yükleri taşıyan parçacıklar nelerdir - elektron ve proton nedir - elektrik alanı nedir - manyetik alan nedir
Yük, kabaca bir cismin üzerine birikmiş elektrik yükleri tarafından belirlenen bir nicelik. Yükü taşıyan parçacıklar, bilindiği üzere elektron ve proton. Eğer bir cisim yüklüyse, bu üzerinde bulunan yük taşıyıcılarının dengesiz dağılımından ya da sayıca birinin diğerinden fazla olmasına bağlıdır. Bilindiği üzere proton artı, elektron da eksi yüklü olarak kabul edilir ve fiziksel olaylar bu kabullenmeler doğrultusunda açıklanır. Bir cisim artı yüklü demek, üzerinde taşıdığı protonların sayısı elektronlardan fazla demektir. Eğer cisim eksi yüklüyse, bunun tam tersi geçerli demektir. Yükler arasındaki etkileşim, yüklerin cinsleriyle ilgilidir. Aynı işaretli yükler birbirini iterken, farklı cinsteki işaretler birbirini çeker. Yükler arasındaki etkileşimler, yükler arasında oluşan kuvvetlerin bir sonucudur. İşin bu kısmını herkes lise fiziğinden muhakkak biliyordur. Bu yazımda anlatacaklarım daha çok fizikçiler arasında kullanılan bazı terimleri açıklamak ve bazı kavramları kafamıza daha iyi oturtmak amacında. Bu kavramlardan en önemlileriyse elektrik alan, manyetik alan ve bu iki alanın Faraday ve Maxwell tarafından birleştirilmiş olan ve tek genel geçer alan olan elektromanyetik alan.
Alan nedir?
Alan, yükler tarafından yüklerin etraşarında oluşan ve yüklerin karakterine göre ve yükten uzaklığa bağlı olarak (ayrıca yüklerin hareketine bağlı olarak) değişen ve yüklerin birbirlerine olan etkilerini, bu etkilerin ve yönünü açıklamak için ortaya konmuş bir kavram. Alana, sadece yükün karakterini gösterebilme yetisi de denebilir. Bir yük, bir başka yüke etki etmek için ya fiziksel olarak dokunur ya da yükler alanlarının ortak etkileşimiyle aralarında bir itme ya da çekme kuvveti uygularlar. Fizikçiler, yüklerin arasında bir şey olmaksızın birbirlerini nasıl etkilediklerini göstermek için bu kavramı geliştirdiler. Bu kavramı geliştirmekle kalmayıp onu madde kadar gerçek bir kimliğe büründürdüler. Daha sonraları fizikçiler gördü ki; alan enerji ve momentum taşıyabilmekteydi. Bu özellik, alaalanı madde ve enerji kadar gerçek yapmakta (masa, sandalye kadar gerçek...). Fizikçiler, madde ve enerji arasında nasıl bir bağıntı kuruyorlarsa, madde ve alan arasında da bir o kadar yakın bir bağıntı kuruyorlar. Hatta bazı fizikçiler, alanı maddenin beşinci hali olarak da kabul ediyorlar. Elektrik, manyetik veya elektromanyetik alandaki değişimler ışık hızıyla değişir. Bir yükün alanının etkileri, sonsuzda dahi görülür. Alan etkileri, yüklü parçacıklardan olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Yani, etki 1/R2 ile azalır. Alan kavramı bizim için o kadar önemlidir ki, sadece bu kavramla cisimler arasında olan uzaktan etkileşimler anlaşılabilir. Alan kavramını belki henüz kafanızda canlandıramamış olabilirsiniz. Bunun için tedirgin olmayın; çünkü diğer alanları anlatırken bu kavramın ne anlama geldiğini daha iyi anlayacaksınız.
Elektrik alanı nedir?
