3. Şekildeki üçgenin köşelerinde üç tane yük vardır. q = 5 µC

FİZİK-II ARASINAVI 2017
SORULAR
1. Bir elektron şekilde gösterildiği gibi, düzgün yük dağılımına sahip iki levha arasında (orta noktada) ilk hızı
olmadan serbest bırakılıyor. Levhalar arasındaki elektrik alanın büyüklüğü = 200N/C dur.
a) Elektrik alanın yönünü şekil üzerinde çiziniz. (5p)
b) Elektrona etki eden elektriksel kuvvetin yönünü şekil
üzerinde çiziniz. (5p)
c) Elektronun izleyeceği yolu şekil üzerinde çiziniz. (5p)
d) Elektronun elektrik alandan çıkmadan hemen önceki
hızının büyüklüğünü ve yönünü hesaplayınız. (15p)
+++++++++++
2 cm
2 cm
3 cm
2.
+q
Not: Yer çekimini ihmal ediniz.
3 cm
-q
0
P
a
a
x
3.
Şekildeki üçgenin köşelerinde üç tane yük vardır.
q = 5 µC olduğuna göre sistemin toplam elektriksel
potansiyel enerjisini hesaplayınız. (20 p)
+q
5 cm
-q
5 cm
6cm
a) Şekildeki yüklerin P noktasında oluşturduğu elektrik
potansiyelini hesaplayınız. (15 p)
b) x’in a’dan çok büyük olması durumunda (x>>a)
a şıkkında bulduğunuz potansiyel bağıntısını kullanarak P
noktasındaki elektrik alanın büyüklüğünü hesaplayınız.
(15 p)
-q
4. Bir cep telefonu a) iletken bir folyo (örneğin alüminyum folyo) ile, b) yalıtkan bir folyo (örneğin
plastik poşet) ile, hiçbir aralık bırakmayacak şekilde sarmalanması halinde şebeke sinyalini alabilir
mi? Yani sorudaki gibi sarmalanmış bir telefon dışarıdan arandığında çalar mı? Cevabınızı fiziksel
nedenlere dayandırarak a ve b şıkları için ayrı ayrı açıklayınız. (20 p)
Bazı sabitler:
me : 9,11 x 10-31 kg (Elektronun kütlesi)
|e| : 1,602 x 10-19 C (Elektronun elektrik yükü)
k : 8,99x 109 Nm2/C2
FİZİK-II ARASINAVI 2017
CEVAPLAR
1. a) Elektrik alanın yönü şekil üzerinde çizilmiştir.
b) Elektrona etki eden elektriksel kuvvetin yönü şekil
üzerinde çizilmiştir.
c) Elektronun izleyeceği yol şekil üzerinde kesikli çizgi
ile gösterilmiştir.
d) Elektronun ilk hızı sıfırdır. Elektrik alanda etki eden
elektriksel kuvvet nedeniyle elektron ivme kazanır. Şekilde
kesikli çizgi ile gösterilen yol boyunca hızlanarak hareket
eder ve pozitif yüklü levhaya çarpar. Önce elektronun
elektrik alandaki ivmesini hesaplayalım.
+++++++++++
2 cm
‫ܨ‬Ԧ
‫ܧ‬ሬԦ
2 cm
3 cm
3 cm
ா = = 1,602 × 10ିଵଽ C200N/C ⟹ ா = 3,2 × 10ିଵ଻ || =
3,2 × 10ିଵ଻ =
= 3,5 × 10ଵଷ / ଶ 9,11 × 10ିଷଵ kg
Şekilde elektronun başlangıç anından pozitif levhaya çarpıncaya kadar kat ettiği yolun 2 cm
olduğu görülmektedir. a ivmesi ile 2 cm lik yolu ne kadar sürede gideceğini hesaplayalım.
1
= ଶ
2
2 × 10ିଶ =
1
2 × 2 × 10ିଶ ି଼
(3,5 × 10ଵଷ ଶ ) ∙ ଶ ⟹ = ⟹ = 3,38 × 10 ଵଷ
2
3,5 × 10
ଶ
Elektronun = 3,38 × 10ି଼ süresince ne kadar hızlandığını hesaplayalım.
