Elektrostatik

13 soru

Soru 1Soru

Yalıtkan iplerle asılı, iletken KK, LL ve MM kürelerinin yarıçapları sırasıyla rr, 2r2r, 3r3r ve ilk yükleri sırasıyla 3q-3q, +15q+15q, +2q+2q'dur. Küreler yalıtkan eldivenle tutularak önce KK küresi LL küresine dokundurulup ayrılıyor. Daha sonra LL küresi MM küresine dokundurulup ayrılıyor.

Buna göre, bu işlemlerle ilgili;

I. KK ve LL küreleri birbirine dokundurulduğunda, KK küresinden LL küresine elektron geçişi olmuştur.
II. LL ve MM küreleri birbirine dokundurulduğunda, LL küresinden MM küresine +4q+4q yükü geçmiştir.
III. Son durumda LL ve MM kürelerinin yüzeylerindeki elektriksel potansiyeller birbirine eşit olur.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

I ve III ifadelerini içeren seçenek doğrudur.
I. öncülde K'nin yükünün 3q-3q'dan +4q+4q'ya çıkması için negatif yük kaybetmesi gerekir. Bu yüzden K'den L'ye elektron geçişi olmuştur ve bu ifade doğrudur. III. öncülde ise birbirine dokundurulan iletken cisimlerin denge durumundaki elektriksel potansiyelleri eşitlenir. L ve M kürelerinin potansiyelleri hesaplandığında VL=k4q2r=2kqrV_L = k\frac{4q}{2r} = 2\frac{kq}{r} ve VM=k6q3r=2kqrV_M = k\frac{6q}{3r} = 2\frac{kq}{r} olup eşit oldukları görülür. II. öncüldeki artı yük hareketi ise fiziksel olarak imkansızdır, bu yüzden yanlıştır. Sonuç olarak I ve III öncülleri doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
K ve L kürelerinin birbirine dokundurulması sonrasındaki yük dağılımını hesaplamak.
K ve L'nin toplam yükü qKL=qK+qL=3q+15q=+12qq_{KL} = q_K + q_L = -3q + 15q = +12q olur. Toplam yarıçap rK+rL=r+2r=3rr_K + r_L = r + 2r = 3r'dir. Küreler toplam yükü yarıçapları oranında paylaşır. K'nin son yükü: qK=+12q×r3r=+4qq'_K = +12q \times \frac{r}{3r} = +4q. L'nin son yükü: qL=+12q×2r3r=+8qq'_L = +12q \times \frac{2r}{3r} = +8q olur.
Dokundurulan iletken kürelerin net yük paylaşımı yarıçapları ile doğru orantılı olarak gerçekleşir.
2
K ve L arasındaki yük geçişinin yönünü ve türünü belirlemek.
K küresinin ilk yükü 3q-3q, dokunma sonrası yükü +4q+4q'dur. Yükteki değişim ΔqK=+4q(3q)=+7q\Delta q_K = +4q - (-3q) = +7q kadardır. Katı iletkenlerde sadece elektronlar (negatif yükler) hareket edebildiğinden, bu artı yük artışı K'den L'ye 7q7q kadar elektron geçmesiyle gerçekleşmiştir. Dolayısıyla I. öncül doğrudur.
Elektriklenmede hareket eden yükler yalnızca serbest elektronlardır; çekirdekteki pozitif yükler hareket etmez.
3
L ve M kürelerinin birbirine dokundurulması sonrasındaki yük dağılımını hesaplamak.
L'nin bu adımdaki ilk yükü qL=+8qq'_L = +8q, M'nin ilk yükü ise qM=+2qq_M = +2q'dur. Toplam yük qLM=+8q+2q=+10qq_{LM} = +8q + 2q = +10q olur. Toplam yarıçap rL+rM=2r+3r=5rr_L + r_M = 2r + 3r = 5r'dir. Yarıçap oranına göre yükler paylaşıldığında; L'nin son yükü qL=+10q×2r5r=+4qq''_L = +10q \times \frac{2r}{5r} = +4q, M'nin son yükü qM=+10q×3r5r=+6qq''_M = +10q \times \frac{3r}{5r} = +6q olur. L'nin yükü +8q+8q'dan +4q+4q'ya düşmüş, M'nin yükü +2q+2q'dan +6q+6q'ya çıkmıştır. Bu durum M'den L'ye 4q4q kadar elektron geçişi ile sağlanır. Artı yük hareket edemeyeceğinden II. öncül yanlıştır.
Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve son yükler yarıçaplara göre dağıtılır.
4
L ve M kürelerinin son yüzey potansiyellerini hesaplayıp karşılaştırmak.
L küresinin yüzey potansiyeli: VL=kqLrL=k+4q2r=2kqrV''_L = k \frac{q''_L}{r_L} = k \frac{+4q}{2r} = 2\frac{kq}{r} olur. M küresinin yüzey potansiyeli: VM=kqMrM=k+6q3r=2kqrV''_M = k \frac{q''_M}{r_M} = k \frac{+6q}{3r} = 2\frac{kq}{r} olur. Değerler birbirine eşit olduğundan, III. öncül doğrudur.
Birbirine dokundurulan iletken cisimler arasında yük akışı, yüzeylerindeki elektriksel potansiyeller eşitlenene kadar devam eder ve denge durumunda potansiyeller eşit olur.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenmede yüklerin korunumu, yarıçap oranında paylaşım, elektriksel potansiyel eşitliği ve yük hareketinin sadece elektronlarla gerçekleşmesi.
Soru 2Soru

Pozitif (++) elektrik yüküyle yüklü XX elektroskobu ile negatif (-) elektrik yüküyle yüklü YY elektroskobunun iletken topuzları, ��zerinde açık olan SS anahtarı bulunan iletken bir tel ile şekildeki gibi birbirine bağlanmıştır. Bu durumda elektroskopların yaprakları arasındaki açılar sırasıyla θX\theta_X ve θY\theta_Y olarak ölçülmektedir.

