SusKunN
Üye
21.01.2009
Çavuş
2.179
Çavuş
2.179
Hakkında
-
• Sıvıların Kaldırma Kuvveti Nedir?
Sıvıların içine batırılan cisimler,yukarıya doğru itilirler ve ağırlıklarından kaybederler.Bunun nedeni sıvıların kaldırma kuvvetidir.Kaldırma kuvvetinin varlığı ,Arşimet adlı bilim adamı
tarafından bulunmuştur.
-----------------------------------------------------
Bütün sıvılar içlerinde bulunan maddeye kaldırma kuvveti uygularlar. Bu kuvvet cismin akışkan içindeki hacmine ve akışkanın yoğunluğuna bağlıdır. Sıvı ne kadar yoğunsa uygulanan kaldırma kuvveti de o kadar fazladır. Bu yüzden suyun kaldırma kuvvetini suya girdiğimizde hissederiz ama havanın bize herzaman uyguladığı kaldırma kuvvetini ,çok az olduğundan dolayı hissedemeyiz. Bu bağlamda da sıvıların kaldırma kuvvetinin yoğunluğa da bağlı olduğunu söyleyebiliriz.
------------------------------------------------------------------------
• Arşimet Prensibi:
Bir sıvı içindeki katı cisim,taşırdığı sıvının ağırlığına eşit bir kuvvet ile yukarıya itilir.Ünlü bir deneyde Arşimet,aynı kütledeki altın bir taç ile bir altın külçesinin taşıracakalrı su miktarlarının aynı olması gerektiğini ileri sürmüş ve dediği çıkmayınca tacın altın olup olmadığını anlamıştır.
• Kullanıldığı Yerler:
Arşimet prensibi,cisimlerin kendi ağırlıklarının bulunmasında kullanılır.
Parmaklarımızı bitiştirip içi su dolu bir kaba batıralım.Elimizi aşağıdan yukarıya doğru iten bir kuvvet hissederiz.Denizde yüzerken de bizi suyun yüzeyine iten bir kuvvet vardır.Çok büyük kütleli ve boyutlu gemiler bile suda Arşimet prensibi sayesinde yüzerler.Bütün bu örnekler bizlere,sıvıların bir kaldırma kuvveti olduğunu gösterir.Bu kaldırma kuvvetinin kullanıldığı alanlar ise oldukça fazladır.
İnsanların yiyecek ihtiyacından tutun da,turistik faaliyetler için bile şu anda suyun kaldırma kuvvetinden yararlanılmaktadır:
Bazı bölgelerde bulunan baraj gölleri,balık bakımından zengindirler.Kayık,kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılmış olduğu için kayık kullanan bir kısım balıkçılar hem geçimlerini sağlamak hem de insanların besin ihitiyacını karşılamak için bu yola başvurular.Yine aynı şekilde, kaldırma kuvvetinden yararlanılarak yapılan bir spor da raftingdir.Her yıl binlerce turist ülkemize gelerek bu sporla ilgilenirler.Turistlerin bu konudaki ilgi alanları bununla sınırlı kalmaz.Günümüzün yaygın sporlarından Jet-Ski,Sörf,Yelkenli ; turistlerin ilgi odağı olmuştur.
Kaldırma kuvvetini kullanıldığı bir diğer alan ise taşımacılıktır.Kıbrıs'ın bir ada olması bakımından oraya yapılan gezilerde su yolu kullanılmaktadır.Ülkemizde bulunan Keban Gölü'nde bile iki köy arasında gidip gelmek için kayıkla veya sallar ile ulaşım gerçekleşir.Her gün binlerce İstanbullu öğrenci Anadolu ve Avrupa yakasına varabilmek,okullarına ulaşabilmek için(köprü olmasına rağmen)ucuz ve rahat olduğu için deniz yolunu tercih etmektedirler.
Toprakları deniz kıyısında bulunan ülkeler için su ve su yolları savunma bakımından büyük önem taşır.Kaldırma kuvveti ile su üzerinde durabilen binlerce tonluk savaş gemileri yapılarak ülkeler arası güvenlik sağlanır.
Osmanlı Devleti zamanında bir çok devlet sıcak denizlere açılıp ticaret yapmak istemişlerdir.Bunun için de su yolunu kullanmışlar ,dolayısıyla da suyun kaldırma kuvvetinden yararlanmışlardır.Bu şekilde ticaretlerini geliştirerek dünyanın sayılı ülkeleri haline gelmek istemişlerdir.İşte Arşimet'in bulduğu kaldırma kuvvetinden birçok devlet belki de bu prensibi bilmeden ondan yararlanmışlardır.
Sonuç olarak;suyun böyle bir özelliğinin farkında olmasaydık hayat bizim için belki de çok zor
olacaktı.Unutmayalım ki,şu anda yüzüp,denizde seyahat ediyorsak, bunlarArşimet'in sayesinde olmuştur.Bu yüzden bu bilim adamının kıymetini bilmeli,prenisibini en iyi şekilde kullanarak onu geliştirmeye çalışmalıyız.
-
Elektriğin bir canlıya zarar vermesi için, elektrik akımının bu canlının üzerinden akması gerekir. Bunun için akımın bir taraftan girip başka bir yerden vücudu terk etmesi gerekir. Bir telin üzerinde duran kuşun üzerinden akım bu yüzden geçmez. Eğer kuş iki ayrı tele birden dokunabilseydi bir teldeki akım kuşun üzerinden diğer tele akardı ve kuş çarpılmış olurdu. Evlerimizdeki elektrik prizlerinde de en az iki delik olmasının sebebi aynıdır. Aletlerimize bir taraftan elektriğin girmesi, aletin içinde dolaşarak başka bir yoldan terketmesi gerekir.
Bir telin üzerindeki kuşun bir ayağından elektriğin girip diğer ayağından çıkabileceği, böylece çarpılabileceği akla gelebilir. Ama bu olay gerçekleşmez. Çünkü kuşun iki bacağı arasındaki çok düşük dirençli, akımın çok rahat geçebileceği elektrik teli varken; akım, çok daha yüksek dirençli kuşun üzerinden geçmez.
elektrik hattındaki gerilimin yüksekliği tek başına önemli diildir.önemli olan iki nokta arasındaki gerilim düşmesidir.bir tele konan kuşun iki ayağı arasındaki gerilim düşmesi çok küçüktür.buna kuşun elektrik direncinin yüksek oluşu da eklenince,kuşun içinden herhangi bir akım geçmiyor demektir.Ama yüksek gerilim hattına konmuşken bir şekilde vücudunun bir parçası da elektrik direğine değen şanssız bir kuş olursa elektrik hattı ile toprak arasında kısa bir devre olur bedeninden çok büyük bir akım geçen kuşu elektrik çarpar
-
Lazer
ışık demetlerini uyumlu bir küme olarak yayan optik bir kaynaktır ve atomların ışık yaymaya başlayıncaya kadar enerjiyle pompalanması sonucu ortaya çıkar. Bu ışık daha sonra ayna hileleriyle iyice güçlendirilir. Temel olarak yalnızca güçlendirilmiş bir ışık demeti olan lazerin en önemli özelliği ise insan hayatında oldukça farklı alanlarda verimli bir şekilde kullanılabilmesidir.
Lazer Işını Nasıl Oluşur?
Bir atom alabileceği enerjiyle tamamen dolunca bünyesine daha fazla enerji alamaz. Böyle bir atom kendi enerjisine eşit enerjide bir ışık dalgasıyla çarpışınca zorunlu olarak enerjisini ışık dalgası olarak verir ve çarpıştığı dalga ile aynı frekans ve seviyede iki ışık dalgası yayar.
Çarpışmaların sayısını yükseltebilmek için yani daha çok ışık kazanabilmek için lazerin karşılıklı iki kenarına paralel iki ayna yerleştirilir. Bu aynalardan birine rastlantısal olarak dik bir açıyla çarpan ışık dalgası karşıdaki aynaya yansıtılır ve ardından ışık sürekli iki ayna arasında gidip gelir dışarıya çıkamaz.
Işık parçacıkları lazerin yapımında kullanılan malzemenin içinden geçerken yolunun üzerinde enerji dolu diğer atomlarla karşılaşırlar ve onları da depolamış oldukları enerjiyi ışık olarak açığa çıkarmaları için zorlarlar.
Böylece "parlayan" (ışıldayan) atomların sayısı ve bununla birlikte ışığn miktarı sürekli artar. Lazere ismini de işte bu süreç verir. Çünkü "lazer" İngilizce "light amplication by stimulated emission of radiation" tanımlamasının yani "uyarılmış salma ile ışığn güçlendirilmesi" tanımlamasının kısaltılmış halidir.
İki ayna arasında tutsak olduğu sürece giderek yoğunlaşan ışınla bir şey yapmaksa mümkün değildir. O nedenle bu iki yansıtıcıdan biri yarı geçirgen özelliğe sahiptir. Işığın bir bölümü onun aracılığıyla dışarıya çıkar işte buna lazer ışığ denir.
Lazer Işınının Normal Işıktan Farkı Nedir?
Lazer ışınını oluşturan dalgalar tamamen birbirlerine paralel ilerlerler. Yani bir el feneri ve bir "laserpointer" (lazer feneri) ile bir duvar aydınlatılıp sonra yavaş yavaş arkaya doğru gidildiğinde lazer ışınının normal ışıktan farkı kolayca seçilebilir. El fenerinin duvarda bıraktığı ışk lekesi duvardan uzaklaştıkça büyür lazerin aydınlattığı nokta ise hep aynı büyüklükte kalır. Lazer ışığ dağılmadığı için çok hassas işlemlerde rahatlıkla kullanılabilir. Cerrahlar lazerle beyin ameliyatlarında küçücük hücreleri dokulardan ayırabilirler. Allah'ın normal ışıktan farklı olarak dağılmayan bir ışın olan lazeri yaratmış olması şüphesiz çok büyük bir nimettir.
Lazer Işınının Özellikleri:
Lazer ışınının en büyük özelliği dağılmaz olması ve yön verilebilmesidir. Bu özelliğinden faydalanılarak mesafe ölçme ve fiber optik teknolojisi geliştirilmiştir.
Dalga boyunun küçük olması dağılmayı büyük ölçüde azaltır. Uyarılan atomlar her yön yerine belli yönlerde hareket ederler. Bu lazerin çok parlak olmasını sağlar.
Lazer ışınının tek bir ışın olarak dağılmadan yol alabilmesiyle haberleşmede iyi bir sinyal jeneratörü elde edilmiş olur ve aynı anda birçok bilgi bir yerden başka bir yere gönderilebilir.
Lazer ışını dağılmaz olduğundan kısa darbeler halinde yayınlanabilmesi mümkündür. Kayıpsız yüksek enerji nakli yapılması bu özelliği ile sağlanabilir.
Lazer ışını tek dalga boyuna sahip olduğu için lazer cinsine göre çeşitli renkte ışınlar elde etmek mümkündür.
Lazerin Kullanım Alanları
Elektronik Malzemeler ve İletişim
Optik fiberler aracılığıyla transmiter (nakledici cihaz) olarak kullanılır.
Kompakt disklere ve DVD'lere bilgi yüklemenin yanı sıra müzik konserlerinde de lazerden faydalanılır.
Bilim
Işık tayflarının araştırılmasında
Atmosferik uzaklıkları ölçmede
Optik (görmeyle ilgili) olayların araştırılmasında
Jeoloji sismoloji alanlarında kullanılmaktadır.
Tıp
Kansız ameliyat gerçekleştirmede
Yırtılmış göz retinasının acısız ve süratle dikilmesinde
Vücudun çeşitli bölgelerindeki tümörlerin bıçakla açılmadan yerinde kesilerek tedavisinde
Damardaki dokuların lazer ışını ile kanama olmadan kaynamasının sağlanmasında
Dermatolojik prosedürlerde dövmelerin ya da doğum izlerinin deriden silinmesinde saç ekiminde diş beyazlatmada
Çürük diş çukurlarını dolgu yapılmak üzere acısız delme işleminde
Hücre yenilemede
Kan dolaşımı ve aktivasyonunun artırılmasında
Vücudun mikrop yok etme (fagositoz) yeteneğinin artırılmasında
Vücut savunmasında etkili olan hücrelerin sentezinin artırılmasında
Kaslarımız üzerinde oluşan spazmlarda çözücü etki sağlanmasında
Kan yapımının çoğaltılmasında
Vücudumuzdaki çeşitli kırık tedavilerinde
Sinirlerin yenilenmesi ve sinir iletişimini artırmada
Virüslerin yok edilmesinde
Akupunktur uygulamalarında kullanılır.
Endüstri
Metal ya da diğer maddeleri kesmede
Uçaklara iniş ve kalkışlarında yol göstermede kullanılır.
Lazer yazıcılar ise yüksek çözünürlükte dokümanların baskısını almada kullanılan cihazlardır.
Yol güvenliği
Lazer sinyallerinden radar olarak yol güvenliğini sağlamada faydalanılır.
Askeriye
Askeriyede lazerden silahlara hedef göstermede faydalanılır.
Lazer silahları yapımı ise üzerinde halen çalışılmakta olan bir konudur.
Lazer Hakkında Kısa Kısa...
Lazer ışığının gücü kilometrelerce uzağa hiç kaybolmadan gidebilir. Örneğin lazer ışığı
Dünya'dan Ay'a kadar ulaştırılabilir. Dünya ile Ay arasındaki mesafenin 384.400 km olduğu düşünülürse lazer ışınının kuvveti daha iyi kavranacaktır.
Dünyanın En İnce Lazer Işını:
Bilim adamları insanın saç telinin binde biri kalınlığında dünyanın en ince lazer ışınını laboratuvar ortamında geliştirdi. California Üniversitesi bilim adamlarının Science dergisinde yayımlanan araştırmasına göre dünyanın en ince lazer ışını ''epitaxy'' olarak adlandırılan standart bir teknik kullanılarak saf çinko kristallerinden elde edildi. Mini lazerlerin kimyasalları tanımlayan aletlerle bilgisayar disklerindeki bilgi yükünü artırmada kullanılabileceği belirtildi.
Lazer Kalp Ağrısını Geçiriyor
Amerikalı doktorlar kalbe lazerle kılcal delikler açarak by-pass görevi görmelerini sağlıyor. Böylece yeni damarlar oluşuyor ve hasta iyileşiyor. Lazer ışını hastanın bacağındaki bir atardamara kan dolaşımı yönünde karnın sol kısmına doğru çıkarak uygulanıyor. Kalbe gelindiğinde uygulanan lazer ışını kaslara doğru on veya daha fazla kılcal delikler açıyor. Kalpte by-pass ameliyatı etkisi yaratan bu kılcal delikler yeni damarlar oluşmasını sağlayarak yanma ve ağrılar ortadan kaldırılıyor.
Sonuç
Görüldüğü gibi lazer ışını Allah'ın insan yaşamını birçok alanda kolaylaştırmak ve yaşam kalitesini artırmak için hizmetine sunmuş olduğu sayısız nimetlerden biridir. İnsanın yapması gereken Yüce Rabbimiz'in nimetlerinin farkına varıp onları hayırlı işlerde kullanmak ve bu nimetler için O'na şükrederek yaşamaktır. Bir ayette Yüce Allah şöyle buyurur:
"Size her istediğiniz şeyi verdi. Eğer Allah'ın nimetini saymaya kalkışırsanız onu sayıp-bitirmeye güç yetiremezsiniz. Gerçek şu ki insan pek zalimdir pek nankördür." (İbrahim Suresi 34)
Unutmamak gerekir ki lazer ışını Allah'ın bir nimet olarak yaratmış olduğu Güneş ve onun yaydığı aydınlığın vesilesiyle oluşabilmektedir. Eğer Allah Güneş'i ve onun yaydığı yeryüzündeki yaşama en uygun ölçüdeki ışınları yaratmasaydı ışığın farklı biçimde kuvvetlendirilmiş hali olan lazer ışınının da varlığından söz etmek mümkün olmayacaktı.
Kaynaklar:
1. Laser
2. Lazer nedir? Tarihçesi Yapısı İşlevleri nelerdir? Güvenlimidir?
3. Lilliputian Laser: One-Thousandth The Diameter of A Human Hair
4. Focus Dergisi
-
Şüphesiz müminler için göklerde ve yerde ayetler vardır. Sizin yaratılışınızda ve türetip yaydığı canlılarda kesin bilgiyle inanan bir kavim için ayetler vardır.(Casiye Suresi, 3-4)
Elinize bir çift deniz kabuğu alın ve simetrik olacak şekilde karşı karşıya koyun. Çizgilerin dizilişlerinde, büyükten küçüğe doğru sıralınışlarında kusursuz bir düzen ve simetri ile karşılaşacaksınız. Doğadaki hangi canlı incelenirse incelensin her seferinde doğaüstü bir düzenlilik, kusursuz bir simetri ve benzersiz bir renk çeşitliliği görülecektir.
