Elektriksel Potansiyel, Potansiyel Enerji ve İş

17 soru

Soru 1Soru

Elektriksel alanda bulunan bir AA noktasının elektriksel potansiyeli 20 V20 \text{ V}, BB noktasının elektriksel potansiyeli ise 50 V50 \text{ V} olarak ölçülmüştür.

Buna göre, +0,4 C+0,4 \text{ C}'luk noktasal bir yükü AA noktasından BB noktasına sabit hızla götürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş kaç Joule\text{Joule}'dür?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 12

Cevap

Elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş 12 J12\text{ J}'dür.
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile iki nokta arasındaki potansiyel farkın çarpımına eşittir (W=qΔVW = q \cdot \Delta V). Yük A'dan B'ye taşındığı için potansiyel fark ΔV=VBVA=50 V20 V=30 V\Delta V = V_B - V_A = 50\text{ V} - 20\text{ V} = 30\text{ V} olur. Buradan yapılan iş W=0,430=12 JW = 0,4 \cdot 30 = 12\text{ J} olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1
A ve B noktaları arasındaki potansiyel farkı belirlenir.
ΔV=30 V\Delta V = 30\text{ V}
Elektriksel iş, taşınan yük ile gidilen iki nokta arasındaki potansiyel farkın çarpımına eşittir. Potansiyel fark ΔV=VsonVilk=VBVA=50 V20 V=30 V\Delta V = V_{\text{son}} - V_{\text{ilk}} = V_B - V_A = 50\text{ V} - 20\text{ V} = 30\text{ V} olarak bulunur.
2
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş hesaplanır.
W=12 JW = 12\text{ J}
W=qΔVW = q \cdot \Delta V formülünden, +0,4 C+0,4\text{ C}'luk yükün taşınması için yapılması gereken iş W=0,4 C×30 V=12 JW = 0,4\text{ C} \times 30\text{ V} = 12\text{ J} olarak elde edilir.

Anahtar Kavram

Bir yükün iki nokta arasında taşınması sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, yük miktarı ile noktalar arasındaki potansiyel farkın çarpımına eşittir (W=qΔVW = q \cdot \Delta V).
Soru 2Soru

Sürtünmelerin ve yer çekiminin önemsenmediği yalıtkan yatay düzlem üzerindeki K noktasında +2q+2q, L noktasında q-q noktasal yükleri sabit tutulmaktadır. K ve L noktaları birbirine dik iki doğrultu üzerinde olup, M köşesine olan uzaklıkları eşit ve dd kadardır.

Bu yüklerin M noktasında oluşturdukları toplam elektriksel potansiyel VV'dir.

Buna göre, sonsuzda bulunan +q+q yüklü noktasal bir cismi M noktasına getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş kaç qVqV'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 11

Cevap

Sonsuzdan M noktasına +q+q yükünü getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş 1qV1 qV olur.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olduğundan, M noktasındaki toplam potansiyel yüklerin işaretleri dikkate alınarak cebirsel olarak toplanır: VM=k2qd+kqd=kqdV_M = k\frac{2q}{d} + k\frac{-q}{d} = \frac{kq}{d}. Soruda bu değer VV olarak verilmiştir. Sonsuzdaki potansiyel sıfır (V=0V_{\infty} = 0) kabul edildiğinden, sonsuzdan M noktasına +q+q yükünü getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş W=q(VMV)=q(V0)=1qVW = q(V_M - V_{\infty}) = q(V - 0) = 1 qV olur. Bu nedenle doğru cevap 1'dir.

Adım Adım Çözüm

1
K ve L noktalarındaki yüklerin M noktasında oluşturduğu toplam elektriksel potansiyel ifadesi yazılır.
VM=k2qd+kqd=kqdV_M = k\frac{2q}{d} + k\frac{-q}{d} = \frac{kq}{d}
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve noktadaki toplam potansiyel, her bir yükün oluşturduğu potansiyellerin cebirsel toplamına eşittir.
2
Soruda verilen M noktasındaki toplam potansiyelin VV olduğu bilgisi kullanılarak potansiyel tanımlanır.
V=kqdV = \frac{kq}{d}
Hesaplanan potansiyel değeri soruda tanımlanan VV cinsinden ifade edilmelidir.
3
Sonsuzdan M noktasına +q+q yükünü getirmek için yapılan iş hesaplanır.
W=q(VMV)=q(V0)=1qVW = q \cdot (V_M - V_{\infty}) = q \cdot (V - 0) = 1 qV
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile taşındığı noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir. Sonsuzdaki potansiyel sıfır kabul edilir.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile iki nokta arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir (W=qΔVW = q\Delta V).
Tahmini Süre:1m 0s
Soru 3Soru

Sürtünmelerin ve yer çekiminin ihmal edildiği yalıtkan yatay bir düzlemde, düzgün elektriksel alan içerisine ilk hızsız bırakılan pozitif yüklü noktasal bir cisim, elektriksel potansiyelin daha yüksek olduğu noktaya doğru kendiliğinden hareket eder.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

Verilen ifade yanlıştır çünkü pozitif yüklü cisimler yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru hareket eder.
Pozitif yüklü cisimler elektriksel potansiyel enerjilerini azaltmak amacıyla yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru hareket eder, bu sebeple ifade yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Elektriksel potansiyel enerji formülünü yazma.
Bir yükün elektriksel potansiyel enerjisi Ep=qVE_p = q \cdot V formülü ile hesaplanır.
Yükün hareketi sırasındaki potansiyel enerji değişimini analiz edebilmek için.
2
Serbest bırakılan cisimlerin hareket eğilimini belirleme.
Dışarıdan bir müdahale olmadığında (kendiliğinden gerçekleşen süreçlerde) sistemler potansiyel enerjilerini azaltma eğilimindedir (ΔEp<0\Delta E_p < 0).
Doğadaki temel enerji minimizasyonu ilkesini uygulamak için.
3
Artı yüklü cisim için potansiyel değişimini bulma.
q>0q > 0 (pozitif) olduğundan, potansiyel enerjinin azalması (ΔEp<0\Delta E_p < 0) ancak potansiyelin azalması (ΔV<0\Delta V < 0) ile mümkündür. Dolayısıyla cisim yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru gitmelidir.
Yükün işaretini kullanarak hareket yönünü matematiksel olarak ispatlamak için.