SS anahtarı kapatıldığında;
- XX elektroskobunun yapraklarının önce tamamen kapanıp ardından tekrar açıldığı,
- YY elektroskobunun yapraklarının ise biraz kapandığı

gözlendiğine göre;

I. Başlangıçta YY elektroskobunun yük miktarı, XX elektroskobunun yük miktarından büyüktür.
II. Anahtar kapatıldığında, XX elektroskobundan YY elektroskobuna doğru pozitif yük geçişi gerçekleşmiştir.
III. Son durumda her iki elektroskobun yaprakları da negatif (-) elektrik yüküyle yüklüdür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

I ve III öncüllerini içeren seçenek doğrudur. Başlangıçta YY elektroskobunun yük miktarı XX'inkinden büyüktür ve son durumda her iki elektroskop da negatif elektrik yüküyle yüklüdür.
İlk durumda pozitif yüklü olan XX elektroskobunun yapraklarının önce tamamen kapanıp sonra tekrar açılması, bu elektroskobun önce nötrlenip ardından negatif yükle yüklendiğini gösterir. Negatif yüklü YY elektroskobunun yapraklarının ise biraz kapanması, yük miktarının azaldığını ancak işaretinin değişmediğini gösterir. Bu durum, sistemin toplam yükünün negatif olduğunu kanıtlar. Toplam yükün negatif olması için başlangıçta negatif yüklü olan YY'nin yük miktarının pozitif yüklü XX'inkinden fazla olması gerekir (qY>qX|q_Y| > |q_X|). İletkenlerde yalnızca elektronlar (negatif yükler) hareket edebileceğinden, YY elektroskobundan XX elektroskobuna elektron geçişi gerçekleşmiştir; pozitif yükler hareket etmemiştir. Son durumda her iki elektroskop da negatif yükle yüklü olduğundan yaprakları da bu yükle açık kalır. Dolayısıyla I ve III numaralı yargılar doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Yaprak hareketlerinden elektroskopların son yük işaretlerini belirlemek.
XX elektroskobunun yapraklarının önce tamamen kapanıp sonra tekrar açılması, XX'in yükünün işaret değiştirerek art��dan eksiye geçtiğini gösterir. YY elektroskobunun yapraklarının biraz kapanması ise eksi olan yükünün işaret değiştirmeden miktarının azaldığını gösterir.
Bir elektroskobun yapraklarının tamamen kapanması nötr olduğunu, tekrar açılması ise yeniden ve zıt işaretle yüklendiğini gösterir.
2
Elektroskopların başlangıçtaki yük büyüklüklerini karşılaştırmak.
İki iletken dokundurulduğunda (veya tel ile bağlandığında) toplam yükü paylaşırlar ve son durumda yük işaretleri aynı olur. XX başlangıçta pozitif (++) olup son durumda negatif (-) yüklendiğine göre, sistemin toplam net yükü negatif olmalıdır. Bu durum ancak qY>qX|q_Y| > |q_X| ilişkisi ile mümkündür. Dolayısıyla I. yargı doğrudur.
Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve iletkenler net yükün işaretini ortaklaşa alırlar.
3
İletken teldeki yük geçişinin yönünü ve türünü belirlemek.
Katı iletkenlerde elektrik akımı serbest elektronların hareketiyle sağlanır; pozitif yükler (protonlar) çekirdekte bağlı olduklarından hareket edemezler. Dolayısıyla, XX elektroskobu artıdan eksiye geçerken YY elektroskobundan XX'e doğru elektron (negatif yük) geçişi olmuştur. Pozitif yük geçişi olmadığı için II. yargı yanlış, III. yargı (son durumda her ikisinin de negatif yüklü olması) doğrudur.
Elektriksel iletkenlikte yük taşıyıcıları yalnızca serbest elektronlardır.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenen elektroskopların yük paylaşımı, yaprak hareketlerinin analizi ve iletkenlerde yük taşıyıcılarının doğası.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 3Soru

Yalıtkan ayaklar üzerinde duran iletken AA, BB ve CC kürelerinin yarıçapları sırasıyla rr, 3r3r ve 2r2r’dir. Başlangıçta AA küresinin elektrik yükü +12q+12q, BB küresinin elektrik yükü 8q-8q’dur. CC küresinin ilk yükü ise qCq_C’dir.

Küreler üzerinde sırasıyla şu işlemler yapılıyor:
1. AA küresi BB küresine dokundurulup ayrılıyor.
2. Ardından BB küresi CC küresine dokundurulup ayrılıyor.

