Elektrik Yükleri ve Elektriklenme

Maddenin temel yapı taşı olan atomlarda farklı elektriksel özelliklere sahip parçacıklar yer alır. Atomun merkezindeki çekirdekte pozitif yük taşıyan protonlar ve elektrik yükü taşımayan nötr parçacıklar olan nötronlar bulunur. Çekirdeğin çevresindeki katmanlarda ise sürekli hareket hâlinde olan negatif yük taşıyan elektronlar yer alır.

Cisimleri oluşturan atomların yük durumları, o cismin genel yük niteliğini belirler. Bir cisimdeki pozitif yük sayısı negatif yük sayısından fazla ise o cisim pozitif yüklü cisim olarak adlandırılır. Negatif yük sayısı pozitif yük sayısından fazla olduğunda ise cisim negatif yüklü cisim hâline gelir.

Pozitif ve negatif yük sayıları birbirine tam eşit olan cisimlere nötr cisim denir. Nötr cisimler tamamen yüksüz demek değildir; bünyelerinde eşit sayıda pozitif ve negatif yük barındırırlar. Maddeler arasındaki elektriklenme olayları yalnızca hareketli parçacıklar olan negatif yüklü elektronların yer değiştirmesiyle gerçekleşir.

Maddelerin elektron kazanması, kaybetmesi veya elektronların yer değiştirmesi elektriklenme olarak adlandırılır. Temaslı elektriklenme çeşitlerinden biri olan sürtünme ile elektriklenme olayında nötr plastik çubuk yün kumaşa sürüldüğünde yün kumaştan plastik çubuğa elektron geçer. Bu durumda plastik çubuk negatif, yün kumaş ise pozitif yükle yüklenir.

Nötr cam çubuk ipek kumaşa sürüldüğünde ise cam çubuktan ipek kumaşa elektron geçişi olur; cam çubuk pozitif, ipek kumaş negatif yük kazanır. Sürtünme ile elektriklenme sonucunda cisimler zıt elektrik yükü ile yüklenir. Zıt yüklü cisimler birbirine çekme kuvveti uygular.

Bir diğer temaslı tür olan dokunma ile elektriklenme sırasında cisimler arasında negatif yükler yer değiştirir ve toplam yük korunarak paylaşılır. Dokunma sonrasında cisimler aynı tür elektrik yüküyle yüklenir ve aynı yüklü cisimler birbirine itme kuvveti uygular. Temassız bir yöntem olan etki ile elektriklenme işleminde ise cisimler temas etmeden, yüklerin birbirini itip çekmesiyle yer değiştirme gerçekleşir.

Nötr iki cisim birbirine itme veya çekme kuvveti uygulamaz. Buna karşın yüklü bir cisim ile nötr bir cisim yan yana geldiğinde birbirini çeker.

Bir cismin elektrik yüküyle yüklü olup olmadığını anlamaya yarayan araca elektroskop adı verilir. Elektroskop aynı zamanda yüklü bir cismin hangi tür elektrik yüküne sahip olduğunu tespit etmek amacıyla da kullanılır.

Elektroskopun metal topuzuna yüklü bir cisim yaklaştırıldığında veya dokundurulduğunda, yapraklara kadar elektrik yükü iletimi gerçekleşir. Aynı yükle yüklenen yapraklar birbirini iterek açılır.

Elektroskop sayesinde iletken cisimler üzerindeki negatif yük hareketleri doğrudan gözlemlenebilir ve cisimlerin yük durumları etiketlenebilir.

Gökyüzünde bulutların hava akımıyla hareketi esnasında taneciklerin birbirine teması sonucu sürtünme ile elektriklenme meydana gelir. Bu elektriklenme bulutlar üzerinde büyük miktarda yük birikmesine yol açar.

Yüklü bulutların kendi arasında gerçekleştirdiği elektriksel yük aktarımına şımşek adı verilir. Şimşek olayı gökyüzünde ışık patlamaları şeklinde gözlemlenir.

Bulut ile yeryüzü arasında gerçekleşen elektrik yükü aktarımı ise yıldırım olarak adlandırılır. Yıldırım olayı, buluttaki birikmiş yükün toprağa boşalması veya topraktan buluta geçmesiyle oluşur.

Elektriklenme günlük yaşamda ve teknolojinin pek çok farklı alanında yaygın olarak kullanılan bir fen olgusudur. Sanayide otomobil ve beyaz eşya parçalarının sprey boya ile boyanmasında yüzey ile boya tanecikleri zıt yükle yüklenir. Bu sayede sprey boyanın yüzeye boşluk kalmayacak şekilde eşit dağılması sağlanır.

Baca sistemlerinde kullanılan elektrostatik filtre cihazları ve davlumbazlar kirli havadaki yağ, duman ve is partiküllerini elektriklenme ile tutarak havayı temizler. Benzer şekilde klimalar da odadaki sigara dumanı ve tozu elektrostatik çekim gücüyle tutucularına çeker.

Elektrikli süpürgelerde havadaki tozların torbada tutunması elektriklenme ile sağlanır. Lazer yazıcılarda toner tozunun kâğıda çekilmesi ve ısı ile sabitlenmesi, olay yeri incelemede ise parmak izi tozlama yöntemi elektriklenme prensiplerine dayanır.

Tarihte Antik Yunan filozofu Thales yüne sürttüğü kehribarın tozları çektiğini görmüştür. William Gilbert geliştirdiği versorium düzeneğiyle maddeleri elektriklenenler ve elektriklenmeyenler olarak ayırmış, cam ile kehribarın farklı yüklendiğini göstermiştir. Nicola Cabeo ise testere tozlarının elektrikli cisimden uzaklaştığını görerek itme kuvvetini keşfetmiştir.

Benjamin Franklin meşhur uçurtma deneyiyle yıldırımın elektrik yükü taşıdığını kanıtlamıştır. Franklin ayrıca pil, pozitif ve negatif yük terimlerini türetmiş ve binaları koruyan paratoner sistemini icat etmiştir.

Michael Faraday elektrik yüklerinin etkisinden korunmak amacıyla metal tellerle örülü Faraday kafesi yapısını tasarlamıştır. Nikola Tesla ise 1890 yılında enerjinin kablosuz iletimini keşfetmiş, Tesla bobinini tasarlayarak kilometrelerce uzaktaki lambaları kablosuz yakmayı başarmıştır.