fiz112 fizik-ıı

FİZ112
FİZİK-II
Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi
Biyoloji Bölümü A-Grubu
2016-2017 Bahar Yarıyılı Bölüm-4 Özeti
11.05.2017 Ankara
Aysuhan OZANSOY
Bölüm 4. Elektriksel Potansiyel
1.
2.
3.
4.
5.
6.
11.05.2017
Elektriksel Potansiyel Enerji
Elektriksel Potansiyel ve Potansiyel Fark
Noktasal Yüklerin Potansiyel Enerjisi
Elektriksel Potansiyelin Hesaplanması
Eş Potansiyel Yüzeyler
Elektriksel Potansiyelin Uygulamaları
A.Ozansoy
2
1. Elektriksel Potansiyel Enerji
 Daha önce, iş, iş-enerji teoremi, potansiyel enerji ve enerjinin
korunumu kavramlarını görmüştük. Özellikle enerjinin korunumu
kavramı, bazı problemlerin çözümünde, Newton’ un hareket
yasalarını ve kinematik bağıntıları kullanmadan, daha kolay bir
şekilde çözüm yapabilmemizi sağlıyordu.
 Bu bölümde, potansiyel enerjiyi elektriksel etkileşmeler için
tanımlayacağız.
Potansiyel enerji; sistemin düzenlenişi ile ilgili olan, yapılan işle
ortaya çıkabilen, sistemin depoladığı enerji türüdür.
11.05.2017
A.Ozansoy
3
 Kuvvet korunumlu ise, bir potansiyel enerji fonksiyonu yazılabilir.
W=K=-U
Yüklü
parçacık
(Korunumlu kuvvet için iş-enerji teoremi)
K: Kinetik enerji, U: Potansiyel enerji
 Yüklü bir parçacık bir elektrik
alanın olduğu bölgede hareket ederse,
elektriksel kuvvet parçacığın üzerine
bir iş yapar.
b 

 
Wab   Felk  dl  q0  E  dl  U  (U b  U a )
b
a
Korunumlu kuvvetin yaptığı iş,
cismin izlediği yoldan bağımsızdır.
11.05.2017
a
 Yüklü parçacık, elektrik alan içinde bir dış
etki ile bir a noktasından bir b noktasına
hareket ettiriliyorsa, dış etkinin yaptığı iş
(K=0 ise), elektriksel kuvvetin yaptığı işin
negatifine eşittir.
A.Ozansoy
4
 Elektrik alan E, bir q yükü tarafından oluşturulmuş olsun. Bu elektrik
alan içinde, bir q0 deneme yükünü a noktasından b noktasına hareket
ettirmekle potansiyel enerjide meydana gelecek değişime bakalım.



qqo
F  k 2 rˆ, E  q0 F
r
i) İlk olarak q0 deneme yükünün düz bir çizgi boyunca hareket ettiği
duruma bakalım:

E // rˆ
  rb   qq0 rb dr
  F  dl   F  dr 
2

4

r
0 ra
a
ra
b
Wab
qq0
1 rb
qq0  1 1 
  

( ) ra 
40 r
40  ra rb 
11.05.2017
A.Ozansoy
5
ii) İkinci olarak daha genel bir durumu ele alalım. q0 deneme yükü aynı
çizgiler üzerinde yer almayan a ve b noktaları arasında yer değiştirsin.
dr  cos dl
rb
  b
  F  dl   F cos dl   Fdr
b
Wab
a
a
ra
qq0 b dr qq0  1 1 
  


2

40 ra r
40  ra rb 
r
Wab  U  (U b  U a ) 
ra  , rb  r
• Potansiyel enerji her zaman bir
referans
noktasına
göre
tanımlanır.
Ua  0
U (r ) 
• Potansiyel enerji q ve q0’ ın ortak
özelliği
11.05.2017
A.Ozansoy
qq0 1
40 r
qq0  1 1 
  
40  ra rb 
 Uygun bir noktada
potansiyel enerji sıfır
seçilebilir. Bu noktada
elektrik
alanı
oluşturan yüklerden
sonsuz
uzaktayız
demektir.
6
2. Elektriksel Potansiyel ve Potansiyel Fark
Elektriksel Potansiyel: Birim yük başına elektriksel potansiyel enerji.
V
V: Volt, 1 V=1 J / C
U
q0
 
V  Vb  Va    E dl
b
V E ‘ nin bir karakteristiği
U Alan-yük sisteminin bir özelliği
a
 Uzayda herhangi bir noktanın potansiyeli, birim deneme yükünü
sonsuzdan bu noktaya getirmek için yapılan iş demektir.
 