Son durumda CC küresinin elektrik yükü +4q+4q olduğuna göre;

I. AA küresi BB küresine dokundurulduğunda, BB küresinden AA küresine 11q11q büyüklüğünde elektrik yüküne sahip elektron geçmiştir.
II. BB küresi CC küresine dokundurulduğunda, BB küresinden CC küresine elektron geçişi olmuştur.
III. CC küresinin başlangıçtaki yükü +7q+7q’dur.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

Her üç öncül de doğrudur. Dokundurulan kürelerin son yükleri yarıçapları ile doğru orantılı paylaşılır, toplam yük korunur ve iletkenlerde yalnızca elektronlar hareket eder.
Yapılan tüm adımlar fiziksel kurallarla uyumludur. A ve B dokundurulduğunda toplam +4q+4q yük yarıçaplara dağıtıldığında A'nın yükü +1q+1q, B'nin yükü +3q+3q olur. A'nın yük değişimi için B'den A'ya 11q11q elektron geçmiştir. B ve C dokundurulduğunda C'nin son yükü +4q+4q ise B'ninki +6q+6q olur, toplam yük +10q+10q'dur. Buradan C'nin ilk yükü +7q+7q çıkar. B'nin yükü +3q+3q'dan +6q+6q'a yükseldiği için B'den C'ye elektron geçişi gerçekleşmiştir.

Adım Adım Çözüm

1
A ve B kürelerinin dokundurulması sonrasındaki yük paylaşımını hesaplama
A küresinin son yükü qA=+1qq'_A = +1q, B küresinin son yükü qB=+3qq'_B = +3q olur.
Dokundurulan kürelerin toplam yükü qtop1=qA+qB=+12q+(8q)=+4qq_{top1} = q_A + q_B = +12q + (-8q) = +4q olur. Bu yük yarıçapları (rr ve 3r3r) oranında paylaşıldığında A küresine 1q1q, B küresine ise 3q3q yük düşer.
2
A ve B arasındaki yük geçişinin yönünü ve miktarını belirleme
B'den A'ya 11q11q değerinde elektron geçmiştir.
A küresinin yükü +12q+12q iken +1q+1q olmuştur. Yükün +12q+12q'dan +1q+1q'a düşmesi için kürenin 11q-11q yük alması gerekir. Katılarda sadece elektronlar hareket ettiğinden, B küresinden A küresine 11q11q büyüklüğünde yük taşıyan elektron geçmiştir. (B'nin yükü de 8q-8q'dan +3q+3q'a çıkarak 11q11q elektron kaybetmiştir).
3
B ve C kürelerinin dokundurulması sonrasındaki yükleri bulma ve C'nin ilk yükünü hesaplama
C küresinin ilk yükü qC=+7qq_C = +7q olarak bulunur.
C küresinin son yükü +4q+4q ve yarıçapı 2r2r olarak verilmiştir. B (3r3r) ile C (2r2r) dokundurulduğunda son yükleri yarıçapları oranında olacağından, B'nin son yükü qB=3r2r×(+4q)=+6qq''_B = \frac{3r}{2r} \times (+4q) = +6q olur. Yükün korunumu yasasına göre dokunmadan önceki ve sonraki toplam yük eşit olmalıdır: qB+qC=qB+qC    +3q+qC=+6q+(+4q)    qC=+7qq'_B + q_C = q''_B + q''_C \implies +3q + q_C = +6q + (+4q) \implies q_C = +7q bulunur.
4
B ve C arasındaki yük geçişinin yönünü belirleme
B'den C'ye elektron geçmiştir.
B küresinin yükü +3q+3q iken +6q+6q olmuş, yani elektron kaybetmiştir. C küresinin yükü ise +7q+7q iken +4q+4q olmuş, yani elektron kazanmıştır. Dolayısıyla elektrik akışı yönü B'den C'ye doğrudur.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve iletken kürelerin son yükleri yarıçapları ile doğru orantılı olarak paylaşılır. Katı iletkenlerde yük hareketini yalnızca elektronlar gerçekleştirir.
Tahmini Süre:3m 0s
Soru 4Soru

Bir laboratuvar çalışmasında, yalıtkan eldiven giyen bir öğrenci, iletken XX ve YY kürelerini elektriksel olarak yüklüyor. Kürelerin yarıçapları sırasıyla 3r3r ve rr; ilk yükleri ise sırasıyla +10q+10q ve 2q-2q olarak ölçülüyor. Öğrenci bu küreleri birbirine dokundurup ayırıyor.

Buna göre, kürelerin birbirine dokundurulup ayrılması sürecinde gerçekleşen yük paylaşımı ve transferi ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: YY küresinden XX küresine 4q4q değerinde elektron geçmiştir.

Cevap

Dokundurulup ayrılan iletken küreler arasında, Y küresinden X küresine 4q değerinde elektron geçmiştir.
Küreler birbirine dokundurulduğunda toplam +8q+8q yükü yarıçapları oranında paylaşarak sırasıyla +6q+6q ve +2q+2q yüklerine sahip olurlar. İlk yükü 2q-2q olan Y küresinin son yükünün +2q+2q olabilmesi için dışarıya 4q-4q değerinde elektron vermesi gerekir. Bu elektronlar X küresine geçtiği için doğru ifade elektronların Y'den X'e geçmesidir.

