Elektrik Yüklü Cisimler, Elektroskop ve Topraklama

Konuya Giriş ve Öğrenilecekler

Önceki bölümde cisimlerin nasıl elektrikle yüklendiğini, sürtünme, dokunma ve etki ile elektriklenme çeşitlerini öğrenmiştik. Bu bölümde ise elektrik yüklü bir cismin yük durumunu tespit etmemizi sağlayan aletleri ve tehlikeli elektrik yüklerinden korunma yollarını inceleyeceğiz.

Bu bölümde: - Elektroskobun yapısını ve çalışma prensibini, - Elektroskop yardımıyla cisimlerin yük durumunun nasıl anlaşıldığını, - Topraklama olayının ne olduğunu ve nasıl çalıştığını, - Topraklamanın günlük yaşantımızdaki güvenlik açısından önemini öğreneceğiz.

1. Elektroskop Nedir ve Nasıl Çalışır?

Bir cismin elektrikle yüklü olup olmadığını, yüklü ise hangi cins elektrikle (+ veya -) yüklü olduğunu anlamamızı sağlayan alete elektroskop denir.

Elektroskobun Yapısı

Bir elektroskop temel olarak dört kısımdan oluşur: 1. İletken Topuz: Elektroskobun üst kısmında bulunan, cisimlerin dokundurulduğu veya yaklaştırıldığı bölümdür. 2. İletken Gövde (Gövde Teli): Topuz ile yapraklar arasındaki elektriksel iletimi sağlayan metal çubuktur. 3. İletken Yapraklar: Elektroskobun en hassas bölümüdür. Gövdenin alt ucunda bulunan, hafif metalden (genellikle altın veya alüminyum folyo) yapılmış iki ince yapraktır. Yüklendiklerinde birbirlerini iterler ve açılırlar. 4. Yalıtkan Cam Fanus ve Tıpa: Yaprakların rüzgar, nem gibi dış etkenlerden etkilenmemesi için cam bir fanus içine alınmıştır ve iletken çubuk fanusa yalıtkan bir tıpa ile tutturulmuştur.

Nötr Elektroskobun Durumu

Bir elektroskop nötr ise (yüksüz ise), yapraklarında pozitif ve negatif yükler eşit sayıdadır. Bu nedenle yapraklar birbirine itme veya çekme kuvveti uygulamaz, yerçekiminin etkisiyle yapraklar tamamen kapalı durur.

Elektroskobun Yüklenmesi

Elektroskobu elektrikle yüklediğimizde, aynı cins yükler tüm iletken yüzeye (topuza, gövdeye ve yapraklara) yayılır. Yaprakların her ikisi de aynı cins (+ veya -) yükle yükleneceği için yapraklar birbirini iterek açılır. Elektroskobun yük miktarı ne kadar fazlaysa, yapraklar birbirini o kadar güçlü iter ve yapraklar arasındaki açı o kadar büyük olur.

2. Elektroskoba Cisimlerin Yaklaştırılması ve Dokundurulması

Elektroskop ile deneyler yaparken cisimleri topuza ya "yaklaştırırız" ya da "dokundururuz".

A. Nötr Bir Elektroskoba Yüklü Cisim Yaklaştırmak (Etki İle Elektriklenme)

Nötr bir elektroskoba (+) yüklü bir cisim yaklaştırırsak: - Cismin (+) yükleri, elektroskobun yapraklarındaki ve gövdesindeki (-) yükleri (elektronları) topuza doğru çeker. - Bu durumda topuz (-) yüklenir. Yapraklardan (-) yükler ayrıldığı için yapraklarda (+) yük fazlalığı oluşur. - Yaprakların her ikisi de (+) olduğu için birbirini iter ve yapraklar açılır. (Cisim uzaklaştırıldığında elektronlar geri döner, yapraklar tekrar kapanır.)

B. Nötr Bir Elektroskoba Yüklü Cisim Dokundurmak (Dokunma İle Elektriklenme)

Nötr elektroskoba (-) yüklü bir cisim dokundurulursa: - Cismin (-) yüklerinin bir kısmı elektroskobun topuzuna geçer. - Bu yükler iletken gövde üzerinden yapraklara kadar dağılır. - Elektroskobun hem topuzu, hem gövdesi hem de yaprakları (-) yüklenmiş olur. Yapraklar aynı yükle yüklendiği için yapraklar açılır.

C. Yüklü Bir Elektroskoba Zıt Yüklü Cisim Yaklaştırmak

Örneğin, (+) yüklü ve yaprakları açık olan bir elektroskoba (-) yüklü bir cisim yaklaştıralım: - Yaklaştırılan (-) yüklü cisim, elektroskobun yapraklarındaki (+) yüklerin bir kısmını daha etkileyerek, topuzdaki (-) yükleri yapraklara doğru iter. - Yapraklara gelen (-) yükler, oradaki (+) yüklerin bir kısmını nötrler. Bu durumda yapraklardaki yük miktarı azalır ve yapraklar biraz kapanır. - (Cismin yük miktarı çok fazlaysa yapraklar önce tamamen kapanıp, sonra (-) yüklenerek tekrar açılabilir.)

