$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Elektrik alanı, elektrik ve yük-yük etkileşimlerini anlamak için temeldir ve elektrik potansiyeli gibi önemli miktarlarla yakından ilişkilidir.
Herhangi bir yüklü nesne bir elektrik alanı oluşturur. Alanın büyüklüğü, nesne üzerindeki yük miktarına ve alanın ölçüldüğü nesneye olan mesafeye bağlıdır. Bu alanlar aynı zamanda yakındaki diğer yükler veya malzemeler üzerinde bir kuvvet uygulayarak ilginç olaylara neden olur.
Bu videoda önce elektrik alanlarıyla ilgili temel kavramları tekrar gözden geçireceğiz ve ardından elektrik alanlarını ve bir alandaki yükleri ve malzemeleri etkileyen kuvvetleri incelemeye yardımcı olan bir deneyi göstereceğiz. Son olarak, elektrik alanlarını kendi avantajlarına kullanan birkaç uygulama göreceğiz.
Daha önce de belirtildiği gibi, yüklü bir nesne çevredeki uzayda bir elektrik alanı üretir. Gauss yasasını kullanarak, elektrik alanının büyüklüğünün 'Q' kaynak yükü ile doğrusal orantılı ve kaynak yükünden 'r' mesafesinin karesi ile ters orantılı olduğu gösterilebilir; ve 'k' Coulomb sabitidir. Böylece, kaynak yükü miktarını iki katına çıkarmak, alan kuvvetinin iki katına çıkmasına neden olur. Ölçüm mesafesinin iki katına çıkarılması ise alan kuvvetini dört kat azaltır.
Yüklü bir nesne tarafından üretilen elektrik alanı, "elektrik alan çizgileri" adı verilen hayali çizgiler kullanılarak görselleştirilebilir. Bu çizgiler, alanın hem büyüklüğünü hem de yönünü görselleştirmeye yardımcı olmak için çizilen okların bir koleksiyonudur. Tipik olarak, alan çizgileri pozitif bir kaynak yükünden uzağa ve negatif bir kaynak yüküne doğru yönlendirilir.
Yüklü bir nesne tarafından üretilen toplam alan çizgisi sayısı, yükün miktarını temsil ederken, alandaki belirli bir konumdaki çizgilerin yoğunluğu, o konumdaki büyüklüğü belirtir. Bu nedenle, çizgiler yüklü bir kürenin yakınında sıkıca paketlenirken, kaynaktan daha büyük bir mesafede daha fazla yayılırlar.
Bilinmeyen bir kaynak yükünün elektrik alanının yönü, kaynak yükünün yakınına bir test yükü yerleştirilerek ve test yükünün kaynak yüküne doğru çekilip çekilmediğini veya kaynak yükünden itilip itilmediğini gözlemleyerek belirlenir.
Bu 'F' kuvvetinin büyüklüğü, kuvvetin elektrik alan kuvveti ve test yükü üzerindeki yük miktarı ile doğrusal olarak orantılı olduğunu belirten Coulomb yasası ile verilir. Yön için: test yükü pozitifse, test yükü üzerindeki kuvvetin yönü elektrik alanı ile aynıdır. Bununla birlikte, test yükü negatifse, kuvvetin yönü, kaynak yükünün elektrik alanının yönünün tersidir.
Elektrik alanları ayrıca alanın yönü boyunca bir elektrik potansiyeli farkı veya bir voltaj düşüşü üretebilir. Bu fenomen, bu koleksiyonun Elektrik Potansiyeli videosunda ayrıntılı olarak tartışılmaktadır. Tersine, elektrik alanlarının da iki ayrı iletkene farklı voltajların uygulanmasıyla üretildiğine dikkat etmek önemlidir. Bu durumda, alan yönü daha yüksek voltajdan daha düşük voltaja işaret eder.
Yüklü nesnelere ek olarak, elektrik alanları bakır tel gibi yüksüz olan malzemeleri de etkiler. Tüm nötr malzemeler, büyük ve eşit miktarda pozitif ve negatif yüklerden oluşur. Bu nedenle elektrik alanları bu yüklerin her birine bir kuvvet uygular; malzemedeki büyük yük koleksiyonlarının yer değiştirmesine neden olur. Bu, pozitif ve negatif yüklerin etkili bir şekilde ayrılmasına neden olabilir ve "polarizasyon" olarak bilinir.
Bir sonraki bölümde, voltajların iki farklı elektrot konfigürasyonuna uygulanmasıyla üretilen elektrik alanının alan çizgilerinin nasıl görselleştirileceğini göreceğiz. Ve bundan sonraki bölümde, elektrik kuvvetlerinin etkisini ve kağıt, kürk, akrilik çubuk ve soda kutusu kullanarak polarizasyon olgusunu göreceğiz.
Gösteri, el tipi bir Statik Genecon veya bir van der Graff jeneratörü gibi bir elektrostatik jeneratör, eşmerkezli bir daire konfigürasyonunda düzenlenmiş bir çift elektrot, birbirine paralel olarak düzenlenmiş bir çift elektrot ve bir petri kabı veya gözlem tankından oluşur.
Gözlem tankı, Hint yağı gibi viskoz bir yağ ve irmik tohumu gibi yaklaşık yarım gram polarize olabilen toz ile doldurulur.
