Atom Fiziği – Modern Fizik Özeti

Atom elektronla,fotonla,ısıyla ve atomların çarpışmasıyla uyarılabilir.

Franck-Hertz deneyiyle Bohr Atom Modeli deneysel olarak doğrulandı.

Fotonun enerjisi gelen atomun enerji seviyelerinden birine eşit değilse atom uyarılmaz.Gelen fotonun enerjisi atomun iyonlaşma enerjisinden büyükse enerjisinin iyonlaşma enerjisi kadarıyla atomu iyonlaştırır.Artan enerji kopan elektrona aktarılır ve atom fotonu soğurur.

Gök cisimlerinin yoğunluk gösterdiği bölgelere galaksi (gök adası) denir.

 

Hubble Yasası v=H.d v-galaksinin uzaklaşma hızı
H-Hubble Sabiti d-uzaklık

Evrendeki enerjinin büyük bölümü yıldızlarda Hidrojenin füzyon sayesinde Helyuma dönüşmesiyle oluşmaktadır.
Bu dönüşüm evrenin başlangıcından bu yana devam eden bir süreçtir.Eğer evren sonsuzdan beri var olsaydı bütün Hidrojenin Helyuma dönüşmüş olması gerekirdi.

 

Fakat şu an evrende var olan H/He oranı Big-Bang’ten bu yana olması gerektiği gibidir.

 

MADDE PARÇACIKLARI

1-) Leptonlar: Hepsi ½ spinlidir.Belirli bir yapıları yoktur ve noktasaldır.Bu yüzden leptonlar gerçek temel parçacık olarak görülür.6 tane lepton vardır.Bunlar elektron,müon,tau ve bunların her birine eşlik eden bir nötrinodan oluşur.Altı leptondan her birinin bir anti parçacığı bulunmaktadır.(mesela elektron ve pozitron.)

2-)Kuarklar:Tek kuark kesirli yük değerine sahiptir.(mesela u +2/3, d -1/3) Ancak bu kesirli yükler direkt olarak elde edilemez.Çünkü kuarklar tek olarak bulunmaz.Bunun yerine kuarklar hadronlar denen birleşik parçacıkları oluşturur.

3-)Hadronlar:Kuark denilen 2 veya 3 temel bileşenin bir araya gelerek oluşturduğu birleşik sistemlerdir.
Tek başına kuarklar renk yükü taşır,hadronlar renk yüksüzü’dür.Hadronlar baryon ve mezon olarak 2 sınıfa ayrılır.

3.a Baryonlar-Proton ve nötron en çok bilinen baryonlardır.Proton dışındaki bütün baryonlar ise son ürününde proton oluşturacak şekilde bozunur.

3.b Mezonlar-Bir kuark ve bir antikuarkın birleşimidir.
Mezonlar kararsız yapı gösterir ve çabuk bozunur.Mezonların kütlesi genelde proton ve elektron arasında bir değer alır.Bilinen en hafif mezonlar pionlardır.

Yaygın bir pozitron kaynağı çift oluşumludur.Yeterince yüksek enerjili gama ışını fotonu bir çekirdekle etkileşir.Bu işlem sonucunda bir elektron-pozitron çifti meydana gelir.

Foton ve yüksüz pion dışındaki bilinen temel parçacıkların anti parçacığı vardır.

ALAN PARÇACIKLARI

    • Güç olarak :  Yeğin nükleer kuvvet>elektromanyetik kuvvet>zayıf nükleer kuvvet>kütle çekim kuvveti.
    • Yeğin(güçlü) kuvvet çekirdekteki parçacıkları bir arada tutar.
    • Elektromanyetik kuvvet atomları ve molekülleri bir arada tutar.
    • Zayıf kuvvet bazı çekirdeklerin kararsızlığını meydana getirir.Bozunma sırasında ya da bir nötronun protona dönüşmesinde rol oynar.
    • Kütle çekim kuvvetiyse gezegenleri ve galaksileri bir arada tutan kuvvettir.