VP    E dl
P
 Potansiyel de bir referans
noktasına göre tanımlanır.

 Elektrik alan çizgileri yönünde gidildiğinde potansiyel azalır.
 Artı yüklere yaklaşırken potansiyel artar, eksi yüklere yaklaşırken azalır.
Potansiyel Fark (Voltaj ya da gerilim)
V  Vb  Va  Vba : b noktasının a noktasına göre potansiyeli
11.05.2017
A.Ozansoy
7
3. Noktasal Yüklerin Potansiyel Enerjisi
U
1
4 0
n

i 1 j 1, j i
1 1
U
2 4 0
 İki nokta yük için;
q ve q0 aynı işaretli iken
11.05.2017
qi q j
n
n
rij
n

i 1 j 1, j  i
qi q j
rij
q ve q0 zıt işaretli iken
A.Ozansoy
8
4. Elektriksel Potansiyelin Hesaplanması
a) Elektrik alan biliniyorsa:
 
V    E  dl
r

b) Elektrik alan bilinmiyorsa:
Nokta yük için:
Nokta yükler topluluğu için:
V
kq
r
V  k
i
Sürekli yük dağılımları için:
11.05.2017
qi
ri
, k
1
40
dq
V  k
r
A.Ozansoy
9
Bu kısım, [1]’ den alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
10
5. Eş potansiyel yüzeyler
Bir yük dağılımı tarafından oluşturulan potansiyelin aynı olduğu noktalara
eş potansiyel nokta denir. Bu eş potansiyel noktalar üç boyutlu uzayda
bir yüzey meydana getiriyorsa buna eş potansiyel yüzey denir.
 Eş potansiyel yüzeyler ve elektrik alan çizgileri her zaman birbirine diktir.
eş potansiyel yüzey üzerinde hareket eden yük üzerine iş yapılmaz.
Farklı değerlere sahip eş potansiyel yüzeyler asla kesişmezler.
 Elektrostatik dengedeki bir iletkenin yüzeyi eş potansiyel yüzeydir.
11.05.2017
A.Ozansoy
11
3 yükten oluşan sistem için
elektrik alan çizgileri ve eş
potansiyel yüzeyler
Şekiller Kaynak
[13]’ ten alınmıştır.
a) İki boyutta b) Üç boyutta
düzgün
elektrik
alanda
eş
potansiyel yüzeyler
11.05.2017
A.Ozansoy
12
6. Elektriksel Potansiyelin Uygulamaları:
Elektriksel Potansiyelin Bazı Teknolojik Uygulamaları:
1. Van de Graaff Üreteci
2. Xerografi
3. …
Elektriksel Potansiyelin Tıpta Bazı Uygulamaları:
1. Aksonun Elektriksel Potansiyelleri
2. Elektrokardiyograf
3. Elektroensefalografi
4. …
11.05.2017
A.Ozansoy
13
1. Van de Graaff Üreteci:
Robert Van de Graaff
(1931)
• Yalıtkan bir kayış, içi boş bir iletkene (metal
küre) sürekli yük taşır.
•Kayış, yüklü tarak ve topraklanmış bir metal
arasında korona dejarjı (yüksek potansiyeldeki bir
iletkenin bir akışkanı iyonlaştırması) yolu ile yüklenir.
• Yük artıkça kürenin yüzeyinde elektriksel
potansiyelde artar.
•Van de Graaff üretecileri 20 MV’a kadar
potansiyel fark üretebilirler.
•Böyle
bir
potansiyel
hızlandırılan
parçacıklar,
çekirdeklerle
nükleer
başlatırlar.
Şekil, [3]’ ten alınmıştır.
11.05.2017
fark
altında
çeşitli hedef
reaksiyonları
• Bu yüksek enerjili parçacıklar kanser
tedavisinde, sterilizasyonda ve maddenin
mikroskobik
yapısının
araştırılmasında
kullanılır.
A.Ozansoy
14
2. Xerografi (Electro-photocopy)
Chester Carlson (1938), patent (1942): Yunanca ξηρός (xeros) “kuru"