Aynadaki yüzünüze bir bakın, kusursuz bir simetri göreceksiniz. Elinize bir dergi alın ve sayfalarını çevirin. Çevirdiğiniz sayfalarda karşınıza çıkan insanlar, karşınıza çıkan kuşlar, çiçekler ve kelebekler de aynı simetriye sahiptir.
Simetri evrendeki uyumu sağlayan konulardan biridir. Bütün canlılar simetrik bir yapıya sahiptirler.
Evrendeki herşeyin kendi kendine gelişen tesadüfler neticesinde ortaya çıktığını iddia eden evrim teorisi savunucuları, doğada sergilenen bu renk çeşitliliği, düzen ve simetri karşısında açıklama getirememektedirler. Böylesine kusursuz bir düzenin kendiliğinden kör tesadüfler ile ortaya çıkmayacağı açıktır. Evrimcilerin öne sürdükleri hiçbir iddia ile, doğadaki canlıların renklerinin, desenlerinin, simetrinin oluşumunu açıklamaları mümkün değildir. Bu akıl sahibi her insanın hemen göreceği çok açık bir gerçektir. Öyle ki, teorinin kurucusu olmasına rağmen Charles Darwin'de bu gerçeği itiraf etmek zorunda kalmıştır:
"Parlak renklilik, erkek balıkların kuluçkaya yatması, parlak dişi kelebekler, bu güzelliğin doğal seleksiyon kontrolü altında gerçekleştiğini düşünemiyorum."
Elbette ki çevremizde gördüğümüz sayısız güzelliğin, rengarenk kelebeklerin, güllerin, menekşelerin, çileklerin, kirazların, gözalıcı renkleriyle papağanların, tavuskuşlarının, leoparların kısacası tüm ihtişamı ile yeryüzünün tesadüflerle oluştuğunu akıl ve mantık sahibi hiçbir insan iddia edemez.
Canlılar bu özelliklere sahip olarak Allah tarafından yaratılmışlardır. Allah'ın ilmi her yeri kuşatmıştır. O'ndan başka ilah yoktur.
Kelebeklerdeki Simetri
Yandaki resimdeki kelebeklerin kanatlarını ilk kez görüyormuşcasına inceleyin. Böyle kusursuz bir estetik, en ufak hataya rastlanmayan simetri, gözalıcı renkler ve desenler karşısında muhakkak hayranlık duyarsınız.
Şimdi bir kumaşı düşünün. Bu kelebek desenlerinden ilham alınarak dokunmuş, son derece estetik ve kaliteli bir kumaş. Böyle bir kumaşı mağaza vitrinlerinde gördüğünüzde ne düşünürsünüz? Muhtemelen bu kumaşın desenlerini çizen, çizerken de kelebek kanatlarındaki desenleri örnek alan bir sanatçının varlığı aklınıza gelir ve onun sanatını takdir edersiniz. Bu durumda şu gerçeği takdir etmelisiniz: Hayranlık duyduğunuz bu sanat, kelebekleri örnek alarak kumaş çizene değil, kelebek kanatlarındaki desenleri ve renkleri örneksiz olarak yaratmış olan Allah'a aittir. Kelebeklerin renkli ve farklı desenlere sahip olan kanatları Allah'ın renk sanatının ihtişamlı birer tecellisidir. Nasıl ki bir kumaş deseni kendiliğinden, tesadüfen ortaya çıkmazsa, kanatlardaki renk ve desen simetrisi de kesinlikle tesadüflerle oluşmayacak bir mükemmelliktedir.
Ayrıca yandaki resimde gördüğünüz kelebeklerin tek çarpıcı özellikleri sahip oldukları muhteşem kanatlar değildir. Kelebeklerdeki vücut tasarımı da her yönüyle kusursuzdur. Kelebekler çiçeklerdeki nektarı emerek beslenirler. Kimi zaman derinlerde olan nektarı alabilmeleri için kelebeklerin pek çoğunda Proboscis adı verilen uzun bir organ vardır. Proboscis, çiçeklerdeki nektar gibi sıvı besinleri emmek ya da su içmek için kullanılan uzun bir dildir. Kelebekler bu uzun dillerini kullanmadıkları zamanlarda içeriye doğru sararlar. Bu dil yuvarlanarak sarılmadığı zamanlarda kelebeğin boyunun 3 katı kadar uzayabilir.
Kelebeklerin de diğer böceklerde olduğu gibi vücutlarının dışını çevreleyen bir iskeletleri vardır. Bu dış iskelet yumuşak bir dokuya sahip olan sert tabakalardan oluşur ve zırhlı bir elbiseye benzer. Bu sert tabaka "kitin" maddesinden oluşmaktadır. Bu tabakanın oluşumu son derece ilginç bir süreç sonunda gerçekleşir.
Bilindiği gibi, kelebek tırtılları oldukça detaylı bir metamorfoz süreci geçirir. Tırtıl öncelikle bir pupa olur, daha sonra pupa kelebeğe dönüşür. Bu değişim boyunca kanatlarda, duyargalarda, bacaklarda ve diğer organlarda küçük değişiklikler meydana gelir. Uçuş kasları, kanatlar gibi farklı merkezlerdeki hücrelerde değişimin her aşamasında kendilerini tekrar düzenler. Bundan başka bu değişimlerle birlikte vücuttaki hemen her sistem de -sindirim sistemi, boşaltım sistemi ve solunum sistemi- gibi-değişim geçirir.
Kelebeklerin sahip oldukları bu tasarım çeşitliliği, tıpkı kanatları gibi sonsu güç sahibi olan Allah'a aittir. Allah her canlıya ihtiyacı olan özellikleri verendir."Allah. O'ndan başka ilah yoktur. Diridir, kaimdir. O'nu uyuklama ve uyku tutmaz. Göklerde ve yerde ne varsa hepsi O'nundur. İzni olmaksızın O'nun katında şefaatte bulunacak kimdir? O, önlerindekini ve arkalarındakini bilir. (Onlar ise) Dilediği kadarının dışında, O'nun ilminden hiçbir şeyi kavrayıp kuşatamazlar. O'nun kürsüsü, bütün gökleri ve yeri kavrayıp-kuşatmıştır. Onların korunması O'na güç gelmez. O, pek yücedir, pek büyük." (Bakara Suresi, 255)
Kelebek desenlerinden ilham alınarak dokunmuş bir kumaş düşünün. Bu kumaşı gördüğünüzde muhtemelen bu kumaşın desenlerini çizen, çizerken de kelebek kanatlarındaki desenleri örnek alan bir sanatçının varlığı aklınıza gelir ve takdir edersiniz.
Hayranlık duyduğunuz bu sanat, kelebekleri örnek alarak kumaş çizene değil, kelebek kanatlarındaki desenleri ve renkleri örneksiz olarak yaratmış olan Allah'a aittir. Nasıl ki bir kumaş deseni kendiliğinden, tesadüfen ortaya çıkmazsa, kanatlardaki renk ve desen simetrisi de kesinlikle tesadüflerle oluşmayacak bir mükemmelliktedir.
-
YERYÜZÜNDE HAREKETLER
Yerden yüksekteki bölgelerde hareket eden cisimlerin yaptıkları hareketlere yeryüzündeki hareketler denir. Bu hareketlerde; havanın direnci önemsiz sayılırsa cisim her an yerçekimi ivmesine sahip olur.
Hava direnci;
Hava ortamında hareket eden cisimler daima hava molekülleri ile temas halinde olduklarından aralarında sürtünmeden dolayı bir kuvvet oluşur. Bu kuvvete hava direnci denir ve Fh=k.A.V2 bağıntısı ile verilir. Burada;
k: Cisimle hava arasındaki direnç katsayısı
A: Cismin hareket doğrultusuna dik olan en büyük kesiti
V: Cismin hava ortamına göre hızıdır. Eğer cisim duruyor ve hava hareketli ise buradaki V hızı havanın hızıdır.
UYARI: Ağırlığı çok küçük olan cisimler için havanın direnç kuvveti cismin hızı ile doğru orantılıdır. Fh a V
Yerden yüksekteki bir noktadan serbest bırakılan bir cismin hareketine serbest düşme denir.
Cisim bırakıldığı andan itibaren aşağıya doğru yer çekimi, yukarıya doğru havanın direnci kuvvetlerinin etkisinde kalır. Bunların etkisinde cisim;
a = Fnet = G-Fh a = m.g-k.A.V2 ivmesi ile hızlanmaya başlar. Hız artınca Fh
m m m
artar ve cismin ivmesi azalır. İvme azalsa da cisim hızlanmaya ve havanın direnci artmaya devam eder. Fh = G eşitliğini sağlayan hıza cismin limit hızı denir.
Limit hız hava ortamında hareket eden cisimlerin ulaşabilecekleri maksimum hızdır. Cisim limit hıza ulaştıktan sonra hareketinin kalan bölümünü sabit hızla sürdürür.
Limit hız: Fh = G k.A.V2limit = mg Vlimit = mg bağıntısından bulunur.
kA
SERBEST DÜŞME
Havanın direnci önemsiz kabul edilirse; a = Fnet = G-Fk = mg-0 a = g bulunur.
m m m
Bu durumda serbest düşme hareketi a = g ivmesi ile yapılan ters yönde düzgün hızlanan hareket olur. Hareketlinin hareket denklemleri;
V = g.t
Y = 1gt2
2
V = 2gh şeklindedir.
Hareketin Grafikleri: h V a = -g
0 t 0 t 0 t
-g
ÖRNEK: Yerden 320 m. Yüksekten serbest bırakılan bir cisim kaç saniye sonra yere çarpar, hızı kaç m\sn'dir? ( g = 10 m\sn2 )
ÇÖZÜM: Cisim serbest düşme hareketi yapacağından h = 1gt2, V = gt ve V = 2gh bağıntıları geçerlidir. 2
h = 320 m 320 = 0,5.10. t2 ise t2 = 64 ise t = 8 s de iner.
g = 10 m\ sn2 V = g.t = 10.8 ise V = 80 m\s bulunur.
DÜŞEY ATIŞ
Bir cisme düşey doğrultuda bir ilk hız verilerek yapılan atış hareketine denir.
A ) Yukarıdan Aşağıya Doğru Düşey Atış
Havanın direnci ihmal edilirse;
Vo ilk hızı ile atılan bir cisim atıldığı andan itibaren yerçekimi ( G = mg ) kuvvetinin etkisi ile ( -y ) yönünde düzgün hızlanır.
Hareketin denklemleri;
V = Vo + gt
h = Vo.t + 1 gt2
2
V = Vo2 + 2gh
y = - ( Vot + 1 at2 )
2
Hareketin Grafikleri: h V a
0 t 0 t 0 t
-Vo -g
B ) Aşağıdan Yukarıya Doğru Düşey Atış
Yerden düşey olarak yukarıya doğru atılan bir cisim; atıldığı andan itibaren yerçekimi kuvvetinin etkisi ile düzgün yavaşlar. Hızı bir an sıfır olduktan sonra aynı ivme ile düzgün hızlanarak atıldığı yere geri döner.
Öyleyse yukarıya doğru düşey atış hareketi; yerçekimi kuvvetini etkisinde düzgün yavaşlayan harekettir.
Hareketin denklemleri;
V = Vo - gt Hız Denklemi
h = Vo.t - 1 gt2 Yol Denklemi
2
V = Vo - 2gh Zamandan Bağımsız Denklem
Hareket yavaşlayan bir hareket olduğundan belli bir süre yükselecektir. Yükselme süresine çıkış süresi ve bu süre içinde aldığı yola da maksimum yükseklik denir. Çıkış süresi ve maksimum yükseklik;
tçık = Vo , hmax = Vo2 bağıntıları ile verilir.
g 2g
Hareketin Grafikleri:
h V a
Vo
hmax
0 t 0 2tçık t 0 t
tçık 2tçık tçık
-Vo -g
UYARILAR:
Aşağıdan yukarıya düşey atış hareketinde;
I. Cismin hızı, alacağı yol, çıkış süresi ve maksimum yükseklik kütlesinden bağımsızdır.
II. Çıkış süresi iniş süresine eşittir. Ayrıca cisim yörüngesi üzerindeki iki nokta arasını çıkarken ve inerken eşit zamanlarda alır.
III. V = Vo - 2gh bağıntısına göre; cisim yolu üzerindeki bir noktadan yukarıya ve aşağıya eşit büyüklükteki hızlarla geçer. Bu özelliğe bağlı olarak cisim atıldığı noktaya ilk hızına eşit ve zıt yönde bir hızla çarpar.
IV. Cismin ivmesi her an yerçekimi ivmesine eşittir. Tepe noktasında hızı sıfır olduğu halde, ivmesi yerçekimi ivmesine eşittir.
V. Düşey doğrultuda hareket etmekte olan bir sistemden bir cisim bırakılırsa; cisim bırakıldığı anda yerdeki gözlemciye göre; sistemin hızı ile atılmış bir cisim gibi davranır.
VI. Atıldığı yere düşen cismin hızındaki değişimin büyüklüğü 2Vo dır. Bu değişim g, t, h'dan bağımsızdır. ( g = 0 )
C ) Bir h Yüksekliğinden Yukarı Yönlü Düşey Atış
Cismin herhangi bir anda yere uzaklığı ( y )
y = h + Vot - 1 gt2 olup uçuş süresi sonunda y = 0 olur.
2
tuçuş süresi için;
-h = Votuçuş - 1 gtuçuş2 alınır.
2
UYARI: Hareketlinin uçuş süresi verilirse -h = Vot - 1 gt2 denklemi ile istenilen bilgiye
2
ulaşılır. Uçuş süresi dışında verilen büyüklükler yardımı ile problem çözümü için hareket hmax yüksekliğe kadar yukarı yönde düşey atış ve max yükseklikten itibaren serbest düşme hareketi olarak incelenebilir.
YATAY ATIŞ
Yerden yüksekteki bir noktadan yatay olarak Vo hızı ile atılan bir cismin yapacağı harekete yatay atış denir.
Yatay olarak atılan cisim atıldığı andan itibaren yatayda herhangi bir kuvvetin etkisi altında kalmadığından ( Fhava = 0 ) yatay doğrultuda sabit ilk hızı ile düzgün doğrusal hareket yapar.
Cismin yatay hareketine ait denklemler ve grafikler;
Fx = 0 ise ax = 0
Vx = Vo
X = Vo t olur.
Vx = Vo X
X
Vo
Alan = Vo.t = X tga = Vo
a
0 t t 0 t t
Vy = gt h = 1 g + t2
2
Cisim atıldığı andan itibaren düşey doğrultuda ise yerçekimi kuvvetinin etkisi ile serbest düşme hareketi yapar.
Hareketin düşey bileşenine ait denklemler ve grafikler;
Vy = -gt y = - 1gt2
2
t
a t t
Alan = y
tga = g
Sonuç olarak yatay atış hareketi; yatayda düzgün doğrusal ( sabit hızlı ) hareket ile düşeyde düzgün hızlanan ( sabit ivmeli ) hareketlerin bileşkesi olan bir bileşik harekettir.
Yörünge: Bir hareketlinin izlediği yola denir.
Bileşik hareket yapan bir hareketlinin yörünge denklemini bulmak için iki boyuttaki hareket denklemleri arasında zaman yok edilir.
X = Vo . t ise t = X bu ifade h = 1 gt2 de yerine konulursa;
Vo 2
h = 1 g.X2 ise h = g . X2 bulunur. Bu ifade bir parabol olup yatay atılan cismin
2 Vo2 2Vo2 yörüngesini verir.
UYARI: Bir hareketlinin hız vektörü daima yörüngesine teğettir.
EĞİK ATIŞ
Bir cisme yerden; yatay ile belli bir açı yapacak şekilde bir ilk hız verilerek yapılan atış hareketine eğik atış denir. Cismin ilk hızının bileşenleri, Vox = Vo.cosa ; Voy = Vo.sina dır.
Eğik atılan cisim atıldığı andan itibaren yatay doğrultuda herhangi bir kuvvetin etkisi altında olmadığından ( hava direnci önemsiz) ilk hızının yatay bileşeni ile düzgün doğrusal hareket yapar.
Hareketin yatay bileşeninin denklemleri;
Fx = 0 ise ax = o
Vx = Vo. Cosa
X = Vx t = Vo Cosa t
Hareketin Yatay Bileşeninin Grafikleri:
Vx (m/s) X
X
Vox
Alan = Xmax
a
0 tuçuş t (s) 0 t t (s)
Düşey doğrultuda ise cisim yerçekimi kuvvetini etkisi ile, ilk hızı Voy olan yukarıya doğru düşey atış hareketi yapar.
Hareket denklemleri;
Fy = G ise ay = g
Vy = Vo. Sina .t - 1 gt2
2
tçıkış = Vo . Sina
g
hmax = ( Vo . Sina )2 şeklinde olur.
2g
Hareketin Düşey Bileşeninin Grafikleri:
Vy y
Voy
tçık 2tçık h max
0 t (s)
t (s)
-Voy 0 tçık 2tçık
Eğik atış hareketi; yatayda düzgün doğrusal hareket ile düşeyde, yukarıya doğru düşey atış hareketlerinin bileşkesi olan bir bileşik harekettir.
Eğik atış hareketi yapan cismin alabileceği en uzak yatay mesafeye menzil denir.
Xmenzil = Vo . ( Cosa ) tuçuş tuçuş = 2 Vo Sina
g
Xmenzil = Vo . Cosa 2 Vo Sina ise Xmenzil = Vo Sin2a bulunur.
g g
ÖZELLİKLERİ:
I. Hareketin yörüngesi X = Vox . t ve h = Voy . t - 1 gt2 denklemleri arasında (t) nin
2
yok edilmesi ile bulunur.
II. Cismin hız vektörü yörüngesine teğettir. Cisim ilk hızının Voy bileşeni sıfır oluncaya kadar yükselir, daha sonra da alçalır.
III. Hızın Vy bileşeni değişken olduğundan daima hız vektörünün yönü ve büyüklüğü değişkendir.
IV. Hızın doğrultusu tgQ = Vy den bulunur.
Vx
V. Tepe noktasında Vy = 0 ve Vx = Vox = Vo.Cosa dır.
VI. Çıkış süresi iniş süresine eşittir.
VII. Cisim yörünge üzerindeki aynı yükseklikteki noktalardan eşit büyüklükteki hızlarla geçer.
V = Vx2 + Vy2 = Vo2 - 2gh
VIII. Cisim aynı Vo hızı ile değişik açılarla atıldığında a = 450 olunca en uzağa gider.
Bu durumda menzil maksimum olur.
IX. a = 450 iken Xmax = 4hmax dur.
X. Aynı ilk hızlarla atılan iki cismin atış açıları toplamı 900 ise menzilleri eşittir.
XI. Cismin hareketi süresince hızındaki değişimin büyüklüğü 2Voy'dir. Bu değişme g, t, h dan bağımsız yalnızca a ve Vo'a bağlıdır. ( g = 0 )
XII. Eğik atılan cismin maksimum yüksekliğe çıktıktan sonraki hareketi, yatay atıştır.
- fbml facebook hayran sayfaları için hazırlanmıs kodlarla solmenü olustrma resim ekleme sayac eklme işlemlerine yarayan bir uygulamadır...
-
Konu: Paralel EvrenlerGörülebilir evrenin ötesinde, bu evrene paralel başka evrenler de varmı dır? Mistikler ve filozoflar böyle olduğunu öne sürüyorlar.Bilim adamları ise yakın zamanlara değin böyle bir şeyin olanaksız olduğunu düşünüyorlardı.Fakat bugün fizikçiler paralel evrenlerin olabileceğini matematiksel olarak ortaya koyabiliyorlar.
PARALEL EVRENLER kavramı, bugün bilimsel terimlerle açıkça bir şekilde tartışılabilmektedir.Bilim adamları içinde bulunduğumuz evrenin varlığını bir takım neden sonuç bağıntılarıyla açıklayabiliyorlar.Aslında bu açıklama, üç boyutlu uzayın tümüyle onun yapısını oluşturan fizik nesnelerden ibaret olduğu esasına dayanır.Bu yaklaşım biçimi ilk bakışta, evrenin var olan her şey demek olacağı anlamına gelebilir.Fakat iki önemli nokta var.Birincisi, bilim adamlarının evren açıklamaları, birtakım soyut kavramları(güzellik ve sevgi gibi) açıklamaktan kaçınır.Oysa her ne kadar fizik bir evrende yaşıyorsak da, bu tür soyut kavramlar bu fizik evren içerisinde önemli bir yer tutarlar.İkinci olarak da bilimin tüm yaklaşımları ve bu konuya ilişkin kabülleri kesinlikle üç boyut ile sınırlanmıştır.
3 koordinat belirtilmelidir
İkinci nokta, paralel evrenler tartışmasının odak noktasını oluşturuyor.Evrenimiz üç boyutlu bir mekandır.Herhangi bir nesnenin konumunu kavrayabilmek için öncelikle onun üç koordinatını belirlememiz gerekir.Bunun en somut örneği havacılıkta görülür.Bir uçağın pilotu, yerdeki hava trafik kontrolörüne havadaki konumunu bildirmek için 3 rakam vermek zorundadır: Bu değerler uçağın havada bulunduğu yerin enlemini, boylamını ve yere olan uzaklığını belirtir.
Peki, üç boyutun ötesi var mıdır? Matematikçiler diğer boyutları idrak etmenin sanıldığı kadar zor olmadığını belirtiyorlar.Diğer boyutlar gerçekten de matematiksel olarak kavranabilir, fakat bu durum üç boyutlu insan beyni için de söz konusu mudur? Tüm kavramlarımızla birlikte üç boyutlu bir mekanda yaşadığımız için bu pek mümkün değildir.Fakat şu örnekler, bunu anlamamıza biraz yardımcı olabilir.
Nokta, kağıt ve masa örnekleri
Uzaydaki tek bir noktayı ele alalım . Bu noktanın herhangi bir yöne doğru uzanan hacmi yoktur.Dolayısıyla bir matematikçi için o nokta boyutsuzdur.Düz bir çizgiyi alalım. O da sadece bir yöne doğru uzar.Genişliği ve yüksekliği yoktur, sadece uzunluğu vardır.Bu bakımdan o çizği de bir matematikçi için tek boyutludur.Bir kağıt parçasını düşünün.Genişliği ve uzunluğu vardır ama derinliği yoktur.Dolayısıyla o da iki boyutludur.Bir masayı ele alalım.Genişliğiyle, uzunluğuyla ve derinliğiyle üç boyutlu bir nesnedir.Örneklerimizi bir kez daha inceleyelim: Boyutsuz, tek boyutlu, iki boyutlu ve üç boyutlu.Burada durmamız için herhangi bir neden var mı? Niçin bundan sonraki boyutları keşfe çıkmayalım?
İki boyutlu evren: Flatland
Tekrar kağıt örneğine dönelim ve bu iki boyutlu dünyada yaşayan varlıkları düşünelim.Flatlandliler (R. Edwin Abbott, Flatland adlı bilimkurgu romanında, iki boyutlu bir evreni ve oradaki yaşamı anlatır.) sadece iki boyutu bilirler: Sağ-sol, ön-arka.Onların tüm hareketleri kağıtın derinliği olmayan yüzeyi ile sınırlanmıştır.(Onlar derinliği sadece kendi boyutlarındaki yerçekimi olarak ölçümleyip duyumsarlar.) Flatlandliler üçüncü boyutla ilgili olarak hiçbirşey bilmezler.Hatta üçüncü boyutu hayal edemezler. Flatlandlilerin üzerinde yaşadıkalrı bu kağıt parçasının sonsuz bir genişlikte olduğunu düşünün.Bu durumda onlar doğallıkla kendi iki boyutlu evrenlerinin tüm ''var oluşu'' oluşturduğunu düşüneceklerdir.Öte yandan kendi evrenlerinin ''altında'' ya da ''üstünde'' de başka evrenlerin olduğunu ise asla anlayamayacaklardır.Hatta anlamamanın ötesinde, bu kendilerine söylendiğinde kabul bile etmeyeceklerdir.
Paralel Flatlandler
Bizim üç boyutlu bakış açımızla ise, Flatland evreni asıl gerçekliğin çok çok küçük bir bölümünü oluşturur.Bu arada iki ayrı Flatland evreni birbirine paralel bir şekilde yer alabilir ve bunların her birinde yaşayan varlıklar derinlik duygusuna sahip olmadıkları için birbirlerinin farkına varamazlar.Bu tür birbirine paralel iki Flatland evreni üçüncü bir boyutta bir araya gelirler, tıpkı bir kitabın sayfaları gibi.
Einstein'ın yaklaşımı
Her ne kadar bilimsel düzeyde şimdilik bir varsayım olarak kabül ediliyorsa da, birtakım bilimsel ön bilgiler öne sürülmemiş olsaydı, paralel evrenler felsefesi bir kavram olmanın ötesinde hiçbirşey ifade etmeyecekti.Paralel evrenler konusuyla ilgili ilk kapıyı açan kişinin Albert Einstein olduğu biliniyor.Einstein'in ünlü genel rölativite teorisinde paralel evrenleri birbirine bağlayan ''köprülerden'' söz edilir.Genel rölativite teorisi çekim, uzay ve zaman konularını kapsayan oldukça karmaşık bir teoridir.Rölativite teorisine göre, bir çekim alanı eğimli bir uzay demektir.Üç boyutlu uzay, dördüncü bir buyuta uzanır.Tekrar Flatland'e dönersek, bu iki boyutlu alem, üç boyutlu uzayın dördüncü bir boyuta açılmasının ne demek olduğunu açıklamaya yardım edecektir.
Hemen yanıbaşımızda yer alan mekanların varlığı olgusu, bizim dördüncü bir boyut tasarımlarımızdan oldukça farklıdır.Her şeyden önce, üç boyutlu beynimizin bu tür bir olguyu kabüllenmesi oldukça zordurBöyle bir yaklaşım ancak iki boyutlu bir paralel evren modeli ile sağlanabilir.Modern bilimsel yaklaşımlar, paralel evrenlerin varlığına, hatta gerekliliğine dikkat çekiyor.Dördüncü bir boyut kavramı paralel evrenlerin nerede olabileceğine ilişkin bazı ip uçları veriyor.Özellikle Einstein 'ın bu tür evrenlerin karadelikler aracılığıyla nasıl birbirine bağlanabileceğine ilişkin bazı ön bilgiler ortaya koyduğu biliniyor.Aslında paralel evrenler bir dördüncü boyutta aynı uzayda aynı yerdedirler.Fakat araya bir zaman duvarı girmiştir.Paralel evrenler birbirlerine değmeden sonsuz tabakalar şeklinde bir kitabın sayfaları gibi üst üste dizilirler.Paralel evrenler ve kendi evrenimize ait farklı zaman tabakaları(Geçmiş, Şimdi, Gelecek) bu dördüncü boyutta birbirleri içerisine geçerek bir kitabın sayfaları gibi dizilmişlerdir.
Flatland 3 boyutlu oluyor
Flatland'i oluşturan iki boyutlu kağıt tabakasının üzerine ağırlığı olan bir nesne koyalım. İki boyutlu kağıt bu nesnenin ağırlığından ötürü hemen buruşacak ve şekli bozulacaktır.Dolayısıyla iki boyutluluğunu yitirecek, buruşuk bir yüzeyi olmasından ötürü, üçüncü bir boyut, yani derinlik kazanacaktır.Böylece bu yeni üç boyutlu mekanda kütleçekimi denen etki oluşacaktır.Flatland, çukurlaşmasına rağmen yine Flatland olmaya devam edecektir.Fakat şu farkla ki, Flatlandliler bu kez meyilli bir yüzey üzerinde yolculuk yapacaklardır.Buradaki çukurlaşma, hemen akla bir karadelik getiriyor.Bir karadeliğin Flatland'de olduğu gibi üzerinde durabileceğiniz bir yüzeyi yoktur.Sadece nesneyi daha derinlere çeken olağanüstü bir çekim gücü vardır.Flatland'in bir karadeliğe yaklaştığını varsayalım, ne olacaktır o zaman? Flatland'in iki boyutlı evreni karadeliğin çekim etkisine girdiğinde, giderek küçülmeye ve bükülmeye başlayacaktır.Sanki bir huninin kenarlarından içeriye doğru, bir tünele doğru kayıyor gibi olacaktır.
Einstein-Rosen Köprüsü
Einstein ve yakın çalışma arkadaşı Nathan Rosen'in bu karadelik tünellerini matematiksel olarak kabül ettikleri ve inceledikleri biliniyor.Einstein ve Rosen, bu çalışmalarının sonucunda şaşırtıcı bie şey keşfettiler: Karadelik tünellerinin dibi yoktur.Burada, uçlarından birbirlerine bağlı iki huni söz konusudur.Birleştikleri nokta, tünelin ''boğaz'' kısmını oluşturur.Dolayısıyla tünelin bir ucundan giren bir nesne, merkezdeki ya da boğazdaki olağan üstü çekimin etkisiyle, tünelin öbür ucundan dışarı fırlatılır.Öyleyse öbür yanda ne vardır?Öbür yan, yeni bir evrendir, ilkinden tamamıyla farklı bir evrendir bu! İşte bu iki evreni birbirine bağlayan tünele Einstein-Rosen Köprüsü adı verilir.
- ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARININ KAYNAĞI Alüminyum ve alaşımları günümüzde yaşamımıza girmiş yaşamın ayrılmaz bir malzemesi haline gelmiştir.Hafifliği,iyi ısı ve elektrik iletkenliği ve korozyona karşı dayanıklılığı nedeniyle;gıda endüstrisi,kimya endüstrisi,otomotiv ve gemi endüstrisi, makine ve cihaz yapımı ile mimari ve inşaat yapımında geniş çapta bir kullanma alanına sahiptir. Çeşitli endüstri dallarında kullanılan başlıca alüminyum ve alaşımları Tablo-1'de gösterilmiştir.Bu alaşımların günümüzde birleştirilmesi %50 nispetinde kaynakla yapılmaktadır. ENDÜSTRİDEKİ KULLANMA ALANLARI MALZEME OTOMOTİV MAKİNE YAPIMI CİHAZ YAPIMI İNŞAAT VE MİMARİ Al 99,9...Al 99,5 - - XX - Al Mn - - XX XXX Al Mg Mn XX X XX XX Al Mg 3 XX - XX XX Al Mg 4,5 Mn XXX XX XXX - Al Mg Si 0,5 X X - XX Al Mg Si 1 XX XX - XX Al Zn Mg 1 XXX XXX - X Tablo-1:Çeşitli endüstri kollarında kullanılan başlıca alüminyum ve alaşımları Alüminyum ve alaşımlşarını cıvata ve perçinleme yoluyla birleştirme dışında kullanılan birleştirme yöntemleri;kaynak,lehimleme ve yapıştırmadır.Bugün bu yöntemler çeşitli endüstri kollarında geniş çapta kullanılmakta,bazen de lehimleme,yapıştırma ve nokta kaynağı birlikte kombine edilmektedir. Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı,normal çeliğin kaynağına nazardan birçok farklılıklar gösterir.Çeliğin kaynağına göre daha zor ve sorunludur.Bunun için malzemeyi ve özelliklerini (fiziksel ve metalurjik) çok iyi tanımak ve ona göre önlemler almak gerekir. Alüminyum ve alaşımlarının kaynak kabiliyetine aşağıdaki etkenler tesir eder.Bunlar sırasıyla; a-Saf alüminyum 658C gibi düşük bir sıcaklıkta ergimesine rağmen,yüzeyimdeki oksit tabakası (Al2O3) 2050C gibi yüksek bir sıcaklıkta ergir Alüminyumun oksijene karşı ilgisi fazla olduğundan,yüzeyinde hemen 0,1 mikron kalınlığında Al2O3 oluşur ve bu oksit tabakası aynı zamanda yüzeye kimyasal bileşiklere karşı bir dayanıklılık kazandırır.Fakat bu tabakanın mevcudiyeti alüminyum ve alaşımlarının kaynağını zorlaştırır.Kaynak yapılırken yüzeyde bulunan Al2O3 tabakasının ergitilmesine çalışılırken (2050C), bundan çok daha düşük sıcaklıkta ergiyen alüminyum dökülür ve kaynak çubuğundan düşen damlalar kaynak yapılacak esas metal ile birleşemez.Onun için kaynaktan önce bu tabakanın oluşmaması için önlemler almak gerekir. b-Alüminyum ve alaşımları yüksek bir ısı iletim katsayısına sahiptir.Bunun için kaynak yerinde ısı yoğunluğunu sağlamak için daha fazla ısı girdisine ihtiyaç vardır.Diğer taraftan,alüminyum ve alaşımlarında,çeliğe nazaran daha geniş bir bölge ısının tesiri altındadır.Şekil-1'de alüminyum ile çeliğin kaynağındaki isotermler gösterilmektedir.Ayrıca saf alüminyumda yüksek ısı iletimi dolayısıyla ergimiş kaynak banyosu soğuyup çabuk katılaştığından,dikişte gözenekler oluşur. Şekil-2:Alüminyum ve çeliğin TIG kaynağında ısının yayılışı (isotermler) c-Yüksek elektrik iletkenliği nedeniyle elektrik direnç kaynağında sorunlar ortaya çıkmaktadır. (Q=R.l2.t) d-Yüksek ısıl genleşmeden ötürü,kaynak sırasında meydana gelen distorsyonlar (çarpılmalar ve kendini çekmeler) büyük olur.Dolayısııyla gerekli önlemler alınmadığı zaman,gerilme çatlakları oluşur.Alüminyum ve alaşımları ile %0,15 karbonlu çeliğin fiziksel özellikleri karşılaştırmalı olarak Tablo-2'de gösterilmektedir. Malzeme Yoğunluk (g/cm3) Ergime Noktası (C) Elektrik İletkenliği (m/mm2) Isı İletkenliği (J/cmsK) Isıl Genleşme (m/mmK) Saf Al 2,7 658 35 2,2 2,4x10-5 Al Mg 5 2,63 520-630 16,5 1,2 2,35x10-5 Al Mg Si 2,7 600-640 31 1,8 2,3x10-5 %0,15 C'lu 2,8 530-645 18,5 1,6 2,4x10-5 Çelik 7,85 1510 9,3 0,5 1,1x10-5 Tablo-2:Alüminyum ve alaşımlarının fiziksel özelliklerinin %0,15 karbonlu çelikle karşılaştırılması e-Alüminyum ve alaşımları doğal sert,soğuk olarak sertleştirilmiş veya ayrışma sertleşmesine tabi tutulmuş bulunur.Bunların kaynak kabiliyeti de farklılıklar gösterir. Tablo-3'te başlıca alüminyum alaşımlarının kaynak kabiliyetleri görülmektedir.