Yağ ve toz emülsiyonu ile doldurulmuş gözlem tankını tutucusuna yükleyin. Ardından, paralel elektrot konfigürasyonuna sahip plakayı tutucuya monte edin. Kabloları kullanarak elektrotları elektrostatik jeneratörün negatif ve pozitif terminallerine bağlayın.
Jeneratörün krankını en az 5 tam tur çevirin, böylece iki iletken arasında potansiyel bir fark yaratın ve bir elektrik alanı oluşturun. Eklenen toz polarize edilebilir olduğundan, toz lekeleri yavaş yavaş elektrik alan çizgileri ile aynı hizaya gelmeye başlayacaktır.
Daha sonra, yükleri nötralize etmek için, terminaller arasına bir kablo bağlayarak pozitif ve negatif terminalleri doğrudan kısa devre yapın. Şarjın dağılması için birkaç saniye bekledikten sonra kısa devre kablosunu terminallerden çıkarın. Ardından, elektrot plakasını tutucudan çıkarın.
Şimdi, eşmerkezli daire elektrot konfigürasyonuna sahip plakayı tutucuya monte edin. Kurulumu dikkatlice yuvarlayarak gözlem tankındaki yağı ve polarize olabilen tozu karıştırın.
Jeneratörü AÇIN ve iki iletken halkası arasında bir elektrik alanı oluşturmak için en az 5 tam tur kranklayın. Halkalar arasındaki toz, bu bölgedeki elektrik alan çizgilerinin, halkaların merkezinde bulunan bir noktasal yükün elektrik alan çizgilerine benzer olduğunu gösteren yayılan çizgiler oluşturacaktır. Buna karşılık, iç çember içindeki toz, bu bölgede kayda değer bir elektrik alanı olmadığını gösteren belirgin bir hizalamaya sahip değildir.
Şimdi polarizasyonu ve elektrik alan kuvvetlerini gösteren bir deneyi tartışalım. Bu gösteride kullanılan yaygın öğeler, boş bir soda kutusu, akrilik bir çubuk, çubuğun etrafına sarılacak kadar büyük bir kürk parçası ve bir kağıt şerididir.
Boş soda kutusunu yan yatırın, böylece serbestçe yuvarlanabilir. Kürk parçasını çubuğun etrafına sarın ve en az 10 kez uçtan uca ovalayın. Çubuğu ovalayarak, elektronları kürkten çubuğa fiziksel olarak aktarıyorsunuz ve çubuğu negatif yüklü hale getiriyorsunuz, bu da bir polarizasyonu indüklemek için gereken elektrik alanını üretmesine izin veriyor.
Yüklü çubuğu boş soda kutusuna yaklaştırın ve çubuğa doğru yuvarlanmaya başladığında kutu üzerindeki çekici kuvvetleri gözlemleyin. Bunun nedeni, çubuğun elektrik alanının soda kutusu üzerinde bir polarizasyona neden olmasıdır. İşaret olarak çubuk üzerindekilere zıt yükler çubuğa yaklaştırılırken, aynı işaretteki yükler çubuktan uzağa itilir. Bu, çubuğun teneke kutu üzerinde hem çekici hem de itici kuvvetler uygulamasına neden olur. Zıt yükler çubuğa daha yakın olduğundan, bunlar daha güçlü bir kuvvete maruz kalır ve bu da çubuğa doğru net bir çekici kuvvet üretir.
Ardından, yüklü çubuğu kağıt şeridine yaklaştırın ve kağıdın çubuğa doğru büküldüğünü gözlemleyin. Çekici davranış, soda kutusunun çubuğa doğru yuvarlanmasına neden olan aynı indüklenmiş polarizasyon etkisinin sonucudur. İlginç bir şekilde, sodanın yapabileceğinden çok daha hafif olmasına rağmen, kağıdın genel hareketi nispeten küçüktür. Bunun nedeni, kutunun iletken doğasına kıyasla kağıdın yalıtkan doğasıdır, bu da çok daha zayıf bir polarizasyona yol açar.
Elektrik alanları, yüklü nesnelerin veya voltaj farklarının olduğu her yerde bulundukları için her yerde bulunur.
Elektrik veya elektrik akımı, yükü yüksek iletken tellerden iten elektrik kuvvet alanlarının sonucudur. Büyük ölçekte, bu, elektriğin enerji santrallerinden konut ve ticari binalara yönlendirilmesini içerir. Daha küçük bir ölçekte, elektrik akımının bir devreden geçişi, LED, ampul, fan veya bilgisayar gibi herhangi bir elektronik cihazı çalıştırmak için esastır.
Kütle spektrometresi, bir numunenin kimyasal içeriğini belirlemek için elektrik alanlarını kullanır. Bu ekipmanda, önce iyonize moleküller, elektron ışını, plazma veya lazerler gibi güçlü kuvvetlerin uygulanmasıyla üretilir. Bu yüklü moleküller daha sonra bir dizi alternatif elektrik alanından geçirilir. Alan, moleküller üzerine yörüngelerini değiştiren ve etkili bir ayrılmaya yol açan bir elektrik kuvveti uygular.
Az önce JoVE'nin Electric Fields ile tanışma sürecini izlediniz. Artık elektrik alanlarının büyüklüğünü ve yönünü yöneten ilkeleri, elektrik alan çizgilerinin nasıl görselleştirileceğini ve polarizasyonun bir elektrik alanı tarafından nasıl indüklenebileceğini anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler!
