🎓 11. Sınıf
📚 11. Sınıf Fizik
💡 11. Sınıf Fizik: Elektriksel Kuvvet ve Elektriksel Alan Çözümlü Örnekler
11. Sınıf Fizik: Elektriksel Kuvvet ve Elektriksel Alan Çözümlü Örnekler
Örnek 1:
Yüklü K ve L cisimleri birbirine yaklaştırıldığında birbirini itmektedir. K cisminin yükü \( +q \) olduğuna göre, L cisminin yükü ne olmalıdır? 💡
Çözüm:
- İki cismin birbirini itmesi, aynı işaretli yüklere sahip oldukları anlamına gelir.
- K cisminin yükü pozitif (\( +q \)) olduğuna göre, L cisminin yükü de pozitif olmalıdır.
- Dolayısıyla, L cisminin yükü \( +q \) veya \( +2q \) gibi pozitif bir değer olabilir.
Örnek 2:
Aralarında \( d \) kadar uzaklık bulunan \( +2q \) ve \( -3q \) yüklü noktasal K ve L cisimleri arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü \( F \) ise, yüklerden biri \( +4q \) yapılırsa ve aradaki uzaklık \( 2d \) olursa, yeni elektriksel kuvvet kaç \( F \) olur? 📏
Çözüm:
- Coulomb Yasası'na göre, iki noktasal yük arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü şu şekilde verilir: \( F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \).
- İlk durum için: \( F = k \frac{|(+2q)(-3q)|}{d^2} = k \frac{6q^2}{d^2} \).
- İkinci durumda, yükler \( +4q \) ve \( -3q \) (veya \( +2q \) ve \( -6q \)) ve uzaklık \( 2d \) olur. Soruda "yüklerden biri \( +4q \) yapılırsa" denildiği için, K cisminin yükünü \( +4q \) yapalım. L cisminin yükü \( -3q \) kalsın.
- Yeni kuvvet \( F' \) : \( F' = k \frac{|(+4q)(-3q)|}{(2d)^2} = k \frac{12q^2}{4d^2} = k \frac{3q^2}{d^2} \).
- İlk durumdaki \( F \) ile karşılaştıralım: \( F = 6 \times (k \frac{q^2}{d^2}) \).
- Yeni durumdaki \( F' \) : \( F' = 3 \times (k \frac{q^2}{d^2}) \).
- Bu durumda \( F' = \frac{1}{2} F \) olur.
- Eğer soruyu "yüklerden birinin büyüklüğü \( +4q \) yapılırsa" şeklinde anlarsak ve diğer yük \( -3q \) kalırsa, cevap \( \frac{1}{2} F \) olur. Eğer K cisminin yükü \( +4q \) ve L cisminin yükü \( -6q \) yapılırsa (yani yüklerin çarpımının mutlak değeri \( 12q^2 \) olacak şekilde), o zaman \( F' = k \frac{12q^2}{4d^2} = 3 k \frac{q^2}{d^2} = \frac{1}{2} F \) olur. Sorunun ifadesi biraz muğlak olmakla birlikte, en yaygın yorumla devam edelim.
- Yeniden değerlendirme: Eğer K'nin yükü \( +2q \) iken \( +4q \) yapılırsa ve L'nin yükü \( -3q \) iken \( -3q \) kalırsa, kuvvet \( F' = k \frac{|(+4q)(-3q)|}{(2d)^2} = k \frac{12q^2}{4d^2} = 3 k \frac{q^2}{d^2} \). İlk kuvvet \( F = k \frac{|(+2q)(-3q)|}{d^2} = 6 k \frac{q^2}{d^2} \). Bu durumda \( F' = \frac{1}{2} F \) olur.
- Eğer soruyu "toplam yük \( +4q \) yapılırsa" gibi anlarsak bu 11. sınıf müfredatını aşar. En makul yorum, bir yükün değerinin \( +4q \) yapılmasıdır.
Örnek 3:
Bir televizyonun ekranında görüntü oluşurken, elektronlar ekrana doğru hızlandırılır. Bu süreçte elektronlara etki eden kuvvet nedir ve bu kuvvetin kaynağı nedir? 📺
Çözüm:
- Elektronlar negatif yüklü parçacıklardır.
- Televizyon ekranında, elektronları ekrana doğru çeken elektriksel alan oluşturulur.
- Bu elektriksel alan, elektriksel kuvvet etkisiyle elektronların hareketini sağlar.
- Yani, elektronlara etki eden kuvvet elektriksel kuvvettir ve kaynağı, ekranın arkasındaki yüklü levhalar veya manyetik alanlar (CRT tüplü eski TV'lerde) tarafından oluşturulan elektriksel alandır.
Örnek 4:
Yalıtkan bir ipe bağlı \( -q \) yüklü K cismi, \( +2q \) yüklü L cisminin yanına konulduğunda birbirlerini \( F \) büyüklüğündeki bir kuvvetle çekmektedir. Eğer L cisminin yükü \( -q \) yapılırsa, aradaki kuvvetin büyüklüğü kaç \( F \) olur? (İplerdeki gerilme kuvvetlerini ihmal edin.) 🧲
Çözüm:
- İlk durumda, aradaki kuvvet \( F = k \frac{|(-q)(+2q)|}{d^2} = k \frac{2q^2}{d^2} \).
- İkinci durumda, K cisminin yükü \( -q \) ve L cisminin yükü \( -q \) olur.