ve -γραφία –(graphia) “yazma" (Kaynak [12] )
•Carlson orijinal buluşunu elektro-fotokopyalama olarak adlandırdı.
•Bu teknoloji günümüzde, fotokopi makinalarında, laser yazıcılarda ve
dijital baskılama tekniklerinde kullanılıyor.
11.05.2017
A.Ozansoy
15
1. Silindirik yüzeyi fotoiletken bir malzeme (selenyum) ile kaplanır.
2. Bu yüzeye pozitif elektrostatik yük verilir.
3. Kopyalanacak sayfanın görüntüsü bir mercek yardımıyla, yüklenmiş yüzeye
aydınlatma ile düşürülür.
4. Fotoiletken yüzey, sadece ışığın düştüğü yerde iletken olur. Işığın düşmediği yerler
pozitif yüklü, diğer yerler nötr olur.
5. Fotoiletken yüzeye negatif yüklü toner kaplanır. Toner sadece pozitif yüklü
görüntü içeren bölgeye yapışır.
6. Kağıt yüzeyine uygulanan ısıl işlemlerle görüntü kağıda aktarılır.
Şekil, [4’] ten alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
16
Aksonun Elektriksel Potansiyelleri
Kaynak [5 ve 7] .
•Sinir sisteminin temel birimi olan sinirler (nöronlar), bir hücre gövdesinden oluşur ve dentrit
denilen giriş uçları ile akson denilen sinyali hücreden uzağa taşıyan kuyruklardan oluşmuştur.
•Aksonun elektriksel bir puls (sinyal) iletmediği durumda (dinlenme durumu), akson zarı, K+ ya
karşı yüksek ölçüde geçirgen, Na+ ’ ya karşı, az geçirgendir. (Sinir pulsu eşik değeri geçerse
potansiyel akson boyunca yayılır).
•Na+ iyonları içeri sızamadığı halde, K+ iyonları aksonun dışına sızarlar. (tepede Na iyonlarına
kapalı)
•K+ iyonları geride büyük negatif iyonları bırakır. Bunun sonucunda, aksonun içinde dışına göre
negatif bir potansiyel oluşur (~70-80 mV).
•Bu negatif potansiyel, K+ ’ nın geri gelmesini engeller.
Şekil [6] ‘ dan alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
17
Elektrokardiyograf (EKG)
•Kalbin elektriksel etkinlikleri ile ilgili yüzey potansiyellerini kaydeden
bir aygıttır.
•Yüzey potansiyelleri, elektrot adı verilen ve vücudun çeşitli yerlerine
yerleştirilen metallerle alete iletilir.
•Elektrotlar arasındaki potansiyel fark ölçülür.
Şekiller, [8] ve [9]’ dan alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
18
Elektroensefalografi (EEG)
•Beyin fonksiyonlarının bozukluklarını belirlemede yardımcıdır.
•Kafatasının dış yüzeyi boyunca potansiyeli ölçer.
•Elektrotlar kafatasının çeşitli bölgelerine yerleştirilir.
•Aygıt, elektrot çiftleri arasındaki potansiyelleri kaydeder.
Şekiller [10] ve [11]’ den alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
19
Kaynaklar:
1. http://www.seckin.com.tr/kitap/413951887 (“Üniversiteler için Fizik”, B. Karaoğlu, Seçkin
Yayıncılık, 2012).
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Corona_discharge ve http://www.amazing1.com/tesla.htm
3. http://images.yourdictionary.com/van-de-graaff-generator
4. Fen ve Mühendislik için Fizik II, R.A. Serway ve R.J. Beichner, (Çeviri Editörü: Prof. Dr. Kemal
