Elektriksel alan ve elektriksel kuvvet çizgileri

Bir elektrik yükünün etrafında etkisini gösterdiği bölgeye söz konusu yükün elektriksel alanı denir. Elektrik alanı, alan içindeki +1 birimlik yüke etki eden kuvvet olarak tanımlanır ; E ile gösterilir. Elektrik alanı vektörel bir büyüklüktür.
E elektrik alanı içinde bulunan bir q yüküne F kadarlık kuvvet etki ediyorsa elektrik alanı,
E = F / q
bağıntısından bulunur. SI birim sisteminde F nin birimi Newton (N), q nun birimi Coulomb (C) ile gösterildiğinden E nin birimi (N / C) olur.


q1 ve q2 gibi iki elektrik yükü arasındaki uzaklık d ise, bu iki yüke etki eden kuvvetin F = k q1 q2 / d2 bağıntısından (Coulomb kanunu) bulunuyordu. Yukarıdaki şekile göre q1 = +q ve q2 = +1 olarak alınırsa

F = k q1 q2 / d2 = k 1 q / d2 = k.q / d2

olur. +1 birimlik yüke etki etkiyen kuvvet elektriksel alan olduğundan E elektriksel alan şiddetinin değeri

E = k. q / d2 olur.

Yukarıdaki bağıntıdan k = E d2 / q  olur. SI birim sisteminde d uzaklığı metre (m) alındığından  k sabitinin birimi k = (N / C.m2 ) / C = Nm2 / C2 olur. k nın sayısal değeri de k = 9.109 Nm2 / C2 dir.

Soru : _ 4.10-6 C luk noktasal yükten 0,3 m uzaktaki elektriksel alanın büyüklüğü kaç N / C’ dir ?      ( k = 9.109 N.m2 / C2 )

Çözüm :  q= -4.10-6 C, d = 0,3 m, E = ?

E = k. q / d2 = 9.109. 4.10-6 / (0,3)2 = 4. 105 N / C

 

Soru: Noktasal bir yükün elektrik alanı büyüklüğü yükle nasıl değişir ?

Cevap: Yükün değeri büyüdükçe E nin değeri de büyür.

E1 / E2 = q1 / q2

Soru: Noktasal bir yükün elektrik alanı büyüklüğü uzaklığa göre nasıl değişir ?

Cevap: Elektrik alanın büyüklüğü uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak değişir.

E1/ E2 = d22 / d12

Şekil 5.2 Durgun haldeki ‘+’ ve ‘-’ yüklerin elektriksel kuvvet çizgileri.

Pozitif bir yükün etrafında oluşan elektrik alanın yönü dışarı doğru, negatif yükün etrafında oluşan alan da yüke doğrudur.
Büyüklükleri ve aralarındaki uzaklıkları eşit, fakat işaretleri farklı yükler arasında ve etrafındaki elektriksel alan (kuvvet) çizgileri aşağıdaki şekillerde olduğu gibi gösterilebilir:
Soru: İki noktasal pozitif yükün çevrelerinde oluşan elektriksel alan (kuvvet) çizgilerinin şekille gösterişi nasıldır ?
Cevap:

Şekil 5.3 İki noktasal pozitif yükün çevresinde oluşan elektriksel kuvvet çizgileri.

2. YÜKLÜ BIR KÜRE ETRAFINDAKİ VE ZIT YÜKLÜ İKİ LEVHA ARASINDAKİ ELEKTRİKSEL ALAN

İçi boş bir iletken küre, yalıtkan bir ayağa takıldıktan sonra etkiyle elektriklenir(yüklenir). Şekildeki gibi iletken kürenin dış yüzeyine dokundurulan deney küreciği, sonra, elektroskobun topuzuna dokundurulursa, elektroskobun yapraklarının açıldığı gözlenir.

Deney küreciği, içi boş kürenin iç yüzeyine ve sonra elektroskobun topuzuna dokundurulursa elektroskobun yapraklarının açılmadığı gözlenir.

İçi boş yada dolu bir bir küre elektrikle yüklenirse elektrik yükleri bu kürenin dış yüzeyine dağılırlar. Bu nedenle kürenin iç kısmında elektrik yükü sıfır olduğundan, elektriksel alan da sıfır olur.

Şekil 5.9  Yüklü bir küre için E nin d ye göre değişimi.

             d < r, d = r  ve d > r  için E nin değerleri aşağıda olduğu gibi yazılabilir:

I. d < r    ise   E = 0

II. d = r    ise  E = k.q / r2

                               III. d > r    ise  E = k.q / d2     

Cevap:

a. Bir kuvvet (alan) çizgisi, daima pozitif yüklü levhanın yüzeyinden çıkar, negatif yüklü levhanın yüzeyinde son bulur.

b. Alan çizgilerinin yönü, pozitif yükten negatif yüke doğrudur.

c. Alan çizgileri birbirlerini kesmezler.

d. Alanın şiddetli olduğu yerlerde çizgiler sık, zayıf olduğu yerlerde seyrektir.

e. Alan çizgileri girdikleri ve çıktıkları yüzeylere diktir.

f. Bir noktadaki kuvvet çizgileri, o noktadaki alanın doğrultusu hakkında bilgi verir


Elektrik alan çizgilerinin eşit aralıklarla ve birbirine paralel olarak sıralandıkları alana düzgün elektrik alan denir. Köşelerden uzak olmak şartıyla, iki levha arasındaki elektrik alan düzgün bir elektrik alandır.

Bir elektrik alanı içinde bulunan yüklü bir parçacığa elektriksel bir kuvvet etki eder. Alan sabit (yani düzgün) ise kuvvet de sabittir.

E = F / q          F = q. E

Soru: Elektrik alan içinde bulunan pozitif ve negatif yüklere etkiyen kuvvetlerin yönü için ne söylenebilir ?

Cevap: Elektriksel alan içinde bulunan pozitif yüke elektriksel alanla aynı yönlü, negatif yüke ise elektriksel alanla zıt yönlü bir kuvvet etki eder.

Soru: Paralel levhalar bir bataryanın (+) ve (-) kutuplarına bağlı olarak yüklenirse elektrik alanın değeri matematiksel olarak nasıl ifade edilir ?

Cevap:

E = V / d formülü elektriksel alanın şiddetini verir.

Bu bağıntıda levhalar arasındaki potansiyel farkı (V) Volt, levhalar arasındaki uzaklık (d) metre alınırsa, alan şiddeti birimi V / m olur.

 



Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter picture

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s

Takip Et

Her yeni yazı için posta kutunuza gönderim alın.

%d blogcu bunu beğendi: