Notlar

YKS Fizik – Modern Fizik ve Teknolojideki Uygulamaları

MR cihazı, protonların manyetik alandaki titreşimlerinden yararlanılarak yapılan tanı amacıyla kullanılan bir cihazdır.

 

Bilgisayarlı tomografi cihazı, X-ışını kullanılarak vücudun incelenen bölümünün kesitsel görüntüsünü çıkarmaya yarayan bir araçtır.

 

Ultrason cihazı yüksek frekanslı ses dalgalarını vücuda göndererek doku yüzeylerinden gelen ekoları saptama esasına dayanan görüntüleme cihazıdır.

 

Sonar cihazı ses dalgalarının su altındaki yayılımından yararlanarak yön bulmada, haberleşmede ve deniz araçlarının tespitinde kullanılan bir araçtır.

 

Termal kameralar, IR enerjiyi kullanarak görüntünün genel yapısını IR enerjisine göre farklı renklerle gösteren görüntüleme aracıdır.

 

Yarı iletken maddelere silisyum (Si) , germanyum (Ge) ve karbon elementleri örnek gösterilebilir.

 

Plazma teknolojisi suyun saflaştırılmasında kullanılmaktadır. ( Sebebi plazma temelli sistemlerden yayılan UV ışınlarının mikroorganizma DNA’sını etkisizleştirmesidir.)

 

Diyot, transistor gibi elektronik devre elemanlarının üretiminde yarı iletken olan silisyum ve germanyum kullanılır.

 

Akım taşıyıcılarının çoğunluğu elektron olan silisyum ve germanyum maddesine N tipi yarı iletken malzeme denir.

 

N tipi yarı iletken malzemelerde elektronlar, çoğunluk akım taşıyıcıları olsa bile ısı ile oluşturulan birkaç tane elektron boşluk çifti de vardır. N tipi malzemelerde boşluklar azınlık taşıyıcıları diye adlandırılır.

 

Silisyuma 3 değerlik elektrona sahip atomların belirli oranda eklenmesiyle oluşturulan, eklenen katkı miktarı ile boşluk sayısı kontrol edilebilen malzemelere P tipi yarı iletken malzeme denir.

 

P tipi malzemede boşluklar çoğunluk akım taşıyıcıları, elektronlar azınlık akım taşıyıcılarıdır.

 

Yarısı P tipi, diğer yarısı N tipi malzemeden oluşan iki bölümlü silisyum parçası biçimindeki yapılara yarı iletken diyot denir.

 

Diyotlar anot ve katot olarak iki uca sahiptir. Anot kısmını P tipi madde, katot kısmını N tipi maddeler oluşturmuştur. Burada eğer anota artı katota eksi uçlar bağlanırsa diyot doğru polarize olur ve akım akar.

 

Ters bağlanma durumunda akım geçişi olmaz. Bu duruma ters polarizasyon denir. Bu yöntem bazı özel diyotlarda kullanılır.

 

Transistor, elektronik devrelerde yükselteç olarak kullanılan, NPN ve PNP olarak iki temel yapıda üretilen devre elemanıdır.

 

Transistorun her bir terminaline (kısmına) işlevleri doğrultusunda emiter (emitter) , beyz (base) ve kollektör (collector) adları verilir.

 

Emiter (E) bölgesi (yayıcı) akım taşıyıcılarının harekete başladığı bölge, Beyz (B) bölgesi (taban) transistorun çalışmasını etkileyen bölge, kollektör (C) bölgesi akım taşıyıcılarının toplandığı bölgedir.

 

Transistoru çalıştıracak şekilde, emiterin, beyzin ve kollektörün belirli değerdeki ve işaretteki doğru akım (DC) ile beslenmesine transistorun kutuplanması denir.

 

PNP ve NPN transistorlerinde Ie= Ic + Ib dir.

 

LED’ler, ışık yayan diyot olarak bilinen, elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletken devre elemanıdır. LED’in en önemli kısmı yarı iletken malzemeden oluşan LED çipidir. LED çipi noktasal bir ışık kaynağıdır ve kılıf içine yerleştirilmiş yansıtıcı eleman sayesinde ışığın belirli bir yere yayılmasını sağlar.

 

Yüzeylerine gelen güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere ‘ fotovoltoik piller (güneş pilleri)’ denir. Güneş pilleri, P tipi ve N tipi yarı iletken eklemden oluşan güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren araçtır.

 

Güneş pillerinin yapımında en çok silisyum, galyum, arsenit ve kadmiyum tellür gibi anorganik yarı iletken malzemeler kullanılır.

 

Süper iletkenler kritik sıcaklıklar altındaki sıcaklıklarda içinde bulunduğu veya yakınlardaki manyetik alanı uzaklaştırırlar.

Süper iletkenlik durumu her noktada sıcaklığa bağlı olsa da, belirli bir değeri aşan manyetik alanlarda, kritik sıcaklığın altında olsa bile süper iletkenlik gözlenmez. Bu manyetik alan değeri kritik manyetik alandır..

Süper iletken malzemeler kritik alan durumuna göre I. tip ve II. Tip olarak ikiye ayrılır.

  1. tip süper iletkenler sadece belirli bir kritik manyetik alan değerinin altında süper iletken davranırlar.
  2. tip süper iletkenler belirli manyetik alan değeri altında süper iletken, belirli manyetik alan değerinde normal ve süper iletken karışık ve daha üst manyetik alan değerlerinde normal iletkenlik gösterirler.

 

Süper iletken maddeler, çok iyi birer diyamanyetik maddelerdir. Kritik sıcaklığının altındaki bir süper iletken, hafif ve güçlü bir mıknatısa yaklaştırılırsa, süper iletken madde hava da kalır. Buna süper iletken metallerin levitasyon özelliği denir.

 

 

Süper iletkenler ile yük manyetik akı yoğunluğu elde edilebileceği için manyetik rezonar (MR) yani emar cihazları geliştirilmiştir.

 

 

Süper iletkenler parçacık fiziği deneylerinde ışık hızına yakın hızlarda hareket eden atom altı parçacıkların merkeze bağlı tutulmasını sağlayan güçlü mıknatısların yapımlarında kullanılmaktadır.

 

 

Nanoteknolojinin, malzeme ve imalat, elektrik-elektronik ve bilgisayar teknolojisi, havacılık ve uzay çalışmaları, tıp ve sağlık, çevre ve enerji gibi uygulama alanları vardır.

 

 

Bakır normalde mat iken nano seviyede saydama, platin normalde inert iken nano seviyede katalitik, silikon makro seviyede yalıtkan iken nano seviyede iletken ve altın ise normalde hiç reaksiyona girmezken nano seviyede çok aktif bir elementtir.

 

 

Karbon nanotüpler kristal grafitlerden oluşan hegzagonal örgüdeki karbon atomlarının oluşturduğu silindirik yapılardır.

 

 

Nanopartiküller, plazma, çubuk, küre, küp, iğne gibi değişik şekillere sahip, 5 – 100 nm boyutunda enfeksiyonla mücadelede kullanılan kolloidal yapılardır.

 

 

Sentetik veya doğal kaynaklı bir makro molekülden meydana gelir.

 

 

Bir nanometre (1-100nm) civarında çapa sahip olan farklı uzunluklarda, iletken ya da yarı iletken tellere nano tel denir. Nano teller iletken ya da yarı iletkenerden yapıldığı gibi organik ya da inorganik moleküler ünitelerden de oluşturulur. Bu tellere kuantum telleri de denir

 

 

X ışınları yüksek enerjili elektronların yavaşlatılması veya atomların iç yörüngelerindeki elektron geçişleri ile meydana gelen, dalga boyları 0,1-100 Å arasında değişen elektromanyetik dalgalardır.

 

 

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

 

 

1912’de Laue’nin kristallerdeki kırınım deneyleri ile X-ışınlarının dalgalı yapıda oldukları ortaya çıkmıştır.

 

 

X-ışınları doğal ve yapay X-ışınları olarak ikiye ayrılır.

 

 

Doğal X-ışınları, atom çekirdeği tarafından K enerji kabuğundan elektron yakalanması, alfa bozunumu, iç dönüşüm ve beta bozunumu olaylarında meydana gelir.

 

 

Yapay X-ışınları, maddenin elektron, proton parçacıkları veya iyonları gibi hızlandırılmış parçacıklarla etkileşmesinde ya da X-ışını tüpünde veya başka bir uygun radyoaktif kaynağından çıkan fotonlarla etkileşmesinden meydana gelir. Maddenin fotonlarla etkileşmesinde karakteristik (çizgi) X-ışınları, yüklü parçacılarla etkileşmesinden hem karakteristik hem de sürekli X-ışınları elde edilir.

 

 

X ışını tüpünde hedefin elektronlarla bombardımanı sonucunda oluşan X-ışınlarının maddenin içine işleyebilme gücüne ‘sertlik’ denir. Bu ışınların sertliği, lambadaki gazın ne derece boşaltıldığına ve tüpe uygulanan gerilime bağlıdır. Eğer lambada fazla miktarda gaz kalmışsa gaz molekülleri ile çarpışıp hedefini şaşan çok miktarda gaz molekülleri olur. Uygulanan gerilimde ne kadar yüksekse hedefe çarpan elektron akımının darbe gücü o derece büyük olur.