Sık Karıştırılan Kavramlar

Yanlış Düşünce: "Elektroskobun yapraklarının ne kadar açıldığı cismin cinsine (pozitif veya negatif olmasına) bağlıdır."
Doğrusu: Yaprakların açıklık derecesi, yükün cinsine (+ veya -) bağlı değildir. Sadece yükün miktarına (büyüklüğüne) bağlıdır. Daha fazla yüklü bir cisim yaprakların daha çok açılmasına sebep olur.

3. Topraklama (Nötrlenme) Olayı

Yüklü bir cismin iletken bir telle toprağa bağlanarak nötr (yüksüz) hale gelmesine topraklama denir. Toprak (Dünya), devasa bir yük deposudur. Sonsuz sayıda elektron alabilir veya verebilir, bu sayede bağlandığı cisimleri her zaman nötrlere eşitleyebilir.

Topraklama Nasıl Gerçekleşir?

Topraklamanın yönü her zaman cisimdeki elektronların (negatif yüklerin) hareketine göre belirlenir. Pozitif yükler (protonlar) asla hareket etmez.

Negatif (-) Yüklü Bir Cismin Topraklanması: Negatif yüklü cisimde elektron fazlalığı vardır. Cisim toprağa bağlandığında, cisimdeki fazla elektronlar iletken tel üzerinden toprağa akar. Cisimdeki (+) ve (-) yük sayısı eşitlenince elektron akışı durur ve cisim nötr hale gelir. (Elektron akışı cisimden toprağa doğrudur.)
Pozitif (+) Yüklü Bir Cismin Topraklanması: Pozitif yüklü cisimde elektron eksiği (proton fazlalığı) vardır. Cisim toprağa bağlandığında, topraktan cisme doğru elektron akışı başlar. Topraktan gelen elektronlar, cisimdeki fazla pozitif yükleri nötrler. (+) ve (-) sayıları eşitlenince elektron akışı durur ve cisim nötr hale gelir. (Elektron akışı topraktan cisme doğrudur.)

Özet Kural: Topraklanan her cisim mutlaka nötr olur. Elektronlar her zaman fazlalık olan yerden eksik olan yere doğru hareket eder.

4. Topraklamanın Günlük Hayattaki Yeri ve Önemi

Elektrik yüklerinin kontrolsüz birikmesi ve aniden boşalması tehlikeli olabilir. Topraklama, bu tehlikeleri önleyerek can ve mal güvenliğimizi sağlar.

Paratoner (Yıldırımsavar): Yüksek binaların, camilerin, fabrikaların çatılarına yerleştirilen metal çubuklardır. Bu çubuk kalın iletken bir kablo ile toprağa gömülü metal bir levhaya bağlanır. Yıldırım düştüğünde, milyarlarca voltluk elektrik enerjisi binaya zarar vermeden paratoner üzerinden doğrudan toprağa akar ve güvenle nötrlenir.
Prizlerdeki Topraklama Hatları: Evimizdeki elektrik prizlerinde, canlı akım taşıyan deliklerin dışında metal kısımlar bulunur. Bu kısımlar toprak hattıdır. Çamaşır makinesi, buzdolabı gibi cihazların dış gövdesinde elektrik kaçağı olursa, bu elektrik doğrudan insan vücudundan değil, toprak hattından geçerek toprağa akar ve bizi elektrik çarpmasından korur.
Akaryakıt Tankerleri: Benzin veya mazot taşıyan tankerler yolda ilerlerken hava ile sürtünerek elektrikle yüklenirler. Biriken bu statik elektrik küçük bir kıvılcıma sebep olursa tankerdeki yakıt patlayabilir. Bunu engellemek için tankerlerin arkasından yere değen metal zincirler sarkıtılır. Böylece araçta biriken elektrik yükü sürekli toprağa aktarılarak (topraklanarak) patlama riski ortadan kaldırılır.
Ameliyathaneler: Ameliyathane zeminleri genellikle iletken bir maddeyle kaplanır. Bu sayede doktorların ve cihazların üzerinde sürtünme ile biriken statik elektrik kıvılcım yaratmadan toprağa akar, patlayıcı anestezik gazların alev alması önlenir.

Bölüm Özeti

Elektroskop cisimlerin yüklü olup olmadığını ve yük cinsini anlamamıza yarar. Yüklü elektroskobun yaprakları açılır. Topraklama ise yüklü cisimleri elektron alışverişi yaparak nötrleme işlemidir. Cisim (-) yüklüyse elektronlar toprağa gider, cisim (+) yüklüyse topraktan cisme elektron gelir. Paratoner, toprak hatlı priz ve tankerlerdeki zincirler topraklamanın güvenlik amaçlı kullanımıdır.