-
Konu: Elektroliz NedirElektroliz Nedir? Bir elektrik akımı tarafından aşılan bir elektrolitin uğradığı ayrışmaya elektroliz denir. Elektroliz, bu akımın elektrolit içinde iletilmesiyle birlikte gelişir. Elektrolit, çoğunlukla erimiş olarak ya da bir tuz eriyiğinin sulu çözeltisi halindedir. Volta pilinin bulunmasıyla (1800) ve suyun elektrolizine uygulanmasıyla ilgili ilk deneyler, XIX. yy'ın başlarında gerçekleştirilmiştir.Elektroliz sözcüğünün, olayı özel olarak inceleyen Michael Faraday tarafından ortaya atıldığı sanılmaktadır. Elektroliz ile ilgili bazı terimler: Elektrolit:İçinde serbest iyon bulunduran ortamlara denir. Elektrot:Elektrolit içine batırılan metallere denir. Anot:Bir elektroliz kabında üreticinin pozitif kutbuna bağlı elektroda denir. Katot: Elektroliz kabında üreticinin negatif kutbuna bağlı elektroda denir. Elektrolizin Uygulama Alanları Elektroliz, öncelikle, elektrolizle metalürjilerde, metallerin hazırlanmasında (çözünmez anot) ya da arıtılmasında (çözünür anot) kullanılır. Elektroliz, ayrıca, galvanoplastide, bir elektrolitik metal birikimiyle metal birikimiyle döküm kalıbına biçim vermede aşınmaya karşı korumada ve bir metal çökeltisiyle metallerin kaplanmasında (sözgelimi, nikel kaplama, çinko kaplama, kadmiyum kaplama, krom kaplama, gümüş ya da altın kaplama) baş vurulan bir yöntemdir. Arı hidrojen, özellikle, suyun elektroliziyle elde edilir. Öbür uygulamaları arasında, gaz üretimi (klor), metal üstünde koruyucu oksitli anot tabakalarının elde edilmesi (alüminyumun, alümin aracılığıyla anotlaştırılması işlemi) elektrolizle parlatma, metallerin katot ya da anot olarak yağlardan arındırılması sayılabilir. Elektroliz, akım şiddetlerinin, özellikle de voltametrelerdeki akım miktarlarının ölçülmesine de olanak verir. Sürekli akım yardımıyla, organik dokuların ayrıştırılmasına dayanan tedavi elektrolizi, cerrahide sinir uçlarının (nöronların), sertleşen urların, burun deliklerindeki poliplerin yok edilmesinde, sidik yolu (üretra) ya da yemek borusu daralmalarının tedavisinde vb. kullanılır. ELEKTROLİZDEN YARARLANMA 1.Metallerin Ayrıştırılması Bunun için hangi metal ayrıştılıcaksa,o metalin bir tuzunun çözeltisi hazırlanır.Bu yöntem en çok bakır matali için kullanılır.Çözelti içine batırılan elektrotlardan biri arı bakır diğeri de arı olmayan bakırdır.Bakır iyonları (+)yüklü olduğundan katoda gider orada nötrleşerek arılaştırılmış olur. 2.Metalle Kaplamacılık Herhangi bir metalle kaplamak istediğimiz bir cisim elektroliz kabında katot olarak kullanılır.Hangi metalle kaplamak istiyorsak o da anot olarak seçilir.Çözelti yerine anot olarak kullanılan metalin tuzunun, sudaki çözeltisi alınırTeknikte kromaj,nikelaj ve gümüşle kaplama bu metodla olur.Bir demir çatal nikelle kaplanmak isteniyorsa,çatal katot,nikel ise anot olarak seçilir.Çözelti olarak nikel tuzu çözeltisi kullanılır.Sulu çözelti içindeki nikel iyonları katoda gider ve element halinde birikerek kaplama olayını gerçekleştirirler -1- Suyun Elektroliz Deneyi Deneyin amacı
uyun,elektroliz yoluyla hidrojen ve oksijene ayrılması. Araç ve Gereçler: 8 yuvarlak pil ve pil yatağı (veya 12 voltluk doğru akım güç kaynağı) İletken teller ve tel tutturucuları 3 beherglas (250 cm3) 3 deney tüpü 6 çelik elektrot Çamaşır suyu sodası çözeltisi Ön bilgiler ve deney yapılışı: Temiz bir kaba 500cm3 saf su konur. 60 gr çamaşır sodasını (Na2 CO3 H2 O) azar azar su içine döküp karıştırarak çözünüz. Daha sonra çözeltiye, 1000cm3'e çıkıncaya kadar saf su ilave edilir. Böylece yaklaşık %5'lik çözelti hazırlanmış olur. 250 cm3'lük temiz bir beherin üçte ikisine kadar çözelti konur. İki deney tüpü alarak bunlar ağızlarına kadar ağızlarına kadar çözeltiyle doldurulur. Kesiti tüp ağzından daha geniş bir tıpayı parmağınızla bu tüpün ağzında tutarak tüp ters çevrilir ve beherdeki çözeltiye daldırılır. Daha sonra parmak çekilir ve tıpa çözeltiden alınır. Böylece tüp içine hava girmesi önlenmiş olur. İkinci tüp için de aynı işlem yapılır.
-
Konu: OptikFiziğin optik olarak adlandırılan kısmı ışığın davranışını inceler. Işığın uzayda izlediği yolu inceleyen optiğe geometrik optik diyoruz. Geometrik optiğin içinde de kırınım, girişim ve yansıma-kırılma olayları bulunmaktadır. Önce basit olan olaydan başlarsak; yansıma ve kırılma günlük hayatta çıplak gözle görülebilen olaylardır. Örneğin, yarısı su ile doldurulmuş bir bardağın içine bir çubuk koyarsak çubuğu bir doğru şeklinde göremeyiz. Bunun nedeni ışığın kırılma indisleri farklı bir ortamdan diğerine geçmesidir. Snell Yasası ile ifade edilir.
Düz bir aynanın karşısına geçtiğinizde neden odanın içindeki her şeyi değil de bazı şeyleri görebiliyoruz? Bunu da yansıma özelliği ile açıklayabiliriz. Düzgün bir yansıtıcıya gönderilen ışık, düzlemin normaline hangi açı ile gelirse o açı ile geri döner. Demek ki odanın içinde gördüğünüz cisimlerin gönderdiği ışınlar, aynadan yansıdıkları zaman gözünüze geliyordur.
Girişim olayı üst üste binme ya da yok etme ile sonuçlanır. Girişim yapan dalgalar arasındaki faz farkı 180 derece ise ve dalga boyları eşit ise son dalga genliği iki kat artar. Eğer 0 derece ise birbirlerini yok ederler.
Kırınım olayı bir dalganın engellere çarparak kenarlarından bükülmesidir. Herhangi bir yarıktan geçen dalga dsina = + λ kadar yol alır. (burada x geçen dalganın dalgaboyudur.)
Girişim, kırınım ve kutuplanma (polarizasyon) olayları ışığın dalga yapısını desteklerken fotoelektrik olay, Compton olayı ve kara cisim ışıması ışığın tanecikli yapıda olduğunu gösterir. Işık çift karakterli olup, hem dalga hem de tanecik özelliği taşır.
-
Konu: PotansiyelŞu an yaşadığımız hayat çok büyük ölçüde şimdiye dek kendi yaptığımız seçimlerin sonucu hatta hayatın kendisine ilişkin varsayımın bile bile seçimden ibaret. Hayatımızı yaşamanın iki yolu vardır birincisi sanki hiçbirşey mucize değilmiş gibi ikincisiyse her şey mucizeymiş gibi. (Albert Einstein) POTANSİYEL İnanılmaz değil mi? Bir insanın hayatı böylesine tutkuyla bağlı olabildiğini bilmek gerçekten olağanüstü yüzde birde olsa milyonda birde olsa birilerinin bir yerlerde hayatı bu duygularla yaşıyor ya biz? Bize çok mu uzak bu duygularla yaşamak Hayatın özüne inmek, hayatı bir mucize olarak algılamak? Kesinlikle değil öyle olmamalı. Belki o noktaya ulaşmak kolay değil, belki bazı bedeller ödemeyi gerektiriyor yada belki daha basit ve doğru bir yaklaşımla olgunlaşmayı anlamayı akmayı gerektiriyor. Kolay yada zor o ayrı. Bu birazda bize bağlı. Ama ister uzun yoldan acı deneyimlerle yada ister daha kısa ve kolay yollardan başkalarının deneyimlerinden de öğrenerek düşünerek cesaretle yüzleşmek olsun hayat zaten oraya akıyor. Bu farkında olsakta olmasakta mucizenin idrakine yol alıyor. Mevlana'nın dediği gibi. Ondan kopan O'na dönecektir. Mucizeyi başlatmak için ilk adım kendimize daha dikkatli bakmakta yatıyor. Ben iyileşirsem dünyamda iyileşecek. İyiyse kendime odaklanmam neyi ne kadar iyileştirebileceğimi sormam gerekir? Hemen soruyorum. Ne kadar iyi olabilirsiniz ne kadar güçlü ne kadar olgun ne kadar büyük olabilirsiniz. Hayatta ne kadar iz bırakabilirsiniz. Kendinizden ve hayattan istediklerinizi ne kadar başarabilirsiniz. Nereye kadar özgürleşebilir nereye kadar sınırlarımızı genişletebilirsiniz. Kendimize bu soruları sorabilmeliyiz korkmadan yalan söylemeden. Araştırmalara göre tek bir insan beynindeki potansiyel sinir bağı sayısı evrende bulunan toplam atom sayısından fazladır. Stanford Beyin Enstitüsü'nün çalışmalarına göre ortalama bir insan zihinsel kapasitesinin sadece %2 sini kullanmaktadır. Yapılan çalışmalar yüzyılın en büyük dahisi kabul edilen Albert Einstein'in bütün ömrü boyunca beyin kapasitesinin %12'den fazlasını kullanmadığını gösteriyor. Bunlara benzer yüzlerce örnek var tüm bu örnekler aslında tek bir şey söylüyor. Bizden başka hiç kimsenin bir benzerini daha yaratamayacağı olağanüstü bir eser ortaya koyma potansiyeline sahibiz. Çünkü hepimiz benzersiz birer mucizeyiz. Herkesin benzersiz olması herkesin yapacağı anlamına gelmez diyebilirsiniz. Yine de ısrar ediyorsanız. Söylenecek tek şey var hemen bahane üretme alışkanlığını masaya yatırın. Çünkü olanaksız denilen göz kamaştırıcı işler yapmış hem de her türlü imkansızlar içindeyken bunu başarmış insanları yok sayamayız. Hayatımızın sorunu acaba bir şeyler başarabilir miyim, yapabilir miyim sorunu değil. Ben ne yapabilirim ki elimden bir şey gelmez demek aslında sorumluluktan kaçınmak büyümeyi reddetmek, çocuk kalarak güvenlikte olacağımızı sanmak ve güzel günlerin kendiliğinden bizi bulacağını ümit etmektir.
-
Konu: Sabit HızSabit hızlı harekette hareketlinin hızı zamanla değişmez. Yukarıdaki animasyonda araç t=0 anında 5 m konumundadır ve saniyede 5m yol almaktadır. Yani hızı 5m/s dir. Aracın t=3 s anındaki konumu, aracın kronometre 3 s yi gösterdiği anda bulunduğu noktadır. t=3 s anıdaki konum 20 m dir.
Hız ise ........... bağıntısı ile bulunur.
Formülden yararlanarak aracın hızını hesaplayalım: 4 s ve 0 s aralığındaki değerleri baz alırsak;
bulunur.
Aracın hızı başka aralıktaki değerler baz alınarakta bulunabilir.
Hız-Zaman Grafiği
Yukarıdaki grafik hızları farklı iki aracın HIZ-ZAMAN grafiğini gösteriyor. Araçların hızlarının sabit olduğunu grafiklerin yatay çıkmasından anlayabiliriz. Mavi araç t = 0 s anında yaklaşık 4,5 m/s hız ile, kırmızı araç ise t = 4 s anında yaklaşık 20 m/s hız ile haraket ediyor.
Konum-Zaman Grafiği
Yukarıdaki animasyon sabit hızla ilerleyen iki aracın KONUM-ZAMAN grafiğini veriyor. Mavi aracın t = 0 anındaki konumu 20, kırmızı aracın t = 4 anındaki konumu 0 dır.
Artı Yönde Sabit Hızlı Hareket
Yukarıdaki hareketli artı seçilen yönde sabit hızla ilerlemektedir. Hareketin konum-zaman, hız-zaman, ivme-zaman grafikleri sırasıyla verilmiştir.
Eksi Yönde Sabit Hızlı Hareket
Yukarıdaki hareketli eksi seçilen yönde sabit hızla ilerlemektedir. Hareketin konum-zaman, hız-zaman, ivme-zaman grafikleri sırasıyla verilmiştir.
Konum- Zaman grafiğinin eğimi (yatayla yapılan +yönlü açının tanjantı) hareketlinin hızını verir.
Hız-Zaman grafiğinin alanı yerdeğiştirmeyi verir. Yukarıdaki grafikte t1- t2 zaman aralığındaki yerdeğiştirme taralı alan hesaplanarak bulunur.
-
Konu: Kelebek EtkisiKelebek Etkisi, bir sistemin başlangıç verilerindeki ufak değişikliklerin, büyük ve öngörülemez sonuçlar doğurabilmesine verilen isimdir.
İsmi, Edward N. Lorenz'in hava durumuyla verdiği örnekten geliyor:
Amazon Ormanları'nda bir kelebeğin kanat çırpması, Avrupa'da fırtına kopmasına sebep olabilir.
Kelebek Etkisi'ni 1963 yılında Edward N. Lorenz bilgisayarıyla hava durumuyla ilgili hesaplar yaparken buldu. İlk hesaplamasında 0,506127 sayısını başlangıç verisi olarak kullandı. İkinci hesaplamada ise 0,506 sayısını verdi. İki sayı arasında sadece yaklaşık 1/1000 (binde bir), yani bir kelebeğin kanat çırpmasının yarattığı rüzgarla eşdeğerde fark olmasına rağmen, süreç içinde ikinci hesap birinci hesaba karşın çok farklı neticeler verdi.