Çolakoğlu), 5. Baskıdan çeviri, Palme Yayıncılık 2002, Ankara.
5. Biyoloji ve Tıpta Fizik, P. Davidovits, (Çeviri Editörü. Prof. Dr. Fevzi Köksal), 3. baskıdan çeviri,
Nobel Yayıncılık, 2012
6. http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/nervous-coordination/transmissionmessages.ph
7. http://scienceblogs.com/clock/2006/06/bio101_lecture_6_physiology_re.php
8. http://www.answers.com/topic/electrocardiogram
9. http://erwinadr.blogspot.com/2010/09/electrocardiogram-ecg-or-ekg.html
10. http://www.cfkeep.org/html/snapshot.php?id=28587085314642
11.
http://www.bem.fi/book/13/13.htm
12. http://en.wikipedia.org/wiki/Xerography
13. Fizik-İlkeler ve Pratik Cilt-II, E. Mazur (Çeviri Editörleri: A. Verçin ve A.U. Yılmazer) 1.
Baskıdan çeviri, Nobel Akademik Yayıncılık, 2016. Ankara.
14. Diğer tüm şekiller ; “Üniversite Fiziği Cilt-I “, H.D. Young ve R.A. Freedman, 12. Baskı, Pearson
Education Yayıncılık 2009, Ankara
11.05.2017
A.Ozansoy
20
FİZ112
FİZİK-II
Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi
Biyoloji Bölümü A Grubu
2016-2017 Bahar Yarıyılı Bölüm-5 Özeti
11.05.2017
Ankara
Aysuhan OZANSOY
Bölüm 5: Sığa ve Dielektrikler
1. Kondansatörler ve Sığanın Tanımı
2. Sığanın Hesaplanması
3. Kondansatörlerin Bağlanması
4. Kondansatörde Depolanan Enerji
5. Dielektrikler
6. Dielektriklerin Moleküler Düzeyde Tanıtımı
7. Kondansatörlerin Kullanıldığı Bazı Yerler
8. Yıldırım ve Şimşek
11.05.2017
A.Ozansoy
2
1.Kondansatörler ve Sığanın Tanımı
 Yüklü iki iletken arasındaki potansiyel farkı, bir enerji depolandığını
gösterir ve küçük bir deneme yükünü bu enerji hareket ettirir.
Kondansatör (kapasitör ya da sığaç) denen aygıtlar bu esasa göre
çalışırlar.
Elektriksel potansiyel enerjiyi ve elektrik yükünü depolayabilen
aygıtlara kondansatör denir.
 En yaygın kondansatör, aralarında V potansiyel farkı olan, eşit
miktarda zıt yükle yüklenmiş iki iletkenden oluşur. İletkenler arasında
boşluk ya da bir yalıtkan olabilir.
Kondansatörün
sığası
Sığa:[F]
11.05.2017
Q
C
V
C>0 !!!
1 Farad=1 Coulomb / Volt
A.Ozansoy
3
 Kondansatörleri yüklemenin en yaygın yolu, iletkeni bir bataryanın (güç
kaynağının) uçlarına bağlamaktır. İletkenlerde +Q ve –Q yükleri
yüklendikten sonra, batarya devreden çıkarılır, bu durumda iletkenler
arasında bir V potansiyel farkı oluşur.
 Zıt yüklü levhaların toplam
yükü
sıfır
olsa
da,
kondansatörün
yükü
Q
ile
gösterilir.
Şekil, [1]’ den
V
alınmıştır.
Kondansatörlerin kullanıldığı bazı yerler:
-Radyo alıcılarının frekans ayarlarında
- Güç kaynaklarında filtre olarak
- Otomobil ateşleme sistemlerinde kıvılcımları
yok etmede
- Elektronik flaş ünitelerinde
-Bilgisayar klavyelerinde
- Kesintisiz güç kaynaklarında
-Bilgisayar belleklerinde
11.05.2017
A.Ozansoy
4
2. Sığanın Hesaplanması
2. 1. Paralel plakalı kondansatör
Q
Q
C

