📄 11. Sınıf Fizik: Elektrik Kuvveti Çalışma Kağıdı

💡 Çözüm Adımları:

Coulomb Yasası, iki noktasal elektrik yükü arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğünü ve yönünü açıklayan temel bir yasadır. Bu yasaya göre, iki noktasal yük arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü, yüklerin büyüklüklerinin çarpımıyla doğru orantılı, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Kuvvetin yönü ise, yükler zıt işaretli ise çekme, aynı işaretli ise itme şeklindedir ve yükleri birleştiren doğru üzerindedir.
Formülü: \(F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}\)
Burada:
\(F\): Elektriksel kuvvetin büyüklüğü (Newton, N)
\(k\): Coulomb sabiti (Ortamın cinsine bağlıdır, boşlukta yaklaşık \(9 \times 10^9 \text{ N} \cdot \text{m}^2 / \text{C}^2\))
\(q_1\), \(q_2\): Noktasal elektrik yüklerinin büyüklükleri (Coulomb, C)
\(r\): Yükler arasındaki uzaklık (metre, m)

💡 Çözüm Adımları:

Verilenler:
\(q_1 = +2 \times 10^{-6}\) C
\(q_2 = -4 \times 10^{-6}\) C
\(r = 30 \text{ cm} = 0.3 \text{ m}
\(k = 9 \times 10^9 \text{ N} \cdot \text{m}^2 / \text{C}^2\)
Coulomb Yasası formülü: \(F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2}\)
Değerleri yerine yazalım:
\(F = (9 \times 10^9) \frac{|(2 \times 10^{-6}) \times (-4 \times 10^{-6})|}{(0.3)^2}\)
\(F = (9 \times 10^9) \frac{|-8 \times 10^{-12}|}{0.09}\)
\(F = (9 \times 10^9) \frac{8 \times 10^{-12}}{9 \times 10^{-2}}\)
\(F = \frac{9 \times 8 \times 10^9 \times 10^{-12}}{9 \times 10^{-2}}\)
\(F = 8 \times 10^{9 - 12 - (-2)}\)
\(F = 8 \times 10^{9 - 12 + 2}\)
\(F = 8 \times 10^{-1}\)
\(F = 0.8\) N
Yükler zıt işaretli olduğu için kuvvetin cinsi çekme kuvvetidir. Büyüklüğü \(0.8\) N'dur.\)

💡 Çözüm Adımları:

Elektrik kuvvetinin büyüklüğü, yüklerin bulunduğu ortamın cinsine bağlıdır. Ortamın cinsi, elektriksel kuvvetin iletilme şeklini etkileyen bir faktördür. Bu etki, ortamın dielektrik sabiti (\(\epsilon\)) ile ifade edilir. Dielektrik sabiti, bir ortamın elektrik alan çizgilerini ne kadar kolay geçirebildiğinin bir ölçüsüdür. Farklu ortamlar (hava, su, cam vb.) farklı dielektrik sabitlerine sahiptir.
Coulomb sabiti (\(k\)) ile ortamın dielektrik sabiti (\(\epsilon\)) arasındaki ilişki şu şekildedir:
\(k = \frac{1}{4 \pi \epsilon}\)
Bu formülde \(\epsilon\) ortamın dielektrik sabitidir. Boşluk için dielektrik sabiti \(\epsilon_0\) ile gösterilir ve boşluktaki Coulomb sabiti \(k_0 = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}\) olur. Herhangi bir ortamdaki Coulomb sabiti, boşluktakinden daha küçük olabilir çünkü ortamın dielektrik sabiti genellikle boşluğun dielektrik sabitinden daha büyüktür (\(\epsilon > \epsilon_0\)). Bu da demektir ki, aynı yükler ve aynı uzaklık için elektriksel kuvvet, boşlukta veya havada olduğundan daha yoğun bir ortamda (örneğin suda) daha küçük olacaktır.