= = 3,5 × 10ଵଷ 3,38 × 10ି଼ ଶ
= 1,18 × 10଺ / elektron bu hızla levhaya çarpar ve elektrik alandan çıkar.
Elektron başlangıçta durgun olduğu için etki eden kuvvetin yönünde ivmelenir ve
İvme yönünde de hızlanır. Bu nedenle son hızının yönü kuvvetle aynı yönlüdür.
Yani elektronun son hızı pozitif y yönündedir.
2.
a)
௉ = ௘ −
+
+ −
− − + ௉ = ௘ ଶ − ଶ
௉ = ௘
−2
ଶ − ଶ
+q
-q
0
a
‫ݕ‬
‫ݔ‬
P
a
x
b) ≫ durumunda paydadaki ଶ − ଶ terimindeki ଶ ihmal edilebilir ve elektriksel potansiyel
ifadesi şu şekli alır.
௉ = ௘
−2
ଶ
Elektrik potansiyel bağıntısının x’e göre türevinin negatifi P noktasındaki elektrik alanın x yönündeki
bileşenini verir.
௫ = −
4
௉
⇒ ௫ = −௘ ଷ
3. Yüklere şekil üzerinde numara verelim. Sistem 3 tane
yükten oluştuğundan toplam elektriksel potansiyel
enerji,
= ௘ (
ଵ ଶ ଶ ଷ ଵ ଷ
+
+
)
ଵଶ
ଶଷ
ଵଷ
= 8,99 × 10ଽ = 8,99 × 10ଽ +q 1
5 cm
-q
2
5 cm
6cm
-q
3
(5)(−5) (−5)(−5) (5)(−5)
+
+
× 10ିଵଶ
0,05
0,06
0,05
−25
25
−25
+
+
× 10ିଵଶ
0,05 0,06 0,05
= 8,99 × 10ଽ −500 + 417 − 500 × 10ିଵଶ
= −5,241J
4. Şebeke sinyali bir elektromanyetik dalgadır. Elektromanyetik dalgalar zamanla salınım yapan
elektrik ve manyetik alandan oluşurlar.
a) Bir cep telefonu iletken bir folyo (örneğin alüminyum folyo) ile sarmalanırsa şebeke sinyalini
alamaz. Çünkü iletkenlerde serbest hareket edebilen yük taşıyıcıları (metallerde elektronlar)
vardır. Bir metale elektrik alan uygulandığında serbest yükler hareket ederek metal içinde elektrik
alan olmayacak şekilde yeniden konumlanırlar. Kapalı bir yüzey oluşturan metal folyodaki serbest
elektronlar bu yüzeyin içinde elektrik alan olmasını engelleyecek şekilde hızla konumlarını
ayarlarlar. Ancak bu durum statik ya da yavaş değişen elektrik alan için geçerlidir. Şebeke
sinyalindeki elektrik alan çok hızlı değişmektedir. Buna rağmen metal folyodan içeriye şebeke
sinyali geçemez. Metal folyodaki serbest elektronlar şebeke sinyalinin bir kısmını soğurur
(soğurulan enerji ısıya dönüşür) kalan kısmını ise yansıtır.
Özetle: Her durumda, bir dış kaynağın oluşturduğu elektrik alan bir iletkenin sardığı kapalı
yüzeyin içine giremez.
b) Yalıtkan bir folyo (örneğin plastik poşet) ile sarmalanan bir cep telefonu şebeke sinyalini alır.
Yalıtkanlarda serbest yük taşıyıcısı yok denecek kadar azdır. Bu nedenle dış elektrik alana göre
konumu değişebilecek yük taşıyıcısı yoktur. Statik elektrik alanda, elektromanyetik dalgalarda
yalıtkan folyodan geçer.
Özetle Yalıtkan malzemenin kalınlığı az olduğu sürece şebeke sinyali yalıtkandan geçip telefona
ulaşacaktır. Bu durumda telefon çekiyor demektir ve dışardan arandığında çalacaktır.