Elektrik yükü atom altı parçacıklara sahiptir. Atom altı parçacıklar elektromanyetik ile olan etkileşimini sağlayan temel bir özelliktir. Elektrik yüklü bir parçacık elektromanyetik alandan etkilenir. Böylece elektromanyetik alan oluşturur. Yük ve alanın etkileşimi dört temel kuvvetten biri olan elektromanyetik kuvvetin EMK kaynağını oluşturur.
Elektrik Yükü ve Özellikleri
Maddenin temelini oluşturan atomlar;
Elektron, proton ve nötron adı verilen üç temel yapıdan oluşur. Bir atomun çekirdeğinde(+) yüklü protonlar ve yüksüz nötronlar, çekirdeğin çevresindeki yörüngelerde de (-) yüklü elektronlar vardır. Elektronun ve protonun elektrik yüklerinin değerleri eşittir. Protonun kütlesi, elektronun kütlesinin yaklaşık 2000 katıdır. En küçük elektrik yükü “elektron yükü’ dür.
Atomların normal şartlarda proton ve elektron sayıları eşittir. Yani bir etki ile karşı karşıya kalmamış maddeler yüksüz (nötr) durumdadırlar. Bir maddeyi oluşturan atomların bir kısmı veya tamamında elektron sayıları ile proton sayıları arasında sayısal bir fark varsa;
Bu madde elektriksel olarak yüklü bir maddedir.
Eğer madde atomları elektron kaybetmişse pozitif (+) yüklü, elektron kazanmışsa negatif (-) yüklü olacaktır. Pozitif (+) elektrik yüklü iyonlara katyon, negatif (–) elektrik yüklü iyonlara anyon denir. Bir cismin yükü doğal olarak kendi atomlarının yük ortalamasına eşit olacaktır.
Şekilde gümüş atomunun son yörüngesinde bir elektron vardır. Gümüş atomu yüksüzdür.
Elektrik Yükü Birimi
Madde, atomlardan oluşur. Bir maddeyi oluşturan atomlar bir etki ile elektron kaybetmişlerse pozitif yükle yüklenmişlerdir. Pozitif iyon durumunda, atomlar elektron kazanmışlarsa negatif iyon durumuna geçmişlerdir.
Yüklü atomlardan meydana gelen bir madde de yüklü bir maddedir. Bu maddenin yük miktarı kendisini oluşturan atomların yüklerinin toplamına eşittir. Bu halde elektrik yükü, bir maddedeki atomların yüklerinin toplamı denilebilir.
Uluslararası Birimler Sistemi’ nin elektrik yükü birimi Coulomb (Kulon) dur. C ile gösterilir.
Elektrik Yükü Formülü
Sembolü Coulomb’ dur. Bu ise, e proton olmak üzere, 6.242×1018 e ye eşittir. Dolayısıyla bir elektronun yükü −1.602×10−19 C’ dir.
Elektrik Yükü; Q veya q harfleri ile gösterilir.
Coulomb, 1 saniyede 1 amper taşıyan elektriksel iletkenin enine kesitinden geçen yükün değeri olarak tanımlanır. Q sembolü genellikle elektriğin ya da yükün değerini belirtmek için kullanılır.
Örnek
Yukarıdaki şekildeki gümüş atomu yüksüz (nötr) olduğu için sadece Ag ile gösterilir. Eğer gümüş atomlarında fazladan birer elektron bulunsaydı bu atomlar Ag– şeklinde gösterilirdi. Yani, gümüş atomu nötr halde iken 47 proton ve 47 elektrona sahiptir. Nötr gümüşe elektrik akımı verildiğinde – 1 değerlikli negatif iyon durumuna geçmiş olup 47 proton ve 48 elektrona sahip olur. Eğer gümüş atomu bir elektron kazanacağı yerde kaybetmiş olsa idi o zaman Ag+ şeklinde gösterilirdi.
Alınan veya verilen elektron sayısı birden fazla olduğunda gösterim E∓x şeklinde olmaktadır. E harfi element veya molekülü temsil eder. x harfi pozitiflik veya negatifliğin miktarını belirtmektedir.
Örnek olarak, suya karıştırılan bakır sülfat (CuSO4) tuzu, suda Cu+2 ve SO4 -2 şeklinde iyonlarına ayrışır. Ama iyonlaşma sonucu elde edilen parçacıklar nötr durumda değildir. Bakır (Cu) iki elektron kaybetmiş ve pozitif iyon (katyon) haline geçmiştir. Sülfat ise (SO4) iki elektron kazanarak negatif iyon (anyon) meydana gelmiştir. Bu durumda sülfat iki elektron kaybettiği için SO4 -2 ve bakır iki elektron kazandığı için Cu+2 şeklinde gösterilecektir.
