Elektiriklenme

[Emine]

Statik elektrik yada elektrik akımı elde etmek için bir dış etki, çekirdekle elektron arasındaki çekme kuvvetinden daha büyük bir kuvvet doğurmalıdırki atomdan elektron koparabilsin. Öyleyse bu dış etki herhangi bir enerji olacaktır. Bu enerji sürtme, basınç, sıcaklık, ışık, manyetizma, kimya gibi enerjilerden biri olabilir. Bu enerjilerden herhangi biriyle elektrik elde edilebilir

A-SÜRTÜNMEYLE ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ
İlk çağlardan beri bilinen usuldür. Kimi cisim birbirine sürtülürse elektriklendikleri gözükür. Di elektrikler veya yalıtkanlar (cam, reçine,ebonit, kükürt, yün, ipek vb.) sürtme ile hafif cisimleri çekme özelliği kazanırlar. Bu durumda bu cisimler için bir elektrik yükü kazandılar veya elektriklendiler denir. Burada elde edilen statik 'durgun' elektriktir. Bu elektrik yükü sürtünme noktalarında toplanırlar. Sürtünmeden önce ebonit yada kürk atomlarında elektrik bakımından denge vardır. Sürtünmeyle doğan kuvvet kürk atomundan elektron koparır. Bu atomlar ebonit üzerinde toplanır. Böylece kürk (+), ebonit ise (-) yükle yüklenmiş olur. Cam ile ipeğin sürtülmesinde ise cam (+) , ipek (-) elektrikle yüklenir.

B-DOKUNMA İLE ELEKTRİK ELDE EDİLMESİ (Yüklenme)
Statik elektrik birbirine dokundurulan cisimler üzerinden akar. Örneğin, (+) elektrik yüklü bir çubuk, yüksüz madeni bir çubuğa dokundurulursa ikinci çubukta elektriklenir. Bu olayı şöyle açıklayabiliriz: I. çubuk (+) yüklü olduğuna göre elektronları azalmış demektir. İki çubuk birbirine dokununca I. Çubuğun protonları ile II. Çubuk (+) yüklü bir durum alır. I. Çubuğun (+) yükü ise bir miktar azalır. Dokunmayla yüklemede özdeş küreler net yükü eşit olarak paylaşır. Statik elektriği bir cisimden başka cisme aktarmak için bir başka yolda iki cismi madeni bir telle birleştirmektir. Bu durumda yukarıdaki olay aynen tekrarlanır. Elektronlar madeni tel üzerinden (-) yüklü cisimden (+) yüklü cisme akarlar. Ancak madeni tel yerine cam yada lastik kullanılırsa bu akımın olmadığı görürüz. Cisimler yüklerini saklarlar. Buradan da elektriği akıtan cisimlere 'iletken' cam, lastik gibi elektrik akıtmayan cisimlere 'yalıtkan' denir.

C- ETKİ İLE ELEKTRİK ELDE EDILMESİ
Yüklü bir cisim yüksüz bir iletkene yaklaştırıldığında cisim kendisine zıt olan yükleri çekeceğinden, iletkenin bir ucuna doğru pozitiflik diğer ucuna doğru negatiflik hakim olacaktır. Yüklü cisim uzaklaştırıldığında iletken eski haline döner. Eğer iletkene toprağa değen bir tel bağlanırsa yüklü cisim yaklaştırıldığında iletkenin yüklü cisme yakın ucu cismin yüküne zıt yüklenir. Bunun sebebi, K ucundaki (+) yüklerin, topraktan çağırdığı (-) yüklerdir. Önce tel bağlantısı kesilir, sonra yüklü cisim uzaklaştırılırsa, (-) yükler iletkeni terk edemeyeceğinden iletken (-) ile yüklenmiş olacaktır. Bu şekilde dokunma ve etki ile yüklenme arasındaki farkta anlaşılır. Özet olarak, dokunmada her iki cisim aynı yüklü iken, etki ile elektriklenmede yükler zıt olmaktadır.

Statik elektriği bir cisimden başka bir cisime geçirmek için iki cismi birbirine dokundurmak ya da telle birleştirmekten başka bir yol daha vardır. Büyük değerde zıt işaretli elektrikle yüklü iki cismi birbirine yaklaştırırsak daha birleştirmeden elektronlar (-) yüklü cisimden, (+) yüklü cisme atlayabilirler. Bu olaya ark denir. Yükler çok büyük değerde olursa iki cisim birbirinden uzakken de atlama olabilir. Bu olay şimşek şeklinde tabiatta gözlenebilir.

