Elektrik Alan Nedir? Alan Çizgileri

Elektrik alan nedir: Elektrik alanların oluşumu elektrik yüklerine dayanır. Herhangi bir elektrik yüküne sahip nesne – bir atom altı parçacık veya büyük bir obje – etrafındaki uzayda elektrik alanı oluşturur. Bir elektrik yükünün başka bir elektrik yükü üzerinde yarattığı çekme veya itme kuvveti etkisine elektrik alanı denir.

Elektrikle yüklü cisimlerin etrafındaki bölge elektrik alandır. Elektrik alanında yüklü cisimler birbirini etkiler. Elektrik alanı belli bir bölgenin dışında ölçülemeyecek kadar az olur. Yüklü cisimler bu alan içinde birbirlerini iter veya çeker. Bu itme ve çekme kuvveti Coulomb Kanunu ile açıklanmıştır. Elektrik alanının varlığı o bölgede bulunan yüklü bir cisme bir kuvvetin etki etmesi ile anlaşılır.

Elektrik alanı yer çekimi gibi bir kuvvettir. Yer çekiminin cisimler üzerine yerin merkezine doğru bir kuvvet uygulayarak çeker. Aynı şekilde elektrik alanı da yüklü cisimlere bir kuvvet uygular. Elektrik alanın büyüklüğü, doğrultusu ve yönü vardır. Bu da elektrik alanının vektörel büyüklük olduğunu gösterir.

Elektrik alanı içindeki +q yüküne etki eden kuvvet F ise +q yükünün bulunduğu noktanın alan şiddeti;

Elektrik alan şiddetinin birimi, MKS birim sisteminde N/C (Newton / Coulomb) veya V/m (volt/metre) dir.

Aşağıda verilen q yükünün +1C yükün olduğu noktada oluşturduğu “elektrik alan formülü” ile hesaplanır.

Birim Tablosu

Her elektrik yükü (şarj) bir elektrik alanı üretir. Elektrik alanını meydana getiren şey, elektrik yüklerinin varlığıdır. Dolayısıyla elektrik şebekesine bağlı bir lamba, içinden akım geçtiği halde yanmıyor olsa da bir elektrik alanı yaratır.

Bir cihazın beslenme gerilimi yükseldikçe, ortaya çıkan elektrik alanı da yükselir. Elektrik alan şiddetinin birimi metre başına volt (V/m) olarak ifade edilir. Elektrik alan şiddeti kaynaktan uzaklaştıkça hızla azalır. Az da olsa yalıtkan nitelikli küçük bir madde bile (bina, ağaç vb.) elektrik alanını engeller.

Elektrik Alan Çizgileri

Aşağıdaki  şekilde görüldüğü gibi elektrik yüklerinin çevresinde elektrik alan çizgileri oluşur. Elektrik alan çizgilerinin özellikleri:

a-) Elektrik alan çizgileri daima (+) yüklerden çıkıp (-) yüklere doğrudur.

b-) Aynı ortamda birden fazla yük bulunursa elektrik alan çizgileri şekilde olduğu gibidir.

 

c-) Elektrik alan çizgilerinin sık olduğu bölgelerde elektrik alan şiddeti fazla , seyrek olduğu bölgelerde elektrik alan şiddeti daha azdır.

d-) Elektrik alan çizgileri küre yüzeyinden dik olarak çıkar, veya cismin yüzeyine dik olarak gelirler.

5-) Elektrik alan çizgileri asla birbirini kesmez.

e-) Birden fazla yükün bulunduğu noktada elektrik alan şiddeti , alan şiddetlerinin vektörel toplamına eşittir.

Elektrik Alan Soruları

Soru

Şekilde eşit bölünmüş q₁ = +q, q₂ = + 2q dur. q₁ ve q₂ yüklerinin K noktasındaki elektrik alanlarının birbirine oranını hesaplayınız?

Çözüm

Elektrik Alan Şiddeti

Elektrik alan şiddeti herhangi bir elektrik yükün birim elektrik yük üzerindeki kuvveti olarak tanımlanır. Simgesi E ve elektrik alan şiddet birimi de volt/m dir.

Elektrik alanı elektrik yüklerinin yanı sıra boşlukta elektromanyetik dalganın bir ürünü olarak ta ortaya çıkar. Elektromanyetik dalganın gidiş yönüne dik olarak elektrik alanı oluşur. Elektromanyetik dalganın bir başka ürünü de hem gidiş yönüne hem de elektrik alanına dik olan manyetik akı yoğunluğudur. Elektrik alan ile manyetik akı yoğunluğu arasındaki ilişki:

Burada “c” elektromanyetik dalganın hızıdır.

Boşlukta elektromanyetik dalgalar, hızı ölçülür ve sabittir. Boşluğun dielektrik sabiti veya elektrik geçirgenliği (permittivity) adını alan diğer bir sabitte elektromanyetik dalgaların hızına bağlıdır.

Soru

Şekilde 5.10-6 luk yükün K noktasındaki elektrik alan şiddetini hesaplayınız?

 

 

Çözüm

 

 

 

 

 

 

 

Yüklü bir cismin bir noktada meydana getirdiği elektrik alanı gibi, birden fazla yüklü cisimlerin yükün bir noktada oluşturacağı elektrik alanını değeri, her yüklü cismin incelenen noktada meydana getirdiği elektrik alanlarının bileşkesi alınarak bulunur.