Anahtar Kavram

Serbest bırakılan yüklü cisimlerin elektriksel potansiyeldeki hareket yönü

Alternatif Yöntem

Elektrik alan çizgilerinin yönü kullanılarak da karar verilebilir. Elektrik alan çizgileri daima yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğrudur. Pozitif yüklü cisimlere etki eden elektriksel kuvvet elektrik alan ile aynı yönde olduğundan, cisim kuvvet yönünde (yani düşük potansiyele doğru) hızlanacaktır.
Tahmini Süre:45s
Soru 4Soru

Sürtünmelerin ve yer çekiminin ihmal edildiği yalıtkan düzlemde sabit tutulan +q+q ve q-q noktasal yüklerinin oluşturduğu elektriksel alanda, yüklerin tam ortasındaki noktanın elektriksel potansiyeli sıfır olduğundan, bu noktada bulunan durağan bir pozitif test yükünü herhangi bir yoldan sonsuza götürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken net iş sıfırdır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

İfade doğrudur. Başlangıç ve bitiş noktalarının potansiyelleri sıfır olduğu için yapılan net iş sıfırdır.
Elektriksel alan korunumlu olduğundan yapılan net iş izlenen yoldan bağımsızdır ve başlangıç noktası ile bitiş noktası arasındaki potansiyel farkı sıfır olduğundan yapılan net iş de sıfırdır.

Adım Adım Çözüm

1
Başlangıç ve bitiş noktalarının elektriksel potansiyellerini belirleyin.
Yüklerin tam ortasındaki noktanın potansiyeli Vorta=kqd+kqd=0V_{\text{orta}} = k\frac{q}{d} + k\frac{-q}{d} = 0 ve sonsuzdaki potansiyel V=0V_{\infty} = 0 olur.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve noktasal yüklerin potansiyelleri skaler olarak toplanır.
2
Başlangıç ve bitiş noktaları arasındaki potansiyel farkını hesaplayın.
ΔV=VsonVilk=VVorta=00=0\Delta V = V_{\text{son}} - V_{\text{ilk}} = V_{\infty} - V_{\text{orta}} = 0 - 0 = 0
Yapılan işi bulmak için yükün hareket ettiği noktalar arasındaki potansiyel farkı gereklidir.
3
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan net işi hesaplayın.
Wnet=q0ΔV=q00=0W_{\text{net}} = q_0 \cdot \Delta V = q_0 \cdot 0 = 0 bulunur.
Korunumlu alanlarda yapılan iş potansiyel farkı ile taşınan yükün çarpımına eşittir ve izlenen yoldan bağımsızdır.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve korunumlu elektriksel alanda yapılan net iş, izlenen yoldan bağımsız olup sadece başlangıç ve bitiş noktaları arasındaki potansiyel farkına bağlıdır.
Soru 5Soru

Yalıtkan yatay düzlem üzerindeki iki boyutlu kartezyen koordinat sisteminde, orijinde (0,0)(0,0) noktasına +4q+4q noktasal yükü, (3d,0)(3d,0) noktasına ise 3q-3q noktasal yükü sabitlenmiştir.

Buna göre, (0,4d)(0,4d) koordinatlarındaki K noktasında bulunan +q+q yüklü noktasal bir cisim sabit hızla (3d,4d)(3d,4d) koordinatlarındaki L noktasına götürüldüğünde elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş kaç kq2d\frac{kq^2}{d} olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0.35

Cevap

Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş 0.35kq2d0.35 \frac{kq^2}{d}'dir.
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş, taşınan yük ile ilk ve son noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir (W=q(VilkVson)W = q(V_{\text{ilk}} - V_{\text{son}})). K ve L noktalarındaki potansiyeller bulunup bu formülde yerine yazıldığında sonuç 0.350.35 olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
K noktasının toplam elektriksel potansiyelini (VKV_K) hesaplayın.
VK=k4q4d+k3q5d=kqd0.6kqd=0.4kqdV_K = k \frac{4q}{4d} + k \frac{-3q}{5d} = \frac{kq}{d} - 0.6 \frac{kq}{d} = 0.4 \frac{kq}{d}
Bir noktanın potansiyeli, o noktada her bir yükün oluşturduğu potansiyellerin skaler toplamıdır. Sabit +4q+4q yükünün K (0,4d)(0,4d) noktasına uzaklığı 4d4d, 3q-3q yükünün uzaklığı ise 3-4-5 özel üçgeninden 5d5d olur.
2
L noktasının toplam elektriksel potansiyelini (VLV_L) hesaplayın.
VL=k4q5d+k3q4d=0.8kqd0.75kqd=0.05kqdV_L = k \frac{4q}{5d} + k \frac{-3q}{4d} = 0.8 \frac{kq}{d} - 0.75 \frac{kq}{d} = 0.05 \frac{kq}{d}
L (3d,4d)(3d,4d) noktasının +4q+4q yüküne uzaklığı 3-4-5 üçgeninden 5d5d, 3q-3q yüküne uzaklığı ise 4d4d olur.
3
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı işi (WelekW_{\text{elek}}) hesaplayın.
Welek=q(VKVL)=q(0.40.05)kqd=0.35kq2dW_{\text{elek}} = q(V_K - V_L) = q(0.4 - 0.05) \frac{kq}{d} = 0.35 \frac{kq^2}{d}
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş, taşınan yük ile ilk ve son konumlar arasındaki potansiyel farkının çarpımı ile bulunur: Welek=q(VilkVson)W_{\text{elek}} = q(V_{\text{ilk}} - V_{\text{son}}).