Not: Lorenz'in 1963'te yayınlanan orijinal araştırması bir martının kanadını çırpmasının, hava durumunu sonsuza dek değiştireceğinden bahsetmektedir. Daha sonra verdiği konferanslarda Lorenz martıyı daha romantik olan kelebek ile değiştirdi. Ayrıca binde birlik fark ile kelebeğin kanat çırpmasının yarattığı rüzgarın arasında bilimsel bir ilişkinin olduğundan bahsettiğini zannetmiyorum, bu sebeple eşdeğer kelimesi yukarıdaki paragrafta doğru kullanılmamıştır. Aşağıdaki resim, Lorenz differensiyal denkelerinin AB-3 metodu kullanılarak simule edildikten sonra x ve z eksenlerinin birbirne karşı çizilmesi ile elde edilmiştir. Bu sonuç bir çok kişi tarafından bir kelebeğe benzetilmektedir.
-
Konu: Isi Ve SicaklikMadde ve Isı
Maddeye dışarıdan ısı verilir yada alınırsa maddenin sıcaklığı değişir. Dışarıdan ısı alan maddenin Kinetik Enerjisi dolayısıyla taneciklerinin titreşim hızı artar. Tanecikleri bir arada tutan kuvvetler yenilerek birbirinden uzaklaşmaya başlar. Buna genleşme denir.
Maddenin ısı kaybetmesi durumunda taneciklerinin Kinetik Enerjisi azalır. Madde soğur ve tanecikler birbirine yaklaşır.
Sıcak bir cisim ile soğuk bir cisim birbirine değdirildiğinde aralarında ısı alışverişi yaparak ısısal dengeye ulaşırlar ve sonunda karalı bir durumda kalırlar.
Isı ve Sıcaklık
Isı : Maddeleri oluşturan molekül ve atomların hareket veya Kinetik ve Potansiyel enerjilerinin toplamına ısı denir.
Isı Q ile gösterilir. Isı bir enerji şeklidir. Isı birimi kalori (cal. ) veya Joule (J) dir.
1 Cal = 4,18 J veya 1j=0,24 Cal. 1kCal = 1000Cal
KaloriS. AKÇAY : Bir gram saf suyun sıcaklığını 1 atm basınç altında 1oC ( 14,5 oC den 15,5 oC ye ) yükselten ısı
miktarıdır.
Sıcaklık : Bir maddenin yapısındaki molekül veya atomların ortalama Kinetik enerjilerinin ölçümüne
sıcaklık denir.
Sıcaklık t veya T ile gösterilir. Sıcaklık termometre ile ölçülür. Bazı termometreler şunlardır : Celsius (oC) , Fahrenheit ( oF ) Kelvin ( oK ) ve Reomor ( oR ) gibi.
Termometreler
Bu termometreler arasındaki bağıntılar :
C = K-273 =F-32 = R = X - X1
100 100 180 80 X2 -X1
Celsius ve Kelvin Termometreler Arası Dönüştürme
K = C + 273
Örnek : 50 oC kaç oK dir ? Çözüm : K=C + 273 =50 + 273 =323
Örnek : 300 oK kaç oC dir ? Çözüm : C=K - 273 =300 - 273 =27
0oK veya -273 oC ye Mutlak Sıfır denir.
Celsius ve Fahrenheit Termometreler Arası Dönüştürme
C = F - 32 veya kısaca F = 1,8 . C + 32
100 180
Örnek : 50 oF kaç oC dir.?
Çözüm :
C = F - 32 C = 50 - 32 C = 18 C = 1800 C = 10
100 180 100 180 100 180 180
Veya kısaca 50 = 1,8 . C + 32 den 50 - 32 = 1,8 . C 18 / 1,8 = C den C = 10 olur.
Örnek : 20 oC kaç oF dir.
Çözüm :
C = F - 32 20 = F - 32 3600 = 100 . ( F - 32 ) 36 = F - 32 den
100 180 100 180 F = 68
Veya kısaca F = 1,8 . C + 32 = 1,8 . 20 + 32 = 36 + 32 = 68 F = 68 olur.
Celsius ve Herhangi bir X Termometresi Arasında Dönüşüm
C = X - X1
100 X2 - X2
Örnek : Herhangi bir X termometresinde su 50 oX de donmakta ve 250 oX de kaynamaktadır. Buna göre
150 oX kaç oC dir.
Çözüm :
C = X - X1 C = 150 - 50 C = 100 C = 10000 / 200= 50
100 X2 - X2 100 250 - 50 100 200
Örnek : Bir X termometresinde su 100 oX de donmakta ve 400 oX de kaynamaktadır. Buna göre 60 o C kaç oX
dir.
Çözüm :
C = X - X1 60 = X - 100 60 = X - 100
100 X2 - X2 100 400 - 100 100 300
60 . 300= 100( X - 100 ) 180= X - 100 den 180 + 100 =X ve X =280 olur.
Örnek : 50 oF kaç oK dir ?
Çözüm :
K-273 = F-32 K-273 = 50- 32 K-273 = 18 K-273 = 1800
100 180 100 180 100 180 180
K - 273 = 10 K = 10 + 273 K = 283
Örnek : 50oF kaç Reomor dur.
Çözüm :
F - 32 = R 50 - 32 = R 18/ 180 = R / 80 R= 8
180 80 180 80
Isı Miktarı Ve Ölçülmesi
Aynı miktar ısı eşit kütleli farklı maddelere verildiğinde sıcaklıklarındaki değişmeler farklı olur. Isı miktarının ölçülmesinde Kalorimetre Kabı kullanılır.
Öz Isı ( c ) S. AKÇAY: Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1oC yükseltmek için gerekli ısı miktarına öz ısı veya Isınma ısısı denir.
Öz ısı c ile gösterilir. Öz ısı birimi Cal. / g.oC dir. Öz ısı ile kütlenin çarpımına (m . c ) Isı Sığası veya Isı kapasitesi denir. Isı sığası ayırt edici özellik değildir. Öz ısı maddeler için ayırt edici özelliktir.
Maddeler birbirine dokundurulduğunda ve karıştırıldığında aralarında ısı alışverişi olur. Sıcaklığı yüksek olan madde sıcaklığı düşük olan maddeye ısı verir. Isı alışverişi maddelerin sıcaklığı eşit oluncaya kadar sürer. Bu sıcaklığa denge sıcaklığı denir.
NOT : Isı alışverişinde cisimlerden birinin aldığı ısı miktarı diğer cismin verdiği ısı miktarına eşittir.
Alınan ısı = Verilen ısı QAlınan = QVerilen
Sıcaklık Değişmelerinde Isı formülü
Q = m . c . Δt Δt = t2 - t1 Q = ısı m= kütle c = öz ısı Δt = sıcaklık farkı
Örnek : 100 gram cıvanın sıcaklığını 20 oC den 30 oC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir. ( ccıva = 0,033 )
Çözüm :
Q = m . c . Δt =100 . 0,033 . (30 - 20) =3,3 . 10 = 33 cal.
Örnek : 10 gr suyun sıcaklığını 30 oC den 50 oC ye çıkarmak için (csu =1 )
a ) Kaç kalori ısı gerekir.
b ) Kaç Joule ısı gerekir. ( 1J = 4,18 Cal )
Çözüm :
a) Q = m . c . Δt =10 . 1 . (50 - 30 ) = 10 . 20 = 200 cal.
b) 1 cal. 4,18 J ise X =200 . 4,18 = 836 J
200 cal X J'dir
Örnek : 20 gram buzun sıcaklığını - 70ºC den - 20ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir. ( cbuz = 0,5 )
Çözüm :
Q =m . c . Δt = 20 . 0,5 . [ -20 - ( - 70 ) ] =10 . ( - 20 + 70 ) =10 . 50 =500 Cal.
Örnek : 90oC deki 30 gram su ile 10 gr soğuk su karıştırıldığında karışımın son sıcaklığı
72,5oC olduğuna göre soğuk suyun karışımdan önceki sıcaklığı kaç oC dir. (csu = 1)
Çözüm :
Alınan ısı = Verilen ısı QAlınan = QVerilen
m1 . csu . ( t - t1 ) =m2 . csu . ( t2 - t )
10. 1 . ( 72,5 - t1 ) =30 . 1 . ( 90 - 72,5 )
10 . ( 72,5 - t1 ) =30 . 17,5
725 - 10 . t1 =525 725 - 525 = 10 . t1 t1 =200 / 10 = 20oC
Isının Yayılması
1-İletim Yolu ile Yayılma : Isının madde içinden fakat onun hareketi ile ilgili olmadan yayılmasıdır. Katılarda moleküller birbirlerine çok yakın olduklarından sıvılara göre daha iyi iletkendir. Gaz molekülleri birbirlerinden çok uzakta olduklarından iletim yolu ile ısıyı iyi iletmezler.
2- Madde Taşınması ( Konveksiyon ) ile Yayılma : Isının harekette bulunan madde parçacıkları ile yayılmasıdır. Gaz molekülleri çok hareketli olduğundan ısıyı taşıyarak yayarlar.
3- Işıma ( Radyasyon ) ile yayılma : Isının arada herhangi bir madde olmaksızın yayılmasıdır. Ör: Güneş enerjisi
Erime ve Donma
Isı etkisi ile maddenin fiziksel yapısında değişiklikler oluşur. Bir maddenin katı , sıvı veya gaz fazında yada durumunda oluşuna o maddenin hali denir. Bir halden diğer bir hale geçmesine de hal değiştirme denir.
Erime : Katı bir maddenin ısı alarak sıvı hale geçmesine erime denir.
Donma : Sıvı bir maddenin ısı vererek katı hale geçmesine donma veya katılaşma denir.
Erime Sıcaklığı : Katı bir maddenin sıvı hale geçtiği sıcaklık derecesine erime noktası veya erime sıcaklığı denir. Ör : buz 0ºC erir.
Saf bir maddenin sabit basınç altında belli bir erime sıcaklığı vardır. Aynı maddenin erime ve donma sıcaklıkları aynıdır.Erime ve donma süresince sıcaklık sabit kalır. Erime ve donma sıcaklığı madde miktarına bağlı değildir. Erime veya donma noktası maddeler için ayırt edici özelliktir.
Endotermik : Dışarıdan ısı alarak gerçekleşen olaylara denir.
Ekzotermik : Dışarıya ısı vererek gerçekleşen olaylara denir.
Erime Isısı ( Le ) : Erime sıcaklığındaki katı bir maddenin birim kütlesinin ( 1 gr ) sıvı hale geçmesi için gereken ısı miktarıdır.
Erime ısısı Le ile gösterilir. Birimi Cal / g dır. Q = m . Le
Örnek : Erime sıcaklığındaki 10 g buzun tamamen erimesi için ne kadar ısı gerekir. ( Le( buz ) = 80 cal./g.C)
Çözüm :
Q = m . Le = 10 . 80 = 800 cal.
Kaynama , Buharlaşma ve Süblimleşme
Buharlaşma : Sıvı bir maddenin ısı alarak gaz haline geçmesine buharlaşma denir.
Buharlaşma sıvının yüzeyinde gerçekleşir ve genelde her sıcaklıkta olur.
Yoğunlaşma : Gaz halindeki bir maddenin ısı vererek sıvı hale geçmesine yoğunlaşma denir.
Kaynama : Sıvı bir maddenin kabarcıklar çıkararak gaz haline geçmesine kaynama denir.
Kaynama Sıcaklığı : Her sıvının belli bir basınç altında kaynadığı sıcaklığa kaynama noktası veya kaynama sıcaklığı denir. Ör : Su 100ºC de kaynar.
Kaynama sıcaklığı maddeler için ayırt edici özelliktir. Saf bir sıvı belli bir basınçta belirli bir sıcaklıkta kaynar.Sıvının kaynaması süresince sıcaklık sabit kalır. Kaynama sıcaklığındaki sıvının buhar basıncı sıvı üzerine etkiyen dış basınca eşittir.
Buharlaşma Isısı ( Lb ) : Kaynama sıcaklığındaki bir sıvının birim kütlesinin (1 g) tamamen gaz haline geçmesi için gereken ısıya buharlaşma ısısı denir.
Buharlaşma ısısı Lb ile gösterilir. Birimi Cal / g dır. Q = m . Lb
Örnek :Kaynama sıcaklığındaki 10 g suyun tamamen gaz haline geçmesi için ne kadar ısı gerekir. (Lb(buhar)=540)
Çözüm :
Q = m . Lb = 10 . 540 =5400 cal.
Suyun Sıcaklık-Zaman grafiği görülmektedir.
Erime ve buharlaşma ısılarına hal değiştirme ısısı denir. Hal değiştirme ısıları ayırt edici özelliktir. Erime ve kaynama noktaları maddelerin türüne , saf yada karışım halinde olmasına ortamın açık hava basıncına bağlıdır. Saf maddelerin erime ve kaynamaları süresince sıcaklık sabit kalırken karışımların erime ve kaynamaları süresince sıcaklık değişimi devam eder.
Saf sıvılar üzerine etkiyen dış basınç azaldıkça kaynama noktası düşer. Dış basınç artıkça da kaynama noktası yükselir.
Bir sıvının donma noktası üzerine etkiyen basınçla değişir. Donma sırasında büzülen veya sıkışan sıvılar için basıncın artması donma noktasını yükseltir. Su gibi donma sırasında genleşen sıvılar için basıncın artması donma noktasını düşürür.
Buharlaşan su üzerinde hava vardır. Havada bulunan gazların molekülleri su üzerine basınç yapar. Bu arada suyun buharlaşarak gaz haline geçen molekülleri de hava ile birlikte sıvı üzerine azda olsa basınç yapar.
Buhar Basıncı : gaz halinde bulunan su moleküllerinin su üzerine yaptığı basınca buhar basıncı denir.
Açık Hava Basıncı : Hava tabakasını yaptığı basınca açık hava basıncı denir.
Süblimleşme : Katı bir maddenin sıvı hale geçmeksizin doğrudan doğruya gaz haline geçmesine süblimleşme denir. Ör : naftalin.
ÖRNEKLER
Örnek1S. AKÇAY : - 50ºC deki 10 gr buzun sıcaklığını 70ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir. ( cbuz =0,5 cal / g.ºC
csu=1 cal / g.ºC Le(buz) =80 cal/g )
Çözüm :
Q1=m. cbuz . Δt =10. 0,5 .[ 0 - (- 50 )] =5. 50 =250 cal
( -50 ve 0ºC için sıcaklık değişimi )
Q2 = m. Le =10 . 80 =800 cal (0ºC de hal değişimi)
Q3 = m. csu . Δt =10.1. (70 - 0) =10. 70 =700 cal.
( 0ºC ve 70ºC için sıcaklık değişimi )
toplam ısı = QT
QT = Q1 + Q2 + Q3 = 250 + 800 + 700 = 1750 cal.
Örnek2 : 60ºC deki 10 g suyun sıcaklığını 130ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir. ( csu =1 cal /g .ºC
cbuhar=0,46 0,5 cal /g .ºC Lb(buhar) = 540 cal / g )
Çözüm :
Q1 =m. csu . Δt=10. 1. (100 - 60) =400cal (sıcaklık değişimi)
Q2 =m.Lb(buhar) =10. 540=5400cal (Hal değişimi )
Q3=m.cbuhar . Δt=10. 0,5 . (130 - 100) =5 . 30 =150 cal.
(Sıcaklık değişimi )
Toplam ısı = QT
QT = Q1 + Q2 + Q3 =400 + 5400 + 150 = 5950 kalori
Örnek3 : -50ºC deki 10 g buzun sıcaklığını 130ºC ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir. (cbuz =0,5 cal / g.ºC
Le(buz) =80 cal/g csu=1 cal / g.ºC cbuhar=0,46 0,5 cal /g .ºC Lb(buhar) = 540 cal / g )
Çözüm :
1) -50ºC 0ºC buz için sıcaklık değişimi
2) 0ºC de hal değişimi katıdan sıvıya
3) 0ºC den 100ºC ye sıcaklık değişimi
4) 100ºC de hal değişimi sıvıdan gaz haline
5) 100ºC den 130ºC ye sıcaklık değişimi
Q1 = m. cbuz . Δt = 10 . 0,5 . [ 0 - ( - 50 )] = 5 . 50 = 250 kalori
Q2 = m . Le (buz ) = 10 . 80 = 800 kalori
Q3 = m . csu . Δt = 10 . 1 . ( 100 - 0 ) = 10 . 100 =1000 kalori
Q4 = m . Lb (buhar ) = 10 . 540 = 5400 kalori
Q5 = m.cbuhar . Δt = 10 . 0,5. ( 130 - 100 ) = 5 . 30 = 150 kalori
QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 250 + 800 + 1000 + 5400 + 150 = 7600 kalori
Örnek4 : Erime sıcaklığındaki (0ºC deki ) buz parçası 80ºC deki 220 gr su içine bırakılıyor. Buz tamamen
eriyince denge sıcaklığı 30ºC olarak ölçüldüğüne göre başlangıçtaki buzun kütlesi kaç gramdır.
