Elektrostatik

Elektrik Yükü

• Yük kuantumludur: q = n·e, e ≈ 1,6 × 10⁻¹⁹ C (temel yük; Millikan yağ damlası deneyi). Yük korunur.
• Elektriklenme yolları: Sürtünme (cisimler zıt ve eşit yükle yüklenir; elektron alan negatif olur), dokunma (iletkenler arasında yük, sığaları/yarıçaplarıyla orantılı paylaşılır; özdeş küreler yükü eşit paylaşır), etki (indüksiyon; dokunmadan yük ayrışması, topraklama ile kalıcı yükleme).
• İletkenler: Yük dış yüzeyde toplanır; sivri uçlarda yük yoğunluğu fazladır (paratoner). İletken içinde elektrik alan sıfırdır (Faraday kafesi).
• Elektroskop: Yük varlığını ve cinsini belirlemeye yarar; aynı cins yükle yaklaşılırsa yapraklar daha çok açılır.

Coulomb Yasası

F = k·|q₁q₂|/r², k = 1/(4πε₀) ≈ 9 × 10⁹ N·m²/C². Aynı cins yükler iter, zıt cins yükler çeker. Kuvvet vektöreldir; birden fazla yük varsa üst üste binme (süperpozisyon) ilkesi uygulanır.

Elektrik Alan

• Elektrik alan: E = F/q₀ (birim pozitif yüke etkiyen kuvvet; N/C veya V/m). Noktasal yük için E = kq/r².
• Alan çizgileri: Pozitif yükten çıkar, negatif yüke girer; birbirini kesmez; sık olduğu yerde alan şiddetlidir.
• Gauss yasası: Kapalı yüzeyden geçen elektrik akısı, yüzeyin içindeki net yükün ε₀'a oranına eşittir: Φ = ∮E·dA = q_iç/ε₀. Uygulamaları: Yüklü iletken kürenin dışında alan noktasal yük gibi, içinde sıfır; sonsuz düzlem yük için E = σ/(2ε₀); paralel levhalar arasında E = σ/ε₀ (düzgün alan).

Elektrik Potansiyel

• Potansiyel: V = kq/r (skaler; volt = J/C). Birim pozitif yükü sonsuzdan o noktaya getirmek için yapılan iş.
• Potansiyel fark: ΔV = −∫E·dl; düzgün alanda V = E·d. Yükü A'dan B'ye taşımak için yapılan iş W = q(V_B − V_A).
• Elektriksel potansiyel enerji: U = kq₁q₂/r.
• Eş potansiyel yüzeyler: Alan çizgilerine diktir; eş potansiyel yüzey üzerinde yük taşımak için iş yapılmaz. Yüklü iletkenin tüm noktaları aynı potansiyeldedir.
• Elektronvolt: 1 eV = 1,6 × 10⁻¹⁹ J.

Sığa ve Kondansatörler

• Sığa: C = Q/V (farad). Paralel levhalı kondansatör: C = ε₀·ε_r·A/d. Araya yalıtkan (dielektrik) konursa sığa ε_r kat artar.
• Depolanan enerji: U = (1/2)CV² = Q²/(2C) = (1/2)QV.
• Seri bağlama: 1/C_eş = 1/C₁ + 1/C₂ + …; yükler eşit, gerilimler sığayla ters orantılı paylaşılır.
• Paralel bağlama: C_eş = C₁ + C₂ + …; gerilimler eşit, yükler sığayla orantılı.
• Kondansatör üretece bağlıyken levhalar arası uzaklık artırılırsa V sabit, C ve Q azalır; üreteçten ayrılmışsa Q sabit, C azalır, V artar.

Yüklü Parçacığın Elektrik Alandaki Hareketi

Düzgün alanda yüklü parçacık sabit a = qE/m ivmesiyle hareket eder; alana dik giren parçacık yatay atışa benzer parabolik yörünge izler (katot ışınları tüpü). Potansiyel farkla hızlandırılan parçacık için qV = (1/2)mv².