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel farkı ve elektriksel iş ilişkisi
Soru 6Soru

Yalıtkan ve sürtünmesiz yatay düzlem üzerinde sabit tutulan negatif yüklü noktasal bir cismin oluşturduğu elektriksel alanda, başka bir negatif yüklü noktasal cisim dış bir kuvvet yardımıyla sabit yüke doğru yaklaştırılmaktadır. Bu süreçte elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş pozitif, sistemin elektriksel potansiyel enerjisi ise artmaktadır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

İfade yanlıştır. Süreç boyunca elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş negatif, sistemin elektriksel potansiyel enerjisi ise artmaktadır.
Negatif yüklü iki cisim birbirini ittiği için, cisimleri birbirine yaklaştırmak elektriksel kuvvetlere karşı iş yapmayı gerektirir. Dolayısıyla elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş negatif olmalıdır. Elektriksel potansiyel enerji ise yüklerin aynı işaretli olması ve aralarındaki mesafenin azalması nedeniyle artar.

Adım Adım Çözüm

1
Yüklerin işaretlerini belirleyerek aralarındaki elektriksel kuvvetin yönünü tespit edin.
Hem sabit cisim hem de yaklaştırılan cisim negatif yüklüdür. Aynı işaretli yükler birbirini iteceği için, sabit cismin hareketli cisme uyguladığı elektriksel kuvvet, sabit cisimden uzaklaşacak yöndedir.
Elektriksel kuvvetin yönünü belirlemek, işin işaretini bulmanın ilk adımıdır.
2
Hareket yönü ile elektriksel kuvvet yönünü karşılaştırarak işin işaretini belirleyin.
Hareketli cisim sabit cisme doğru yaklaştırılmaktadır. Bu durumda cismin yer değiştirme vektör�� ile cisme etki eden elektriksel kuvvet vektörü zıt yönlüdür. Kuvvet ve yer değiştirme zıt yönlü olduğunda elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş negatif (Wel<0W_{el} < 0) olur.
Bir kuvvetin yaptığı iş, kuvvet ile yer değiştirme vektörlerinin skaler çarpımıdır. Zıt yönlü olmaları işin negatif olmasını gerektirir.
3
Uzaklığın azalmasının elektriksel potansiyel enerji üzerindeki etkisini formülize edin.
İki noktasal yükün elektriksel potansiyel enerjisi U=kq1q2dU = k \frac{q_1 q_2}{d} ifadesiyle bulunur. Yüklerin ikisi de negatif olduğundan yüklerin çarpımı pozitiftir (q1q2>0q_1 q_2 > 0). Cisimler birbirine yaklaştıkça aralarındaki uzaklık (dd) azalır, bu da paydanın küçülerek potansiyel enerjinin (UU) artmasına (ΔU>0\Delta U > 0) neden olur.
Sistemin elektriksel potansiyel enerjisindeki değişimi matematiksel ve fiziksel olarak doğrulamak için.

Anahtar Kavram

Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş ile elektriksel potansiyel enerji değişimi arasındaki ilişki (Wel=ΔUW_{el} = -\Delta U)
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 7Soru

Yalıtkan yatay düzlem üzerindeki iki boyutlu dik koordinat sisteminde, +q+q yüklü noktasal bir cisim (d,0)(-d, 0) noktasına, q-q yüklü noktasal bir cisim ise (d,0)(d, 0) noktasına sabitlenmiştir. Koordinat sistemindeki A(0,d)A(0, d) ve B(0,2d)B(0, 2d) noktalar�� belirlenmiştir.

Buna göre, +q0+q_0 yüklü noktasal bir deneme yükünün AA noktasından BB noktasına taşınması süreciyle ilgili;

I. AA ve BB noktalarının elektriksel potansiyelleri birbirine eşittir.
II. Deneme yükünün taşınması sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan net iş sıfırdır.
III. AA noktasında oluşan toplam elektriksel potansiyel bulunurken, yüklerin oluşturduğu potansiyellerin vektörel toplamı alınmalıdır.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II
A ve B noktaları, zıt işaretli ve eşit büyüklükteki iki yükün orta dikme doğrusu (y-ekseni) üzerinde yer aldığından, her iki noktanın da elektriksel potansiyeli sıfırdır. Dolayısıyla bu iki nokta arasında potansiyel farkı yoktur ve yükün taşınması sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan net iş sıfır olur.