Qd
Vab
A 0
A
C  0
d
11.05.2017
 0  8.85 1012 F / m
Paralel plakalı kondansatörün sığası
sadece sistemin geometrisine bağlı.
A.Ozansoy
5
2.2. Küresel kondansatör
Küresel kabuklar arasında
bir Gauss yüzeyi seçilirse
elektrik alan E=kQ/r2 ile
verilir.
Dikkat !!! Burada yazılanla özdeş
olarak; derste Vb-Va potansiyel
farkı hesaplanarak, V’ nin mutlak
değeri yazılmıştı.
V  Va  Vb 
Küresel kondansatörün
sığası sadece sistemin
geometrisine bağlı.
11.05.2017
Q
4 0
[
rb  ra
]
ra rb
ra rb
Q
C
 4 0
V
(rb  ra )
A.Ozansoy
6
2.3. Silindirik kondansatör
Silindirler arasındaki bölgede elektrik
alan Gauss Yasasından;
E  2k

r

[ln(rb )  ln(ra )]
2 0
2 0 L
Q
L
L
C



V [ln(rb )  ln(ra )] 2k[ln(rb )  ln(ra )] 2k ln( rb )
ra
V  Va  Vb 
Silindirik
kondansatörün sığası
sadece sistemin
geometrisine bağlı.
11.05.2017
A.Ozansoy
7
 Silindirik kondasatöre bir örnek eşeksenli (koaksiyel)
kablodur.
Şekil, [2]’ den alınmıştır.
11.05.2017
Eşeksenli
kablo,
ses
ve
görüntü
sistemleri, televizyon vb. sistemlerde
veri taşımak için kullanılır.
A.Ozansoy
8
3. Kondansatörlerin Bağlanması
a) Seri Bağlı Kondansatörler
Q1  Q  C1V1
Q2  Q  C2V2

1
1
1
 
 ...
Ceş C1 C2
V  V1  V2  ...
Q  Q1  Q2  ...
11.05.2017
Seri bağlı
eşittir.
kondansatörlerin
yükleri
 Seri bağlı kondansatörlerin eş değer
sığası her bir kondansatörün sığasından
küçük olur.
A.Ozansoy
9
b) Paralel Bağlı Kondansatörler
Ceş  C1  C2  ...
V  V1  V2  ...
Q  Q1  Q2  ...
Q  CeşV
11.05.2017
Paralel bağlı kondansatörlerin her birinin uçları
arasındaki potansiyel fark eşittir ve devrenin
tümüne uygulanan potansiyel farka eşittir.
 Paralel bağlı kondansatörlerin eş değer sığası
her bir kondansatörün sığasından büyük olur.
A.Ozansoy
10
4. Kondansatörde Depolanan Enerji
Başlangıçta yüksüz olan paralel plakalı bir kondansatörü ele alalım.
Bu kondansatörü bir bataryaya bağladığımızda, kondansatör yüklenir
ve maksimum Q yüküne ulaşır. Bataryanın negatif kutbuna bağlı olan
plakanın dışındaki telden elektronlar plakaya doğru hareket eder ve
bu plaka negatif yüklenmiş olur. Bataryanın pozitif kutbuna bağlı
plakadaki elektronlar plakayı terk edip iletken içine girerler ve
böylelikle bu plaka da pozitif yüklenmiş olur.
 Yüklü kondansatörün plakaları arasında bir elektrik alan oluşur ve
bu alanda bulunan yüklü bir parçacık hızlanır. Dolayısıyla yüklü her
kondansatörün iş yapabilme kapasitesi yani enerjisi vardır.
Depolanan enerji;
1 2
1
1
2
U
Q , U  CV , U  QV
2C
2
2
ile verilir.
11.05.2017
A.Ozansoy
11
Kondansatörü yüklerken bir plakadan diğerine elektron aktarımı olur. Bu
işlem plakalar arasındaki elektrik alana karşı bir iş yapılmasını
gerektirir. Bu nedenle, enerjinin, bu elektrik alanda depolandığını
düşünebiliriz.
Elektrik alanın bir enerji deposu olduğu fikri elektromanyetik dalga
kuramının temelini oluşturur.
u: enerji yoğunluğu
(birim hacimdeki elektriksel potansiyel enerji)
U
u
V
Hacim
1
2
u  0E
2
11.05.2017
A.Ozansoy
12
Kağıt, cam, plastik gibi malzemeler yalıtkandır ve
5. Dielektrikler: bulundukları hacim içinde etkin olan elektrik alanda
değişim meydana getirirler. Bunlara, dielektrik
malzemeler denir.
Kondansatör plakaları arasına dielektrik malzeme koymanın yararları:
1. İki yüzeyi birbirine değdirmeden çok yakın mesafelerde tutmanın mekanik
zorluğunu çözer. İki plaka arasında kıvılcım (ark) oluşmasını engeller.
2. Birçok dielektrik malzeme havanın dayanabileceğinden daha şiddetli
elektrik alanlara dayanır. Böylelikle daha fazla enerji depolamak mümkün
olur.
3. Sığa artar.
Kondansatör plakaları arasına dielektrik madde koyulduğunda sığanın
arttığını ilk kez Micheal Faraday gözlemiştir.
Kondansatörün
plakaları arasında
dielektrik
olduğunda sığa
11.05.2017
C   C0
Kondansatörün
boşluk (ya da
havadaki)
sığası
Dielektrik sabiti
A.Ozansoy
13
 Kondansatör plakaları arasına dielektrik malzeme koyduğumuzda;
a) Yük sabit tutularak;
Şekiller, [3]’ ten alınmıştır.
Q  Q0  V 
V0