- Yeni kuvvet \( F' = k \frac{|(-q)(-q)|}{d^2} = k \frac{q^2}{d^2} \).
- İlk durumdaki \( F \) ile karşılaştıralım: \( F = 2 \times (k \frac{q^2}{d^2}) \).
- Yeni durumdaki \( F' \) : \( F' = 1 \times (k \frac{q^2}{d^2}) \).
- Bu durumda \( F' = \frac{1}{2} F \) olur.
Örnek 5:
Düzgün bir elektriksel alan içinde bulunan \( +q \) yüklü bir parçacığa etki eden elektriksel kuvvetin yönü, alanın yönüyle aynı mıdır? Neden? ➡️
Çözüm:
- Elektriksel alan ( \( \vec{E} \) ), birim pozitif yüke etki eden elektriksel kuvvet olarak tanımlanır.
- Matematiksel olarak \( \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} \) şeklinde ifade edilir.
- Buradan elektriksel kuvvet \( \vec{F} = q \vec{E} \) olur.
- Eğer yük \( q \) pozitif ise, \( \vec{F} \) ve \( \vec{E} \) aynı yönlüdür.
- Eğer yük \( q \) negatif ise, \( \vec{F} \) ve \( \vec{E} \) zıt yönlüdür.
Örnek 6:
Birbirinden \( 30 \) cm uzaklıkta bulunan \( +2 \times 10^{-6} \) C ve \( -4 \times 10^{-6} \) C yüklü noktasal K ve L cisimleri arasındaki elektriksel kuvvetin büyüklüğü nedir? ( \( k = 9 \times 10^9 \) N m²/C² ) ⚛️
Çözüm:
- Öncelikle mesafeyi metreye çevirelim: \( d = 30 \) cm \( = 0.3 \) m.
- Coulomb Yasası'nı kullanarak kuvvetin büyüklüğünü hesaplayalım: \( F = k \frac{|q_1 q_2|}{d^2} \).
- Değerleri yerine koyalım: \( F = (9 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2) \times \frac{|(2 \times 10^{-6} \, \text{C})(-4 \times 10^{-6} \, \text{C})|}{(0.3 \, \text{m})^2} \).
- Hesaplamaları yapalım: \( F = (9 \times 10^9) \times \frac{|-8 \times 10^{-12}|}{0.09} \).
- \( F = (9 \times 10^9) \times \frac{8 \times 10^{-12}}{0.09} \).
- \( F = \frac{72 \times 10^{-3}}{0.09} \).
- \( F = 800 \times 10^{-3} \) N \( = 0.8 \) N.
Örnek 7:
Yalıtkan bir çubuk üzerinde \( +q \) ve \( -q \) yükleri \( 2d \) kadar uzaklıkta bulunmaktadır. Bu yüklerin oluşturduğu elektriksel alanın, yüklerin tam ortasındaki bir noktada büyüklüğü nedir? ( \( k \) Coulomb sabiti) 🌌
Çözüm:
- Yüklerin tam ortasındaki bir noktada, \( +q \) yükünün oluşturduğu elektriksel alanın yönü bu noktadan dışarı doğrudur.
- \( -q \) yükünün oluşturduğu elektriksel alanın yönü ise bu noktaya doğrudur.
- Yüklerin tam ortası, her iki yüke de \( d \) kadar uzaklıktadır.
- \( +q \) yükünün bu noktada oluşturduğu alanın büyüklüğü: \( E_1 = k \frac{|+q|}{d^2} \).
- \( -q \) yükünün bu noktada oluşturduğu alanın büyüklüğü: \( E_2 = k \frac{|-q|}{d^2} = k \frac{q}{d^2} \).
- Her iki alan da aynı noktada aynı yönde ( \( +q \) 'dan dışarı, \( -q \) 'ya doğru) olduğundan, toplam alan bu iki alanın vektörel toplamıdır. Bu durumda yönleri aynı olduğu için büyüklükleri toplanır.
- Toplam elektriksel alanın büyüklüğü: \( E_{toplam} = E_1 + E_2 = k \frac{q}{d^2} + k \frac{q}{d^2} = 2 k \frac{q}{d^2} \).
Örnek 8:
Saç kurutma makineleri, toz toplama üniteleri (elektrostatik filtreler) gibi aygıtlarda elektriksel kuvvetin rolü nedir? 💨
Çözüm:
- Saç Kurutma Makineleri: Saç kurutma makinelerindeki fan, havayı ısıtıcı elemandan geçirerek dışarı üfler. Bu süreçte havadaki nemin buharlaşmasıyla saçlar kurur. Elektriksel kuvvet doğrudan bir rol oynamasa da, fanın çalışması için gereken motorun prensibi elektromanyetizmaya dayanır ki bu da elektriksel kuvvetlerle yakından ilişkilidir.
- Elektrostatik Filtreler (Toz Toplama): Bu filtreler, havadaki toz parçacıklarını yakalamak için elektriksel kuvvetleri kullanır.
- Önce, havadaki toz parçacıkları yüklenir (genellikle negatif yükle).
- Ardından, bu yüklü parçacıklar, zıt yüklü (genellikle pozitif yüklü) toplama plakalarına doğru elektriksel kuvvet etkisi altında çekilir.
- Böylece toz parçacıkları havadan ayrılarak filtrelenmiş hava dışarı verilir.
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/11-sinif-fizik-elektriksel-kuvvet-ve-elektriksel-alan/sorular