Şimdiyıldırım ve şimşek olayına kısaca bir göz atalım: Zıt elektrik yüklü iki bulut karşılaşınca aralarında ark doğar şimşekbuna deriz. Katı cisim elektriklendiği zaman sadece dış yüzü elektrikle yüklenmiş olur. Oysa bir fırtına bulutu elektriklenince onun her zerresi elektrikle yüklenir. Bu bakımdan bulutların yük taşıma kapasitesi çok yüksektir. Böyle bir bulut aksi elektrikle yüklü bir buluta yada yeryüzüne yaklaştığı zaman çok kuvvetli bir elektrik arkı meydana gelir. Genelde bulutla dünya arasındaki hava yalıtkan görevi yapar. Ancak hava rutubetli , bulutun elektrik yükü fazla olursa o zaman havadan yere atlar. Bu büyük bir elektrik arkıdır. Yıldırımla beraber şimşek çakar ve gök gürültüsü duyulur. Yıldırım akımı başlıca üç türlü olur:

Yeryüzündeki etkileri zararsız olduğundan bu çeşit yıldırmlar hakkında bilinenler azdır. (+) ve (-) yüklü iki bulut kümesi arasında meydana gelen yıldırımlar daha çok radyo ve telsiz yayınlarını bozar. Bu yıldırımların kuvvetinin yeryüzüne düşen yıldırımlar kadar çok olmadığıda sanılmaktadır.

2- Buluttan yeryüzüne : Bu yıldırımların düşüş hızı 30 km/s dir. Çok yüksek güçte olurlar. Bir defada 200 Coulomb kadar elektrik boşaltırlar. Taşıdıkları elektrik 100 MV tan 1 milyar volt a kadar değişir. Bazı yıldırımların bütün gücü 1 trilyon kW ı bulur. Bunların çoğu düşerken dallanıp budaklanır. Bu yıldırımın düşerken en uygun yolu seçme eğiliminden ileri gelir.

3- Yeryüzünden buluta : Çok yüksek binalarda yıldırımlar yeryüzünden buluta meydana gelebilir.

Yıldırımsavar (Paratoner) : Yıldırımın bir elektrik boşalması olduğunu ilk anlayan bir geçit vererek onu zararsız hale getirmeyi ilk düşünen Amerikalı Benjamin Franklin dir. Uçurtma ile yaptığı deneme sonunda yıldırımda bir elektrik akımı olduğunu ispat etmiş yıldırımdan kuruyacak bir araç geliştirmek iiçin çalışmalara başlamıştır. Yıldırımı zararsız hale getiren yıldırım savarın esasını bulmuştur. Yıldırım savar bakır çelik yada paslanmaz alaşımlardan yapılan tepesi sivri bir çubuktur. Dayanıklı çelik bakır telleerin teepesine konan çubuktan toprağa kadar dıştan döşenir. Böylece yıldırım savar düşen yıldırımın zarar vermeden hemen toprağa geçmesini sağlar. Sanıldığı gibi yıldırım savar yıldırımın düşmesini önlemez tersine onu çekerek zararsız hale getirir. Yüksek yapılarda bulunan yııldırım savarlar bazen bütün düşen yıldırımları çekebilir. Ayrıca toprağa bağlı antenlerle çelik yapılarda iyi bir yıldırım savarlar görevini görür

ELEKTRİK YÜKLÜ ÇİÇEK TOZLARI

Çiçeklerin tozlaşması, rüzgar, böcekler ve kuşlar yardımı ile gerçekleşir. ABD'den iki ziraat mühendisi daha çok çiçek tozunun daha çok çiçeğin tozlaşmasına katkıda bulunması amacıyla, çiçek tozlarına elektrik yükü kazandırıyorlar
Araştırmacılar, elektrik yükü kazanmış bir çiçek tozuyla çiçeğin dişi organı arasındaki çekimin daha yüksek olacağını düşünüyorlar. Çiçek tozu pozitif yüklü ise dişi organın yüzeyine elektronları, negatif yüklü ise protonları çekiyor. Her iki durumda da oluşan bu elektriksel çekim çiçek tozlarının dişi organa tutunmasına yardım ediyor. Çiçek tozlarına nasıl elektrik yükü kazandırıldığına gelince, normalde elektriksel iletkenliği zayıf olan çiçek tozuna elektrik yüklenmesi oldukça zor bir iştir.