 

 

Elektromanyetik etkileşme durumundaki alan parçacığı fotondur.Kütlesiz bir ayar bozonu olan fotonun erişim mesafesi sonsuzdur.

Güçlü kuvvete etki eden alan parçacığı gluondur.Gluonlar kütlesiz olduğu halde kuark-hapsi denilen bir fiziksel özellik nedeniyle erişim mesafesi sonsuz değil,yaklaşık bir hadron boyu kadardır.

Zayıf kuvvetin kuvvet taşıyıcıları W,Z bozonlarıdır.W,Z bozonları kendi içlerinde etkileşime girebilen kütleli parçacıklardır ve sırasıyla 1 ve 0 elektrik yüklerine sahiptir.

Kütle çekim kuvvetine graviton denen alan parçacığı etki eder.

Lepton,kuark ve baryonlar fermiyonları oluşturur.

Taşıyıcı bozonlar ve mezonlarda bozonları oluşturur.

Evrende ilk zamanlarda eşit miktarda madde ve anti madde vardı.Evren hızla soğudukça madde ve anti madde arasındaki simetri bozuldu.Şu anda anti madde miktarı madde miktarından çok azdır.

 

Çekirdekte tanecikler arasındaki itme kuvveti çekme kuvvetinden fazlaysa çekirdek ışıma yaparak yapısını değiştirir.Bu tip çekirdeklere kararsız(radyoaktif) çekirdek denir.

Atom numarası 83’ten büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsızdır.Bu elementlerin bütün izotopları da kararsızdır.

2,8,20,50,82,126 tane proton veya nötron taşıyan çekirdekler en kararlı çekirdeklerdir.Bu sayılara sihirli sayılar denir.

Herhangi bir radyoaktif izotopun miktarının başlangıç miktarının yarısına inmesine yarı ömür denir.

Bete bozunması sırasında bir nötron,bir protona ve bir beta parçacığına dönüşür.Bu dönüşümde çekirdekteki nötron sayısı bir azalırken proton sayısı bir artar.Kütle numarası ise değişmez.

Alfa ışıması yapan atomun kütle numarası 4,atom numarası 2 azalır.Alfa ışıması çekirdekten bir taneciğin ayrılması anlamına gelir.

Alfa ve Beta bozunması yapan bir çekirdek uyarılmış durumdan kararlı hale geçmek için enerjisinin bir kısmını foton halinde yayınlar.Buna gama ışıması denir.Gama ışıması yapan çekirdeğin kütle ve atom numarası değişmez.

Nükleer santrallerde çekirdek reaksyonu olarak fisyon,başlangıç yakıtı olarak uranyum kullanılır.

Nükleer reaktörler sadece enerjinin üretildiği birimler değildir.Tıp başta olmak üzere birçok alanda kullanılan radyoizotopların büyük bir kısmı nükleer reaktörlerde üretilir.

Enerji kaynağı bakımından füzyon yakıtları fisyona göre daha bol ve ucuzdur.Ayrıca füzyon tepkimelerinde daha çok enerji açığa çıkmakta radyoaktif ürün meydana gelmemektedir.

X ve Gama ışınlarından yararlanılarak röntgenleri çekilen endüstriyel ürünlerin(borular,buhar kazanları vs.) herhangi bir hata içerip içermediği saptanmaktadır.Ayrıca radyasyondan yararlanılarak akarsularda debi ölçümü,barajlarda su kaçaklarının tespiti gibi endüstriyel uygulamalar bulunmaktadır.

İnterferometre-Girişim ölçer (Michelson Morley deneyinda kullanıldı.)
Michelson Morley deneyi sonucunda tüm uzayı kaplayan ether fikri ortadan kalktı.
Işığın uzayda yayılması için ortama gerek olmadığı anlaşıldı.
Işık hızının tüm referans sistemlerinde aynı olduğu ortaya çıktı.