Elektrik alanı E vektörü ile gösterilir. E bir vektördür ve yönü vardı r (bkz şekil 1). Eksi yük için elektrik alan vektörü E radyal (yükten olan doğ- rusal uzaklık) olarak eksi yüke doğru yönelmiştir. Artı yük içinse durum, radyal olarak yükten dışarı doğrudur. Bu vektörün anlamı R kadar bir uzaklı kta bulunan artı birim yük üzerine etki eden kuvvetin büyüklüğü ve yönüyle aynı olmasıdır. Yani R kadar uzaklığa konan bir artı birim yükün, ne kadar kuvvet, ivme ile nereye doğ- ru hareket edeceğini göstermektedir. Elektrik alan vektörünün şiddeti 1/R2 ile orantılı olarak azalır. Elektrik alan vektörü, elektrik alan çizgilerini oluşturur ve çizgilerin nerden nereye doğru gittiğini gösterir (bkz şekil 2). Elektrik alan çizgileri iki yük arasında nasıl şekil alır, ona bir bakalım. İki zıt kutuplu yük için elektrik alan çizgileri, artıdan çıkıp ekside son bulur. İki farklı çizgi hiçbir zaman bir diğer çizgiyi kesmez (bkz şekil 3). Aynı kutuplu iki artı veya eksi yük içinse, yüklerden çıkan çizgiler birbirlerini kesmeyecek bir biçimde birbirlerini büker ve sonsuzda son bulur (bkz şekil 4). (Not: fiekillerdeki düzgün ışınlar gibi gösterilen okları n elektrik alan çizgilerinin o noktalardaki elektrik alanın büyüklüğünü ve yönünü göstermek için kullanılan vektör işaretleri olduğunu unutmayalım.)
Manyetik alan
Elektrik alanı, bir gözlemciye göre duran yüklerin (parçacıkların) oluşturduğu bir alan çeşidi olarak karşımıza çıkarken, manyetik alansa bir gözlemciye göre düzgün doğrusal (ivmesiz) hareket eden yüklerin (parçacıkları n) oluşturduğu bir alan olarak karşımıza çıkmakta. Manyetik alan da elektrik alanı gibi vektörel (büyüklüğü ve yönü olan) bir niceliktir. Manyetik alan vektörü, B simgesiyle gösterilir. Ve B manyetik alan vektörünün yönü, yüklerin hareket yönüne diktir. Manyetik alan çizgileri, elektrik alan çizgilerinin aksine bir yükte başlayıp bir yükte son bulmazlar. Tersine, alan çizgileri kendi üzerine kapanan eğriler oluştururlar. Bunun yanında, elektrik alan çizgileri gibi birbirlerini kesmezler. Elektrikte hareket eden yükler, artı yükler olarak kabul edilir ve eksi yüklerin (aslında hareket eden yükler eksi yüklü parçacıklar olan elektronlardır) tersi yönünde aktığı kabul edilir. Ve teoriler ve hesaplar artı yüklerin hareketine göre çözülür. Manyetik alan çizgilerinin sıklığı, akım geçen telden radyal uzaklığı n karesiyle ters orantılı olarak azalır (Elek-trik alan çizgilerinde olduğu gibi). Bilimsel otoritelerce kabullenilmiş olan sağ el kuralı geçerlidir. Sağ el kuralı, sağ el baş parmağını- zı akım yönünde tutup diğer parmaklarınızı tel etrafına doladığınızda manyetik alan vektörünün yönünü bulmanızı sağlar. Manyetik alan, günlük yaşamımızda her yerde karşımıza çıkmakta. Akım geçiren her şey, manyetik alan oluşturur. Mıknatıslar manyetik alan oluşturur, hatta dünyanın akışkan olan iç kesimleri dahi dünyanın manyetik alanını oluşturur (bkz şekil 6 ve 7). Manyetik alan çizgileri her zaman kapalı- dır; ama bazı durumlarda manyetik alan çizgilerini sanki N kutuplu bir uçtan çıkan ve S kutuplu bir uca doğru hareket eden çizgiler olarak da düşünebiliriz. Analoji kurmak adı- na, bu durumu, aynı elektrik alan çizgilerinin artı kutuptan eksi kutba yönelmesine benzetebiliriz.
Elektromanyetik Ne Peki?
Okuduğunuz üzere manyetik alanın ve elektrik alanın kökenleri, her zaman olduğu ve olacağı gibi yüklere bağlı. Eğer bir gözlemciye göre yüklü parçacıklar hareket etmiyorsa, orada sadece elektrik alan vardır. Eğer yükler hareket halindeyse, gözlemciye göre yüklü parçacıkların hareketinden ötürü gözlemci elektrik alanın yanı sıra bir de manyetik alanın etkilerini hissedecektir. Faraday ve Maxwell, bu olguların yüklerin gözlemcilere göre hareketlerinden kaynaklandığını ve zamana bağlı olarak değişen manyetik alanın bir elektrik alan oluşturacağını ve aynı zamanda, zamana bağlı olarak değişen elektrik alanın bir manyetik alan oluşturacağını buldular ve formülleştirdiler. Elektromanyetik alan, aslında manyetik alanla elektrik alanı- nın birleştirilmiş asıl halidir.
