Elektrik Yükleri ve Elektriklenme

Konuya Giriş ve Öğrenilecekler

Günlük yaşantımızda zaman zaman beklenmedik olaylarla karşılaşırız. Örneğin kazak veya hırkamızı çıkarırken duyduğumuz çıtırtılar, karanlıkta kazağımızı çıkarırken gördüğümüz küçük kıvılcımlar, kaydıraktan kaydıktan sonra saçlarımızın havaya kalkması ya da yün halıda yürüdükten sonra kapı koluna dokunduğumuzda hissettiğimiz hafif çarpılma hissi... Tüm bu olaylar aslında doğanın temel bir fiziksel yasası olan "elektriklenme" ile ilgilidir.

Bu bölümde: - Elektriklenme olayının ne olduğunu, - Doğadaki elektrik yükü çeşitlerini, - Aynı ve zıt elektrik yüklerinin birbirine etkisini, - Sürtünme, dokunma ve etki (tesir) ile elektriklenme çeşitlerini, - Teknolojide ve doğada elektriklenme uygulamalarını öğreneceğiz.

1. Elektriklenme Nedir?

Maddelerin birbiriyle temas etmesi veya yakınlaşması sonucunda sahip oldukları elektrik yüklerinin yer değiştirmesi veya yeniden dağılması olayına elektriklenme denir. Bütün maddeler atomlardan oluşur ve atomların yapısında pozitif (+) yüklü protonlar ile negatif (-) yüklü elektronlar bulunur. Normal durumda çoğu madde nötrdür, yani pozitif ve negatif yük sayıları birbirine eşittir. Ancak belirli durumlarda elektronlar bir maddeden diğerine geçebilir. Bu durumda madde elektron kazanarak veya kaybederek elektrikle yüklenmiş olur.

Elektriklenme olayı yalnızca negatif yüklerin (elektronların) hareketiyle gerçekleşir. Pozitif yükler (protonlar) atomun çekirdeğinde sıkıca bağlı oldukları için hareket edemezler.

Sık Karıştırılan Kavramlar: Pozitif Yük Hareketi

Yanlış Düşünce: "Artı (+) yüklü bir cisim diğerine dokunduğunda artı yükler diğer cisme geçer."
Doğrusu: Pozitif yükler asla hareket etmez. (+) yüklü bir cisim diğer cisme dokunduğunda, diğer cisimden elektron (negatif yük) çeker. Elektron kaybeden cisim (+) yük fazlalığına sahip olduğu için pozitif yüklenmiş gibi görünür, ancak hareket eden her zaman elektronlardır.

2. Elektrik Yükü Çeşitleri ve Cisimlerin Yük Durumları

Doğada pozitif (+) ve negatif (-) olmak üzere iki çeşit elektrik yükü vardır. Cisimlerin bu yüklerin oranına göre üç farklı yük durumu bulunur:

Nötr (Yüksüz) Cisimler: Üzerindeki pozitif (+) yük sayısı ile negatif (-) yük sayısı birbirine eşit olan cisimlerdir. Nötr cisimlerde yük yoktur demek yanlıştır, yükler dengededir.
Pozitif (+) Yüklü Cisimler: Negatif yük (elektron) kaybederek pozitif yük sayısı negatif yük sayısından fazla hale gelmiş cisimlerdir. Cam çubuğun ipek kumaşa sürtülmesi buna iyi bir örnektir.
Negatif (-) Yüklü Cisimler: Dışarıdan negatif yük (elektron) alarak negatif yük sayısı pozitif yük sayısından fazla olan cisimlerdir. Plastik (ebonit) çubuğun yün kumaşa sürtülmesi buna örnektir.

Elektrik Yükleri Arasındaki Etkileşim

Elektrik yüklü cisimler birbirlerine yaklaştırıldığında aralarında bir kuvvet oluşur. Bu kuvvet itme veya çekme şeklindedir: - Aynı Cins Yükler: Birbirini iter. İki pozitif (+) veya iki negatif (-) yüklü cisim birbirine yaklaştırıldığında aralarında itme kuvveti gözlemlenir. - Zıt Cins Yükler: Birbirini çeker. Bir pozitif (+) ve bir negatif (-) yüklü cisim birbirine yaklaştırıldığında aralarında çekme kuvveti oluşur. - Yüklü Cisimler ve Nötr Cisimler: Yüklü bir cisim (ister pozitif ister negatif olsun) her zaman nötr bir cismi çeker.

3. Elektriklenme Çeşitleri

Cisimler üç farklı yolla elektrikle yüklenebilir: sürtünme, dokunma ve etki (tesir) ile elektriklenme.

A. Sürtünme ile Elektriklenme

Uygun iki madde birbirine sürtüldüğünde, bir maddeden diğerine elektron (negatif yük) geçişi olur. Elektron kaybeden madde (+), elektron kazanan madde ise (-) yükle yüklenir. Sürtünme ile elektriklenmede cisimler eşit miktarda ve zıt cins elektrikle yüklenir.

Önemli Örnekler: - Ebonit (Plastik) Çubuk ve Yün Kumaş: Ebonit çubuk yün kumaşa sürtüldüğünde, yün kumaştan ebonit çubuğa elektron geçer. Sonuçta ebonit çubuk (-), yün kumaş (+) yükle yüklenir. - Cam Çubuk ve İpek Kumaş: Cam çubuk ipek kumaşa sürtüldüğünde, cam çubuktan ipek kumaşa elektron geçer. Sonuçta cam çubuk (+), ipek kumaş (-) yükle yüklenir.