Hareketli sistem içindeki gözlemcinin ölçtüğü zamana has zaman denir.

Müonlar elektron kadar yük taşıyan,kütlesi elektronun kütlesinin 207 katı olan kararsız temel parçacıklardır.Kozmik ışınların atmosferin üst katmanlarındaki atomlarla çarpışmaları sonucu müonlar meydana gelir.Ortalama ömür süresi çok kısa olduğundan müonların yeryüzüne erişememeleri gerekir.Ancak deney sonuçları bize müonların yeryüzüne ulaştığını göstermektedir.Zaman genişlemesi olayı bu etkiyi açıklayabilir.

Siyah cisim-Üzerine düşen bütün ışımaları yutan ideal bir sistemdir.Siyah cisim ışıması enerjinin sıcaklık ve dalga boyu ile nasıl değiştiğini göstermektedir.

Fotoelektrik olay teknolojide pozometre(fotoğraf makinelerinin ışık şiddetini ölçen alet),hırsız alarmı,sinema filmlerinin ses kayıtlarının okunmasında kullanılır.

Işık herhangi bir optik olayda hem tanecik hem dalga özelliğini bir arada göstermez.Bunların birisi baskın rol oynar.Bu dalgalar maddeyle atomik düzeyde etkileşirken(fotoelektrik ve Compton gibi) tanecik,bir ortamda yayılırken dalga özelliği gösterir.

Manyetik Rezonans Görüntüleme(MR cihazı)

Manyetik rezonans manyetik titreşim anlamına gelir.MR cihazı protonların manyetik alan altındaki titreşimlerinden yola çıkarak oluşturulan ve tanı amaçlı kullanılan bir cihazdır.MR cihazı protonların radyo frekansı ve manyetik alan altındaki özelliklerine dayanarak görüntülerini oluşturur.

Tomografi(BT)

Bilgisayarlı tomografi cihazı X-ışınları yardımıyla vücuttan kesitler alarak çalışan bir tanı ve teşhis cihazıdır.

Ultrason(USG)

Vücuda çok yüksek frekanslı ses dalgaları göndererek farklı doku ve yüzeyden gelen ekoları(yankıları) saptama esasına dayanan bir görüntüleme yöntemidir.Radyasyon riski taşımaz.Çalışmasında piezo elektrik olayından da yararlanılır.

Sonar

Radarla aynı esasla çalıştıklarından su altında çalışan radar sistemi gibi görülebilir.

 

Termal Kameralar

-273 derecenin üzerinde bütün cisimler bir termal enerji yayar.Termal enerji gözümüzle göremediğimiz kızılötesi aralıkta yayılır.Görüntünün genel yapısının IR(infrared) enerjiye göre oluşmuş renkler ve şekillerin belirdeliği görüntüleme sistemidir.
Çoğu uzun dalga boylu termal görüntüleyicinin mercekleri germanyumdan yapılmıştır.

LCD ve Plazma Teknolojileri

Kristal sıvılar yapı olarak katı özellikleri taşır fakat görünüş olarak sıvıdır.Dışarıdan verilen bir elektrik akımı ile uyarılınca likit kristaller,üzerinden geçen ışığın özelliğini değiştirebilir.Kristal sıvının oluşumu için belli bir ısı ve sabit sıcaklık aralıklarına ihtiyaç vardır.

LCD paneller 2 kat polarize cam arasında yer alan yüz binlerce likit kristal hücreden oluşur.Bu hücreler kendilerine gelen elektrik miktarına göre harekete geçer.Bu işlemlerin sonucunda farklı oranda ve parlaklıkta renkler ve nihai görüntüyü sağlayan yüz binlerce piksel elde edilir.

 

Plazma

Maddenin plazma hali çok yüksek sıcaklıklarda veya güçlü elektrik ya da manyetik alanlarla oluşturulabilir.
Plazma teknolojisi suyun saflaştırılmasında(mikroorganizmaların öldürülmesi),floresan ve ark lambalarda aydınlatma amaçlı kullanılmaktadır.

