Yüklü Parçacıkların Düzgün Elektrik Alandaki Hareketi

İki iletken paralel levhayı zıt yüklerle yükleyerek düzgün elektrik alan oluşturabildiğimizi öğrendik. Peki yüklü parçacıklar düzgün elektrik alan içindeyken nasıl davranır? Bu soruya cevap vermek için önce artı, sonra eksi, en son da yüksüz parçacıkları inceleyelim. Aşağıdaki resimde bir artı bir de eksi yüklü parçacık düzgün bir elektrik alan içindeyken gösteriliyor. Artı yüklü parçacığa +x yönünde elektriksel kuvvet uygulanıyor, bu kuvvetin büyüklüğü F=qE, yani yükün büyüklüğüyle elektrik alanın büyüklüğünün çarpımına eşit. Eksi yüklü parçacığa -x yönünde elektriksel kuvvet uygulanıyor. Eğer yüklü cisimlerin ağırlıkları ihmal edilecek kadar küçükse cisimler net kuvvetin, bu durumda sadece elektriksel kuvvetin, etki ettiği yönde ivmelenir. Hareket doğrultuları da net kuvvetin doğrultusunda olur.

 

Ya cisimlerin ağırlıkları ihmal edilemeyecek kadar büyükse ne olur? Aşağıdaki resimde bu durum gösteriliyor. Ağırlık ile elektriksel kuvvetin bileşkesi net kuvvet haline geliyor ve cisim net kuvvetin doğrultusunda ivmeleniyor. Hareket doğrultusu da yine net kuvvetin doğrultusunda oluyor.

 

Aşağıdaki resimde düzgün elektrik alana dik giren ve ağırlığı ihmal edilen artı yüklü bir parçacığın hareketi gösteriliyor. Bu parçacığa $\vec{F_E} = q\vec{E}$ elektriksel kuvveti etki eder. Bu durumda parçacık tıpkı eğik atış hareketinde olduğu gibi parabolik bir yörünge izler. Çünkü x doğrultusunda net kuvvet olmadığı için yatay hızı sabit kalır ve dikey yönde etki eden elektriksel kuvvet yatayda ivmelenmesine neden olur. Parçacık düzgün elektrik alan içinde kaldığı müddetçe ivmelenmeye devam eder, düşey hızı (v_y) artar. Cismin herhangi bir andaki hızı, yatay ve düşey hızlarının bileşkesidir.

 

Aşağıdaki resimde bu kez düzgün elektrik alana dik giren eksi yüklü ve ağırlığı ihmal edilmeyen bir parçacığı inceliyoruz. Bu kez cisme iki kuvvet etki ediyor, biri -qE yukarı doğru olan elektriksel kuvvet, diğeri aşağı doğru olan mg yani ağırlığı.

• Eğer elektriksel kuvvet ağırlıktan daha fazlaysa cisim yukarı doğru ivmelenir, bu durum resimde 1 yörüngesiyle gösteriliyor.
• Eğer iki kuvvet birbirine eşitse qE = mg, cisme etki eden net kuvvet sıfırdır, cisim aynı hızla yoluna devam eder. Newton’un birinci hareket yasasını hatırlayın.
• Eğer ağırlık daha büyükse cisim aşağı yönde ivmelenir ve 3 numaralı yörüngeyi izler.

 

İlgili Simülasyon

Elektrik alanda yüklü parçacıkların hareketi simülasyonu bu yazıda resimlerle gösterdiğimiz ve sözlerle anlattığımız bilgileri gözünüzde canlandırmada yararlı olabilir.

İlgili Kazanımlar

11.2.3.3. Yüklü parçacıkların düzgün elektrik alandaki davranışını açıklar.

• Alana dik giren parçacıkların sapma yönleri üzerinde durulur. Matematiksel hesaplamalara girilmez.
• Öğrencilerin yüklü parçacıkların elektrik alandaki davranışının teknolojideki kullanım yerlerini araştırmaları ve sunum yapmaları sağlanır.