Adım Adım Çözüm

1
Kürelerin dokundurulmadan önceki toplam yükünü ve toplam yarıçapını belirleme.
Toplam yük: qtop=(+10q)+(2q)=+8qq_{top} = (+10q) + (-2q) = +8q, Toplam yarıçap: rtop=3r+r=4rr_{top} = 3r + r = 4r bulunur.
Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve küreler arasında yarıçapları oranında paylaşılır.
2
Kürelerin dokundurulup ayrıldıktan sonraki son yüklerini hesaplama.
X küresinin son yükü: qX=+8q4r×3r=+6qq_X' = \frac{+8q}{4r} \times 3r = +6q, Y küresinin son yükü: qY=+8q4r×r=+2qq_Y' = \frac{+8q}{4r} \times r = +2q olarak hesaplanır.
Her bir kürenin alacağı yük payı, toplam yükün toplam yarıçapa bölünmesiyle elde edilen birim yarıçap başına düşen yükün ilgili kürenin yarıçapıyla çarpılmasıyla bulunur.
3
Yük geçişinin yönünü ve miktarını belirleme.
Y küresinin ilk yükü 2q-2q, son yükü ise +2q+2q olmuştur. Yükün +4q+4q artabilmesi için Y küresinin 4q-4q değerinde elektron (negatif yük) kaybetmesi ve bu elektronların X küresine geçmesi gerekir. X küresi de +10q+10q yükten 4q-4q elektron alarak +6q+6q yüküne ulaşır. Bu durum yük korunumuyla da uyumludur.
Katı iletkenlerde yalnızca serbest elektronlar hareket edebilir. Pozitif yükler (protonlar) çekirdekte bağlı olduklarından hareket edemezler.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenmede toplam yükün korunumu, yüklerin yarıçaplarla orantılı paylaşılması ve iletkenlerde yalnızca elektronların hareket etmesi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 5Soru

Yalıtkan ayaklar üzerinde duran, iletken XX ve YY kürelerinin yarıçapları sırasıyla rr ve 2r2r, ilk elektrik yükleri ise 4q-4q ve +10q+10q’dur. Küreler birbirine dokundurulup ayrıldığında gerçekleşen yük alışverişiyle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: XX küresinden YY küresine 6q6q büyüklüğünde elektron geçmiştir.

Cevap

XX küresinden YY küresine 6q6q büyüklüğünde elektron geçmiştir.
XX ve YY kürelerinin toplam yükü +6q+6q'dur. Bu yük yarıçapları sırasıyla rr ve 2r2r olan kürelere paylaştırıldığında XX küresi +2q+2q, YY küresi ise +4q+4q son yüküne sahip olur. XX küresinin 4q-4q olan yükünden +2q+2q değerine ulaşması için 6q6q büyüklüğünde negatif yükü (elektronu) dışarıya vermesi gerekir. Bu elektronlar YY küresine geçer. Bu nedenle, doğru ifade XX küresinden YY küresine 6q6q değerinde elektron geçtiğini belirten seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1
Kürelerin dokundurulmadan önceki toplam yükünü bulunuz.
qtoplam=qX+qY=4q+10q=+6qq_{\text{toplam}} = q_X + q_Y = -4q + 10q = +6q
Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur.
2
Kürelerin son yüklerini yarıçapları oranında paylaştırınız.
qX=rr+2r(+6q)=+2qq'_X = \frac{r}{r+2r} \cdot (+6q) = +2q ve qY=2rr+2r(+6q)=+4qq'_Y = \frac{2r}{r+2r} \cdot (+6q) = +4q
Dokunan iletken küreler toplam yükü yarıçapları ile doğru orantılı olacak şekilde paylaşırlar.
3
Yük korunumunu sağlayacak elektron geçiş yönünü ve miktarını belirleyiniz.
XX küresinin yük değişimi ΔqX=qXqX=+2q(4q)=+6q\Delta q_X = q'_X - q_X = +2q - (-4q) = +6q olur. Katılarda sadece elektronlar (negatif yükler) hareket ettiğinden, XX küresinin yükünün +2q+2q olabilmesi için 6q6q değerinde elektron vermesi gerekir. Yani, XX küresinden YY küresine 6q6q değerinde elektron geçmiştir.
Katı iletkenlerde elektrik akımı ve yük geçişi yalnızca serbest elektronlar aracılığıyla gerçekleşir, pozitif yükler hareket etmez.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve kürelerin yarıçapları oranında paylaşılır. İletkenlerde yalnızca negatif yükler (elektronlar) hareket eder.
Tahmini Süre:1m 0s
Soru 6Soru

Yalıtkan saplarından tutulan iletken PP ve SS kürelerinin yarıçapları sırasıyla 2r2r ve 3r3r, başlangıçtaki elektrik yükleri ise sırasıyla +15q+15q ve 5q-5q'dur. Bu küreler birbirine dokundurulup elektriksel denge sağlandıktan sonra birbirinden ayrılıyor.

Buna göre, dokundurulma sürecinde küreler arasında gerçekleşen yük geçişi aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: SS küresinden PP küresine 11q11q değerinde negatif yük geçmiştir.

Cevap

S küresinden P küresine 11q değerinde negatif yük geçmiştir.
Kürelerin dokunma sonrası toplam yükü olan +10q+10q, toplam yarıçap olan 5r5r'ye bölündüğünde yarıçap başına +2q+2q yük düşer. Buna göre 2r2r yarıçaplı kürenin son yükü +4q+4q, 3r3r yarıçaplı kürenin son yükü ise +6q+6q olur. İlk yükü +15q+15q olan küçük kürenin yükünün +4q+4q'ya düşmesi için 11q-11q değerinde negatif yük alması gerekir. Bu negatif yükler diğer küreden geldiği için geçiş büyük küreden küçük küreye doğru gerçekleşir.