Maddelerin iletken,yalıtkan ve yarı iletken olarak sınıflandırılmasında enerji bantları oldukça etkindir.
Enerji bantları yalıtkanlarda oldukça geniştir ve çok az sayıda serbest elektron içerir.Dolayısıyla serbest elektronlar iletkenlik bandına atlayamaz.

Yarı iletken bir maddenin enerji aralığı yalıtkanlara göre daha dar,iletkenlere göre daha geniştir.Elektronik endüstrisinin temelini yarı iletken maddeler oluşturur.Silisyum,germanyum ve karbon elementleri yarı iletkenlere örnek verilebilir.Yarı iletkenler son yörüngelerinde 4 adet valans(değerlik) elektron bulundurur.

İletken maddelerde valans bandı ve iletkenlik bandı adeta birbirine girmiştir.Dolayısıyla dışarıdan bir etki uygulanmaksızın valans elektronların çoğu iletkenlik bandına atlayabilir.İyi iletken özelliği gösteren materyallerin ortak özelliği tek bir valans elektronuna sahip olmalarıdır.

Bugün kullandığımız cep telefonu,tablet,bilgisayar,buzdolabı vb. tüm cihazların içerisinde bulunan anakartların içerisindeki devre elemanları yarı iletkenlerden yapılmaktadır.

 

N Tipi Yarı İletken

 

Silisyumun iletkenlik bandındaki elektronların bir kısmı oda sıcaklığında hareketli hale geçer.Bu hareket malzemenin herhangi bir yerine doğru rastgeledir.Böylece valans bandındakine eşit sayıdaki elektron iletkenlik bandına atlar.Isı ve ışık yardımıyla iletkenlik bandına çıkan her elektron valans bandına bir delik oluşturur.Bu durum elektron boşluk çifti diye adlandırılır.İletkenlik bandındaki elektronlar enerjilerini kaybedip valans bandındaki boşluğa geri düştüklerinde her şey eski haline geri döner.

Saf silisyumun iletkenlik bandındaki elektronların arttırılması atomlara katkı maddesi ekleyerek yapılır.Bu atomlar 5 değerlikli valans elektronları olan arsenik(As),fosfor(P),bizmut(Bi) veya antimon(Sb)’dur.
Fosfor atomunun 4 valans elektronu silisyumun 4 valans elektronu ile kovalent bağ oluşturur.Fosforun bağ yapmayan 1 valans elektronu açıkta kalır ve ayrılır.Bu açıkta kalan elektron iletkenliği arttırır çünkü herhangi bir atoma bağlı değildir.Böylece iletkenlik elektron sayılarıyla kontrol edilebilir.Bu ise silisyuma eklenen atomların sayısı ile olur.
Katkı sonucu ortaya çıkan bu iletkenlik elektronu,valans bandında bir boşluk oluşturmaz.Akım taşıyıcılarının çoğunluğu elektron olan silisyum ve germanyum maddesine N tipi yarı iletken malzeme denir.

N tipi malzemelerde akım taşıyıcıları çoğunlukla elektronlardır.
N tipi malzemede boşluklar azınlık taşıyıcıları olarak adlandırılır.

 

P Tipi Yarı İletken

 

P tipi yarı iletkenlerde akım taşıyıcıları çoğunlukla boşluklardır.Elektronlar ise P tipi yarı iletkenlerde azınlık taşıyıcılarıdır.(Yani N tipinin tam tersi)

P ve N tipi maddeler yalın halde işlevlerini yerine getiremez.P ve N tipi malzeme bir arada kullanılırsa bu karışıma PN birleşimi ya da PN eklemi denir.PN birleşimi elektronik endüstrisinde kullanılan diyot,transistör gibi devre elemanlarının yapımında kullanılır.