Ancak, araştırmacılar bu sorunu oldukça basit bir yöntemle çözmüşler: çiçek tozlarını saf su ve tuz ile karıştırmışlar; böylece çiçek tozları elektrik yükü kazanmış. Labaratuvarda yapılan deneylerde elektrik yüklü çiçek tozlarının, çiçek dişi organlarının üzerinde normal çiçek tozlarına kıyasla beş kat daha yüksek oranda toplandığı gözlenmiştir.

ELEKTROSTATİK ÇÖKELTME
Havadan yada başka gazlardan bazı katışık maddelere ayrılması yöntemi, sanayideki atık gazlardan toz parçacıklarını ayırmada yaygın olarak kullanılır. 1824'te Leipzig'li bir matematik öğretmeni olan M. Hohlfeld duman parçacıklarının elektrikle çökeltilebileceklerini belirledi. Berkeley'de ki California Üniversitesi'nde F. G. Cottrell'in yaptığı deneylerden sonra 1906'da ilk başarılı ticari ayırma işlemi gerçekleştirildi.

Hava ya da gaz içine elektrik akımı verildiğinde, ortamın içindeki parçacıklar yüzeylerine elektron alarak eksi yüklü durumda iyonlaşır. Ardından artı yüklü elektrot bu parçaları çeker ve parçacıklar yıkama ya da kazımayla ayrılana kadar bu elektrot da çökelir. Ergitme ve sülfirik asit sanayileri ve çimento fabrikaları, elektrostatik çökeltme yönteminin ilk uygulandığı yerlerdir. Bu yöntemin diğer önemli uygulama alanları şunlardır:

Kok kömürü fırını gazlarından kok katarının ayrılması; kırma, öğütme ve cilalama tesislerinde havanın temizlenmesi; petrol rafineleri ve kimyasal madde tesislerinde asit buharlarının yeniden elde edilmesi; kömür kurutucularından kömür tozunun alınması; büyük termik santrallerde uçucu küllerin baca gazlarından ayırılması.

ÇÜRÜK DİŞLERE ELEKTRİK TESTİ
Tıp alanında kullanılması ise, dişe verilecek zayıf bir elektrik akımı çürük belirtilerini o kadar erken bir aşamada ortaya çıkarıyor ki bunların tedavisi için dolgu bile gerekmiyor. Dişleri elektrikle yoklama fikri ilk 1950'lerde ortaya atılmış olup prensibi oldukça basittir. Zayıf bir iletken olan dişin mine tabakası, ancak çürük başladığında iletkenlik kazanır. Bu, minenin kazandığı süngersi yapıya giren sıvının iletkenliğinden kaynaklanıyor.
Eskiden yapılan denemelerde çok başarılı sonuçlar elde edilememiş. İşin içine lityum pilleri konusunda uzman bir kimyager karışınca teknik son haliyle, hiç acı vermeyen ve dişteki çürük belirtilerini x-ışınlarından kat kat yüksek hassasiyetle ortaya çıkarabiliyor.bu çürük tanısı o kadar erken aşamalarda gerçekleşebiliyor ki sadece fluorid tedavisi dişi kurtarabiliyor.

ATIK SULARDAKİ AĞIR METAL İYONLARININ ARITILMASI

Bu suların arıtım yöntemleri arasında: indirgeme-yükseltgeme reaksiyonları, nötralizasyon-çökeltme yöntemi, iyon değişimi ve adsorpsiyon bulunmaktadır. Konumuzla ilgili olan adsorpsiyon yöntemini ele alacağız. Genelde çözeltide çözülmüş halde bulunan maddelerin uygun bir katı yüzey üzerinde tutulması olarak tanımlanmaktadır. Çözünmüş parçacıklar ile adsorplayan yüzey arasındaki çekim kuvvetlerinin türüne bağlı olarak üç değişik adsorpsiyon tipi tanımlanmaktadır.