Adım Adım Çözüm

1
Toplam elektrik yükünü ve toplam yarıçapı hesaplayın.
Toplam yük: qtop=(+15q)+(5q)=+10qq_{top} = (+15q) + (-5q) = +10q. Toplam yarıçap: rtop=2r+3r=5rr_{top} = 2r + 3r = 5r.
Dokunma ile elektriklenmede toplam yük korunur ve toplam kapasiteye (yarıçapa) göre paylaşılır.
2
Kürelerin son yüklerini yarıçapları oranında paylaştırarak bulun.
PP küresinin son yükü: qP=+10q5r×2r=+4qq'_P = \frac{+10q}{5r} \times 2r = +4q. SS küresinin son yükü: qS=+10q5r×3r=+6qq'_S = \frac{+10q}{5r} \times 3r = +6q.
Denge durumunda iletken kürelerin yüzey potansiyelleri eşitlenir, bu da yüklerin yarıçaplarla doğru orantılı dağılmasını gerektirir.
3
Kürelerdeki yük değişim miktarını ve hareket eden yük türünü belirleyin.
PP küresinin yük değişimi: ΔqP=qPqP=+4q(+15q)=11q\Delta q_P = q'_P - q_P = +4q - (+15q) = -11q. Bu değişim, SS küresinden PP küresine 11q-11q değerinde elektron geçişi olduğunu gösterir.
Katı iletkenlerde yalnızca negatif yükler (elektronlar) hareket edebilir. PP küresinin pozitif yük miktarının azalması, dışarıdan elektron aldığını gösterir.

Anahtar Kavram

Dokunma ile elektriklenmede yüklerin korunumu ve yarıçaplar oranında paylaşılması, iletkenlerde yalnızca negatif yüklerin hareket etmesi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 7Soru

Elektrikle yüklü iletken bir küre topraklanarak nötr hale getirilmek isteniyor.

Bu süreçle ilgili;
I. Küre başlangıçta pozitif yüklü ise topraktan küreye elektron geçişi olur.
II. Küre başlangıçta negatif yüklü ise küreden toprağa elektron geçişi olur.
III. Topraklama işlemi sırasında pozitif yükler hareket ederek toprağa akar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

Pozitif yüklü iletken topraklanırken topraktan küreye elektron geçişi olduğunu ve negatif yüklü iletken topraklanırken küreden toprağa elektron geçişi olduğunu belirten 'I ve II' seçeneği doğrudur.
Doğru seçenekte belirtilen yargılara göre, katı iletkenlerde yalnızca eksi yükler (elektronlar) hareket edebilir. Bu nedenle pozitif yüklü küre nötrlenirken topraktan küreye doğru, negatif yüklü küre nötrlenirken ise küreden toprağa doğru elektron akışı gerçekleşir. Pozitif yüklerin hareket ettiğini savunan yargı ise hatalıdır.

Adım Adım Çözüm

1
Katı iletkenlerde hareket eden yükün cinsini belirleme.
Katı iletkenlerde yalnızca negatif yükler (elektronlar) hareket edebilir. Çekirdekte bulunan pozitif yükler (protonlar) hareket edemez. Bu nedenle üçüncü yargı yanlıştır.
Elektriksel iletim mekanizmasında sadece serbest elektronların hareketi gözlenir.
2
Pozitif yüklü iletken kürenin topraklanması durumunu analiz etme.
Pozitif yüklü kürenin nötr hale gelmesi için dışarıdan negatif yük alması gerekir. Bu durumda topraktan küreye elektron geçişi olur. Dolayısıyla birinci yargı doğrudur.
Pozitif yük fazlalığını dengelemek amacıyla topraktan eksi yükler küreye çekilir.
3
Negatif yüklü iletken kürenin topraklanması durumunu analiz etme.
Negatif yüklü kürenin nötr hale gelmesi için üzerindeki fazla negatif yüklerin uzaklaşması gerekir. Bu durumda küreden toprağa elektron geçişi olur. Dolayısıyla ikinci yargı doğrudur.
Kürenin nötrlenmesi amacıyla fazla elektronlar toprak hattı üzerinden toprağa akar.

Anahtar Kavram

Topraklamada yük dengesinin sadece elektronların hareketiyle sağlanması
Soru 8Soru

Yüklü iki noktasal cismin birbirine uyguladığı Coulomb kuvvetlerinin büyüklükleri, cisimlerin elektrik yüklerinin büyüklükleri farklı olsa bile her zaman birbirine eşittir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

İki noktasal yükün birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetlerin büyüklükleri her zaman birbirine eşittir.
Elektriksel kuvvetler etki-tepki yasasına uyar. Bu nedenle, yük büyüklükleri ne olursa olsun, iki yükün birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetlerin büyüklükleri her zaman eşittir.

Adım Adım Çözüm

1
Coulomb yasası formülünü yazınız.
F=kq1q2d2F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{d^2} formülü elde edilir.
Yüklerin birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetin büyüklüğünün nelere bağlı olduğunu görmek için.
2
Yüklerin birbirine uyguladığı kuvvetleri kıyaslayınız.
Birinci yükün ikinci yüke uyguladığı kuvvet F12=kq1q2d2F_{12} = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{d^2} ve ikinci yükün birinciye uyguladığı kuvvet F21=kq2q1d2F_{21} = k \frac{|q_2 \cdot q_1|}{d^2} olup, F12=F21F_{12} = F_{21} dir.
Yüklerin değerleri farklı olsa bile çarpımlarının değişmeyeceğini göstermek için.
3
Newton'ın etki-tepki yasası ile ilişkilendiriniz.
Elektriksel kuvvet bir etki-tepki çiftidir, dolayısıyla büyüklükleri eşit ve yönleri zıttır.
Kuvvetlerin büyüklüklerinin eşitliğini fiziksel bir yasa ile doğrulamak için.

