Examkin

Topraklama ve Faraday Kafesi

3 soru

Tüm türler3Çoktan seçmeli2Doğru / Yanlış1
Soru 1Soru →

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 2Soru →

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 3Soru →

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
Topraklama ve Faraday Kafesi Alıştırma Soruları — YKS TYT (Temel Yeterlilik Testi) | Examkin