, C   C0
a) Voltaj sabit tutularak;
V  V0  Q  Q0 , C   C0
Her iki durumda da sığa artar.
11.05.2017
A.Ozansoy
14
 Yük sabit tutulduğunda, kondansatör plakaları arasına dielektrik
malzeme koyduğumuzda, elektrik alan azalır !
C0   0
A
d
A
C   C0   0 
d
A
C 
d
   0
Dielektrik
geçirgenliği
maddenin
Yük sbt ise; V  V0

E
11.05.2017
V V0 E0


d d 
A.Ozansoy
15
6. Dielektriğin Moleküler Düzeyde Tanıtımı
Bu kesim, [1]’ den alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
16
Kutupsuz (polar olmayan=apolar) moleküllerin kutuplanması (polarizasyonu)
Kutuplu (polar) moleküllerin kutuplanması (polarizasyonu)
Şekiller
[5]’ ten
alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
17
Kutuplanmış bir dielektriğin makroskopik polarizasyonu
Şekil,
[5]’ ten
alınmıştır.
11.05.2017
A.Ozansoy
18
Her iki tür malzeme de yüklü
kondansatörün plakaları arasına
koyulduğunda,
polar
moleküller
dönerek,
apolar
moleküller
deforme olarak dipol momentlerini
elektrik
alan
yönünde
hizaya
getirmeye çalışırlar.
Dielektrik malzemenin levhalara
bakan yüzlerinde indüklenmiş yüzey
yük yoğunlukları (± i) oluşur. (ya da
bağlı yük yoğunluğu)
 Ortamdaki elektrik alan azalmış
olur.
11.05.2017
A.Ozansoy
19