Anahtar Kavram

Elektriksel kuvvetin etki-tepki yasası gereği eşit büyüklükte ve zıt yönlü olması.
Tahmini Süre:45s
Soru 9Soru

İletken ve içi boş nötr metal bir kutunun (Faraday kafesi) içindeki boşluğa yerleştirilen pozitif yüklü bir cismin kutunun dış bölgesinde oluşturacağı elektrik alan, kutu topraklanmamış olsa dahi metal kutu tarafından tamamen engellenir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

İfade yanlıştır. Topraklanmamış bir Faraday kafesinin içine konulan yüklü cisim, etkiyle elektriklenme nedeniyle kutunun dış yüzeyinde yük birikmesine yol açar ve bu yükler dış bölgede bir elektrik alan oluşturur. Bu alanın engellenmesi için kafesin topraklanması gerekir.
İletken kutunun dışındaki elektrik alanın engellenememesinin nedeni, kutunun topraklanmamış olması ve etkiyle elektriklenme sonucu dış yüzeyinde biriken pozitif yüklerin dış bölgede elektrik alan oluşturmaya devam etmesidir.

Adım Adım Çözüm

1
İletken kutunun içine konulan pozitif yükün kutu üzerindeki y��k dağılımına etkisini belirlemek.
Kutunun iç yüzeyi negatif yükle, dış yüzeyi ise aynı miktarda pozitif yükle yüklenir.
Elektrostatik indüksiyon (etkiyle elektriklenme) nedeniyle iletken içindeki serbest elektronlar iç yüzeye çekilir.
2
Topraklama durumunun dış yüzeydeki yükler üzerindeki etkisini incelemek.
Kutu topraklanmadığı için dış yüzeyde biriken pozitif yükler korunur.
Dış yüzeydeki yüklerin nötrlenmesini sağlayacak bir toprak bağlantısı (yük akışı) yoktur.
3
Kutunun dışındaki elektrik alan durumunu değerlendirmek.
Dış yüzeydeki pozitif yükler dış bölgede sıfırdan farklı bir elektrik alan oluşturur.
Dış yüzeydeki yüklerden kaynaklanan elektrik alan çizgileri dış ortama yayılır.

Anahtar Kavram

Faraday kafesinde elektrostatik perdelemenin sınırları ve topraklamanın rolü
Soru 10Soru

Nötr ve iletken içi boş küresel bir kabuğun merkezine +q+q yüklü noktasal bir cisim yerleştiriliyor. Bu durumdayken kabuğun dış yüzeyi bir iletken tel yardımıyla topraklanıyor. Bir süre sonra önce toprak bağlantısı kesiliyor, ardından +q+q yüklü noktasal cisim kabuğun içinden çıkarılıyor.

Buna göre, son durumda kabuğun iç ve dış yüzeylerindeki yük durumu ve topraklama sürecindeki yük akışı ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Topraklama sürecinde topraktan kabuğa elektron geçişi gerçekleşir; son durumda kabuğun iç yüzeyi nötr, dış yüzeyi q-q yüklü olur.

Cevap

Topraklama sürecinde topraktan kabuğa elektron geçişi gerçekleşir; son durumda kabuğun iç yüzeyi nötr, dış yüzeyi q-q yüklü olur.
Topraklama sürecinde topraktan kabuğa elektron geçişi olacağını ve son durumda kabuğun iç yüzeyinin nötr, dış yüzeyinin q-q yüklü olacağını belirten seçenek doğrudur. Merkezdeki +q+q yükü nedeniyle kabuğun iç yüzeyinde q-q, dış yüzeyinde +q+q yükü toplanır. Kabuk dıştan topraklandığında, topraktan gelen elektronlar dış yüzeydeki +q+q yükünü nötrler. Toprak bağlantısı kesildikten sonra merkezdeki +q+q yükü uzaklaştırıldığında, iç yüzeydeki q-q yükü iletkenin en dış yüzeyine dağılır ve iç yüzey nötr kalır.

Adım Adım Çözüm

1
Başlangıçtaki etki ile elektriklenme durumunun belirlenmesi.
Kürenin merkezindeki +q+q yükü, nötr iletken kabuğun iç yüzeyinde q-q yükü toplar. Kabuk başlangıçta nötr olduğu için dış yüzeyinde +q+q yükü oluşur.
Yükün korunumu ve elektrostatik çekim kuvveti gereği, kabuğun içindeki artı yük eksileri kendine çeker, artıları dışa iter.
2
Topraklama yapıldığında gerçekleşen yük hareketinin analizi.
Dış yüzeydeki +q+q yükünü nötrlemek için topraktan kabuğa elektronlar (negatif yükler) akar. Dış yüzey nötrlenir, iç yüzeydeki q-q yükü ise merkezdeki +q+q tarafından çekildiği için korunur.
Katı iletkenlerde yalnızca elektronlar hareket edebilir. Topraklama, dış yüzeyi nötrlemek üzere elektron akışı sağlar.
3
Toprak bağlantısının kesilmesi ve merkezdeki yükün çıkarılması sonrası son yük dağılımının belirlenmesi.
Toprak bağlantısı kesildiğinde kabukta net q-q yükü kalır. Merkezdeki +q+q yükü uzaklaştırıldığında, iç yüzeydeki q-q yükü birbirini iterek iletkenin en dış yüzeyine dağılır. İç yüzey nötr olur, dış yüzey q-q yüküyle kaplanır.
İletkenlerde net yükler, aralarındaki itme kuvveti nedeniyle her zaman en dış yüzeyde toplanır.