K a m i l Ç ı n a r
alıntı
Yük, kabaca bir cismin üzerine birikmiş elektrik yükleri tarafından belirlenen bir nicelik. Yükü taşıyan parçacıklar, bilindiği üzere elektron ve proton. Eğer bir cisim yüklüyse, bu üzerinde bulunan yük taşıyıcılarının dengesiz dağılımından ya da sayıca birinin diğerinden fazla olmasına bağlıdır. Bilindiği üzere proton artı, elektron da eksi yüklü olarak kabul edilir ve fiziksel olaylar bu kabullenmeler doğrultusunda açıklanır. Bir cisim artı yüklü demek, üzerinde taşıdığı protonların sayısı elektronlardan fazla demektir. Eğer cisim eksi yüklüyse, bunun tam tersi geçerli demektir. Yükler arasındaki etkileşim, yüklerin cinsleriyle ilgilidir. Aynı işaretli yükler birbirini iterken, farklı cinsteki işaretler birbirini çeker. Yükler arasındaki etkileşimler, yükler arasında oluşan kuvvetlerin bir sonucudur. İşin bu kısmını herkes lise fiziğinden muhakkak biliyordur. Bu yazımda anlatacaklarım daha çok fizikçiler arasında kullanılan bazı terimleri açıklamak ve bazı kavramları kafamıza daha iyi oturtmak amacında. Bu kavramlardan en önemlileriyse elektrik alan, manyetik alan ve bu iki alanın Faraday ve Maxwell tarafından birleştirilmiş olan ve tek genel geçer alan olan elektromanyetik alan.
Alan nedir?
Alan, yükler tarafından yüklerin etraşarında oluşan ve yüklerin karakterine göre ve yükten uzaklığa bağlı olarak (ayrıca yüklerin hareketine bağlı olarak) değişen ve yüklerin birbirlerine olan etkilerini, bu etkilerin ve yönünü açıklamak için ortaya konmuş bir kavram. Alana, sadece yükün karakterini gösterebilme yetisi de denebilir. Bir yük, bir başka yüke etki etmek için ya fiziksel olarak dokunur ya da yükler alanlarının ortak etkileşimiyle aralarında bir itme ya da çekme kuvveti uygularlar. Fizikçiler, yüklerin arasında bir şey olmaksızın birbirlerini nasıl etkilediklerini göstermek için bu kavramı geliştirdiler. Bu kavramı geliştirmekle kalmayıp onu madde kadar gerçek bir kimliğe büründürdüler. Daha sonraları fizikçiler gördü ki; alan enerji ve momentum taşıyabilmekteydi. Bu özellik, alaalanı madde ve enerji kadar gerçek yapmakta (masa, sandalye kadar gerçek...). Fizikçiler, madde ve enerji arasında nasıl bir bağıntı kuruyorlarsa, madde ve alan arasında da bir o kadar yakın bir bağıntı kuruyorlar. Hatta bazı fizikçiler, alanı maddenin beşinci hali olarak da kabul ediyorlar. Elektrik, manyetik veya elektromanyetik alandaki değişimler ışık hızıyla değişir. Bir yükün alanının etkileri, sonsuzda dahi görülür. Alan etkileri, yüklü parçacıklardan olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Yani, etki 1/R2 ile azalır. Alan kavramı bizim için o kadar önemlidir ki, sadece bu kavramla cisimler arasında olan uzaktan etkileşimler anlaşılabilir. Alan kavramını belki henüz kafanızda canlandıramamış olabilirsiniz. Bunun için tedirgin olmayın; çünkü diğer alanları anlatırken bu kavramın ne anlama geldiğini daha iyi anlayacaksınız.
Elektrik alanı nedir?