( Le(buz) =80 cal/g csu=1 cal / g.ºC )
Çözüm :
QAlınan = QVerilen
mbuz . Le(buz) + mbuz . csu ( 30 - 0 ) = msu . csu . ( 80 - 30 )
mbuz . 80 + mbuz . 1 . 30 = 220 . 1. 50
mbuz . 110 = 11000 mbuz = 11000 / 110 = 100 gram
Örnek5 : 300 gr demire 150 cal. ısı verildiğinde sıcaklığında ne kadar değişme olur. ( cdemir= 0,10 Cal./g .oC )
Çözüm :
Δt = Q = 150 = 150 / 30 =5oC
m . c 300.0,10
Örnek6 : 10ºC deki 5 gr su ile 80ºC deki 20 gr su karıştırılırsa karışımın son sıcaklığı karışımın son sıcaklığı
kaç ºC olur. ( csu = 1 )
Çözüm :
QAlınan = QVerilen
m1 . csu . ( t - t1 ) =m2 . csu . ( t2 - t )
5 . 1 . ( t - 10 ) = 20 . 1 . ( 80 - t )
5. t - 50 = 1600 - 20. t
5. t + 20. t =1600 + 50 25. t =1650 den t = 1650 / 25 = 66ºC
Örnek7 : A ve B gibi iki termometre şekilde görüldüğü gibi bölmelere ayrılmıştır.
a) Sıcaklık A termometresinde 70ºA olarak okunuyorsa B termometresinde kaç okunur.
b) Sıcaklık B termometresinde 0ºB olarak okunuyorsa A termometresinde kaç okunur.
Çözüm :
a) A - 50 = B - ( - 20) 70 - 50 = B + 20 20 = B + 20
100 50 100 50 100 50
50 . 20 = 100. (B + 20 ) 1000 =100. (B + 20) den B = 30 bulunur.
b) A - 50 = B - ( - 20) A - 50 = 0 - (- 20 ) A - 50 = 0 + 20
100 50 100 50 100 50
50. ( A - 50 ) = 100. 20 50. ( A - 50 ) = 2000
50. A - 2500 = 2000 50. A = 4500 A= 4500 / 50 den
A = 90 bulunur.
Örnek8 : Hangi sıcaklık derecesinde Fahrenheit termometresinde okunan sayı Celsius termometresinde okunan
sayının iki katından 10 fazla olur.
Çözüm : Celsius termometresinde okunan sayı X olursa Fahrenheitte okunan sayı 2X + 10 olur.
C = F - 32 X = (2X + 10) - 32 X = 2X - 22 100. ( 2X - 22 ) = 180. X
100 180 100 180 100 180
200. X - 2200 = 180. X 200.X - 180.X = 2200 20.X = 2200 X = 2200 / 20 = 110ºC
Örnek9 : Isınma ısısı 0,2 Cal./g.oC olan bir maddeden yapılmış 200 gramlık bir kapta ısınma ısısı 0,6 Cal./g.oC
olan bir sıvıdan 100 gram bulunmaktadır. Bu kaba 2 Kkalori ısı verildiğinde sıcaklığında ne kadar
değişme olur.
Çözüm :
Q = Qsıvı + Qkap
2000 =100. 0,6 . Δt + 200. 0,2 . Δt 2000= 60. Δt + 40. Δt 2000 =100. Δt Δt =2000/100= 20ºC
Örnek10 : Kütlesi 300 gr öz ısısı 0,3 cal /g. ºC olan 20ºC deki bir sıvı ile kütlesi 50 gr öz ısısı 1,2 cal /g.ºC
olan sıcak bir sıvı karıştırıldığında karışımın denge sıcaklığı 30ºC olduğuna göre sıcak sıvının
karışımdan önceki sıcaklığı kaç ºC dir.
Çözüm : Alınan ısı = Verilen ısı
300 . 0,3 . (30 - 20 ) = 50 . 1,2 . ( t2 - 30 )
90. 10 = 60. (t2 - 30 ) 15 = t2 - 30 15 + 45 = t2 t2 = 45oC
Örnek11 : Isıca yalıtılmış kaba bağlı musluklar birim zamanda eşit miktarda su akıtmaktadır. A musluğundan
gelen suyun sıcaklığı 60ºC , B den geleninki de 20ºC dir. İki musluk da açılarak kabın yarısı
doldurulduktan sonra A musluğu kapatılıyor. Kap tümüyle dolup içinde denge sağlanınca sıcaklık kaç ºC olur.
Çözüm : m1 = m2 = m alınsın (kabın yarısı dolunca )
Alınan ısı = Verilen ısı
m. c . (tY - tB ) = m. c. (tA - tY )
m. c . ( tY - 20 ) = m. c . ( 60 - tY ) tY - 20 = 60 - tY 2 . tY = 80 tY = 80 / 2 tY = 40ºC olur.
m1 + m2 = m3 = m olsun ( Kabın tamamı dolunca )
Alınan ısı = Verilen ısı
m3 . c. ( tT - tB ) = (m1 + m2 ) . c. (tY - tT )
m3. c . ( tT - 20 ) = (m1 + m2 ). c . ( 40 - tT ) tT - 20 = 40 - tT 2. tT = 60 tT = 60 / 2 tT = 30ºC olur.
Örnek12 : Öz ısısı 0,2 cal /g. ºC olan maddeden yapılmış 2 kg'lık bir kapta ısınma öz ısısı 0,6 cal /g. ºC olan
1,5 kg'lık bir sıvı bulunmaktadır. Kaba 26 k.Cal ısı verildiğinde sıcaklığındaki değişme ne kadar
olur ?
Çözüm :
Q = Qsıvı + Qkap
26000 = 1500 . 0,6 . Δt + 2000 . 0,2 . Δt
26000 = 900 . Δt + 400 . Δt 26000 = 1300 . Δt Δt = 26000 / 1300 = 20ºC
Örnek13 : 18ºC deki su ile 70ºC deki sıvı karıştırıldığında karışımın denge sıcaklığı 30ºC oluyor. Sıvının
öz ısısı 0,6 Cal / g.ºC olduğuna göre suyun kütlesinin sıvının kütlesine oranı nedir ?
Çözüm :
Q1 = Q2
msu . csu . ( t - tsu ) = msıvı . csıvı . ( tsıvı - t )
msu . 1 . (30 - 18 ) = msıvı . 0,6 . ( 70 - 30 )
12 . msu = 24 . msıvı msu / msıvı = 24 / 12 = 2
Örnek14 : Isı sığası 400 cal./ ºC olan bir kapta 20ºC de 600 gram su bulunmaktadır. Suyun sıcaklığını 50ºC ye
çıkarmak için kaba verilmesi gereken ısıyı bulun. ( csu =1 )
Çözüm :
Q = Qsu + Qkap
Q = 600. 1 . ( 50 - 20 ) + 400. ( 50 - 20 )
Q = 18000 + 12000 = 30000 = 3. 104 cal.
Örnek15 :
Katı bir cismin sıcaklık - ısı grafiği şekildeki gibidir. Tamamen sıvı hale dönüşen bu maddenin erime ısısı 20 cal. / g olduğuna göre öz ısısı ne kadardır.
Çözüm : 300 - 200 = 100 cal 100 = m . Le
100 = m. 20 den m = 100 / 20 = 5 gram
200 = m. c . Δt 200 = 5. c . [ 80 - ( - 20) ]
200 = 5. c . 100 c = 200 / 500 = 2 / 5 = 0,4 cal/g.ºC
Örnek16 : 10 gram suyun sıcaklığını 50oF den 140oF ye çıkarmak için ne kadar ısı gerekir.( csu = 1 Cal. /g.oC )
Çözüm :
F1 = 1,8. C1 + 32 den 50 = 1,8.C1 + 32 50 - 32 = 1,8 .C1 C1 = 18 /1,8 = 10
F2 = 1,8. C2 + 32 den 140 = 1,8. C2 + 32 140 - 32 = 1,8 . C2 C2= 108 / 1,8 = 60
t1 = 10 t2 = 60 Q = m.c . Δt =10. 1. ( 60 - 10 ) =10. 50 = 500 cal.
Örnek17 : Bir X termometresinde su 100oX de erimekte ve 20oC yi de 140oX olarak göstermektedir. Bu X termometresinde suyun kaynama noktası ne kadardır.
Çözüm :
C = X - X1 20 /100 = 140 -100 1/ 5 = 40 / X2 - 100 den X2 = 300 olur
100 X2 - X1 X2 - 100
Örnek18S. AKÇAY : Öz ısısı 0,3 Cal/g.oC olan 200 gramlık bir kabın içerisinde 0oC de 100 g buz vardır. Buzun sıcaklığını 30oC ye çıkarmak için kaba verilmesi gereken ısıyı bulun. ( cSu = 1 Le(Buz) = 80 )
Çözüm :
Q = Qkap + QSu + QHal = mkap. ckap.Δt + mSu.cSu. Δt + mbuz. Le(buz)
Q = 200.0,3. ( 30 - 0 ) + 100.1. ( 30 - 0) + 100. 80 =60. 30 + 100. 30 + 800 =12800 cal.
Örnek19 : Boş bir kabı 10oC de su akıtan A musluğu 2 dakikada doldurabiliyor. Aynı boş kabı 80oC de su akıtan B musluğu ise 8 dakikada doldurabiliyor. Her iki musluk aynı anda açılıp kap tamamen dolunca denge sıcaklığı kaç oC olur. ( dsu = 1 , csu = 1 )
Çözüm : Her iki musluk aynı anda açıldığında
1 / 2 + 1 / 8 = 1 / X 5 / 8 = 1 / X ten X = 8 / 5 dakikada doldurur.
Kabın hacmi V olsun :
A musluğu 2 dakikada V hacmini doldurursa
" " 8/5 " X " "
X = 4 / 5 V olur. yani VA = 4 / 5 V olur
B musluğu 8 dakikada V hacmini doldurursa
" " 8/5 " X " "
X = 1 / 5 V olur. VB = 1 / 5 V olur.
mA = VA . dsu = 4/5 V. 1 = 4 / 5 V
mB = VB . dsu = 1/5 V.1 = 1 / 5 V
karışımın sıcaklığı t olsun. A musluğundaki suyun sıcaklığı tA B ninkide tB olsun
Alınan ısı = Verilen ısı
mA . csu . ( t - tA ) = mB . csu . ( tB - t )
4/5 V . 1. ( t - 10 ) = 1/5 V . 1. ( 80 - t )
4 . ( t - 10 ) = 80 - t
4t - 40 = 80 - t
5t = 120 den t = 120 / 5 t = 24 oC olur.
Örnek20 : Bir X termometresinde su - 50oX de donmakta ve 150oX de ise kaynamaktadır. Bir Y termometresinde su 100oY de donmakta ve 30oX yi 220oY olarak göstermektedir. Buna göre Y termometresinde suyun kaynama sıcaklığı kaç oY dir.
Çözüm :
X - X1 = Y - Y1 30 - ( -50) = 220 - 100 80 = 120
X2 -X1 Y2 - Y1 150 - ( -50) Y2 - 100 200 Y2- 100
Y2 = 400oY olur.
-
Konu: Cift Yarık Deneyi
1803'te ve 1807'de İngiliz Thomas Young ( 1773-1829) ışık dalgalarının girişimini gösteren deney sonuçlarını yayımladı. Deneyinde bir pencere pancurunda bulunan bir delikten gelen ince bir demet halindeki Güneş ışınlarının,bir mukavva parçası üzerindeki iki ince paralel yarık üzerine düşmesini sağladı. Yarıkların ilerisine konulan bir gözetleme ekranı üzerinde saçaklar denilen aydınlık ve karanlık bölgelerin birbirini izlediği bir desen gözledi. Onun bu saçakları gözlemesi ve ışığın bir dalga olrduğu kanısına varması,ona ilk kez ışığın dalga boyunu hesaplama şansını verdi.Bu deneye göre iki yarık özdeş dalgalar gönderen iki ışık kaynağı gibi davranır. Parlak saçaklar bu konuda doğru gelen dalgaların birbirini kuvvetlendirmesinden dolayıdır.
Kuantum kuramının en ilginç deneylerinden birisi çift yarık deneyidir. Bu deneyi ustaların ağzından size sunacağım. Burada ışığın elektron gibi elektronun da ışık gibi davrandığını,ikisinin de aynı ölçüde acayip olduğunu göreceğiz. Bir boncuk gibi düşündüğümüz parçacıkların (örneğin fotonun ve elektronun) aynı anda iki delikten geçtiğini göreceğiz. "Ama nasıl olur,ya şu delikten ya bu delikten geçmiş olmalı. Atladığımız bir şey olmalı. Bir kere daha denesek!.." diyeceksiniz. Her seferinde parçacık aynı anda iki delikten geçecek. Burada "bilimin doğal olmayan doğası" bir kere daha bizi sarsacak. Elektronların tenis toplarına ışığın da su dalgalarına hiç benzemediğini göreceğiz. Doğanın bizim gördüğümüzden daha harikalar yarattığını görerek şaşıracağız. Kim bilir bütün bunlar, bize daha ne kadar çok çalışmamız gerektiğini düşündürür. Dosyamızda iki büyük usta konuyu anlatacak: Richard Feynman ve Roger Penrose.
Çift Yarık Deneyi -1
Olasılık ve Belirsizlik: Kuantum Mekaniği Açısından Doğa
Kuantum fikirleri,sağduyu diyebileceğimiz şeyi tam kalbinden vurur. Bu fikirlerden en önemlisi ünlü "çift yarık" deneyidir. Feynman'ın bu deneyi çözümlemesi,bilimsel açıklama tarihinde bir klasik olmuştur. Kuantum mekaniği açısından doğanın yorumunu, büyük fizikçi Richard Philip Feynman(1918-1988)dan (1965 Nobel)sunuyorum:
"Deneysel gözlem sürecinin geçmişteki aşamalarında veya herhangi bir şeyin bilimsel açıdan gözleminde,olaylara makul bir açıklama getiren şey sezgi olmuştur. Sezgi ise günlük şeylerle ilgili basit deneyimlerimizden kaynaklanır. Gördüklerimizi daha kapsamlı ve tutarlı bir şekilde açıklamaya çalıştıkça,alan genişlemeyip çok daha çeşitli olgularla karşılaştıkça,açıklamalar da basit açıklamalar yerine yasa dediğimiz şeylere dönüşür. Yasaların tuhaf bir özelliği vardır;sağduyudan ve sezgisel olarak apaçık olandan uzaklaşıyor gibi görünüyor. Buna bir örnek olarak görelilik kuramını ele alalım. Önerilen şudur: İki şeyin aynı anda olduğunu düşünüyorsanız,bu sizin kanınızdır;başka birisi olaylardan birinin diğerinden önce olduğu sonucunu çıkarabilir; bu nedenle de "aynı anda olma" durumu, yalnızca subjektif(öznel) bir izlenimdir."
İşlerin başka türlü olmasını beklemek için bir neden yoktur. Çünkü,günlük yaşamdaki deneyimler çok yavaş hareket eden şeylerle ya da çok özel koşullarla ilgilidir; dolaysıyla doğadaki çok kısıtlı olguları temsil ederler. Doğal olguların ancak çok küçük bir bölümü doğrudan deneyim yoluyla anlaşılabilir. Daha geniş bir bakış açısını ancak hassas ölçümler ve dikkatli denemeler sonucu kazanırız. O zaman da hiç beklenmeyen şeyler görürüz; tahmin edebildiğimizden çok farklı, hayal edebileceğimizden öte şeyler... Hayal gücümüz, sonuna kadar gerilir;kurgu romanlarda olduğu gibi gerçekte varolmayan şeyler hayal etmek değil, varolan şeyleri kavramak için. Konuşmak istediğim konu da budur.
Işık kuramının tarihçesi ile başlayalım.
