Elektrik yükü veya elektriksel yükünün birimi Coulomb’dur ve kısaltma olarak C ile gösterilir. Sıradan madde pozitif yüklü çekirdek ve onun etrafını kuşatan negatif yüklü elektronlara sahip olan atomlardan oluşur. Yük, elektron veya proton yükünün bir katları olarak kuantizedir.
Protonun yükü (+) e=1.602×10-19 Coulomb
Elektronun yükü (-) -e=-1.602×10-19 Coulomb
Yüklerin etkisi Coulomb kuvveti olarak adlandırdığımız kendi aralarındaki kuvvetler sayesinde karakterize edilir ve yükler elektrik alan ile gerilim (voltaj) üretirler. Bir Coulomb’luk yük bir saniyede 120 Watt’lık lamba boyunca akan yüktür. Aralarında bir metre kadar uzaklık bulunan bir Coulomb’luk iki yük yaklaşık bir milyon tonluk bir kuvvetle birbirlerini iterler.
Yüklerin oluşturduğu bir elektrik alanın gösterimi. (Image:MIT)
Elektrik yükünün akış hızı elektrik akımı olarak adlandırılır ve Amper olarak ölçülür.
Elektriksel olarak en önemli açıklanan düşünce aynı büyüklükte olan yük adı verilen bir özelliğe sahip olan proton ve elektronun birbirleri için bir zıtlığa sahip olmalarıdır. Proton elektrondan 1836 kez daha büyük kütleye sahiptir ama kesinlikle aynı büyüklükte yüke sahiptir – protonun yükü negatiften ziyade pozitiftir. Hatta “pozitif” ve “negatif” ifadeleri rastgeledir ama köklü ve kullanışlı tarihsel etiketlerdir. Bu etiketlerin temel anlamı proton ve elektronun birbirleri ile olan güçlü etkileşimlerine vurgu yapmasıdır, “zıt kutuplar birbirini çeker” bilindik sözünün tarihsel kökenidir. İki proton veya iki elektron birbirlerini güçlü bir şekilde iterler. “Benzer yüklerin birbirini ittiği ve farklı yüklerin birbirini çektiği” gibi elektrik hakkında böyle temel düşünceleri kavradıktan sonra elektrik üzerine yeni bilgiler inşa edebilirsiniz.
Bilimsel çalışmalarla gösterilen bir yük dağılımı. (Image: PopSci)
Mikroskobik deneylerle detayları bilinen maddenin hassas elektriksel nötralliğinden bildiğimiz gibi proton ve elektron aynı büyüklükte yüke sahipr. Doğada gözlenen tüm yükler bu tür temel yüklerin çoğaltılmış (tam katları) halidir. Standart Modele göre protonun kuarklar olarak adlandırılan kesikli yüklere sahip parçacıklardan oluştuğunu göstermesine rağmen, böyle kesikli yükler izole bir şekilde gözlenebilmiş değil. Ancak izole olarak bu kesirli yüklerin gözlenmesi için deneysel çalışmalar sürüyor. Diğer taraftan her zaman için +/- elektron yükünün kombinasyonları gözlenmektedir.
İzole olmuş tek bir yük elektrik monopol olarak adlandırılabilir. Eşit pozitif ve negatif yükler birbirine yakın olarak yerleştiklerinde bir elektrik dipol oluştururlar. Birbirine yakın ve zıt iki yönlenen dipol ise elektrik kuadrupol oluştururlar. Bu şekilde dipol ve kuadrupollerin sayısıyla oynayarak değişik yük sistemleri oluşturulabilir.
Doğanın temel simetrilerinden biri elektrik yükünün korunumlu olmasıdır. Bu yük korunumunu “Elektrik ve Manyetizma” isimli yazı dizimiz içerisinde yer vereceğim “Maxwell Denklemleri” ilgili yazıda detaylandıracağım.
Elektriksel yük bazı atom altı parçacıkların temel bir özelliği olarak da bilinir. Çünkü bu atom altı parçacıkların elektromanyetik etkileşmesini belirler. Elektriksel yüklü bir madde hem elektromanyetik alanlardan etkilenir hem de onları oluşturur. Hareket eden bir yük ile bir elektromanyetik alan arasındaki etkileşme de elektromanyetik kuvvetin kaynağıdır. Bunları ilerleyen yazılarımızda açıklayacağız.
Özet olarak elektriksel yük hakkında bilmemiz gerekenler;
- Negatif ve pozitif olarak tanımladığımız iki tür yük vardır. Benzer olan yükler birbirini iterlerken farklı olan yükler birbirlerini çekerler.
- Doğanın temel simetrilerinden biri olarak da yük korunumludur.
- Yük kuantumludur ve bu elektriksel yükün kesikli paketlerden oluştuğu anlamına gelir.
Yazı dizimizin devamı olan “Coulomb Yasası ve Elektrik Alan” isimli yazımızda görüşmek üzere.
Gökhan Atmaca, MSc – twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Kaynaklar:
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/elecur.html#c2
- Raymond A. Serway, Robert J. Beichner, Fizik 2, Çev. Edi. Prof. Dr. Kemal Çolakoğlu, syf. 709-711, Palme Yayıncılık, 2002.