Elektrik alanı E vektörü ile gösterilir. E bir vektördür ve yönü vardı r (bkz şekil 1). Eksi yük için elektrik alan vektörü E radyal (yükten olan doğ- rusal uzaklık) olarak eksi yüke doğru yönelmiştir. Artı yük içinse durum, radyal olarak yükten dışarı doğrudur. Bu vektörün anlamı R kadar bir uzaklı kta bulunan artı birim yük üzerine etki eden kuvvetin büyüklüğü ve yönüyle aynı olmasıdır. Yani R kadar uzaklığa konan bir artı birim yükün, ne kadar kuvvet, ivme ile nereye doğ- ru hareket edeceğini göstermektedir. Elektrik alan vektörünün şiddeti 1/R2 ile orantılı olarak azalır. Elektrik alan vektörü, elektrik alan çizgilerini oluşturur ve çizgilerin nerden nereye doğru gittiğini gösterir (bkz şekil 2). Elektrik alan çizgileri iki yük arasında nasıl şekil alır, ona bir bakalım. İki zıt kutuplu yük için elektrik alan çizgileri, artıdan çıkıp ekside son bulur. İki farklı çizgi hiçbir zaman bir diğer çizgiyi kesmez (bkz şekil 3). Aynı kutuplu iki artı veya eksi yük içinse, yüklerden çıkan çizgiler birbirlerini kesmeyecek bir biçimde birbirlerini büker ve sonsuzda son bulur (bkz şekil 4). (Not: fiekillerdeki düzgün ışınlar gibi gösterilen okları n elektrik alan çizgilerinin o noktalardaki elektrik alanın büyüklüğünü ve yönünü göstermek için kullanılan vektör işaretleri olduğunu unutmayalım.)
Manyetik alan
Elektrik alanı, bir gözlemciye göre duran yüklerin (parçacıkların) oluşturduğu bir alan çeşidi olarak karşımıza çıkarken, manyetik alansa bir gözlemciye göre düzgün doğrusal (ivmesiz) hareket eden yüklerin (parçacıkları n) oluşturduğu bir alan olarak karşımıza çıkmakta. Manyetik alan da elektrik alanı gibi vektörel (büyüklüğü ve yönü olan) bir niceliktir. Manyetik alan vektörü, B simgesiyle gösterilir. Ve B manyetik alan vektörünün yönü, yüklerin hareket yönüne diktir. Manyetik alan çizgileri, elektrik alan çizgilerinin aksine bir yükte başlayıp bir yükte son bulmazlar. Tersine, alan çizgileri kendi üzerine kapanan eğriler oluştururlar. Bunun yanında, elektrik alan çizgileri gibi birbirlerini kesmezler. Elektrikte hareket eden yükler, artı yükler olarak kabul edilir ve eksi yüklerin (aslında hareket eden yükler eksi yüklü parçacıklar olan elektronlardır) tersi yönünde aktığı kabul edilir. Ve teoriler ve hesaplar artı yüklerin hareketine göre çözülür. Manyetik alan çizgilerinin sıklığı, akım geçen telden radyal uzaklığı n karesiyle ters orantılı olarak azalır (Elek-trik alan çizgilerinde olduğu gibi). Bilimsel otoritelerce kabullenilmiş olan sağ el kuralı geçerlidir. Sağ el kuralı, sağ el baş parmağını- zı akım yönünde tutup diğer parmaklarınızı tel etrafına doladığınızda manyetik alan vektörünün yönünü bulmanızı sağlar. Manyetik alan, günlük yaşamımızda her yerde karşımıza çıkmakta. Akım geçiren her şey, manyetik alan oluşturur. Mıknatıslar manyetik alan oluşturur, hatta dünyanın akışkan olan iç kesimleri dahi dünyanın manyetik alanını oluşturur (bkz şekil 6 ve 7). Manyetik alan çizgileri her zaman kapalı- dır; ama bazı durumlarda manyetik alan çizgilerini sanki N kutuplu bir uçtan çıkan ve S kutuplu bir uca doğru hareket eden çizgiler olarak da düşünebiliriz. Analoji kurmak adı- na, bu durumu, aynı elektrik alan çizgilerinin artı kutuptan eksi kutba yönelmesine benzetebiliriz.
Elektromanyetik Ne Peki?
Okuduğunuz üzere manyetik alanın ve elektrik alanın kökenleri, her zaman olduğu ve olacağı gibi yüklere bağlı. Eğer bir gözlemciye göre yüklü parçacıklar hareket etmiyorsa, orada sadece elektrik alan vardır. Eğer yükler hareket halindeyse, gözlemciye göre yüklü parçacıkların hareketinden ötürü gözlemci elektrik alanın yanı sıra bir de manyetik alanın etkilerini hissedecektir. Faraday ve Maxwell, bu olguların yüklerin gözlemcilere göre hareketlerinden kaynaklandığını ve zamana bağlı olarak değişen manyetik alanın bir elektrik alan oluşturacağını ve aynı zamanda, zamana bağlı olarak değişen elektrik alanın bir manyetik alan oluşturacağını buldular ve formülleştirdiler. Elektromanyetik alan, aslında manyetik alanla elektrik alanı- nın birleştirilmiş asıl halidir.
K a m i l Ç ı n a r
alıntı
