Düzgün Bir Elektrik Alanında Yüklü Parçacıkların Hareketi

Bu yazımda düzgün bir elektrik alanında yüklü parçacıkların hareketi nasıl olduğunu açıklayacağım. q yüklü m kütleli bir parçacık bir E elektrik alanına konulduğunda, yüke etkiyen elektrik kuvveti qE’dir. Bu, parçacığa etkiyen tek kuvvetse, net kuvvet olacağından parçacığı hızlandırır. Bu durumda parçacığa Newton’un ikinci yasası uygulandığında; F_e=qE=ma elde edilir. Buna göre parçacığın ivmesi:

olur. E düzgün ise (yani, doğrultu ve büyüklüğü sabitse), ivme sabittir. Parçacığın yükü artı ise ivme elektrik alanıyla aynı, eksi ise zıt yöndedir.

Zıt işaret yüklü iki düz metal tabaka arasındaki bölgede elektrik alanı yaklaşık olarak düzgündür.-e yüklü bir elektronun bu alana V_i ilk hızıyla yatay olarak fırlatıldığı varsayılsın. Şekil 1 deki E elektrik alanı artı y doğrultusunda olduğundan, elektronun ivmesi eksi y doğrultusundadır. Ya­ni,

İvme sabit olduğundan, v_xi= v_i  ve v_yi= 0 olmak üzere, iki boyuttaki kinematik denklemleri uygulanabilir. Elektrik alanında, bir t süresi kaldıktan sonra elektronun hız bileşenleri, v_x= v_i= sabit  

Düzgün Bir Elektrik Alanında Yüklü Parçacıkların Hareketi Örnek

Şekil 1 de İki yüklü tabakanın oluşturduğu düzgün bir elektrik alanın, bir elektron yatay olarak fırlatılıyor. Elektron aşağı doğru bir ivme kazanır (E ye zıt yönde) ve tabakalar arasındayken parabolik bir yörünge izler. Elektron, elektrik alanında t süresi kaldıktan sonra koordinatları

X=V_it     olur.

Elektron düz­gün elektrik alan bölgesinden çıkınca Newton’un birinci yasasına uyarak v>v₀ hızıyla Şekil 1 deki v doğrultusunda bir doğru boyunca hareketini sür­dürür.

Elektron üzerindeki kütle-çekim kuvveti önemsenmez. Atomik parçacık­lar için bu iyi bir yaklaşımdır. 10⁴ N/C luk bir elektrik alanında eE elektrik kuv­vetinin, büyüklüğünün mg kütleçekim kuvvetinin büyüklüğüne oranı bir elekt­ron için 10¹⁴, bir proton için 10¹¹ mertebesindedir.

Katot Işınları Tüpü

Şekil 2 de gösterilen katot ışınları tüpü; ossiloskoplar, radar sistemleri, televizyon alıcıları, bilgisayar ekranlarında elektronik bilginin görüntülenme­sinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Katot ışınları tüpünün (KIT), içinde, elektronların elektrik ya da manyetik alanlarda hızlandırıldıkları ve saptırıldıkları havası boşaltılmış bir tüptür. Elektron demeti, tüpün boyun kısmında bulunan elektron tabancası denilen bir aygıtla üretilirler. Bu elektronlar kendi başlarına bırakıldıklarında KIT’ nün ön kısmındaki ekrana çarpıncaya dek dosdoğru bir yol izlerler. Tü­pün “ekran” ı, elektronlarla dövüldüğünde görünür ışık saçan bir maddeyle kaplanmıştır.

Bir katot ışınları tübünün gösterimi. Sıcak C katodun­dan ayrılan elektronlar A anoduna doğru hızlanırlar. Elektron tabancası elektron demetinin odaklanmasında da kullanılır, plakalar ise demeti saptırır.

Bir osiloskopta tüpün boyun kısmında birbirine dik olarak yerleştirilmiş iki plaka takımıyla elektronlar çeşitli doğrultularda saptırılırlar. Plakalardaki yük miktarını denetlemek için bir dış elektrik dev­resi kullanılır. Yatay saptırıcı plakalardan birine artı ötekine eksi yük konulma­sı plakalar arasında bir elektrik alan oluşturur ve demetin yanlamasına dene­timini sağlar. Düşey saptırıcı plakalar da aynı biçimde davranır, yalnız plaka­lardaki yükün değiştirilmesi demetin düşey sapmasını sağlar.

Düzgün bir elektrik alanında yüklü parçacıkların hareketi başlıklı yazım burada sonlandı. Diğer yazımda görüşmek üzere.