Adım Adım Çözüm

1
Sabit yüklerin A noktasında oluşturdukları elektriksel potansiyel değerlerini skaler olarak toplayalım.
VA=k+q(d)2+d2+kqd2+d2=kq2dkq2d=0V_A = k \frac{+q}{\sqrt{(-d)^2 + d^2}} + k \frac{-q}{\sqrt{d^2 + d^2}} = k \frac{q}{\sqrt{2}d} - k \frac{q}{\sqrt{2}d} = 0
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve cebirsel olarak toplanır. Yüklerin A noktasına olan uzaklıkları eşit ve yük işaretleri zıt olduğu için A noktasındaki net potansiyel sıfır olur.
2
Sabit yüklerin B noktasında oluşturdukları elektriksel potansiyel değerlerini hesaplayalım.
VB=k+q(d)2+(2d)2+kqd2+(2d)2=kq5dkq5d=0V_B = k \frac{+q}{\sqrt{(-d)^2 + (2d)^2}} + k \frac{-q}{\sqrt{d^2 + (2d)^2}} = k \frac{q}{\sqrt{5}d} - k \frac{q}{\sqrt{5}d} = 0
Yüklerin B noktasına olan uzaklıkları eşit (5d\sqrt{5}d) ve yük işaretleri zıt olduğu için B noktasındaki net potansiyel de sıfır olur. Bu durumda I. ifade doğrudur.
3
+q0+q_0 yükünü A noktasından B noktasına taşımak için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan net işi hesaplayalım.
WAB=q0(VBVA)=q0(00)=0W_{A \rightarrow B} = q_0 \cdot (V_B - V_A) = q_0 \cdot (0 - 0) = 0
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan net iş, taşınan yük ile noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımı ile bulunur. Potansiyel farkı sıfır olduğundan yapılan net iş de sıfırdır. Bu durumda II. ifade doğrudur.
4
Elektriksel potansiyelin skaler mi yoksa vektörel mi olduğunu analiz ederek III. ifadeyi değerlendirelim.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olduğu için yönü yoktur ve vektörel toplama yapılmaz. III. ifade yanlıştır.
Elektriksel potansiyel enerji ve potansiyel skaler kavramlardır. Vektörel toplama yalnızca elektriksel alan ve elektriksel kuvvet hesaplamalarında yapılır.

Anahtar Kavram

Elektriksel Potansiyel ve İş
Soru 8Soru

Kenar uzunlukları 3d3d ve 4d4d olan şekildeki KLMNKLMN dikdörtgeninin KK ve LL köşelerine sırasıyla +100q+100q ve 80q-80q elektrik yüklü noktasal iki cisim sabitlenmiştir. Buna göre, yükü +5q+5q olan noktasal bir cismi MM köşesinden NN köşesine götürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş kaç kq2d\frac{kq^2}{d}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 45

Cevap

Elektriksel kuvvetlere karşı yapılması gereken iş 45kq2d45 \frac{kq^2}{d}'dir.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olup bir noktadaki toplam potansiyel, yüklerin oluşturduğu potansiyellerin işaretiyle birlikte toplanmasıyla bulunur. N noktasının potansiyeli 9kqd9 \frac{kq}{d}, M noktasının potansiyeli 00 olduğundan, +5q+5q yükünün M'den N'ye taşınması sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş W=5q(9kqd0)=45kq2dW = 5q \cdot (9 \frac{kq}{d} - 0) = 45 \frac{kq^2}{d} olur.

Adım Adım Çözüm

1
K ve L yüklerinin N noktasındaki toplam potansiyelini bulma.
VN=9kqdV_N = 9 \frac{kq}{d}
N noktasının K yüküne uzaklığı KN=4d|KN| = 4d, L yüküne uzaklığı ise dikdörtgenin köşegen uzunluğu olan LN=(3d)2+(4d)2=5d|LN| = \sqrt{(3d)^2 + (4d)^2} = 5d'dir. Potansiyel formülü V=kqrV = k\frac{q}{r} kullanılarak: VN=k100q4d+k80q5d=25kqd16kqd=9kqdV_N = k\frac{100q}{4d} + k\frac{-80q}{5d} = 25\frac{kq}{d} - 16\frac{kq}{d} = 9\frac{kq}{d} bulunur.
2
K ve L yüklerinin M noktasındaki toplam potansiyelini bulma.
VM=0V_M = 0
M noktasının K yüküne uzaklığı köşegen uzunluğu olan KM=5d|KM| = 5d, L yüküne uzaklığı ise LM=4d|LM| = 4d'dir. Potansiyel formülü kullanılarak: VM=k100q5d+k80q4d=20kqd20kqd=0V_M = k\frac{100q}{5d} + k\frac{-80q}{4d} = 20\frac{kq}{d} - 20\frac{kq}{d} = 0 bulunur.
3
Yapılan işi hesaplama.
W=45kq2dW = 45 \frac{kq^2}{d}
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımıdır: W=q0(VNVM)=5q(9kqd0)=45kq2dW = q_0 (V_N - V_M) = 5q \cdot (9\frac{kq}{d} - 0) = 45\frac{kq^2}{d} elde edilir.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, elektriksel potansiyel enerji değişimine eşittir.
Soru 9Soru

Sürtünmesiz ve yalıtkan yatay bir düzlem üzerinde oluşturulan xx ekseni doğrultusunda, +12q+12q yüklü noktasal cisim x=0x = 0 noktasına, 8q-8q yüklü noktasal cisim ise x=4dx = 4d noktasına sabitlenmiştir.

Buna göre, +q+q yüklü başka bir noktasal cismi bu eksen üzerindeki K(x=3d)K (x = 3d) noktasından L(x=6d)L (x = 6d) noktasına götürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş kaç kq2dk\frac{q^2}{d}'dir?

