Konu anlatımı
Saçını taradıktan sonra tarağın kâğıt parçalarını çekmesi sürtünmeyle, yüklü bir kürenin nötr bir küreye dokununca yükünü paylaşması dokunmayla elektriklenmedir. Bu alt başlıkta bu iki yolu ve dokunan iletkenlerde yük paylaşımını hesaplamayı göreceksin.
Sürtünme ile elektriklenme
Farklı cinsten iki yalıtkan birbirine sürtülünce elektronları daha zayıf tutan cisimden öbürüne elektron geçer. Elektron veren cisim (+), alan cisim (−) yüklenir ve yüklerin büyüklükleri eşittir; toplam yük korunur. Cam çubuk ipek kumaşa sürtülünce cam (+), ipek (−); plastik ya da ebonit çubuk yün kumaşa sürtülünce çubuk (−), yün (+) yüklenir. Aynı cinsten iki cisim birbirine sürtülürse elektron geçişi olmaz. Kazak çıkarırken çıtırtı duyulması ve balonun saçlara sürtülünce duvara yapışması bu yolla elektriklenmeye örnektir.
Dokunma ile elektriklenme
Yüklü bir iletken başka bir iletkene dokundurulunca yükler iki iletkene dağılır. Dokunmadan sonra iki iletken aynı işaretle yüklenir ya da toplam yük sıfırsa ikisi de nötr olur; toplam yük değişmez. Bu yüzden dokunmayla zıt işaretli yüklenme olmaz. Paylaşım cisimlerin büyüklüğüne bağlıdır: özdeş iki küre toplam yükü eşit paylaşır, yarıçapı büyük olan küre ise daha çok yük alır. Yalıtkanlarda yük yalnızca dokunulan bölgede kaldığı için yalıtkanlar bu yolla iyi yüklenemez.
Özdeş kürelerde paylaşım
Özdeş iletken küreler aynı anda birbirine dokundurulursa toplam yük küre sayısına bölünür: +9q, −3q ve 0 yüklü üç özdeş küre birlikte dokundurulup ayrılırsa her biri (9q − 3q + 0)/3 = +2q olur. Art arda dokundurmalarda her dokunuş ayrı ayrı ele alınır: önce dokunan iki kürenin toplam yükü ikiye bölünür, sonra yeni yük bir sonraki dokunuşta kullanılır. Her adımda toplam yükün korunduğunu kontrol etmek hatayı önler.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Yükleri +6q ve −2q olan özdeş iki iletken küre birbirine dokundurulup ayrılıyor. Kürelerin son yükleri nedir? Kürelerden hangisi elektron kazanmıştır?
Çözüm. Toplam yük +6q − 2q = +4q olur ve özdeş küreler bunu eşit paylaşır: her biri +2q olur. Başta +6q yüklü olan kürenin yükü +2q değerine indiğine göre bu küre elektron kazanmıştır; −2q yüklü küre ise elektron kaybederek +2q yüklü hâle gelmiştir. Toplam yük yine +4q olarak korunmuştur.
Örnek 2. Cam bir çubuk ipek kumaşa sürtüldükten sonra cam çubuk (+) yüklü bulunuyor. Kumaşın yükü nedir? Sürtünmeden önce ikisi de nötr olduğuna göre elektronlar hangi yönde geçmiştir?
Çözüm. Cam çubuk (+) yüklendiğine göre elektron kaybetmiştir. Kaybolan elektronlar yok olmaz, sürtünülen kumaşa geçer; bu yüzden ipek kumaş (−) yüklenir. Başlangıçtaki toplam yük sıfır olduğu ve yük korunduğu için iki cismin yükleri eşit büyüklükte ve zıt işaretlidir. Elektronlar camdan ipeğe geçmiştir.
Sık yapılan hatalar
- Sürtünmede pozitif yüklerin bir cisimden öbürüne geçtiğini sanmak; geçen elektronlardır.
- Dokunma ile elektriklenmede cisimlerin zıt işaretli yüklendiğini düşünmek.
- Farklı büyüklükteki kürelerin de yükü eşit paylaştığını sanmak; büyük küre daha çok yük alır.
- Sürtünmede cisimler eşit büyüklükte, zıt işaretli yüklenir.
- Dokunan iletkenler aynı işaretle yüklenir; toplam yük korunur.
- Özdeş küreler toplam yükü eşit paylaşır.