Uygulama Modeli: Saçımızı plastik bir tarakla taradığımızda, sürtünmeden dolayı tarak (-) saçlarımız ise (+) yüklenir. Tarak ve saçlarımız zıt yüklü olduğu için tarak saç tellerini çeker. Aynı zamanda saç telleri de aynı (+) yükle yüklendiği için birbirlerini iterek saçlarımızın kabararak havaya kalkmasına neden olur.

B. Dokunma (Temas) ile Elektriklenme

Yüklü bir iletken cisim, nötr veya başka bir yüklü iletken cisme dokundurulduğunda, aralarında yük alışverişi olur ve toplam net yükü cisimlerin büyüklüklerine göre paylaşırlar. Dokunma ile elektriklenme sonucunda cisimlerin son yükleri her zaman aynı cins olur. (Ya her ikisi de (+), ya her ikisi de (-), ya da her ikisi de nötr olur). Zıt yüklü olamazlar.

Örnek: (-4q) yüklü bir cisim ile (+2q) yüklü özdeş bir cisim birbirine dokundurulursa toplam yük: (-4q) + (+2q) = -2q olur. Cisimler özdeş olduğu için bu yükü eşit paylaşırlar, son durumda her iki cisim de (-1q) yüklü olur.

C. Etki (Tesir) ile Elektriklenme

Yüklü bir cismin, nötr iletken bir cisme sadece yaklaştırılarak (dokundurulmadan) yük dengesini bozmasına etki ile elektriklenme denir.

Nasıl gerçekleşir? - Nötr bir metale pozitif (+) yüklü bir cisim yaklaştırırsanız, (+) yüklü cisim metaldeki (-) yükleri (elektronları) kendisine en yakın bölgeye doğru çeker. - Metalin cisme yakın tarafı (-) yük fazlalığından dolayı negatif, uzak tarafı ise (-) yük kaybettiği için pozitif yüklenmiş olur. - Bu durumda metalin iki kutbu oluşur ancak metal genel olarak hala nötrdür. Yüklü cismi uzaklaştırdığınızda metaldeki elektronlar eski yerlerine döner. Etki ile elektriklenme geçici bir durumdur (topraklama yapılmazsa).

4. Doğada ve Teknolojide Elektriklenme

Elektriklenme hayatımızın pek çok alanında karşımıza çıkar, bazen tehlikeli doğa olayları şeklinde, bazen de işimizi kolaylaştıran teknolojiler şeklinde.

Doğa Olayları: Şimşek ve Yıldırım

Bulutlar rüzgarın etkisiyle hareket ederken hava moleküllerine sürtünerek elektrikle yüklenirler. - Şimşek: İki farklı yüklü bulut birbirine yaklaştığında, bulutlar arasında gerçekleşen büyük elektrik boşalmasına (yük atlaması) şimşek denir. - Yıldırım: Yeryüzü ile elektrik yüklü bir bulut arasında gerçekleşen güçlü elektrik boşalmasına yıldırım denir. Yıldırım, yeryüzündeki sivri ve yüksek noktalara düşme eğilimindedir.

Teknolojideki Uygulamalar

Fotokopi Makineleri: Fotokopi makinesindeki silindir etki ile elektriklenir. Siyah toz toner, zıt yükle yüklenmiş olan silindire (yalnızca yazının olduğu kısımlara) çekilerek yapışır, ardından kağıda aktarılır ve ısıtılarak kalıcı hale gelir.
Otomobil ve Beyaz Eşya Boyama: Sprey boya tabancasından çıkan boya damlacıkları negatif (-) yükle yüklenir. Boyanacak olan araba veya beyaz eşya kaportası ise pozitif (+) yükle yüklenir. Damlacıklar (-) olduğu için birbirlerini iterek yüzeye eşit bir şekilde dağılır. Aynı zamanda (+) yüklü metal yüzey tarafından çekildikleri için boya yüzeye pürüzsüz bir şekilde yapışır, israf önlenir.
Fabrika Bacalarındaki Filtreler: Fabrika bacalarından çıkan zehirli duman ve toz parçacıkları, baca içindeki sistem sayesinde elektrikle yüklenir. Daha sonra bacanın duvarlarına yerleştirilen zıt yüklü levhalar tarafından çekilerek tutulur, böylece kirli havanın atmosfere karışması engellenmiş olur.
Parmak İzi Çıkarma: Olay yerinden parmak izi almak için elektriklenme prensibinden yararlanılır. Özel tozlar elektrik yükü yardımıyla parmak izi bırakılan bölgeye uygulanır ve izlerin net olarak görülmesi sağlanır.

Bölüm Özeti

Elektriklenme, elektron alışverişi ile gerçekleşir; protonlar hareket etmez. Aynı yükler birbirini iterken, zıt yükler birbirini çeker. Sürtünme, dokunma ve etki olmak üzere üç elektriklenme yolu vardır. Şimşek, yıldırım, fotokopi, sprey boyama gibi olayların tamamı elektriklenmenin sonuçlarıdır.