Anahtar Kavram

Topraklama sürecinde yük dengesi serbest elektronların hareketiyle sağlanır ve iletkenlerdeki net yükler dış yüzeyde toplanır.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 11Soru

Özdeş ve iletken KK ve LL elektroskopları sırasıyla +q+q ve q-q elektrik yükleriyle yüklüdür. Yalıtkan sapından tutulan iletken XX küresi, önce KK elektroskobunun topuzuna dokundurulmadan yaklaştırılıyor. Bu durumda KK elektroskobunun yapraklarının biraz kapandığı gözleniyor.

Daha sonra bu XX küresi, yük durumu değiştirilmeden LL elektroskobunun topuzuna dokunduruluyor.

Buna göre, XX küresi LL'nin topuzuna dokundurulduğunda LL elektroskobunun yapraklarında;

I. Biraz daha açılma,
II. Biraz kapanma,
III. Önce tamamen kapanıp sonra tekrar açılma

hareketlerinden hangileri gözlenebilir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II
K elektroskobunun yapraklarının biraz kapanması, yaklaştırılan X cisminin eksi yüklü veya nötr olduğunu gösterir. Bu cisim eksi yüklü L elektroskobuna dokundurulduğunda, eksi yüklerin paylaşımı sonucu L'nin yük miktarı artabilir (yapraklar biraz daha açılır) veya azalabilir (yapraklar biraz kapanır). Bu nedenle 'I ve II' durumları gerçekleşebilir.

Adım Adım Çözüm

1
K elektroskobuna X cismi yaklaştırıldığında yaprakların biraz kapanması durumunu analiz etme.
X cisminin eksi (-) yüklü veya nötr olduğu sonucuna varılır.
Pozitif yüklü bir elektroskobun yapraklarının kapanması için yapraklardaki artı yük yoğunluğunun azalması (yani yapraklara elektron gitmesi) gerekir. Bu durum, yaklaştırılan X cisminin eksi yüklü olması veya n��tr bir iletken olup etkiyle elektriklenmesi durumunda gerçekleşebilir.
2
X cismi L elektroskobuna dokundurulduğunda gerçekleşecek yük paylaşımını inceleme.
L elektroskobunun yaprakları biraz kapanabilir veya biraz daha açılabilir.
L elektroskobu eksi (-) yüklüdür. Eğer X cismi nötr ise dokunma sonucu L'den X'e eksi yük geçer, L'nin yük miktarı azalır ve yaprakları biraz kapanır. Eğer X cismi eksi (-) yüklü ise ve elektriksel potansiyeli L'den büyükse L'ye eksi yük ge��er ve yapraklar biraz daha açılır; potansiyeli L'den küçükse L'den X'e eksi yük geçer ve yapraklar biraz kapanır.
3
Yaprakların önce tamamen kapanıp sonra tekrar açılması (III) durumunun gerçekleşebilirliğini kontrol etme.
Bu durumun gerçekleşemeyeceği tespit edilir.
L'nin yapraklarının önce tamamen kapanıp sonra açılması için L'nin işaret değiştirerek artı (+) yüklenmesi gerekir. Ancak sistemdeki toplam net yük eksi (-) işaretli olduğundan (eksi ve nötr veya eksi ve eksi), dokunma ile elektriklenmede cisimlerin zıt işaretle yüklenmesi mümkün değildir.

Anahtar Kavram

Elektroskopta etki ve dokunma ile elektriklenme, yük korunumu ve potansiyele bağlı yük paylaşımı
Soru 12Soru

Yalıtkan ve sürtünmesiz yatay bir düzlem üzerinde aralarında dd uzaklığı olacak şekilde sabit tutulan, elektrik yükleri sırasıyla +q+q ve +4q+4q olan noktasal KK ve LL cisimleri şekildeki gibi yerleştirilmiştir. Bu yüklerin çevrelerinde oluşturdukları bileşke elektrik alanın sıfır olduğu nokta OO noktası olarak belirlenmiştir.

KK ve LL cisimlerinin birbirine uyguladıkları elektriksel kuvvetlerin büyüklükleri sırasıyla FKF_K ve FLF_L olduğuna göre,