Önceleri ışığın yağmur gibi, tüfekten atılan mermiler gibi, bir parçacıklar, tanecikler sağanağına benzer şekilde davrandığı varsayılıyordu. Daha ileri araştırmalar sonucunda bunun doğru olmadığı, ışığın gerçekte dalga gibi,örneğin sudaki dalgalar gibi davrandığı ortaya çıktı. Sonra 20. yy'da yeni araştırmalar, ışığın bir çok yönden gerçekten parçacıklar gibi davrandığı izlenimini uyandırdı. Foto-elektrik etkilerle bu parçacıklar sayılabiliyordu-şimdi onlara foton deniliyor. Elektronlar,ilk keşfedildiklerinde tamamen parçacıklar gibi, mermiler gibi davranıyorlardı. Daha sonraki deneyler;örneğin elektron kırınım deneyleri,elektronların dalga gibi davrandığını ortaya koydu. Zaman geçtikçe elektronların nasıl davrandıkları konusunda giderek artan bir şaşkınlık baş gösterdi dalga mı, parçacık mı, parçacık mı dalga mı? Eldeki veriler ikisine de benzediklerine işaret ediyordu.
Gittikçe artan bu kargaşa 1925/1926'da kuantum mekaniği için doğru denklemlerin bulunmasıyla çözüme kavuştu. Elektronların ve ışığın nasıl davrandıklarını artık biliyoruz. Nasıl mı davranıyorlar? Parçacık gibi davrandıklarını söylersem yanlış izlenime yol açmış olurum. Dalga gibi davranışlar dersem yine aynı şey. Onlar kendilerine özgü, benzeri olmayan bir şekilde hareket eder. Teknik olarak buna "kuantum mekaniksel bir davranma biçimi" diyebiliriz. Bu, daha önce gördüğünüz hiçbir şeye benzemeyen bir davranış biçimidir. Daha önce gördüğünüz şeylerle edindiğiniz deneyimler eksiksiz değildir. Çok küçük ölçekteki şeylerin davranışı için söyleyeceğimiz tek şey, onların farklı davrandıklarıdır. Bir atom, bir yay ucuna asılmış sallanan bir ağırlık gibi davranmaz. Küçücük gezegenlerin yörüngeler üzerinde hareket ettikleri minyatür bir güneş sistemi gibi de davranmaz. Çekirdeği saran bir bulut veya sis tabakasına da pek benzemez. Daha önce gördüğünüz hiçbir şeye benzemeyen bir şekilde davranır.
En azından bir basitleştirme yapabiliriz:Elektronlar bir anlamda tıpkı fotonlar gibi davranırlar;ikisi de "acayiptir",ama aynı şekilde.
Nasıl davrandıklarını algılamak bir hayli hayal gücü gerektirir;çünkü açıklayacağımız şey bildiğiniz her şeyden farklıdır. En azından bu yönüyle,soyut olması ve deneyimlerimizden farklı olması yönüyle,bu ders belki de bu dizinin en zor dersi olacaktır. Bunu önleyebilme olanağım yok. Fizik yasalarının özellikleri hakkında bir dizi konferans verip küçük ölçekteki parçacıkların gerçek davranışlarından söz etmesem işi yarım bırakmış olurum. Bahsedeceğim şey, doğadaki bütün parçacıklara özgü evrensel bir özelliktir. Öyleyse, fizik yasalarının özelliklerini bilmek istiyorsanız, bu özel konunun anlatılması zorunludur.
Bu zor olacak. Ancak gerçekte bu zorluk psikolojiktir, kendinize sürekli "ama bu nasıl olabilir" diye sormanın yarattığı sıkıntıdan kaynaklanır. Sorduğunuz bu soru,onu alışılmış bir şeyler cinsinden görmek arzusu gibi dayanılmaz fakat son derece olanaksız bir arzunun dışa vurumudur. Onu alışılmış bir şeye benzeterek açıklayacak değilim;yalnızca açıklayacağım. Bir zamanlar gazetelerde görelilik teorisinin sadece on iki kişi tarafından anlaşıldığı yazılmıştı. Hiçbir zaman öyle bir dönem olduğunu sanmıyorum. Onu yalnız bir tek kişinin anladığı bir dönem olabilirdi;çünkü daha kaleme almadan önce bu teoriyi fark eden kişiydi o. Ancak onun çalışmasını okuyan birçok kişi görecelik teorisini şu veya bu şekilde anladı;bunların sayısı da kuşkusuz on ikiden çoktu. Buna karşın, kuantum mekaniğini kimsenin anlamadığını rahatlıkla söyleyebilirim. Bu nedenle, anlatacaklarımı gerçekten anlamanız gerektiğini düşünerek dersi çok da ciddiye almayın;gevşeyin ve keyfini çıkarın! Size doğanın ne şekilde davrandığını anlatacağım. Onu, bu şekilde davranabileceğini kabul ederseniz,çok sevimli ve büyüleyici bulacaksınız. Eğer yapabilirseniz, kendinizse sürekli "ama bu nasıl olabilir?" diye sormayın;çünkü çabanız boşunadır;şimdiye kadar hiç kimsenin kurtulamadığı bir çıkmaz sokağa girersiniz. Bunun neden böyle olabildiğini kimse bilemiyor.
Şimdi sizlere elektron ve fotonların, kuantum mekaniksel olarak nasıl davrandıklarını anlatacak ve bunu yaparken hem benzetme, hem de karşıtlardan yararlanacağım. Yalnızca benzetmelerden yola çıkarsak başaramayız;açıklayacağımız şeyleri, bildiğimiz şeylere benzeyen ve ters düşen yönleriyle ele almak gerekir. Benzetme ve karşıtlığı, önce parçacıkların davranışı için mermiler sonra dalgaların davranışı için su dalgalarını kullanarak yapacağım. Bunun için özel bir deney düzenleyeceğim. Sizlere önce parçacıklar kullandığımda deneyin nasıl gelişeceğini;sonra da dalgalar için neler olabileceğini;son olarak da sistemde gerçekten elektronlar ve fotonlar olduğu zaman gerçekleşecekleri anlatacağım.
Kuantum mekaniğinin bütün sırlarını içeren bu tek deneyle sizi doğanın tuhaflıkları,gizemleri ve paradoksları ile yüz yüze getireceğim. Kuantum mekaniğinde karşılaşılacak herhangi başka bir durumun "İki delikle yapılan deneyi anımsıyor musunuz? Bu da aynı şey" diyerek açıklanabileceği anlaşılmıştır. Şimdi sizlere iki delikle yapılan deneyi anlatacağım. Deney bu anlaşılmaz şeyin tümünü içeriyor. Hiçbir şeyi atlamayacağım ve size doğayı en zarif ve zor şekliyle, bütün çıplaklığıyla ortaya koyacağım...
Werner Heisenberg( 1901-1976),kuantum mekaniği yasalarını bulduğu zaman,bir şeyin farkına vardı: Keşfettiği yasalar, ancak deneme yetimize,daha önce fark etmediğimiz bazı temel sınırlamalar konulduğu zaman tutarlı oluyorlardı. Başka bir deyişle deneylerde istediğiniz ölçüde hassas olamazsınız. Heisenberg bir belirsizlik ilkesi öne sürdü. Bizim deneyimiz içeriğinde onu şöyle ifade edebiliriz(Kendisi farklı bir şekilde ifade etti. Ancak,ikisi tamamen denktir; birinden diğerine geçebilirsiniz): "Elektronun hangi delikten geçtiğini saptayan ve aynı zamanda elektronu girişim düzenini yok edecek ölçüde etkilenmeyen bir cihaz yapmak olanaksızdır." Hiç kimse bunu önleyecek bir yol bulamamıştır. Hepinizin elektronun hangi delikten geçtiğini saptayacak yöntemler keşfetmek için sabırsızlandığımızdan eminim; ancak, bunların her biri dikkatle incelendiğinde bir aksaklık olduğunu göreceksiniz. Elektronu etkilemeden buna başarabileceğinizi düşünebilirsiniz;ama daima bir aksaklık ortaya çıkacaktır ve her zaman eğrilerdeki farklılığa,elektronun hangi delikten geçtiğini saptayan cihazların yol açtığı ortaya çıkacaktır.
Bu, doğanın temel bir özelliğidir ve bize her şey için geçerli olan bir şey anlatır. Eğer yarın yeni bir parçacık,"kaon", keşfedilirse-gerçekte kaon keşfedilmiştir;onu sırf isim vermek için kullandım-ve onun elektronla etkileşimini elektronun hangi delikten geçtiğini bulmak için kullanırsam,bu yeni parçacığın davranışı hakkında,sanırım,önceden bildiğim bir şey vardır: Elektronun hangi delikten geçtiğini saptayabiliyorsam,onun bu işi elektronu etkilemeden,girişim olan bir düzenden girişim olmayan bir düzene değiştirmeden yapabilecek bir özelliğe sahip olamayacağı. Bu nedenle belirsizlik ilkesi bilinmeyen nesnelerin birçok özelliklerini önceden tahmin etmemizi sağlayan, genel bir ilke olarak kullanılabilir. Bu özellikler,benzer şekilde,sınırlıdırlar.
A önermesine dönelim. "Elektronlar ya bir delikten ya da öbüründen geçmeye zorunludurlar".
Bu doğru mu yoksa yanlış mı? Fizikçilerin,tuzağa düşmelerini önleyen bazı yöntemler vardır. Düşünce kurallarını şu şekilde açıklarlar: Bir elektronun hangi delikten geçtiğini saptayabilen bir cihazınız varsa (ve böyle bir cihazınız olabilir) o zaman ya bir delikten ya diğerinden geçtiğini söyleyebilirsiniz;bu mümkündür. Baktığınızda her zaman ya bir delikten ya da öbüründün geçiyordur. Ancak hangi delikten geçtiğini saptayacak bir cihazınız yoksa o zaman onun bu delikten ya da öbür delikten geçtiğini söyleyemezsiniz (bunu söylemeniz her zaman mümkündür;yeter ki düşünmeyi derhal kesin ve bundan hiçbir sonuç çıkarmayın. Fizikçiler şu anda susmayı düşünmemeye yeğliyorlar). Bakmadığınız zaman elektronun ya bu delikten ya öbüründen geçtiğini söylemek hatalı bir öngörü olur. Doğayı yorumlamak istiyorsak üstünde cambaz gibi yürüyeceğimiz mantıksal ip budur.
Sözünü ettiğim bu önerme genel bir önermedir. Yalnızca iki delik için değil,aşağıdaki şekilde ifade edilebilecek olan bir önermedir. İdeal bir deneyde yani, her şeyin olabildiğince kesin bir şekilde belirlendiği bir deneyde herhangi bir olayın gerçekleşme olasılığı,bir şeyin karesidir. Örneğimizde bu, genliğin karesi olan,"a" dediğimiz şeydir. Bir olgu birkaç değişik şekilde ortaya çıkabiliyorsa,genlik olasılığı,yani bu "a" sayısı,her seçenek için bulunan "a"ların toplamıdır. Eğer bir deney, hangi seçeneğin kullanıldığını belirleyecek şekilde gerçekleşmişse,olgunun gerçekleşme olasılığı farklıdır;her seçeneğin olasılıkları toplamıdır. Yani,girişimi kaybedersiniz.
Yarıkların,bir fotonun her ikisinden aynı anda geçmesini sağlayacak kadar birbirine yakın olmaları gerekmez. Yarıklar birbirinden ne kadar uzak olursa olsun bir kuantum parçacığının 'aynı anda iki yerde' bulunabildiğini anlamak için,iki yarık deneyinden biraz farklı tasarımlanmış bir deney ortamı düşündüm. Daha önce olduğu gibi,tek tek foton yollayan monokromatik bir ışık kaynağımız olsun; fakat bu kez ışığı bir çift ince uzun yarıktan geçirmek yerine,ışık demetini 45 derece açıyla konumlanmış yarı saydam bir aynadan yansıtalım.(Yarı saydam ayna, üzerine düşen ışığın tam yarısını geçirirken,diğer yarısını yansıtan bir aynadır). Işığın aynaya düşmesiyle fotonun dalga fonksiyonu ikiye ayrılarak,bir bölümü yan tarafa yansıtılır ve geriye kalan bölümü fotonun geliş yönünde ilerlemeye devam eder. Dalga fonksiyonu tıpkı iki yarık deneyinde olduğu gibi yine iki sivri tepe kazanmıştır. Fakat şimdi bu iki tepe noktası birbirinden çok daha geniş bir mesafeyle ayrılmış olup,tepelerden birisi yansıtılan fotonu, diğeri ise iletilen fotonu tanımlar. Üstelik,zaman ilerledikçe,bu sivri tepeler arasındaki uzaklık da artar ve sonsuza gider. Dalga fonksiyonunun iki bölümünün uzaya kaçtığını ve bütün bir yıl beklediğimizi varsayın. Bu durumda,fotonun dalga fonksiyonunun iki tepe noktası arasında bir ışık yılı uzaklık bulunacaktır. Nasıl oluyorsa,foton kendini birbirinden bir ışık yılından daha uzak iki yerde aynı anda buluyor!Böyle bir tanımı ciddiye almak için neden var mı? Fotonun herhangi bir noktada bulunması için yüzde 50,bir başka noktada bulunması içi yüzde 50 olasılığa sahip olduğunu düşünebilir miyiz? Hayır,düşünemeyiz! ne kadar uzun yol almış olursa olsun foton demetinin iki bölümünün geriye yansımaları olasılığı ve böylece birbirleriyle karşılaşılarak,iki seçeneğe ait olasılıkların içermediği girişim etkilerini yaratmaları olasılığı her zaman vardır. Işık demetinin her bir bölümünün,ışık demetlerini tekrar başlangıç noktasında biraraya getirecek şekilde konumlanmış,tam yansıtıcı birer aynayla karşılaştıklarını düşünün. Karşılaşma noktasına başka bir yarı saydam ayna yerleştirelim ve bu aynayı bir öncekiyle aynı açıda konumladığımızı varsayalım. Işık doğruları üstüne iki fotosel yerleştirirsek(1 ve 2) ne gözleriz? Fotonun bir yolu izleme olasılığı yüzde 50,öteki yolu izleme olasılığı yüzde 50 olsaydı,detektörlerden birinin fotonu kaydetme olasılığı yüzde 50,diğer detektörün kaydetme olasılığı yüzde 50 olurdu. Ancak bu hiç de böyle olmuyor. İzlenebilecek iki yol, tamamıyla aynı uzunlukta iseler fotonun,ilk hareket yönü doğrultusundaki 1 Dedektörüne ulaşma olasılığı yüzde 100,diğer 2 dedektörüne ulaşma olasılığı yüzde 0 olur ve kuşkusuz foton 1 dedektörüne çarpacaktır!(Bunu,iki yarık deneyi için biraz önce verdiğimiz sarmal tarifinden yararlanarak anlayabiliriz).
Işık yılıyla ölçülen uzaklıklara dayalı böyle bir eney kuşkusuz yapılmamıştır ama varsayılan sonuçtan hiç de ciddi şekilde kuşku duyulmamaktadır(geleneksel kuantum fizikçilerine göre!). Bir kaç metrelik uzaklıklara dayalı benzer deneyler yapılmıştır ve sonuçlar kuantum mekaniksel öngörülerle gerçekten tam bir uyum içerisindedir(bkz.Wheeler 1983). Fotonun yarı yansıtıcı bir aynayla ilk ve son karşılaşması arasında fotonun varoluşunun 'gerçekliği' hakkında böyle bir deney bize ne bildirir? Fotonun bir anlamda,aynı anda her iki yolu da gerçekten izlemiş olması kaçınılmaz görünüyor! Çünkü fotonun izlediği iki yoldan birine soğurucu bir ekran yerleştirilse 1veya 2 noktalarına ulaşılması olasılığı eşit olur;fakat her iki yol açık olduğu(ve eşit uzunlukta olduğu) takdirde yalnız 1 noktasına ulaşılabilir. Yollardan birinin kapatılması durumunda yalnız 2 noktasına ulaşılabilir! Her iki yol açıksa foton, 2'ye ulaşmasına izin verilmediğini bir şekilde 'bilir';demek ki her iki yolun varolduğunu aslında bilmektedir. Niels Bohr'un iki ölçme arasında fotona hiç bir somut anlam yüklenemeyeceği görüşü bana,foton durumlarının gerçekliği hakkında aşırı kötümser bir görüş gibi geliyor. Fotonun konumu hakkındaki gerçeği tanımlamamız için kuantum mekaniği bize bir dalga fonksiyonu sunmaktadır ve yarı saydam aynalar arasında fotonun dalga fonksiyonu iki sivri tepeli durumda olup iki tepe noktası arasındaki uzaklık bazen büyük boyutlara ulaşabilmektedir(Kralın Yeni Usu-2,s:129-131)
Şimdi sorunumuz bunun gerçekte nasıl olduğudur. Bunu gerçekleştiren mekanizma nedir? Hiç kimse herhangi bir mekanizma bilmiyor. Hiç kimse size bu olgunun benim anlattıklarımdan daha derinlemesine bir açıklamasını,anlatımını yapamaz. Girişimi yok etmeden elektronun hangi delikten geçtiğini saptamanın olanaksız olduğu gösteren başka deneyler yaparak daha etraflı açıklamalarda bulunanlar,iki delikle girişim deneylerinden daha farklı deneylerden söz edenler çıkabilir. Ancak bunlar, daha iyi kavramanız için yapılan tekrarlardan ibarettir. Daha derin değil,daha geniştirler. Matematik ifade daha kesin biçimlerde verilebilir;onların gerçel( reel) değil,karmaşık sayılar oldukları söylenebilir;veya ana fikirle ilgili olmayan başka birkaç nokta belirtilebilir. Ancak,derin gizem benim anlattığımdan başka bir şey değildir; henüz kimse daha derinlere inememiştir.
