Fizik Öğretmeni

İçi boş yüklü bir kürenin içerisinde elektrik alanın nasıl olduğunu öğrenciler hep merak ederler. Bazen de pandoranın kutusunun kapağını kaldırmak istemedikleri için de sormazlar. Peki, nasıl bu olayı açıklayabiliriz. Kullanabileceğimiz bir kaç örnekten bahsetmek istiyorum.
Kürenin merkezinde elektrik alan niçin sıfırdır?
Küre olayına biraz alıştırmayla geçelim özdeş +q yüklerin iki tanesini bir doğru üzerine yerleştirelim. Yükleri birleştiren doğrunun orta noktasında (O noktası diyelim) elektrik alan değeri tabiiki sıfırdır.

Şimdi +q yük sayısını artıralım. Önce 4 yük sonra 8 yükü şekillerdeki gibi simetrik olarak yerleştirelim. O noktasındaki bileşke elektrik alan bu durumlarda da simetrik olan yüklerin birbirlerinin eşit şiddette ama ters yöndeki elektrik alanlarını yoketmeleri sebebiyle sıfır olur. Yük sayısının simetrik olarak yerleştirilmesine devam etmekle bileşke alan şiddetinin değişmeyeceği sonucuna öğrenciler varırlar.

Simetrik yüklerin sayısının çokca artırırsak bir çember üzerinde simetrik olarak yerleştirilen yüklerin elektrik alanı sıfır olur. Son aşamada yükleri 3 boyutta simetrik olarak yerleştirirsek yüklü bir küreye özdeş bir durum oluşur böylece yüklü kürenin merkezinde elektrik alan sıfır olur.

ŞEKİL 1
Not: Çizilen şekillerden ilk dört tanesi ayrı ayrı çizilebileceği gibi tek şeklin adım adım çizimi gibi de değerlendirilebilir. 8 yükten sonrasına gerek olmamasına rağmen göze güzel hitap ediyor.

Küre içinde herhangi bir noktada elektrik alan niçin sıfırdır?
Küre içindeki P noktasnın A ile gösterilen seçilen bölgeye uzaklığı 2d B ile gösterilen bölgeye uzaklığı d olsun.

Bu konilerin tepe açıları aynı olduğundan ve benzerlikten dolayı B’nın alanı bir S ise A’nın alanı 4S olacaktır. Yükler küre yüzeyinde düzgün dağıldıkları için A ve B yüzeylerinin yükleri ise 4Q ve Q kadar olacaktır.

Elektrik alan uzaklığın karesiyle ters ve yükle doğru orantılı olduğundan ve bölgelerin oluşturdukları elektrik alanlar eşit büyüklükte ve zıt yönlü oldukları için P noktasında toplam elektrik alan sıfır olur.

Bu ilişki küre içindeki bütün noktalar için kurulabileceği için yüklü küre içinde bütün noktalarda, merkez dahil, elektrik alan sıfır olacaktır.

Bu konuyla ilgili başka fikirleri olan arkadaşların fikirlerini bekliyor hepinize yeni dönemin hayırlı olmasını diliyorum.
Mustafa DEMİR
phyosh@yahoo.com
forphysics@gmail.com