(k: Coulomb sabiti)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş 2 k*q^2/d'dir.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olduğundan cebirsel olarak toplanır. K noktasındaki net potansiyel 4kqd-4\frac{kq}{d} ve L noktasındaki net potansiyel 2kqd-2\frac{kq}{d} olarak bulunur. Yapılan iş W=q(VLVK)W = q(V_L - V_K) formülünden +2kq2d+2\frac{kq^2}{d} olarak hesaplanır. Bu nedenle doğru cevap 2 değerini içeren seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1
K noktasındaki toplam elektriksel potansiyeli (VKV_K) hesaplamak.
VK=k(12q)3d+k(8q)d=4kqd8kqd=4kqdV_K = \frac{k(12q)}{3d} + \frac{k(-8q)}{d} = 4\frac{kq}{d} - 8\frac{kq}{d} = -4\frac{kq}{d}
Bir noktanın elektriksel potansiyeli, o noktada oluşan her bir yükün potansiyellerinin skaler toplamıdır.
2
L noktasındaki toplam elektriksel potansiyeli (VLV_L) hesaplamak.
VL=k(12q)6d+k(8q)2d=2kqd4kqd=2kqdV_L = \frac{k(12q)}{6d} + \frac{k(-8q)}{2d} = 2\frac{kq}{d} - 4\frac{kq}{d} = -2\frac{kq}{d}
İş hesabı için cismin ulaştığı son noktanın potansiyelini bilmemiz gerekir.
3
+q+q yükünü K noktasından L noktasına götürmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan işi (WW) hesaplamak.
W=q(VLVK)=q(2kqd(4kqd))=+2kq2dW = q \cdot (V_L - V_K) = q \cdot \left(-2\frac{kq}{d} - \left(-4\frac{kq}{d}\right)\right) = +2\frac{kq^2}{d}
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile gidilen iki nokta arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir (W=qΔVW = q \cdot \Delta V).

Anahtar Kavram

Noktasal yüklerin elektriksel potansiyeli skaler bir büyüklüktür ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile potansiyel farkının çarpımı ile bulunur.

Alternatif Yöntem

Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, sistemin elektriksel potansiyel enerjisindeki değişime eşittir (W=ΔEp=Ep,sonEp,ilkW = \Delta E_p = E_{p,\text{son}} - E_{p,\text{ilk}}). Taşınan +q+q yükünün ilk durumdaki potansiyel enerjisi Ep,K=qVK=4kq2dE_{p,K} = q \cdot V_K = -4\frac{kq^2}{d} ve son durumdaki potansiyel enerjisi Ep,L=qVL=2kq2dE_{p,L} = q \cdot V_L = -2\frac{kq^2}{d} olarak hesaplanıp farkı alınarak da sonuca ulaşılabilir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 10Soru

Yalıtkan ve sürtünmesiz yatay düzlemde sabit tutulan pozitif yüklü iki noktasal cismin oluşturduğu elektriksel alanda, bu yüklerin orta dikme çizgisi üzerindeki bir noktadan serbest bırakılan negatif yüklü noktasal bir cisim yüklerin orta noktasına doğru yaklaşırken sistemin elektriksel potansiyel enerjisi azalır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

İfade doğrudur. Negatif yüklü cisim pozitif yüklere yaklaştıkça, elektriksel kuvvetler cismin hareket yönünde pozitif iş yapar ve bu durum sistemin elektriksel potansiyel enerjisinde bir azalmaya yol açar.
Negatif yüklü cisim pozitif yüklere doğru hareket ederken elektriksel kuvvetlerin yönünde yer değiştirir, bu nedenle elektriksel kuvvetler pozitif iş yapar. Elektriksel kuvvetlerin pozitif iş yapması sistemin potansiyel enerjisini azaltır.

Adım Adım Çözüm

1
Sabit tutulan iki pozitif yükün orta dikme çizgisi üzerindeki negatif yüklü cisme uyguladığı net elektriksel kuvvetin yönünü belirlemek.
Her iki pozitif yük de negatif yüklü cismi kendine doğru çeker. Bu iki çekim kuvvetinin yatay bileşenleri birbirini sadeleştirirken, düşey bileşenleri yüklerin orta noktasına doğru yönelmiş net bir kuvvet oluşturur.
Cismin hangi yönde ivmeleneceğini veya hareket eğiliminde olacağını bulmak için net kuvvetin yönü bilinmelidir.
2
Negatif yük orta noktaya doğru hareket ederken elektriksel kuvvetlerin yaptığı işin işaretini analiz etmek.
Cisim net kuvvetle aynı yönde hareket etti��i için elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş pozitif (W>0W > 0) olur.
Kuvvet ile yer değiştirme aynı yönlü olduğunda yapılan fiziksel iş pozitiftir.
3
Yapılan iş ile elektriksel potansiyel enerji değişimi arasındaki ilişkiyi kurmak.
Elektriksel potansiyel enerjideki değişim, elektriksel kuvvetlerin yaptığı işin negatif işaretlisine eşittir (ΔEp=W\Delta E_p = -W). W>0W > 0 olduğundan ΔEp<0\Delta E_p < 0 olur, yani potansiyel enerji azalır.
Muhafazakar (korunumlu) alanlarda yapılan iş ile potansiyel enerji arasındaki temel ilişkiyi uygulamak.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel enerji değişimi ile elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş arasındaki ilişki.
Soru 11Soru

Sürtünmesiz ve yalıtkan yatay düzlem üzerinde bulunan ve kenar uzunluğu dd olan bir eşkenar üçgenin KK ve LL köşelerine sırasıyla +3q+3q ve q-q yüklü noktasal iki cisim sabitlenmiştir. Üçgenin diğer köşesi olan MM noktasında bulunan +q+q yüklü noktasal başka bir cisim, KK ve LL noktalarının orta noktası olan OO noktasına götürülüyor.