FİZİKSEL ADSORPSİYON

Van der Waals kuvvetleri olarak bilinen ikincil kuvvetler yüzeye tutunmayı sağlar. Adsorbsiyonun çok yaygın olan bu türünde hemen tüm katılar adsorblayıcı olabildikleri gibi, hemen tüm sıvı ve gazlarda adsorplanan olabilirler

KİMYASAL ADSORPSİYON

Yüzeye tutunan parçacıklar, adsorplayan yüzeydeki fonksiyonel gruplar ile kimyasal etkileşime girerler

İYONİK ADSORPSİYON

Yüzeydeki yüklü bölgelere elektrostatik kuvvetler ile çözeltideki iyonik karakterde adsorplananların çekilmesi sonucu oluşur. Yüzeye tutunan iyonlara eş yüklü başka iyonların aynı anda yüzeyi terketmesi halinde ise "sürece iyon değişimi" adı verilir. Pek çok ayrı özelliklerine rağmen, çoğu durumda fiziksel, kimyasal ve iyonik adsorpsiyon arasında kesin bir ayırım yapılamaz.


ELEKTROSKOP
Çalışma ilkesi elektrostatik etkilere dayanan ve bir elektrik gerilimini algılamaya yarayan aygıttır. Genellikle bir ucu yalıtkan bir kabın dışına uzanan bir iletken çubuk ile çubuğun öteki ucundan sarkan bir çift ince altın yapraktan oluşur. İletkene yakınlaştırılan yada değdirilen bir elektrik yükü yaprakların belli bir açıyla açılmasını sağlar.

Yapraklarda indüklenen yada yapraklara aktarılan aynı işaretli elektrik yükü yaprakların birbirini itmesine yol açar. Radyoaktif bir maddeden yayılan ışınım,yüklü bir elektroskoba girerse elektroskop içindeki gazı iyonlaştırır. Ve böylece yapraklardaki elektrik yükü yavaş yavaş azalmaya başlar. Yüklü elektroskop yaprakların yüksüz bulundukları koşullardaki paralel durumlarına geçme hızı var olan ışınım yoğunluğuyla Doğru orantılıdır.

COULOMB KANUNU

Coulomb ile birlikte elektrik teorisinin nicel yanı gelişmeye başlamıştır. Fransız mühendis ve fizikçi Charles Augustin de Coulomb 1780'lerde Fransa'nın ulusal fizik laboratuarı diyebileceğimiz bir kuruluşta çalışmakta ve optik aletlerin,pusulaların ve benzeri gereçlerin yapımını denetlemekteydi. Bir görevide her iki yada üç yüz yılda bir olduğu gibi pusulanın daha gelişmiş bir duruma getirilmesi için ne yapılabileceğinin saptanmasıydı.(O tarihte pusulada Gilbert'in zamanından beri hiç bir değişiklik yapılmamıştır.)

Coulomb pusulayla ilgilenmeye başladıktan sonra bu konuda aslında kimsenin fazla bir şey bilmediğini,pusulanın nasıl çalıştığını ve ne gibi kuvvetlerden etkilendiğinin henüz tam olarak anlaşılmamış bulunduğunu gördü. O güne dek kimse bu kuvvetleri ölçmeyi düşünmemişti.Gerçekte Coulomb'un uzmanlık alanı bundan tamamen farklıydı. Donanmaya ait malzemenin denetiminden sorumlu kişi olarak görevi kabloların, demir çubukların ve buna benzer çeşitli malzemenin sağlamlığını ölçmekti ve bu ölçümlerden biri de bu gibi nesnelerin burulma durumundaki direncini (torsiyon) saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yönelikti. Burulmakta olan bir demir çubuğun hangi noktada kırılacağını saptamaya yarayan burumölçeri (torsiyometre) yapan Coulomb bir süre sonra bu yolla herhangi bir türdeki kuvvetin de ölçülebileceğini düşünmüş ve burulumölçeri bu yönde geliştirmiştir.

Çok küçük kuvvetlerin şaşmaz biçimde ölçülmesini sağlayan bu aletle elektrostatik ve manyetik çekim ve itimlerin uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu, yani Coulomb yasasını ortaya koyan Coulomb manyetik kutupların ve elektrik yüklerinin uçlarda yoğunlaştığını saptamıştı.

Gravitasyon, elektrik ve manyetizmden oluşan üç kuvvetin üçü de Coulomb yasası ile uyum gösteriyordu. Coulomb kuvveti,elektrik yüklü parçacıkların ya da nesnelerin birbirini çekmesi ya da itmesidir. Her ikisi de artı ya da eksi olan iki benzer elektrik yükü, merkezlerinden geçen bir doğru boyunca birbirini çeker.Yükler arasındaki elektrik kuvveti etkisi 10e(-16) m'ye kadar ya da atom çekirdeği çapının yaklaşık onda birine kadar olan uzaklıklarda duyurur. Çekirdek içindeki protonlar, artı yüklü olduklarından birbirlerini iterler, ama bir başka temel fiziksel kuvvet olan güçlü etkileşim (çekirdek kuvveti) elektrik kuvvetinden daha güçlü olduğundan, çekirdek dağılmayarak yapısını korur.

