Negatif yüklü bir elektroskobun topuzuna özdeş iletken K ve L küreleri aynı anda dokunduruluyor. Küreler ayrıldıktan sonra elektroskobun yaprakları biraz kapanıyor.
Buna göre aşağıdakilerden hangisi kesinlikle doğrudur?
A) K küresi pozitif yüklüdür
B) L küresi nötrdür
C) Elektroskop son durumda negatif yüklüdür
D) Küreler elektroskoptan elektron almıştır
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruyu çözmek için elektriklenme ve elektroskopların çalışma prensiplerini iyi anlamamız gerekiyor. Adım adım ilerleyelim:
- Başlangıç Durumu: Elektroskop başlangıçta negatif yüklüdür. Bu, elektroskobun üzerinde fazla miktarda elektron bulunduğu anlamına gelir. Negatif yükler birbirini ittiği için elektroskobun yaprakları açıktır. Başlangıçtaki yük miktarını $-Q_{ilk}$ olarak düşünebiliriz.
- Kürelerin Teması: Özdeş iletken K ve L küreleri, elektroskobun topuzuna aynı anda dokunduruluyor. Bu durumda, elektroskop, K küresi ve L küresi tek bir büyük iletken sistem haline gelir. Yükler, bu sistem içinde yeniden dağılır.
- Gözlem: Küreler ayrıldıktan sonra elektroskobun yaprakları biraz kapanıyor. Bu ifade çok önemlidir!
- Yaprakların kapanması, elektroskobun üzerindeki net yük miktarının (yani yükün mutlak değerinin) azaldığı anlamına gelir. Eğer yapraklar tamamen kapansaydı, elektroskop nötr hale gelmiş olurdu. "Biraz kapanıyor" ifadesi, elektroskobun hala yüklü olduğunu ancak yük miktarının azaldığını gösterir.
- Yükün mutlak değeri azaldığına göre, $|Q_{son}| < |-Q_{ilk}|$ diyebiliriz.
- Yük Transferi: Elektroskop başlangıçta negatif yüklüydü (fazla elektronu vardı). Yük miktarının azalması için, elektroskobun üzerindeki fazla elektronların bir kısmını kaybetmesi gerekir. Bu elektronlar, temas halinde olduğu K ve L kürelerine transfer olmuştur.
- Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) K küresi pozitif yüklüdür: Elektroskop elektron kaybettiği için, K ve L küreleri elektron kazanmıştır. Dolayısıyla K küresi negatif yüklü olacaktır. Bu ifade kesinlikle yanlıştır.
- B) L küresi nötrdür: Elektroskoptan elektron alan kürelerden biri L küresi olduğu için, L küresi de negatif yüklü olacaktır. Bu ifade kesinlikle yanlıştır.
- C) Elektroskop son durumda negatif yüklüdür: Bu durum, K ve L kürelerinin başlangıçtaki yüklerine bağlıdır. Eğer K ve L küreleri başlangıçta nötr veya az pozitif yüklü olsaydı, elektroskop elektron kaybederek yine negatif kalır ama yük miktarı azalır. Ancak, eğer K ve L küreleri başlangıçta çok fazla pozitif yüklü olsaydı, elektroskop elektron kaybederek nötr hale gelebilir ve hatta pozitif yüklenebilirdi. Örneğin, elektroskop $-10$ birim yüklü iken, K ve L küreleri toplamda $+20$ birim yüklü olsaydı, toplam yük $+10$ birim olurdu. Üç özdeş iletken birbirine dokunduğunda her biri $+10/3$ birim yüke sahip olurdu. Bu durumda elektroskop pozitif yüklü olurdu, ancak yükünün mutlak değeri ($|+10/3|$) başlangıçtaki yükünün mutlak değerinden ($|-10|$) küçük olduğu için yapraklar yine "biraz kapanırdı". Dolayısıyla, elektroskopun son durumda kesinlikle negatif yüklü olduğunu söyleyemeyiz.
- D) Küreler elektroskoptan elektron almıştır: Elektroskop başlangıçta negatif yüklüydü (fazla elektron). Yaprakları "biraz kapanıyor" olması, elektroskobun üzerindeki negatif yük miktarının azaldığı anlamına gelir. Negatif yük miktarının azalması için, elektroskobun üzerindeki fazla elektronların bir kısmını kaybetmesi gerekir. Bu elektronlar, temas halinde olduğu K ve L kürelerine transfer olmuştur. Bu nedenle, küreler kesinlikle elektroskoptan elektron almıştır. Bu ifade, gözlemlenen durumun doğrudan bir sonucudur ve her koşulda doğrudur.
Cevap D seçeneğidir.