Buna göre, bu işlem sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş kaç kq2d\frac{kq^2}{d}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş 2 k*q^2/d olur.
Doğru seçenekte belirtilen değer, M ve O noktalarındaki skaler potansiyellerin sırasıyla 2 kq/d ve 4 kq/d olarak doğru hesaplanması ve yapılan işin W = q * (V_O - V_M) formülüyle 2 kq^2/d olarak bulunması sonucu elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
İlk konum olan M noktasındaki toplam elektriksel potansiyeli hesaplayın.
VM=k3qd+kqd=2kqdV_M = k \frac{3q}{d} + k \frac{-q}{d} = 2 \frac{kq}{d}
M noktası her iki yüke de d uzaklığında olduğu için skaler potansiyellerin toplamı alınır.
2
Son konum olan O noktasındaki toplam elektriksel potansiyeli hesaplayın.
VO=k3qd/2+kqd/2=6kqd2kqd=4kqdV_O = k \frac{3q}{d/2} + k \frac{-q}{d/2} = 6 \frac{kq}{d} - 2 \frac{kq}{d} = 4 \frac{kq}{d}
O noktası K ve L yüklerinin tam orta noktası olduğundan, yüklerin bu noktaya uzaklığı d/2'dir.
3
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan işi hesaplamak için yükün değeri ile potansiyel farkını çarpın.
W=q(VOVM)=q(4kqd2kqd)=2kq2dW = q \cdot (V_O - V_M) = q \cdot \left(4 \frac{kq}{d} - 2 \frac{kq}{d}\right) = 2 \frac{kq^2}{d}
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile gidilen ve gelinen noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel farkı ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 12Soru

Yalıtkan bir düzlem üzerinde köşeleri AA, BB ve CC noktaları olan bir dik üçgen bulunmaktadır. BB köşesindeki açının ölçüsü 9090^\circ olup kenar uzunlukları AB=3d|AB| = 3d ve BC=4d|BC| = 4d olarak ölçülmektedir. Dik üçgenin AA köşesine +15q+15q, BB köşesine ise 16q-16q yüklü noktasal iki cisim sabitlenmiştir.

Buna göre, sonsuzda bulunan +q+q yüklü noktasal bir cismi CC noktasına getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş kaç kq2d\frac{k q^2}{d} olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: -1

Cevap

Sonsuzdan C noktasına +q yükünü getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş -1 kq^2/d olduğundan katsayı -1 olur.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olup yüklerin işaretleriyle birlikte toplanmasıyla bulunur. C noktasındaki toplam potansiyel VC=k15q5d+k16q4d=1kqdV_C = k \frac{15q}{5d} + k \frac{-16q}{4d} = -1\frac{kq}{d} olarak elde edilir. Sonsuzdaki potansiyel sıfır olduğundan, +q+q yükünü C noktasına getirmek için elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş W=q(VCV)=1kq2dW = q(V_C - V_{\infty}) = -1\frac{kq^2}{d} olur. Bu nedenle katsayı -1 olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
A ve C noktaları arasındaki uzaklığı belirlemek.
AC=5d|AC| = 5d
A köşesindeki yükün C noktasına olan uzaklığını bulmak için 3-4-5 dik üçgeni bağıntısı uygulanır.
2
C noktasındaki toplam elektriksel potansiyeli hesaplamak.
VC=1kqdV_C = -1 \frac{kq}{d}
C noktasındaki potansiyel, sabit A ve B yüklerinin bu noktada oluşturduğu skaler potansiyellerin toplamıdır.
3
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan işi bulmak.
W=1kq2dW = -1 \frac{kq^2}{d}
Sonsuzdan C noktasına getirilen yük için yapılan iş, taşınan yük ile noktalar arasındaki potansiyel farkının çarpımıdır (W=q(VCV)W = q \cdot (V_C - V_{\infty})).

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile potansiyel farkının çarpımına eşittir (W=qΔVW = q \cdot \Delta V).
Soru 13Soru

Yalıtkan yatay bir düzlem üzerinde oluşturulan xx ekseni boyunca, +4q+4q yüklü noktasal cisim x=dx = -d konumuna, +q+q yüklü noktasal cisim ise x=+dx = +d konumuna sabitlenmiştir.

Buna göre, orijinde (x=0x = 0) tutulan +3q+3q yüklü başka bir noktasal cisim x=2dx = 2d konumuna götürüldüğünde, elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş kaç kq2d\frac{kq^2}{d} olur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: +8+8

Cevap

Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş +8kq2d+8 \frac{kq^2}{d} olur.
Orijindeki potansiyel 5kqd5\frac{kq}{d} ve son konumdaki potansiyel 73kqd\frac{7}{3}\frac{kq}{d} olarak bulunur. Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş Welek=qhareket(VsonVilk)=3q(73kqd5kqd)=+8kq2dW_{\text{elek}} = -q_{\text{hareket}}(V_{\text{son}} - V_{\text{ilk}}) = -3q\left(\frac{7}{3}\frac{kq}{d} - 5\frac{kq}{d}\right) = +8\frac{kq^2}{d} olur.

