Elektriksel yük

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara

Elektriksel yük, atomaltı parçacıkların sahip olduğu ve onun elektromanyetik alan ile olan etkileşimini tayin eden, temel bir özelliktir. Doğadaki dört temel kuvvetten biri olan elektromanyetik kuvvetin kaynağı elektrik yüküdür. Elektrik yüklü bir parçacık hem kendi etrafında bir elektrik alanı oluşturur, hem de başka parçacıkların oluşturduğu elektrik alanından etkilenir.

Elektriksel yüklerin varlığı eski Yunan zamanından beri biliniyordu, ancak ayrıntılı deneysel araştırmalar 1600 yıllarında Gilbert tarafından yapılmaya başlandı. Elektriksel yük hakkında bilinen genel deneysel gerçekler aşağıdaki gibi özetlenebilir:

  1. Elektriksel yük, madde içinde taşınır.
  2. Geleneksel olarak pozitif ve negatif olarak isimlendirilen 2 tür yük vardır: Genellikle cisimler, taşıdıkları negatif ve pozitif yükler birbirlerini dengeledikleri için yüksüz görünürler. Cisimlerde pozitif yükler protonlar, negatif yükler elektronlar tarafından taşınırlar.
  3. Noktasal iki yük arasındaki Lorentz kuvveti bu iki yükü birleştiren doğru boyuncadır.
  4. Bu kuvvet yüklerle doğru, yükler arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır.

Birimler[değiştir | kaynağı değiştir]

Elektrik yükünün SI'daki birimi coulomb'dur. C ile gösterilir. Fen ve mühendislik hesaplarında coulomb kullanılır ancak atomaltı parçacıklarla çalışan bilim insanları coulombdan çok küçük olan temel elektrik yükünü, yani bir elektonun yükü, kullanırlar. Elektron yükü e ile gösterilir.

Temel elektrik yükü[değiştir | kaynağı değiştir]

Doğadaki temel elektrik yükü, yani mümkün olan en küçük elektrik yük bir elektron üzerindeki yük olarak tarif edilmiştir.(-1.60217653 x 10-19 C) Gerçi günümüzde kuark adı verilen parçacıkların 1/3 e (elektron yükü) veya 2/3 gibi daha da düşük bir elektrik yüküne sahip olduğu saptanmıştır. Ama kuarklar hep üçlü gruplar oluşturduğu için, en küçük temel yük görüşü değişmemiştir. Bununla birlikte, en küçük elektrik yük mühendislik ve fizikte karşılaşılan problemlerin çözümü için çok küçük ve elverişsiz bir birim olduğundan, MKS ölçü sisteminde coulomb birimi kullanılmağa devam edilmektedir. Elektronların elektriksel yükü negatiftir. Aynı mutlak değere sahip protonun elektrik yükü ise pozitiftir. Normal koşullarda yük taşıyıcı elektrondur. Bir cismin elektrik yükü açısından pozitif olması o cismin elektronlarından bir bölümünü kaybettiği, negatif oluşu ise o cismin dışardan başka elektronlar kazandığı şeklinde yorumlanır. Bir coulomb 6.241 512•1018 elektronun elektrik yüküne denk olduğu için, coulomb cinsinden elektron elektrik yükü;

q_e = \frac{1}{6.241 512 \cdot 10^{18}}= 1.602 176 \cdot 10^{-19}

Elektron yük kütle oranı[değiştir | kaynağı değiştir]

Coulomb yasası ile Isaac Newton'un (1643-1727) evrensel çekim (gravitasyon) yasalarının formülasyonu çok benzer.



\mathbf{F_e} = k_\mathrm{e}\frac{q_1q_2}{r^2}\mbox{    ve }\mathbf{F_c} = G\frac{m_1m_2}{r^2}

İlk yasada kuvvetin elektrik yük ile, ikinci yasada ise kütle ile orantılı olduğu görülmektedir. Elektron için yük/kütle oranı hesaplanırsa;

\frac{q_e}{m}= \frac{1.602 176 \cdot 10^{-19}}{9.109 382\cdot10^{-31}} \approx 1.758820\cdot 10^{11}\mbox { C/kg}

Bu, elektromanyetik kuvvetin, kütleçekim kuvvetinden çok daha güçlü olduğunu gösterir. Kütleçekim kuvvetinin etkisinin hissedilmesi için Dünya, Güneş gibi çok büyük kütlelere ihtiyaç varken, elektromanyetik kuvvet elektron gibi çok küçük bir parçacıkta bile kendini hissettirir.

Fiziki boyut olarak elektrik yükü[değiştir | kaynağı değiştir]

Fizikte kullanılan çok sayıda büyüklük bazı temel büyüklüklerden üretilmiştir. (Kütle, uzunluk, zaman gibi) Bu gibi temel büyüklüklere boyut da denilebilir. Elektrik yük de boyut olmaya adaydır. Ne var ki, boyutların çok büyük duyarlıkla ölçülebilmeleri gerekmektedir. Oysa, elektrik yükünü duyarlı ölçü yapabilecek kadar miktarda toparlamak çok zordur. Çünkü aynı işaretli yükler birbirini ittiğinden, deney ortamında çok düşük derişimli yükten fazlası bir araya getirilemez. Bu sebepten, uluslar arası birimleri saptamakla görevlendirilen Comité international des poids et mesures (CIPM) adlı komite 1954 yılında temel büyüklük olarak elektrik yükü değil, elektrik yük ile yakın ilgili bir başka büyüklüğü, yani elektrik akım şiddetini almıştır. Elektrik akımı birim zamanda iletkenden geçen elektrik yüküdür. Birimi amperdir. Akım şiddetinin kısaltması I, amper birimini kısaltması A dır. Buna göre t zamanında iletkenden geçen akım;



I = \frac{q}{t}

Daha genel haliyle;

I = \frac{dq}{dt}.
q = \int_{t_o}^{t_f} I\, \mathrm{d}t

Ayrıca bakınız[değiştir | kaynağı değiştir]

Kaynak[değiştir | kaynağı değiştir]