I. FK=FLF_K = F_L'dir.
II. OO noktası, KK cisminden d3\frac{d}{3} uzaklıktadır.
III. KK ve LL cisimlerinin birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetlerin yönleri aynıdır.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II
Elektriksel kuvvetler etki-tepki kuvvet çifti oluşturduğundan büyüklükleri birbirine eşittir (FK=FLF_K = F_L). Yük miktarlarının farklı olması bu kuvvetlerin büyüklüklerinin eşitliğini değiştirmez. Bu nedenle birinci öncül doğrudur. İki pozitif yükün oluşturduğu bileşke elektrik alanının sıfır olduğu nokta yüklerin arasında olmalıdır. OO noktasının KK cismine olan uzaklığı xx ise, elektrik alanların büyüklüklerinin eşitliğinden kqx2=k4q(dx)2k \frac{q}{x^2} = k \frac{4q}{(d-x)^2} yazılır. Buradan 1x=2dx\frac{1}{x} = \frac{2}{d-x} ve dx=2xd-x = 2x bulunarak x=d3x = \frac{d}{3} elde edilir. Bu nedenle ikinci öncül de doğrudur. Üçüncü öncülde belirtilen kuvvetlerin yönleri aynı değil, zıttır (yükler birbirini iter); bu yüzden üçüncü öncül yanlıştır. Dolayısıyla doğru yanıt 'I ve II' öncüllerini içeren seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1
Kuvvet büyüklüklerinin karşılaştırılması
FK=FLF_K = F_L olduğu belirlenir.
Newton'ın üçüncü hareket yasası (etki-tepki) ve Coulomb yasası gereği, iki yüklü cismin birbirine uyguladığı elektriksel kuvvetler eşit büyüklükte ve zıt yönlüdür. Cisimlerin yük miktarlarının farklı olması bu durumu değiştirmez.
2
Bileşke elektrik alanın sıfır olduğu noktanın belirlenmesi
OO noktasının KK cismine olan uzaklığının d3\frac{d}{3} olduğu bulunur.
Bileşke elektrik alanın sıfır olması için KK ve LL yüklerinin OO noktasında oluşturduğu elektrik alanların büyüklükleri eşit ve yönleri zıt olmalıdır. OO noktasının KK'den uzaklığı xx ise, kqx2=k4q(dx)2k \frac{q}{x^2} = k \frac{4q}{(d-x)^2} eşitliğinden x=d3x = \frac{d}{3} elde edilir.
3
Kuvvetlerin yönlerinin belirlenmesi
Kuvvetlerin zıt yönlü olduğu anlaşılır.
Her iki cisim de pozitif yüklü (+q+q ve +4q+4q) olduğu için birbirlerini iterler. Dolayısıyla birbirlerine uyguladıkları elektriksel kuvvetler zıt yönlüdür.

Anahtar Kavram

Elektriksel kuvvetlerin etki-tepki özelliği ve noktasal yüklerin oluşturduğu elektrik alanın mesafeye bağlı değişimi.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 13Soru

Nötr ve yalıtkan XX ve YY cisimleri birbirine sürtülerek elektriklenmeleri sağlanıyor. Sürtünme sonrasında XX cisminin pozitif, YY cisminin ise negatif yükle yüklendiği gözleniyor.

Buna göre, bu yüklenme s��reci ve cisimlerin son durumları ile ilgili;

I. Sürtünme esnasında YY cisminden XX cismine proton geçişi olmuştur.
II. Cisimler arasında aktarılan net yük miktarı, elementer yükün (ee) tam katları kadardır.
III. Son durumda XX ve YY cisimlerinin net yük miktarları (büyüklükleri) birbirine eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: II ve III

Cevap

Cisimler arasında aktarılan yük elementer yükün tam katları kadard��r ve başlangıçta nötr olan sistemde yükün korunumu gereği son yük büyüklükleri birbirine eşittir.
Doğru cevap, yükün kuantumlu yapısını ve korunumu ilkesini doğru ifade eden seçenektir. Katılarda yalnızca elektronlar (negatif yükler) hareket edebileceği için birinci öncül yanlıştır. Elektrik yükü kesikli (kuantumlu) olduğundan aktarılan yük elementer yükün tam katı olmalıdır (ikinci öncül doğrudur). Başlangıçta nötr olan sistemde yük korunduğu için cisimlerin son yük büyüklükleri eşit ve zıt işaretli olmalıdır (üçüncü öncül doğrudur).

Adım Adım Çözüm

1
Katı maddelerde elektriklenmeyi sağlayan yük taşıyıcılarının türünü belirlemek.
Katılarda protonlar atom çekirdeğinde sıkıca bağlıdır ve hareket edemezler. Elektriklenme sürecinde yalnızca negatif yükler (elektronlar) hareket eder. Dolayısıyla birinci öncül yanlıştır.
Elektriklenmenin temel mikroskobik mekanizmasını analiz etmek.
2
Elektrik yükünün kuantumlu (kesikli) doğasını uygulamak.
Doğada serbest halde bulunabilen en küçük yük bir elektronun yükü (elementer yük, ee) kadardır. Cisimler arasındaki yük alışverişi ancak tam sayıda elektron geçişiyle (1e1e, 2e2e, 3e3e...) olabileceğinden, aktarılan net yük miktarı elementer yükün tam katı olmak zorundadır. Dolayısıyla ikinci öncül doğrudur.
Yükün kuantumlu yapısının transfer edilen yüke etkisini belirlemek.
3
Yükün korunumu kanununu uygulamak.
Sistem başlangıçta nötrdür (toplam net yük sıfırdır). Yükün korunumu ilkesine göre, dışarıdan sisteme yük girişi veya çıkışı olmadığı için son durumda da toplam net yük sıfır olmalıdır. XX cismi ne kadar elektron kaybedip +q+q yüklenirse, YY cismi de o kadar elektron kazanıp q-q yüklenir. Bu durumda son net yük miktarları (büyüklükleri) qq olup birbirine eşittir. Dolayısıyla üçüncü öncül doğrudur.
Sürtünme ile elektriklenen iki cismin son yük büyüklükleri arasındaki ilişkiyi kurmak.

Anahtar Kavram

Elektrik yükünün korunumu, kuantumlu yapısı ve katılarda yalnızca elektronların hareket edebilirliği.
Tahmini Süre:1m 40s
Elektrostatik Alıştırma Soruları — YKS TYT (Temel Yeterlilik Testi) | Examkin