Gezegenler ve yıldızlar gibi kütlesi çok büyük olan ama elektrik yükü bulunmayan gökcisimlerini güneş sistemlerinde ve gökadalarında tutan temel fiziksel kuvvet ise kütleçekimidir.Her zaman çekme özelliği gösteren bu kuvvet, elektrik kuvvetinden çok daha zayıf olmakla birlikte etkisini büyük uzaklıklarda duyurur. Bu aşırı örneklerin dışında kalan uzaklıklarda, örneğin günlük yaşamın alışılmış uzaklıklarında önem taşıyan tek fiziksel kuvvet elektrik kuvveti ile bu kuvvetin, magnetik de içeren çeşitli türleridir Elektrik kuvvetinin (F) büyüklüğü, bir elektrik yükü (Q1) ile öteki elektrik yükü (Q2) çarpımına doğru orantılı ve bunların merkezleri arasındaki uzaklığın (r) karesiyle ters orantılıdır.

Coulomb kanunu olarak adlandırılan bu bağıntı, orantı sabiti k ile tamamlanmış olur. Burada k, Coulomb sabitidir. Coulomb ,deneyleriyle r nin üssünün, yüzde birkaç belirsizlikle iki olduğunu gösterebildi .Modern deneylerle üs 109 basamağında bir kesinlikle 2 olarak verilmiştir k sabitinin değeri birim sistemine bağlıdır.Q1 , Q2, r ve F gibi fiziksel büyüklükler, Coulomb kanunundan bagımsız olarak ölçülürler.

SI birimler sisteminde yük birimi Coulombdur.(C).Coulomb,akım birimi amper cinsinden tanımlanır. Akım ise yük akış hızını belirtir. Bir teldeki akım 1A ise,telin bir noktasından 1s de geçen yük miktarı 1C dur.

SI birimlerinde k Coulomb sabitinin değeri:


k=8.9875.109 N/m2c2 k sabiti k=1/4pe0 olarak da yazılabilir.

Burada e0 sabiti boş uzayın permitivitesi (elektriksel geçirgenliği ) olup değeri e0 = 8.8542.10-12 C2/Nm2

dir. Doğada bilinen en küçük yük birimi , elektron veya proton yükünün büyüklüğü : e =1.60219.10-12 C dir.

Buna göre 1C yük , 6.3.1018 elektron yüküne (yani 1/e) denktir. 1C oldukça fazla bir yük miktarıdır. Lastik veya cam bir çubuğun sürtmeyle yüklendiği elektrostatik deneylerinde 10-6 (=mc) basamağında net bir yük elde edilir. Başka bir deyişle, mevcut toplam yükün ancak çok az bir kısmı, çubuk ile sürtünen cisim arasında geçiş yapar. Coulomb yasası, yalnızca nokta yükler veya parçacıklara tam olarak uygulanabilir. q2 üzerindeki q1 den ileri gelen F21 kuvveti, vektörel olarak Formül ekleşeklinde belirtilebilir. Sl birimler sisteminde kuvvet birimi (N) dur. İkiden fazla yük bulunduğunda, herhangi bir yük çifti arasındaki kuvvet yukarıdaki eşitlikle verilir.

Buna göre yüklerden herhangi biri üzerine etkiyen bileşke kuvvet, öteki her bir yükten ileri gelen kuvvetlerin vektörel toplamına eşittir. Elektrostatik kuvvetlere uygulanan bu üstüste binme ilkesi, deneysel olarak gözlenmiş bir olgudur. Şayet sistem ikiden fazla elektrik yükü içeriyorsa, her bir çift için Coulomb kanunu ayrı ayrı uygulanır. Örneğin sistem q1, q2, q 3 ... yüklerinden oluşuyorsa, q1 üzerine etki eden kuvvet q1 ile diğer yüklerin oluşturduğu kuvvetlerin toplamına eşittir. q1'e etki eden kuvvet

F1 = F12 + F13 + F14 + ...
şeklindedir.