 

Diyotlar

PN birleşimine elektronik endüstrisinde diyot denir.Diyotlar elektrik devrelerinde tek yönlü akım geçiren devre elemanları olarak kullanılır.Diyot anot ve katot olmak üzere iki uca sahiptir.Anot terminalini P tipi madde,katot terminalini N tipi madde oluşturur.Burada anoda +,katota – uçlar bağlanarak gerilim verilirse diyot doğru polarize olur ve akım akmaya başlar.Ters yönde bağlanırsa(anot -,katot +) bir akım geçişi olmaz.Buna ters polarizasyon denir.

 

Transistör

Elektronik devrelerde yükselteç olarak kullanılır.
NPN ve PNP olmak üzere 2 temel yapıda üretilir.
Transistörlerin anahtarlama elemanı olarak kullanılması oldukça yaygındır.Anahtarlama elemanı olarak kullanılmasında 2 önemli nokta vardır:Kesim noktası ve doyum noktası.İyi bir anahtarlayıcı bu 2 nokta arasında çok hızlı gidip gelebilmelidir.
Diğer bir ifadeyle giriş düşük voltajda olduğunda çıkış yüksek voltajda olmalı ya da giriş yüksek voltajda olduğunda çıkış düşük voltaja inebilmelidir.

 

LED Teknolojisi

Işık yayan diyot anlamına gelir.Elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletken devre elemanlarıdır.
Sıradan ampüllerde ışık verme mekanizması elektrik akımı ile bir teli ısıtarak telin ışıması iken LED’lerde bu mekanizma ısıtarak ışıma yerine – kutuptaki elektronların ve + kutuptaki boşlukların(elektron eksikliği olduğundan + yüklü davranıyor.) cihaz içinde aktif olan özel bir bölgede bir araya gelmesinden ortaya çıkar.

LED’in hangi renkte ışık yayması isteniyorsa galyum,arsenik,alüminyum,nitrat gibi kimyasal malzemelerden uygun oranda yarı iletken malzemeye katılır.
LED’in elemanları epoksi mercek,LED çipi,yansıtıcı ayak ve anot teldir.

Güneş Pillerinin(Fotovoltaik Pil) Çalışma Prensipleri
Güneş enerjisini %5-%20 arasında bir verimlilikle elektrik enerjisine çevirirler.
Fotoelektrik etki ile fotonlar tarafından koparılan elektronlar PN ekleminde harekete geçer ve bir elektrik akımı oluşur.

 

Süper İletkenler

Herhangi bir iletkenin elektrik direncinin belli bir sıcaklıkta tamamen yok olmasıdır.
Bilinen süper iletkenlerin birçoğu alaşım veya bileşiktir.Kendisini oluşturan kimyasal elementler süper iletken olmasa bile bir bileşiğin süper iletken olması mümkündür.
Normalde iyi iletken olan elementler soğutulduklarına süper iletken hale geçememektedir.
Bütün süper iletkenler için malzemenin süper iletken olarak kaldığı belli bir sıcaklık ve manyetik alan değeri vardır.Bu bölgenin dışında malzeme süper iletken değildir.
Süper iletkenlerin 0 direnç göstermelerinin yanı sıra yakınlarında bulunan herhangi bir manyetik alanı dışlamaları da ayırt edici özelliktir.

Süper iletken maddelerde görünen manyetik itme kuvveti(Meissner etkisi) MAGLEV trenlerinin yapılması fikrini doğurmuştur.
Kritik sıcaklığın altında soğutulmuş bir süper iletken hafif fakat güçlü bir mıknatısa yaklaştırıldığında süper iletken havada kalacaktır.Buna süper iletken metallerin levitasyon özelliği denilmektedir.
MR cihazında ve parçacık hızlandırıcılarda süper iletken kullanılır.

 

Nanoteknoloji

Mikro seviyede gözlenmeyen bazı özellikler nano seviyede açığa çıkmaktadır.Bu özellik kuantum etkisi olarak bilinir.
Örneğin bakır normalde mat iken nano seviyede saydam,silikon makro seviyede yalıtkenken nano seviyede iletkendir.