E

E0

11.05.2017
E0: Başlangıçtaki elektrik alan
E  E0  Ei

 
1
  i   i   (1  )
 0  0  0

A.Ozansoy
Ei: İndüklenen yüklerin
oluşturduğu elektrik alan
E: Net elektrik alan
20
7. Kondansatörlerin Kullanıldığı Bazı Yerler
 Bilgisayar klavyelerinde tuşa basıldığında,
sığa artar ve bu elektronik olarak saptanır.
Şekil ,[4]’ ten alınmıştır.
 Fotoğraf makinasının flaşında
kondansatör yüklendikten sonra,
düğmeye basıldığında, depolanmış
enerji,
özel
ışık
lambasına
gönderilerek, fotoğrafı çekilecek
kısım kuvvetlice aydınlatılmış olur.
11.05.2017
A.Ozansoy
21
Elektroşok Cihazı (Defibrillator)
 Elektroşok cihazı tam olarak
yüklendiğinde
kondansatörün
elektrik alanı içinde ~360 J kadar
bir enerji depolanır. Hastanın
vücuduna 2 ms içinde bu enerji
verilmiş olur. (Bu enerji değeri 60
W’ lık bir ampülün çıkış gücünün
3000 katına eşittir.
Bu ani elektrik şoku, kalpteki
kasılmayı durdurarak düzenli bir
kalp atış ritmi sağlar.
11.05.2017
A.Ozansoy
22
7.Yıldırım ve Şimşek
Her iki olay da elektrikle yüklü fırtına bulutlarında oluşur. Fırtına
bulutları, devasa kondansatörlermiş gibi davranır. Yıldırım, bulut ile yer
arasındaki bir elektrik boşalmasıdır. Şimşek ise, iki bulut arasında
gerçekleşir.
Donma ve çarpışmalar yoluyla
bulutun altı ve üstü zıt
yüklenir. Yeryüzü ile bulut
arasındaki potansiyel fark
milyar volt mertebesindedir.
Yeryüzünde ağaçlar, yüksek
binalar gibi sivri noktalar
var. Elektrik boşalmaları ilk
buralardan olur.
 Dielektrik ortamın iyonize olmadan dayanabileceği maksimum elektrik
alan şiddetine dielektrik sertlik (dielektrik şiddeti) denir. Yıldırım,
havanın dayanabileceği elektrik alanı aşması ile iletken hale geçmesi
sonucu oluşan elektriksel boşalmalardır.
11.05.2017
A.Ozansoy
23
 Elektrik alan çok yüksek olduğunda havada bir elektrik boşalması meydana gelir.
Bunun nedeni serbest elektronların havada azot ve oksijen molekülleri ile
çarpışmasıdır. Serbest elektronlar yeterince kinetik enerjiye sahiplerse iyonlaşma
olur. Bu durumda 1 serbest elektron + bir tane de iyonlaşma sonucu açığa çıkan
elektron olur. Bu 2 elektron yeterince hızlı ise yine iyonlaşmaya sebep olur ve
sonuçta 4 elektron elde edilir. Böylece bir elektron çığı oluşur. Bu çığ pozitif
iyonlarla tekrar birleştiğinde bir ışık oluşur. (Önceki bölümde bahsedilen korona
deşarjı)
İyonlaşma başladığında, elektronlar
buluttan yere doğru iletken bir
yolla akarken bir ışık çakar, buna
öncü çakma denir.
 Öncü çakmalardan biri yere yaklaşırken yerde büyük bir (+) yük oluşur,
yerden 20-30 m yüksekte öncü çakma ile karşılaşır ve ikinci ve daha güçlü bir
çakma olur. Buna da dönüş çakması denir. Asıl ışık, bu dönüş çakmasındadır.
Yıldırım dediğimiz şey, yer ile gökyüzü arasında 5-10 kez ileri-geri çakmadır.
 Bir şimşek, 3 aydan fazla 100 Watt’ lık bir ampulü yakacak güçtedir !!!
11.05.2017
A.Ozansoy
24
Kaynaklar
1. http://www.seckin.com.tr/kitap/413951887 (“Üniversiteler için Fizik”,
B. Karaoğlu, Seçkin Yayıncılık, 2012).
2.http://www.phy.davidson.edu/stuhome/phstewart/IL/speed/cableinfo
.html
3. Temel Fizik Cilt-II, P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz ve S.T. Thornton,
(Çeviri: Prof. Dr. Cengiz Yalçın), 2. Baskı, Arkadaş Yayınevi 2003, Ankara
4. Fen ve Mühendislik için Fizik II, R.A. Serway ve R.J. Beichner, (Çeviri
Editörü: Prof. Dr. Kemal Çolakoğlu), 5. Baskıdan çeviri, Palme Yayıncılık
2002, Ankara
5. Fizik-İlkeler ve Pratik Cilt-II, E. Mazur (Çeviri Editörleri: A. Verçin
ve A.U. Yılmazer) 1. Baskıdan çeviri, Nobel Akademik Yayıncılık, 2016.
Ankara
6. Diğer tüm şekiller ; “Üniversite Fiziği Cilt-I “, H.D. Young ve R.A.
Freedman, 12. Baskı, Pearson Education Yayıncılık 2009, Ankara
11.05.2017
A.Ozansoy
25