Adım Adım Çözüm

1
Orijindeki (x=0x = 0) toplam elektriksel potansiyeli (VOV_O) hesaplayınız.
VO=k(4q)d+k(q)d=5kqdV_O = \frac{k(4q)}{d} + \frac{k(q)}{d} = 5\frac{kq}{d}
Orijindeki potansiyel, +4q+4q ve +q+q yüklerinin bu noktada oluşturduğu skaler potansiyellerin toplamına eşittir.
2
Son konumdaki (x=2dx = 2d) toplam elektriksel potansiyeli (VPV_P) hesaplayınız.
VP=k(4q)3d+k(q)d=73kqdV_P = \frac{k(4q)}{3d} + \frac{k(q)}{d} = \frac{7}{3}\frac{kq}{d}
x=2dx = 2d noktasının, x=dx = -d konumundaki +4q+4q yüküne uzaklığı 3d3d, x=+dx = +d konumundaki +q+q yüküne uzaklığı ise dd kadardır.
3
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı işi (WelekW_{\text{elek}}) hesaplayınız.
Welek=qhareket(VPVO)=3q(73kqd5kqd)=+8kq2dW_{\text{elek}} = -q_{\text{hareket}} \cdot (V_P - V_O) = -3q \cdot \left(\frac{7}{3}\frac{kq}{d} - 5\frac{kq}{d}\right) = +8\frac{kq^2}{d}
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş, elektriksel potansiyel enerjideki değişimin negatifine eşittir (Welek=ΔUW_{\text{elek}} = -\Delta U).

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel farkı ve elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş ilişkisi
Soru 14Soru

Yalıtkan bir ortamda oluşturulmuş düzgün bir elektrik alan içerisinde, alan çizgilerine dik doğrultuda hareket ettirilen noktasal ve yüklü bir cisim üzerinde elektriksel kuvvetler iş yapar.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

İfade yanlıştır. Elektriksel kuvvet ile yer değiştirme vektörü birbirine dik olduğunda elektriksel kuvvetler iş yapmaz.
Elektriksel kuvvetin yönü elektrik alan doğrultusunda olup, alan çizgilerine dik olarak hareket eden bir cisim üzerinde elektriksel kuvvetler iş yapmaz. Bu nedenle ifade yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Elektriksel kuvvetin yönü ile elektrik alanın yönü arasındaki ilişkiyi belirleyin.
Pozitif yüklü bir cisme elektrik alanla aynı yönde, negatif yüklü bir cisme ise elektrik alanla zıt yönde bir elektriksel kuvvet etki eder. Her iki durumda da elektriksel kuvvet vektörü elektrik alan çizgilerine paraleldir.
Cisme etki eden kuvvetin yönünü belirlemek, yapılan işi hesaplamanın ilk adımıdır.
2
Kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açıyı inceleyin.
Cisim alan çizgilerine dik hareket ettirildiği için, elektriksel kuvvet vektörü ile yer değiştirme vektörü arasındaki açı θ=90\theta = 90^\circ olur.
İşin fiziksel tanımı gereği, kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açı yapılan işin miktarını belirler.
3
Yapılan işi matematiksel olarak hesaplayın.
Yapılan iş W=FΔxcos(90)=0W = F \cdot \Delta x \cdot \cos(90^\circ) = 0 olarak bulunur. Benzer şekilde, alan çizgilerine dik doğrultular eşpotansiyel çizgileri olduğundan ΔV=0\Delta V = 0 olur ve W=qΔV=0W = q \cdot \Delta V = 0 sonucuna ulaşılır.
Elektriksel kuvvetlerin yaptığı işin sıfır olduğunu kanıtlamak için elektriksel potansiyel ve iş formülleri uygulanır.

Anahtar Kavram

Düzgün elektrik alanda elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş ve eşpotansiyel yüzeyler ilişkisi.
Soru 15Soru

Yalıtkan yatay düzlemde sabit tutulan +q+q ve 2q-2q noktasal yüklerinin oluşturduğu sistemde, yüklerin konumlarından geçen doğru üzerinde elektriksel potansiyelin sıfır olduğu noktalar belirleniyor. Yükler arasındaki uzaklık dd olduğuna göre, elektriksel potansiyelin sıfır oldu��u noktalardan birinin +q+q yüküne olan uzaklığı aşağıdakilerden hangisi olabilir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: d3\frac{d}{3}

Cevap

d3\frac{d}{3}
Toplam elektriksel potansiyelin sıfır olması için yüklerin oluşturduğu potansiyellerin cebirsel toplamı sıfır olmalıdır. Bu durum, yüklerin potansiyel katkılarının büyüklükçe eşit ama zıt işaretli olmasını gerektirir: kqr1=k2qr2    r2=2r1k\frac{q}{r_1} = k\frac{2q}{r_2} \implies r_2 = 2r_1. İki yükün arasında yer alan nokta için r1+r2=dr_1 + r_2 = d olduğundan, r1+2r1=d    r1=d3r_1 + 2r_1 = d \implies r_1 = \frac{d}{3} elde edilir. Bu değer doğru seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1
Elektriksel potansiyel formülünü yazmak ve skaler özelliğini belirtmek.
Noktasal bir yükün rr uzaklığındaki potansiyeli V=kqrV = k\frac{q}{r} formülüyle bulunur. Potansiyel skaler bir büyüklük olduğundan toplam potansiyel, yüklerin potansiyellerinin cebirsel toplamıdır: Vtoplam=V1+V2V_{\text{toplam}} = V_1 + V_2.
Sistemdeki toplam potansiyeli veren denklemi kurmak için.
2
Toplam potansiyeli sıfıra eşitleyen uzaklık ilişkisini bulmak.
kqr1+k2qr2=0    qr1=2qr2    r2=2r1k\frac{q}{r_1} + k\frac{-2q}{r_2} = 0 \implies \frac{q}{r_1} = \frac{2q}{r_2} \implies r_2 = 2r_1 elde edilir. Burada r1r_1, noktanın +q+q yüküne, r2r_2 ise 2q-2q yüküne olan uzaklığıdır.
Potansiyelin sıfır olduğu noktaların yüklerden olan uzaklıkları arasındaki oranı belirlemek için.
3
Yüklerin arasındaki nokta için çözümü gerçekleştirmek.
Yüklerin arasındaki bir nokta için r1+r2=dr_1 + r_2 = d eşitliği geçerlidir. r2=2r1r_2 = 2r_1 ifadesi yerine yazılırsa: r1+2r1=d    3r1=d    r1=d3r_1 + 2r_1 = d \implies 3r_1 = d \implies r_1 = \frac{d}{3} bulunur.
Yükler arasındaki potansiyeli sıfır yapan noktanın +q+q yüküne uzaklığını hesaplamak için.

