bir cismin yükü birim yükün tam katı olmalıdır: q = n·e ve n bir tam sayıdır. 2,4·10⁻¹⁹ C, 1,6·10⁻¹⁹ C'un 1,5 katıdır; 1,5 bir tam sayı olmadığı için bu yük serbest bir cisimde bulunamaz. Ölçüm hatalıdır; doğru bir ölçüm 1,6·10⁻¹⁹ C ya da 3,2·10⁻¹⁹ C gibi birim yükün tam katı olan bir değer vermelidir.
Sık yapılan hatalar
- Nötr cisimde hiç yük olmadığını sanmak; nötr cisimde pozitif ve negatif yükler eşittir.
- Pozitif yüklenmeyi proton kazanmak sanmak; pozitif yüklenme elektron kaybetmektir.
- Yükün birim yükün kesirli katları olabileceğini düşünmek.
- Elektron kaybeden (+), kazanan (−) yüklenir; protonlar yer değiştirmez.
- e = 1,6·10⁻¹⁹ C ve q = n·e.
- Elektriklenmede toplam yük korunur.