1 Kulon 624 x 1016 adet proton yükü veya elektronun yüküne eşittir.
Not: 20 W’lık bir lambadan 1 saniyede yaklaşık 5676.1014 (567.600.000.000.000.000) elektron geçer.
Elektrik Yükü Ne ile Ölçülür?
Ölçülebilmesi için bir elektrik akımında, yani devrede akması gerekir. Elektrik akımında akım şiddetini ölçen aletin adı ampermetredir. Ampermetre, iletken kesiti üzerinden 1 saniyede geçen elektrik yükü miktarını ölçer.
Elektrik Yükü Nasıl Depolanır?
Elektrik yükü kondansatör ile kısa süreli olarak depolanır. Örneğin bir fotoğraf makinesi flaşı ya da hoparlör kondansatörler ile anlık elektrik yükü depolaması yapar. Elektrik yükü depolamanın başka bir yolu ise pillerdir. Piller, kimyasal maddeler ile üretildiğinden daha uzun süre dayanırlar.
Elektrik Yüküne Ne Sebep Olur?
İki yüzeyin birbirine temas etmesi sonucu bu yüzeylerdeki atomlar arasında dağınık olarak elektron dağılımı gerçekleşir. Bu durumda her bir atom pozitif veya negatif olarak elektrik yükü ile yüklenir.
Sürtünme ile Elektrik Yükü
Herhangi iki maddenin birbirine sürtünmesi ile atomlar karşılıklı elektron alışverişinde bulunur. Maddelerin teması devam ettiği sürece herhangi bir tepkime görülmez. Maddeler bir başka kuvvet tarafından birbirinden ayrıldığında birbirlerini çekerler. Bunun nedeni sürtünme sırasında oluşan elektron dağılımıdır. Atomların pozitif veya negatif olarak elektrik yükü ile yüklenmesidir.
Elektrik Yükü Çeşitleri
Pozitif veya negatif olmak üzere iki türden meydana gelir.
Pozitif Elektrik Yükü
Bir maddenin atomlarının elektron eksiğine sahip olmasıdır. Pozitif elektrik yükü ile yüklü iki madde birbirini iter. Pozitif elektrik yüklü bir madde ile negatif elektrik yüklü bir başka madde birbirini çeker.
Negatif Elektrik Yükü
Bir maddenin atomlarının elektron bakımından fazla olmasıdır. Negatif elektrik yüklü iki madde birbirini iter. Negatif elektrik yüklü bir maddeyle pozitif elektrik yüklü bir madde birbirini çeker.
Elektrik Yükü Özellikleri
Atomun, elektrik yükünü ortaya çıkaran özellikleri şunlardır:
- Bir atom çekirdeği proton ve nötrondan oluşur. Proton pozitif(+), nötron ise nötrdür. Dolayısıyla atom çekirdeği pozitif yüklüdür.
- Atomun etrafında elektronlar bulunur. Elektron negatif(-) yüklüdür.
- Bir atomun içindeki pozitif yükler fazla ise o atom pozitif yüklüdür; negatif yükler fazla ise negatif yüklüdür.
- Aynı yük türü ile yüklü atomlar birbirini iterken, farklı yük türü ile yüklü atomlar, elektron alışverişi yapabilmek için birbirini çeker.
Elektrik Yükü Korunumu
Dışarıdan yalıtılmış bir sistemin elektrik yükü, kendi içindeki yük değişimlerine bakılmaksızın sabit kalır. Buna yük korunumu denir.
Casimir Kuvveti
1948 yılında keşfedilmiş olup (Casimir-Polder Kuvveti) 1997 yılında Casimir etkisi ölçülmüştür. Tamamen yalıtkan olan iki madde vakum ortamına alınmış 100 nanometre mesafede birbirine paralel olarak bırakıldığında birbirine doğru itilmesidir.
Elektrik Yükü ve Elektrik Akımı
Elektrik akımı, elektrik yüklerinin bir iletken aracılığıyla taşınması sonucu oluşur. Bir iletken üzerinde elektrik akımı oluşabilmesi için iletkenin iki ucu, elektrik yükü bakımından farklı olmalıdır.