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklüktür ve net potansiyel hesaplanırken yüklerin işaretleri dikkate alınarak cebirsel toplama yapılır.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 16Soru

Aralarında 6d6d uzaklık bulunan AA ve BB noktalarına sırasıyla +15q+15q ve 5q-5q yüklü noktasal iki cisim sabitlenmiştir. Bu iki yükü birleştiren doğru parçasının orta noktası OO olarak belirlenmiştir. Yüklerin orta dikme doğrusu üzerinde, OO noktasından 4d4d uzaklıktaki bir KK noktasında durmakta olan +3q+3q yüklü noktasal başka bir cisim, OO noktasına götürülmektedir.

Buna göre, bu işlem sırasında elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş kaç kq2d\frac{kq^2}{d}'dir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 4

Cevap

Yapılması gereken iş 4 kq^2/d olarak bulunur.
Elektriksel potansiyel skaler bir büyüklük olup, yüklerin işaretleri dikkate alınarak toplanır. A ve B noktalarındaki yüklerin K ve O noktalarında oluşturduğu potansiyeller sırasıyla VK=2kqdV_K = 2\frac{kq}{d} ve VO=103kqdV_O = \frac{10}{3}\frac{kq}{d}'dir. +3q+3q yükü K'den O'ya taşındığında yapılan iş W=q0(VsonVilk)W = q_0(V_{son} - V_{ilk}) formülünden 4kq2d4\frac{kq^2}{d} olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1
K ve O noktalarının sabitlenmiş yüklere olan uzaklıklarını belirleme
AO=3dAO = 3d, BO=3dBO = 3d ve dik üçgen geometrisinden AK=5dAK = 5d, BK=5dBK = 5d olarak bulunur.
Elektriksel potansiyel formülünde (V=kqdV = k\frac{q}{d}) kullanılacak uzaklık değerlerini elde etmek için geometri kullanılır.
2
K ve O noktalarındaki toplam elektriksel potansiyelleri skaler olarak hesaplama
VK=2kqdV_K = 2\frac{kq}{d} ve VO=103kqdV_O = \frac{10}{3}\frac{kq}{d} olarak hesaplanır.
Bir noktadaki toplam potansiyel, o noktayı etkileyen tüm yüklerin oluşturduğu potansiyellerin skaler toplamıdır.
3
Taşınan yükün yaptığı işi potansiyel farkı kullanarak hesaplama
W=(+3q)(VOVK)=3q(103kqd2kqd)=4kq2dW = (+3q) \cdot (V_O - V_K) = 3q \cdot \left(\frac{10}{3}\frac{kq}{d} - 2\frac{kq}{d}\right) = 4\frac{kq^2}{d} bulunur.
Elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş, taşınan yük ile son konum ve ilk konum arasındaki potansiyel farkının çarpımına eşittir (W=qΔVW = q \Delta V).

Anahtar Kavram

Elektriksel potansiyel farkı ve elektriksel kuvvetlere karşı yapılan iş
Soru 17Soru

Sürtünmesiz ve yalıtkan bir ortamda bulunan yüklü bir cismin, bir elektriksel alan içerisindeki eş potansiyel çizgisi üzerinde hareket ettirilmesi sürecinde elektriksel kuvvetlerin yaptığı net iş sıfırdır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Sürtünmesiz ve yalıtkan bir ortamda yüklü bir cisim eş potansiyel çizgisi üzerinde hareket ederken elektriksel kuvvetlerin yaptığı net iş sıfırdır.
Eş potansiyel çizgisi üzerinde potansiyel değişimi olmadığı için potansiyel farkı sıfırdır ve yapılan net iş de sıfır olur.

Adım Adım Çözüm

1
Eş potansiyel çizgisinin özelliğini belirleme
Eş potansiyel çizgisi üzerindeki tüm noktaların elektriksel potansiyeli birbirine eşittir (VA=VBV_A = V_B).
Eş potansiyel tanımı gereği, bu yüzey veya çizgi üzerindeki potansiyel değeri sabittir.
2
Elektriksel iş bağıntısını yazma
Yapılan iş W=qΔV=q(VsonVilk)W = q \cdot \Delta V = q \cdot (V_{\text{son}} - V_{\text{ilk}}) şeklindedir.
Elektriksel alanda bir yükü taşımak için yapılan iş, yük miktarı ile potansiyel farkının çarpımıdır.
3
Net işi hesaplama
Potansiyel farkı sıfır olduğundan (ΔV=0\Delta V = 0), yapılan iş W=0W = 0 olur.
Başlangıç ve bitiş noktalarının potansiyelleri eşit olduğundan potansiyel farkı oluşmaz, dolayısıyla iş yapılmaz.

Anahtar Kavram

Eş Potansiyel Yüzeyler ve Elektriksel İş
Elektriksel Potansiyel, Potansiyel Enerji ve İş Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) | Examkin