İLETKENLER ÜZERİNDEKİ YÜKLERİN DAĞILIMI

Fizik dersi elektrik ve elektrik yükleri konusu. İletken cisimler üzerindeki yüklerin dağılımı. Küre, silindir ve sivri uçlu cisimlerde yük dağılımları. Konu anlatımı.

Dışarıdan herhangi bir etki altında kalmayan iletken bir cisimde yükler iletkenin her tarafına düzgün biçimde dağılır. Yalıtkan maddelerde ise düzgün bir dağılım olmayabilir.

Bunun sebebi iletken maddelerde elektronların her tarafa serbestçe hareket edebilmesi, fakat yalıtkan maddelerde elektronların sadece bulunduğu yerde dönme ve öteleme hareketleri yapabilmelerinden kaynaklanır.

Yalıtkan maddelerin bir parçası ( + ) yükle yüklenecek olursa diğer kısımlardaki elektronlar bu bölgeye hareket edemez. Bu nedenle yalıtkan maddenin bir kısmı ( + ), bir kısmı ( - ) yüklenebilir.

İletkenlerde ise herhangi bir kısım ( + ) yüklenirse o bölgeye komşu bölgelerden elektron akışı olur.

Örneğin metal bir çubuğa ( - ) yüklü bir cisim yaklaştırırsak cisim, metal çubuktaki elektronları iter. Bunun sonucunda metal çubuğun bir tarafı ( + ) diğer tarafı ( - ) yüklenir. Cismi metal çubuktan uzaklaştırırsak, cisim tarafından itilmiş olan ( - ) yüklerin oluşturduğu boşluk tekrar doldurulur ve metal cisim düzgün bir elektrik dağılımına sahip olarak nötrleşir.

Nötr bir iletken cisme negatif yüklü bir cisim dokundurursak, negatif yüklü cisimdeki elektronların bir kısmı nötr cisme geçer. Her iki cismin de yükleri eşit olunca elektron akışı durur. Cisimler birbirinden uzaklaştırılırsa her iki cisimde (-) yüklü olur. Bu yük iletkenler üzerinde düzgün dağılmıştır.

Yüklerin iletkenlerde hareket edebilmesi ve düzgün dağılımı maddelerin yapısıyla ilgili bir durumdur. İletken katı maddeler metallerdir. Metallerde elektronların çekirdek çevresindeki yörüngelerde orbitallerde bulunurlar. Bir atomda ne kadar boş orbital varsa veya o atomdan elektron koparmak ne kadar kolaysa elektronlar o metalin atomları arasında serbestçe dolaşabilir, bir atomdan diğerine atlayabilirler. Bir maddeyi iletken yapan özellik budur.

İçi Boş İletken Bir Küre Üzerindeki Yük Dağılımı

İçi boş küre şeklinde ve nötr olan bir kürenin iç ve dış kısmında elektrik yükü sıfırdır. Küre nötr haldeyken iç ve dış kısmına bir elektrometre bağlanırsa, elektrometre 0 değerini gösterir.

İçi boş iletken kürelerde kürenin iç kısmında yük bulunmaz. Yükler kürenin dış kısmında toplanır. Eğer içi boş iletken ve nötr bir kürenin iç kısmına yüklü bir cisim dokundurulursa, cisim nötrleşir. Kaybettiği yükler kürenin dış kısmında toplanır.

Yüklü bir kürenin iç kısmına yüklü bir cisim dokundurulursa cisim nötrleşir. Kaybettiği yükler kürenin dış kısmında toplanır.

Nötr bir kürenin dış kısmına yüklü bir iletken çubuk dokundurulursa cismin yükü, küre ile cisim arasında yarıçaplarıyla orantılı olarak paylaşılır.

Başlangıçta nötr olan içi boş bir iletken kürenin içine şekilde görüldüğü gibi -5q yüklü bir cisim sarkıtılırsa, cisimdeki ( - ) yükler küredeki ( + ) yükleri çeker. Bunun sonucunda kürenin içi + 5q ile kürenin dışı ise -5q ile yüklenir.

Bu olayın tersi durumda yani M cismi +5 q yüklü olursa bu kez kürenin iç yüzü ( - ), dış yüzü ( +) yükle yüklenir.

Eğer iletken K küresi ve M cismi bu konumdayken K küresinin dış kısmı topraklanırsa kürenin dış yüzeyindeki ( - ) yükler toprağa akar. M cismi çekilirse küre (+) yükle yüklenmiş olur. Yük değeri ise +5 tir.

İletken ve (-) yüklü bir M cismi küre içinde sarkıtılırken küre dışına bir elektroskop bağlanırsa elektroskop  – yükle yüklenir.

İçi Boş Bir İletken Küreye Yüklü Bir Cisim Dokundurmak

-5q yüklü cisim kürenin iç yüzeyine dokundurulursa, kürenin iç yüzeyinden elektron alarak kendisini nötrleştirir. M cismi çekilirse küre -5q ile yüklü kalır. Bu yükler kürenin dış yüzeyinde toplanmıştır. Kürenin iç yüzü -5q ile yüklüdür. İç yüzü ise nötr dür. M cismi de nötr olarak çıkmıştır.

Bu olayın tersi durumunda yani M cisminin +5 q yüklü olması durumunda M cismi nötrleşirken, K küresinin dış yüzü +5 q yüklüdür.

M cismi şekildeki konumdayken küre dışına bir elektroskop bağlanırsa elektroskop yaprakları - yükle yüklenir.

Dikdörtgenler Prizması veya Silindir Şeklindeki İletkenlerde Yük Dağılımı

Dikdörtgenler prizması veya silindir biçimli iletken bir cisimde yükler cismin dış yüzeyinde toplanır. Bunun sebebi aynı cins yüklerin birbirlerini iterek mümkün olan en uzak noktaya yerleşmeleridir. Bu nedenle iletkenlerin merkezlerinde elektrik yükü 0’dır.

Sivri Uçlu Cisimlerde Yük Dağılımı

Sivri uçlu cisimlerde yük yoğunluğunun en fazla olduğu kısım sivri uçlardır. Düzgün bir geometrik şekle sahip olmayan iletkenlerde de yükler cismin yüzeyine dağılır ve iç bölgede elektriksel alanı sıfırlamaya çalışır. Sivri uçlardaki yük miktarı daha az olsa da birim alan başına düşen yük miktarı diğer bölgelerden daha fazladır. Elektriksel alanın büyüklüğü yük yoğunluğuna bağlı olduğundan dolayı sivri uçlarda elektrik alanı diğer bölgelerden büyüktür. Bu durum sivri uçlardan elektron koparmayı kolaylaştırdığı gibi, yıldırım vb elektrikleri çekmesinin de sebebidir. Çünkü yıldırım düşmeden önce sivri uç yoğun olarak ( + ) yüklüdür. Bulutların alt kısmı ( - ) yüklü olduğundan çekim kuvveti en fazla bu uçlarda olur.

Dokunma İle Elektriklenme

SANATSAL BİLGİ

11/10/2017