ELEKTRİKSEL ALAN



Alan çizgileri sadece kuvvetin yönünü göstermekle. kalmaz aynı zamanda kuvvetin göreceli büyüklüğünü de belirtir. Kuvvetin daha şiddetli olduğu yerlerde kuvvet çizgileri birbirlerine yakın, zayıf olduğu yerle de ise birbirlerinden uzaktır. Elektriksel alan, yüklü cisimlerin başka bir yüklü cisme uyguladığı elektriksel kuvveti tasvir eder.



Elektriksel alan, durgun bir yükün maruz kaldığı elektriksel kuvveti temsil eder. Şimdi herhangi bir bölgedeki elektrik alanın nasıl saptanacağını ele alalım. Bunun için, yüklü bir cismi (deneme yükü adı verilir) bir bölgeye koyup, bu deneme yüküne diğer tüm yüklerden kaynaklanan kuvveti belirleyebilirdik. Fakat deneme yükü de çevresinde bulunan bütün yüklere bir kuvvet uygulayacaktır. Bu yükler metal içinde iseler, harekete geçmelerine neden olacaktır. Bu zorluğu yok etmek için, deneme yükünün çok özel bir özelliğe sahip olduğunu varsayarız: Yani deneme yükünü, komşu yükler üzerine hiçbir kuvvet uygulamayan hayalî bir yük olarak alınır. Deneme yükünü qD ile gösteririz. Pratikte, deneme yükünün çok küçük ve çevresinde bulunan yükler üzerine oluşturacağı kuvvetin ihmal edilecek kadar küçük olduğu varsayılır.



Bir noktadaki elektrik alanın yönü, o noktaya konulan pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvetin yönü ile aynı alınır. Örneğin Şek.7 daki “a” noktasına bir pozitif deneme yükü yerleştirildiğini varsayalım. Bu deneme yükü “a”daki okla gösterildiği gibi, radyal (ışınsal) olarak içeriye doğru çekilecektir. Gerçektende pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvetin yönü, merkezdeki negatif yükün yakınına konulup konulmadığına bakılmaksızın, radyal olarak içeriye doğrudur. Buradan da, elektrik alanın oklarla gösterilen yönlere sahip olduğunu tahmin ederiz. Negatif bir yükün çevresinde oluşan elektrik alan, yükün içine doğru radyal olarak yönelir (Bueche,Jerde;2000:484).



Bir elektrik kuvvet alanını, bir alan vektörleri topluluğu çizerek değil, birkaç elektrik alanı çizgisiyle gösteririz. Bir alan çizgisi, bir noktanın, birim pozitif yüke etkiyen kuvvet doğrultusunda hareket etmesiyle oluşur. Pozitif yüke etkiyen kuvvetin doğrultusu değiştikçe çizginin doğrultusu da değişir (Schaim; Cross, 1982:412).



Şekil 16.14b deki yükün çevresindeki alanın yönünü benzer şekilde belirleyebiliriz. Pozitif bir deneme yükü, merkezdeki pozitif yük tarafından ışınsal olarak dışa doğru itilir. O halde, Pozitif bir yükün çevresinde oluşan elektrik alanı, yükten ışınsal olarak dışarıya doğru olacak şekilde yönelir.

Uzayda bir noktadaki E elektrik alan vektörü, o noktaya konulan artı bir deneme yüküne etkiyen F elektrik kuvvetinin qD deneme yüküne bölümü olarak tanımlanır. (Serway, 1996:634).



Elektrik alan kavramına bir nicelik kazandırmak için, elektrik alan şiddeti E denilen bir niceliği tanımlarız. E, vektörel bir nicelik olduğundan, herhangi bir noktadaki yönü, bu noktadan geçen alan çizgilerinin yönü ile aynı yön alınır. E nin büyüklüğü ise, deneme yükünün etkisinde kaldığı kuvvetin, yük miktarı qd ye bölümüne eşittir, yani

şeklinde yazılır. Buna göre E nin birimi N/C olarak tanımlanır. E, birim yük başına kuvvet olduğundan, bazen pozitif deneme yükü başına düşen kuvvet olarak da ifade edilir. Bu arada, elektrik alan şiddetinin büyüklüğü ölçülürken kullanacağımız yükün büyüklüğünü, diğer mevcut yükleri bozmayacak kadar, yani 1 Coulomb tan çok daha küçük seçilmesinin gerektiği anlaşılmış olması gerekir.



Kütle-çekim alanında olduğu gibi, elektrik alanın şiddeti de, alan çizgilerinin sık ya da seyrekliği incelenerek tahmin edilebilir. Örneğin Şekildeki alan çizgileri, yük yakınlarında birbirlerine yaklaşır. Bir birimlik pozitif deneme yüküne etkiyen kuvvet yüke yaklaşıldıkça büyür. Elektrik alan şiddeti de, alan çizgileri birbirlerine yaklaştıkça büyüyecektir. Genellikle bir bölgedeki alanın şiddeti, o bölgede çizilen alan çizgilerinin yoğunluğuna bakılarak tahmin edilir (Bueche,Jerde;2000:485).