Elektrik Yükü Malzemesi
Lütfen çevrenizdeki nesnelerden birini gözlemleyin. Örneğin bir taşı parçaladığınızda, taş birkaç küçük parçaya ayrılır. Taş tekrar kırılırsa, daha da küçük parçalara dönüşür. Peki ya taş parçaları tekrar kırılırsa? Elbette, taş parçaları kırılır ve daha da küçük parçalara dönüşür. Taşlar sonsuza kadar daha küçük parçalara bölünebilir mi? Bu gerçek, herhangi bir nesnenin daha küçük parçalara bölündüğünde, nesnenin en küçük parçasının daha küçük parçalara bölünemeyeceği bir noktaya ulaşacağını gösterir. Bir nesnenin daha fazla bölünemeyen en küçük parçasına atom denir. Dolayısıyla atom, evrendeki her maddenin en küçük parçasıdır.
Atomlardaki Elektrik Yükü
Atomlar elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar, yaklaşık 10⁻¹⁵ metre çapında olan atom çekirdeğini oluşturur. Elektronlar çekirdeğin dışında bulunur ve tıpkı gezegenlerin güneş etrafında dönmesi gibi çekirdeğin etrafında dönerler. Bir atomun çapının birkaç kilometre olduğunu varsayarsak, çekirdek yaklaşık bir bilardo topu büyüklüğündedir ve elektronlar çekirdeğin içinde yaklaşık 10⁻¹⁰ metre mesafeye kadar ulaşır . Çekirdek ile bir elektron arasında boşluk bulunur.
Negatif yüklü elektronlar atomun kenarlarında, pozitif yüklü protonlar ise çekirdekte bulunur. Elektronların çekirdek etrafında dönmesini ve atomdan kaçmamasını sağlamak için, pozitif yüklü çekirdek elektronlar üzerinde çekici bir kuvvet uygulamalıdır. Elektronların çekirdek etrafında dönmesini ve kaçmasını engelleyen bu kuvvete elektrik kuvveti denir.
Öte yandan, atom çekirdeğinin içinde pozitif yüklü protonlar bulunur; bu nedenle aynı yüke sahip olduklarından doğal olarak birbirlerini iterler. Protonları atom çekirdeğinde bir arada tutmak ve atomdan ayrılmalarını önlemek için bir kuvvete ihtiyaç vardır. Protonları atom çekirdeğinde bir arada tutan bu kuvvete nükleer kuvvet denir.
Bir protonun kütlesi, bir nötronun kütlesine neredeyse eşittir. Bir atomun kütlesinin yaklaşık %99,9'u çekirdekte yoğunlaşırken, elektronların kütlesi çok küçüktür. Bir elektronun kütlesi (m e ) = 9,1093897 x 10⁻³¹ kg , bir nötronun kütlesi (m n ) = 1,6749286 x 10⁻²⁷ kg ve bir protonun kütlesi (m p ) = 1,6726231 x 10⁻²⁷ kg'dır.
Elektrik Yükü Miktarı
Elektronlar negatif yüklü, protonlar pozitif yüklü ve nötronlar elektriksel olarak nötrdür. Atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlar, elektronların yükünün yaklaşık 1/3 ve yaklaşık 2/3 katı yüke sahip kuarklardan oluşur. Kuarklar, atomları oluşturan en küçük parçacıklardır, ancak şimdiye kadar kuarkların tek başına, tek parçacık olarak var oldukları tespit edilmemiştir.
Elektron yükünün veya proton yükünün büyüklüğü, temel yük birimidir. Bir cismin elektrik yükünün büyüklüğü, elektron yükünün veya proton yükünün bir katıdır. Buna kuantize yük denir . Örneğin, kullandığımız en küçük para birimi 100 rupi ise, bir kişinin sahip olduğu para miktarı, en küçük para biriminin, yani 100 rupinin katları cinsinden ifade edilir. Örneğin, paramın miktarı 100.000 ve bu 100.000, 100'e bölünebilir. Paramın miktarı 100.002 olsaydı garip olurdu çünkü 2 rupi değerinde bir para birimi yoktur. Benzer şekilde, bir cismin yük miktarı da. Bir elektronun yük miktarı -e ve bir protonun yük miktarı +e'dir. Bir cismin yük miktarı, e'nin veya 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb'un bir katıdır ve Q = ±Ne formülüyle ifade edilebilir. Q = yük miktarı, ± yük türünü temsil eder, N = tam sayı, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb.
Nesnelerdeki Elektrik Yükü
Bir atomun elektron sayısı proton sayısıyla aynıysa, atomdaki toplam elektrik yükü sıfırdır ve atom nötrdür, yani elektrik yükü yoktur. Nötr bir atomdaki proton veya elektron sayısına atom numarası (Z) denir . Elektron sayısı proton sayısından fazlaysa, atom negatif yüklüdür. Tersine, elektron sayısı proton sayısından azsa, atom pozitif yüklüdür. Negatif yüklü atomlara negatif iyonlar , pozitif yüklü atomlara ise pozitif iyonlar denir . Bir atomdan elektron emme veya salma işlemine iyonlaşma denir . Bir atomun yüklü olduğunu söylediğimizde, toplam yükü veya net yükü kastediyoruz. Örneğin, bir atomun 10 elektronu ve 7 protonu vardır. Bu atom negatif yüklüdür çünkü 3 fazla negatif yüklü elektronu vardır. Dolayısıyla bu atomun net yükü 3'tür ve atomik yük türü negatiftir. 3, 7, 10 sayıları sadece anlamayı kolaylaştırmak için örneklerdir. Gerçekte, bir cismin elektrik yükü miktarı, elektron yükünün veya proton yükünün bir katıdır.
Bir cismin elektron sayısı proton sayısına eşitse, cisim nötrdür veya elektrik yükü yoktur. Bir cismin elektron sayısı proton sayısından fazlaysa, cisim negatif yüklüdür; bunun tersine, bir cismin elektron sayısı proton sayısından azsa, cisim pozitif yüklüdür. Başlangıçta nötr olan bir cisim, elektron eklenerek negatif yüklü hale getirilebilir; bir cisim, elektron sayısı azaltılarak pozitif yüklü hale getirilebilir.
