Bu yazımızda elektrik yüklerinin özellikleri hakkında bilgi vereceğiz. Elektrik yükleri ve kuvvetlerinin varlığım göstermek için birkaç basit deney yapılabilir örneğin, saçınızı kuru bir günde taradıktan sonra, tarağın kağıt parçalarını çektiğini göreceksiniz. Çekim kuvveti çoğu kez kağıt parçalarını düşürmeyecek kadar kuvvetlidir. İpek ya da kürke sürtülmüş cam veya lastik gibi başka maddelerle de aynı olay gözlenebilir.
Bir başka basit deney, şişirilmiş bir balonun yünle ovulmasıdır. Bu durumda balon odanın duvarı veya tavanına saatlerce yapışık kalabilir. Böyle davranan cisimlerin elektriklenmiş veya elektrikle yüklenmiş oldukları söylenir. Ayakkabılarınızı yün bir halıya iyice sürterek, vücudunuzu kolayca elektrikleyebilirsiniz. Bir arkadaşınıza hafifçe dokunarak (ve onu korkutarak) vücudunuzdaki bu yükü hissedip ondan kurtulabilirsiniz. Uygun koşullarda birbirine böyle dokunulduğunda bir kıvılcım görülür ve her iki taraf da hafif bir karıncalanma hisseder. (Havadaki aşırı nem vücudunuzda biriken yükün toprağa kaçmasına yol açacağından, bu tür deneyler kuru havalarda en iyi sonuç verirler.)
Elektrik yüklerinin özellikleri nelerdir?
Bir dizi basit deneylerle, Benjamin Franklin’in (1706-1790) artı (pozitif) ve eksi (negatif) adlar verdiği iki çeşit elektrik yükü olduğu bulunmuştur. Bunu gösterme üzere kürke sürtüldükten sonra metal olmayan bir iple şekil 1’deki gibi asılmış sert bir lastik çubuğu göz önüne alalım. İpeğe sürtülmüş bir cam çubuk lastik çubuğa yaklaştırıldığında, ikisi birbirlerini çekerler (Şekil 1a). Öte yandan, yüklü iki lastik çubuk (veya yüklü iki cam çubuk) birbirlerine yaklaştırıldığında, Şekil 1b deki gibi birbirlerini iterler. Bu gözlemden lastik ve canım, farklı iki elektriklenme durumunda bulundukları görülmektedir. Bu gözlemlere dayanarak, aynı yüklerin birbirlerini ittikleri, farklı yüklerin birbirlerini çektikleri sonucuna varılır.
Franklin’in önerisi benimsenerek cam çubuktaki elektrik yüküne artı, lâstik çubuktakine eksi denilir. Bu nedenle yüklü bir lâstik çubuk tarafından çekilen (veya yüklü bir cam çubuk tarafından itilen) yüklü herhangi bir cisim artı yüklü, yüklü bir lastik çubuk tarafından itilen (veya yüklü bir cam çubuk tarafından çekilen) yüklü herhangi bir cisim eksi yüklü olmalıdır.
Birçok ticari ürünün özelliklerinden, çekici elektrik kuvvetleri sorumludur. Örneğin birçok kontak merceğin plâstiği (etafilkon), gözyaşındaki protein moleküllerini elektriksel olarak çeken moleküllerden oluşur. Bu protein moleküllerinin plâstikçe soğrulup tutulması ile mercek kullanıcının gözyaşlarından oluşmuş durumuna girer. Bundan dolayı kullanıcının gözü merceği yabancı cisim gibi algılamaz ve böylece rahatça kullanılabilir. Kozmetiklerin çoğunda bulunan maddeler deri ya da saç tarafından böyle elektrik kuvvetleri ile çekilme özellikleri nedeniyle, boya ya da başka kimyasal maddeler bir kez uygulandıktan sonra orada kalırlar.
Ev Deneyi
Şişirilmiş bir balonu saçınıza sürdükten sonra, bir musluktan akan ince bir su demeti yakınında tutunuz. Ne olur? (Sürtülmüş bir dolma kalem ya da tarak da aynı işi görür).
Şekil 1 (a) Bir iple asılmış yüklü bir lastik çubuk, artı yüklü bir cam çubuğa doğru çekilir.(b)Eksi yüklü bir lastik çubuk, eksi yüklü başka bir lastik çubuk tarafından itilir.
Franklin’in elektrik modelinin bir başka önemli yanı, elektrik yükünün daima korunuyor olmasıdır. Yani, bir cisim bir başkasına sürtüldüğünde, bu süreçte yük oluşmaz. Elektriklenme durumu yükün bir cisimden ötekine geçmesiyle meydana gelir. Böylece, cisimlerden biri bir miktar eksi yük kazanırken ötekisi aynı miktar artı yük kazanır. Örneğin, bir cam çubuk ipeğe sürtüldüğünde, ipek, cam çubuktaki artı yüke eşit miktarda eksi yük kazanır. Atomyapısı hakkındaki bugünkü bilgilerden, sürtünmeyle camdan ipeğe geçenlerin eksi yüklü elektronlar olduğu bilinmektedir. Benzer biçimde, lâstik, kürke sürtüldüğünde, elektronlar kürkten lâstiğe geçerek lâstiğe net bir eksi yük. kürkede net bir artı yük kazandırırlar. Bu süreç nötr, yüklenmemiş maddede, artıyükler (atom çekirdeklerindeki protonlar) kadar eksi yüklerin (elektronlar) bulunması olgusu ile uyuşur.
Robert Millikan (1868-1953), 1909 da, elektrik yükünün, her zaman, bir temel e yük biriminin tam katları halinde bulunduğunu keşfetti. Modern anlatımla, q yükünün kuantumlanmış olduğu söylenir. Yani, elektrik yükü kesikli “paketlerden” oluşur. Buna göre, N tam sayı olmak üzere q=Ne yazılabilir. Aynı dönemde yapılan başka deneyler, elektronun —e yükünde, protonun ise buna eşil fakat zıt işaretli +e yükünde olduğunu göstermiştir. Nötron gibi bazı parçacıkların yükü bulunmaz. Nötr bir atomda protonlar kadar elektronlar bulunmalıdır.
Yük korunumlu bir nicelik olduğundan kapalı bir bölgedeki net yük aynı kalır. Bir süreçte yüklü parçacıklar oluşturulursa, bu yükler her zaman zıt işaretli eşit büyüklüklü çiftler olarak ortaya çıkarlar.
Şimdi ve kadarki anlatımlardan, elektrik yükünün aşağıdaki önemli özellikleri olduğu sonucu çıkarılır:
- Doğada iki tür yük bulunur. Benzer olanlar birbirlerini iterler, farklıolanlar ise birbirlerini çekerler.
- Yük korunumludur.
- Yük kuantumludur.
Bu yazımızda elektrik yüklerinin özellikleri hakkında bilgi verdik. İlginizi çekebilecek diğer yazılarımız;