 

 

Sürekli (frenleme) X-Işınları, elektron demeti, hedef atomun çekirdeğine yaklaştığında, çekirdeğin pozitif yükünden kaynaklanan elektrik alandan etkilenir ve ivmeli hareket yapmaya zorlanarak dışarıya fotonlar yayar. Sürekli bir enerji spektrumuna sahip bu fotonlara sürekli X-ışınları, bu olaya da bremsstrahlung veya frenleme radyasyonu adı verilir

 

Karakteristik X-ışınları, hedef atom üzerine gönderilen elektronların, hedef atomun yörüngesindeki elektronlarla etkileşimi sonrasında, aldıkları enerjiyle üst enerji seviyelerine çıkar. Kararsız durumdaki bu enerji seviyeleri geri bozunduğunda dışarıya foton yayınlanır. Enerjileri, seviyeleri arasındaki farka eşit olan bu fotonlara karakteristik X-ışınları adı verilir.

 

Lazerler uyarılmış emisyon yöntemi ile dalga boyu, faz ve genlik bakımından uyumlu ışık veren cihazdır.

 

Katı hal lazerleri en çok kullanılan lazer türleri arasında yer alır. Bu lazerler, ölçme işlemlerinde, elmas kalıplarının işlenmesinde, boya lazerlerinin parçalanmasında, atomik parçalamada ve tıp alanında yaygın olarak kullanılır. Katı hal lazerleri ayrıca sanayide özellikle yansıtıcı metalleri kesme, delme işlemlerinde kullanılır. Seramik gibi metal olmayan materyalleri işlemede yine katı hal lazerleri kullanılır.

 

Sıvı lazerler, ayarlanabilen prizması nedeniyle özellikle kimyasal analiz işlemlerinde, bir sıvı lazer türü olan boya lazerleri; spektroskopik cihazlarda ışın kaynağı olarak kanserin fotodinamik tedavisinin uygulanmasında, tıbbi teşhiste, deri hastalıklarında (dermatoloji), bevliyede (üroloji), atmosferdeki gazların analizlerinde, ileri haberleşme teknolojisi ve mikro elektronik devrelerde, genetik mühendisliği alanında, insansız uzay araçlarındaki Güneş pilinde, petrol ve kömür endüstrisinde, izotopların ayrılmasında, üç boyutlu resim çekme ve görüntülemede (holografi), kuru kimyasal aşındırma yöntemi ile malzeme işlemede ve uranyum madenciliği işleme endüstrisinde kullanılır.

 

 

Gaz lazerleri, biyo uyarımda, yara iyileştirmesinde ve endüstride ise özellikle 2-12 KW’a kadar güç gerektiren uygulamalarda kullanılır. CO2 lazeri deri, lastik gibi organik malzemelerin kesilme ve delinme işlerinde, çocuk emziklerine delik açmada, zımba basımlarında ve birçok metal, plastik, ağaç, kuvars, seramik ve cam işlemede kullanılır.

 

 

 

Yarı iletken lazerler, CD-ROMS, DVD ve HDDVD teknolojilerinde kullanılır. Yüksek hız ve düşük maliyet nedeniyle tercih edilir. Ayrıca, ısıtma, kaplama, dikiş kaynak gibi endüstriyel uygulamalarda da kullanılır.

 

 

X-ışını lazerler, görüntüleme mikroskobunda, taş baskılarda (litografi) ve plazma incelemede kullanılır.

 

 

Fiber lazerler, tıpta, askerî alanda, optik saatlerde; kullanılır.

 

Serbest elektron lazerleri, ince filmlerde, fotokimyasal süreçlerin incelenmesinde, biyolojik yapıların dinamiğinin incelenmesinde, yarı iletkenlerin elektronik yapılarının ortaya konmasında, malzeme ve yüzey işlemede kullanılır.

 

Serbest elektron lazerleri, çekirdek fiziği araştırmalarında kullanılır.

 

 

MODERN FİZİK 

 

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 parça- cık 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.

 

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

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.

 

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 deneyinde 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.

 

 

MANYETİK REZONANS GÖRÜNTÜLEME ( MR CİHAZI ) 

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.

 

 

TOMOGRAFİ ( 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 TEKNOLOJİLERİ

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 TİPİ YARI 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 değer likli 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 TİPİ YARI 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 bir leşimi ya da PN eklemi denir.PN birleşimi elektronik endüstrisinde kullanılan diyot,transistör gibi devre elemanlarının yapımında kullanılır.

 

 

DİYOTLAR

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.

 

 

TRANSİSTOR

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

 

 

LCD TEKNOLOJİSİ

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.

 

 

NANOTEKNOLOJİ

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.

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 IŞINLARI

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 moleküllere 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 IŞINLARI

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

İlgili Yazılar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.
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