Karbon nanotüpler kristal grafitlerden oluşan hegzagonal örgüdeki karbon atomlarının oluşturduğu silindirik yapılardır.Isı iletkenlikleri en iyi ısıl iletken olan elmasın 2 katıdır.

Nanopartiküller farklı morfolojilere sahip enfeksyonla mücadelede kullanılan kolloidal yapılardır.

Nanoteller iletken ya da yarı iletkenlerden yapıldığı gibi organik ya da inorganik moleküller ünitelerden de oluşturulur.

Nanoteknoloji ile su ve kir tutmayan yüzeyler,çizilmeye karşı etkili ve parlak boya,UV ışığı geçirmeyen,kalıcı bronzluk sağlayan kozmetik ürünler geliştirildi.

 

X Işınları

Dalga boyları küçük ,girginlik dereceleri fazla olan X ışınlarına sert X ışını,dalga boyları büyük,girginlik dereceleri az olan X ışınına yumuşak X ışını denir.

X ışını hem dalga hem tanecik özelliği gösterir.Dolayısıyla çift karakterlidir.

X ışınları doğal ve yapay X ışınları olmak üzere 2 şekilde meydana gelir.
Doğal X ışınları atom çekirdeği tarafından K enerji kabuğundan elektron yakalanması,alfa bozunumu,iç dönüşüm ve beta bozunumu olaylarıyla meydana gelir.

Bir atoma dışarıdan gelen veya gönderilen yüksek enerjili elektronlar,o atomun ilk enerji seviyelerinden elektronlar koparır.Atomdan kopan bu elektronun yerine daha yüksek seviyelerden elektronlar atlayarak kopan elektronun yerindeki boşluğu doldurur.Bu sırada ortaya çıkan enerji fazlalığı X ışını olarak dışarı salınır.

Yapay X ışınları maddenin elektron,proton parçacıkları veya iyonlar gibi hızlandırılmış parçacıklarla etkileşmesinden ya da X ışını tüpünden veya başka bir uygun radyoaktif kaynağından çıkan fotonlarla etkileşmesinden meydana gelir.

Maddenin fotonlarla etkileşmesinden karakteristik(çizgi) X ışınları,yüklü parçacıklarla etkileşmesinden hem karakteristik hem de sürekli X ışınları elde edilir.

X ışınlarının maddenin içine işleyebilme gücüne sertlik denir.Bu ışınların sertliği başlıca 2 şeye bağlıdır.Birincisi lambadaki havanın ya da gazın ne derece boşaltılmış olduğudur.Lambada kalan az molekülleri ne kadar az olursa bu molekkülere çarparak hedeften sapan elektronların sayısı da o kadar az olur.2. Etken tüpe uygulanan gerilimdir.Gerilim ne kadar yüksekse hedefe çarpan elektron akımının darbe etkisi de o ölçüde büyük olur.

 

 

Lazer Işınları

 

Dalga boyu,genlik ve faz bakımından uyumlu ışık veren kaynaklardan meydana gelir.
Uyarılmış ışıma olayı lazer elde edilmesinin temelini oluşturmaktadır.Yayılan fotonlar aynı yönlü,aynı kuvvetli,tek renkli,kutuplanmış bir ışık demeti halinde etrafa yayılır.

 

 

Kaynak : MEB 12.Sınıf Fizik Ders Kitabı

Reklam Engelleyici Tespit Edildi

Sitemizde sizi rahatsız edecek reklamlar gösterilmez. Tüm reklamlar Google politikalarına uygundur.

Lütfen AdBlock vb. reklam engelleyici eklentiler için sitemizi istisna olarak ekleyin veya devre dışı bırakın. Sonra sayfayı yenileyip sitemizde gezebilirsiniz.

İyi Çalışmalar Dileriz

www.unikampus.net

 

Close