Buraya kadar bir elektronun gelme olasılığını hesapladık. Şimdi soru belirli bir elektronun gerçekten nereden geldiğini bulabileceğimiz bir yol olup olmadığıdır. Durum çok karmaşık bir hal aldığında olasılık teorisi kullanmaya,yani olasılıkları hesaplamaya karşı değiliz. Havaya bir zar atıyoruz;çeşitli dirençler,atomlar, bütün karmaşık işler karşısında belirli bir tahmin yapmak için yeterli ayrıntıyı bilmediğimizi kabul ediyoruz;bu nedenle de onun şu yolla veya bu yolla gelme olasılığını hesaplıyoruz. Burada öne sürdüğümüz şey, en derinlerde de olasılık bulunduğu,fiziğin temel yasalarında beklenmeyen şeyler olduğudur.
Gelecekte Bu Sorunu Çözebilecek miyiz?
Işık söndürüldüğünde girişimin elde edileceği bir deney düzenlediğimi varsayalım. Sonra,ışık olduğu zaman bile elektronun hangi delikten geçtiğini bilemeyeceğimi söylüyorum. Bildiğim tek şey, ya bu deliğe ya da öbürüne baktığım. Hangi delikten geçeceğini önceden bilmemi sağlayan bir yol yok. Sözün kısası,gelecek tahmin edilemez. Elde olan herhangi bir bilgiyi kullanarak elektronun hangi delikten geçeceğini veya hangi delikte görüneceğini herhangi bir şekilde bilmek olanaksızdır. Bunun bir anlamı da şudur: Fizikçinin başlangıçtaki amacı-herkesin varsaydığı gibi- belirli koşullar altında daha sonra ne olacağını tahmin edebilmek için yeterli bilgiye sahip olmak idiyse,artık bundan vazgeçmiş gibidir. İşte koşullar: elektron kaynağı,güçlü ışık kaynağı,iki deliği olan tungsten levha. Şimdi bana elektronu hangi deliğin arkasında göreceğimi söyleyebilir misiniz? Bir teoriye göre,elektronun hangi delikten geçeceğinin bilinememe nedeni,bunun daha önceden,kaynaktaki bazı karmaşık şeylerle önceden belirlenmiş olması,hangi delikten geçeceğine karar veren iç çarklar,iç vitesler bulunmasıdır. Olasılık yarı yarıyadır;tıpkı bir zar gibi rastgele düşer. Fizik henüz tamamlanmış değildir;yeterince eksik bir duruma geldiğinde hangi delikten geçeceğini tahmin edebileceğiz. Buna "gizli değişkenler teorisi" deniliyor. Bu teori doğru olamaz;tahmin yapamama nedenimiz ayrıntılı bilgi eksikliğinden ileri gelmiyor.
Işığı yakmazsam girişimi elde edeceğimi söyledim. Bu girişim olgusunu elde ettiğim koşul var ise onu Delik 1 ve Delik 2'den geçme bağlamında değerlendirmem olanaksızdır; çünkü bu girişim eğrisi çok basit ve diğer iki olasılık eğrisinin katkısı göz önüne alındığında matematiksel olarak çok farklıdır. Eğer ışık yanarken bir elektronun hangi delikten geçeceğini saptama olanağımız olsaydı, o zaman ışığın yanıp yanmaması bir fark yaratmazdı. Kaynakta varolan,gördüğümüz, ve bize onun Delik 1 veya Delik 2'den geçeceğini söylememize olanak veren çarkları ışık yokken elektronun hangi delikten geçtiğini söyleyebilirdik. Bunu yapabilseydik elde edeceğimiz eğri Delik 1'den ve Delik 2'den geçenlerin toplamı olarak ifade edilebilirdi;ama edilemiyor. Demek ki ışık açık olsun olmasın, deneyin ışıksız ortamda girişim oluşturacak şekilde düzenlendiği herhangi bir durumda,elektronun hangi delikten geçeceğine dair önceden bilgi sahibi olmak olanaksız olmalıdır. Doğanın yapısında olasılık varmış gibi görünmesi bizim iç çarklar,iç karışıklıklar konusundaki bilgisizliğimizden kaynaklanmıyor. Bu sanki doğanın iç yapısında varolan bir şey. Birisi bunu şöyle ifade etmişti: "elektronun ne yönde gideceğini doğanın kendisi bile bilmiyor."
Bir zamanlar bir filozof "Bilimin varolabilmesi için benzer koşulların benzer sonuçlara yol açması gereklidir" demişti. İyi ama açmıyorlar. Her seferinde aynı koşullarla durumu belirliyorsunuz ve elektronu hangi delik arkasında göreceğinizi kestiremiyorsunuz. Ancak benzer koşulların her zaman benzer sonuçlar vermemesine karşın,bilim varlığını sürdürüyor. Ne olacağını önceden tam olarak bilememek bizi mutsuz yapıyor. İnsanın bilmesinin zorunlu olduğu çok tehlikeli ve ciddi durumlar olabilir;ama yine de bunları önceden bilemiyorsunuz. Örneğin bir fotoelektrik pil ve tek bir elektronun geçebileceği bir düzen kurabiliriz- kurmasak daha iyi olur,ama kurabiliriz. Eğer elektronu Delik 1'in arkasından görürsek atom bombasını harekete geçirip Üçüncü Dünya Savaşı'nın başlatabiliriz. Ama eğer onu Delik 2'nin arkasında görürsek barış antenleri çıkıp savaşı bir süre erteleyecektir. O zaman, bilim ne denli ilerlese de,insanın geleceği,önceden kestiremeyeceği bir şeye bağımlı olacaktır. Gelecek, önceden bilinemez.
"Bilimin varolması için" gerekli olan şeyler,doğanın özellikleri,tantanalı ön-koşullarla belirlenmezler;onlar, daima üstünde çalıştığımız maddeyle,doğanın bizzat kendisiyle belirlenir. Bakarız ve ne bulduğumuzu görürüz. Ama ne olacağını önceden isabetle söyleyemeyiz. Akla en uygun olanaklar çoğunlukla doğru çıkmaz. Bilim ilerleyecekse,gerekli olan şey deney yapmak, sonuçları dürüstçe açıklamak-sonuçlar,birisi onların nasıl olmalarını arzu ettiğini söylemeden önce açıklanmalıdır ve son olarak da sonuçları yorumlayacak zekaya sahip olmaktır. Bu zeka konusunda önemli olan bir nokta,sonuçların ne olması gerektiği hakkında önceden çok güvenli olmamaktır. Önyargılı olunabilir ve " bu olamaz,bunu beğenmedim" denebilir. Önyargılı olmak kesin olarak emin olmaktan farklıdır. Kesin ön yargılı olmayı değil, yalnızca eğilimi kastediyorum. Sadece eğiliminiz varsa fark etmez;çünkü, eğiliminiz yanlışsa art arda gelen deney sonuçları durmadan canınızı sıkar ve sonunda onları artık göz ardı edemezsiniz. Ancak önceden bilimin sahip olması gereken bir önkoşuldan çok kesin olarak emin iseniz sonuçları göz ardı edebilirsiniz. Gerçekte bilimin varolabilmesi için bizim filozofumuzunki gibi doğaya yerine getirmesi gereken ön koşullar ileri sürmeyen beyinlere gerek vardır.
(R.Feynman, Fİzik Yasaları Üzerine,TÜBİTAK yay, s: 148-174 )
Çift Yarık Deneyi-2
Çift yarık deneyi,kuantum kuramının en ilginç deneylerinden birini oluşturur. Şimdi bu ilginç konuyu bir büyük ustadan dinleyelim.
Anlatan: Roger Penrose
Şimdi izin verirseniz biraz da kuantum mekaniğinin ne olduğundan söz etmek istiyorum. Ünlü çift yarık deneyini anlatalım. Kuantum mekaniğine göre ışık foton adı verilen parçacıklardan oluşmaktadır. Tek renkli bir ışığın fotonlarını tek tek gönderebilen bir ışık kaynağının önüne çift yarıklı bir levha konuyor. Çift yarığın ardında da bir ekran var. Fotonlar ekrana ayrık birer olay olarak ulaşmakta ve sanki sıradan parçacıklarmışçasına ayrı ayrı saptanabilmektedirler. Kuantum davranışındaki gariplik ise şu noktada ortaya çıkmaktadır: İki delikten birini açtığımızda fotonları beklediğimiz bölgelerde bulabiliyoruz. Fakat iki yarığı da aynı anda açık tutarak fotonları yollarsak fotonları tek yarık açıkken bulduğum bölgelerde bulamıyorum."Fotonun yapmayı seçebileceği iki olası şey her nasılsa birbirini götürmektedir. Bu tarz bir davranışa klasik fizikte rastlamak mümkün değildir. Ya birisi olmaktadır ya öbürü; olması mümkün olan (önünde bir engel bulunmayan) iki olası şeyin ikisini de aynı anda elde edememektesiniz,çünkü bir birlerini yok etmek için her nasılsa birbirlerine tuzak kurmaktadırlar.
Kuantum kuramına göre bu deneyin sonucunu şu şekilde açıklamaktayız: Foton, kaynakla ekran arasında seyir halindeyken içinde bulunduğu kuantum hali, yarıkların birinden ya da diğerinden geçmesiyle belirlenen durum değil, daha çok ikisinin karmaşık sayılardan oluşan çarpanlarla oranlanan gizemli bir birleşimidir....
Buna göre her iki seçeneğin de önlerindeki çarpanların karmaşık sayı olması önemlidir. Birbirini götürmelerinin meydana gelmesinin nedeni budur. Belki fotonun davranışını seçeneklerden birini ya da diğerini yapma olasılığı cinsinden açıklayabileceğiniz,bu yüzden W ve Z çarpanlarının reel sayılardan oluşan olasılık çarpanları olması gerektiğini düşünebilirsiniz. Ancak bu yorum doğru değildir. Çünkü W ve Z karmaşıktır. Kuantum mekaniğine göre bu önemli bir noktadır. Kuantum parçacıklarının doğasındaki dalga özelliğini,seçeneklere ait " olasılık dalgaları" cinsinden açıklayamazsınız. Bunlar seçeneklere ait karmaşık dalgalardır. Buna göre karmaşık sayılar hem eksi bir sayının karekökünü, hem de bildiğimiz reel sayıları içeren sayılardır. Genel olarak karmaşık sayı, sadece gerçel(reel) sayılarla sadece sanal ( imajiner) sayıların bir birleşimidir;örneğin 2+3 kare kök(-1)=2+3i.. Kuantum kuramının temellerinin inşasında bu sayıların da işin içine girmiş olması,insanların zihninde,bu kuramın soyut ve anlaşılmaz türden bir şey olduğu kanaatinin uyanmasına yol açmaktadır. Halbuki karmaşık sayıları bir kez benimsediğinizde,hele bir de Argand diyagramından yararlanarak türlü işlemler yapmaya da alıştıysanız,artık sizin için hayli somut nesneler durumuna gelmektedirler. Böylelikle siz de eskisi kadar aldırış etmemeyi öğrenmiş olursunuz.
Ne var ki kuantum kuramı,karmaşık sayılardan oluşan çarpanlarla oranlanan kuantum hallerinin üst üste binmesinden ibaret değildir. Şu ana dek yalnızca U ile gösterdiğim kurallar bütününün uygulandığı kuantum seviyesinde kaldık. Bu seviyede sistemin hali,mümkün olan bütün seçeneklerin karmaşık çarpanlarla oranlanarak üst üste binmesinden meydana gelmiştir. Kuantum halinin zaman içendeki gelişimi üniter gelişim (ya da Schrödinger gelişimi) adıyla bilinir ki,U ile temsil edilmeye çalışılan asıl şey de budur. U'nun önemli bir özelliği lineer olmasıdır. Yani iki halin üst üste binmiş hali daima, zamana göre sabit karmaşık çarpanlarla oranlı olarak üst üste binmeleri şartıyla,aynen iki halden her birinin gelişimi gibi gelişmektedir. Söz konusu lineerlik Schrödinger Denklemi'nin en başta gelen özelliğidir. Kuantum seviyesinde,karmaşık çarpanlarla oranlanarak üst üste binme durumu daima mevcuttur.
Öte yandan bu olayı klasik seviyede büyüttüğünüzde bütün kuralları değiştirmiş olursunuz. Klasik seviyeye büyütmekten kastım,üstteki U seviyesinden alttaki C seviyesine geçiştir. Söz gelimi ekranda beliren bir noktayı gözlemlemekle yaptığımız şey, fiziksel olarak böyle bir duruma karşılık gelmektedir. Küçük ölçekte meydana gelen bir olay,klasik seviyede gerçek olarak gözlenebilecek daha büyük ölçekli bir olay meydana getirmek üzere fitili ateşlemektedir. Starndart kuantum kuramıyla çalışanlar bu noktada,tombaladan çıkarırcasına,kimsenin pek fazla sözünü etmek istemediği bir şey ortaya atarlar. Bu şey dalga fonksiyonunun çökmesi veya hal vektörünün indirgenmesi olarak bilinir. Bu yönteme karşılık olarak R harfini kullandım. Bu noktada yaptığımız şey üniter gelişimle ilgili olarak yapılandan tamamıyla farklıdır.İki seçeneğin üst üste bindirilmesi amacıyla iki karmaşık sayıya bakar ve modüllerinin karesini alırsınız; yani Argand düzleminde her iki noktanın merkez noktasına olan uzaklıklarının karesini hesaplarsınız. Böylece kareleri alınan bu iki modül, iki seçeneğe ait olasılıkların oranını verir. Ancak bu yol, yalnızca "bir ölçüm yapmanız",bir başka deyişle,"bir gözlem yapmanız" durumunda geçerlidir. Burada izlenen yol,olayın U seviyesinden C seviyesine büyütülmesi olarak düşünülebilir. şte bu aşamada kuralları değiştirmiş olursunuz. Artık lineer tarzda üst üste binmeler geçerli değildir. Bir de bakmışsınız,bu modüllerin karelerinin oranı size vere vere olasılıkları vermiştir. Belirlenmezciliği işin içine bulaştırdığınız tek yer işte bu U seviyesinden C seviyesine geçiş aşamasıdır. Yani belirlenemezcilik R ile birlikte devreye girmektedir. U seviyesinde kalındığı sürece her şey belirlenircidir. Kuantum mekaniği yalnızca,"ölçüm yapma" denilen işlemi gerçekleştirmeniz durumunda belirlenmezci bir hal alır.
Standart kuantum mekaniği kapsamında işler işte bu sistem dahilinde yürümektedir. Temel sayılan bir kuram için bu, bir hayli tuhaf bir sistemdir. Eğer daha temel seviyede başka bir kuramı hedef alan bir yaklaşıklık hesabından ibaret olsaydı, böylesi belki daha çok akla yatardı. Oysa bu melez yöntem bütün uzmanlarca zaten başlı başına temel bir kuram olarak görülmektedir!
Şimdi yeniden karmaşık sayılara dönelim. İlk bakışta insana boş boş oturan soyut şeylermiş gibi gözükseler de,modüllerinin karelerini alır almaz olasılık değerine dönüştüklerini görürsünüz. Aslına bakılırsa çoğu kez sağlam bir geometrik yapıları vardır. Anlamlarına daha iyi vakıf olabilmeniz için size bir örnek vermek istiyorum. Ancak önce kuantum mekaniği hakkında birkaç şeyi daha hatırlatacağım. Dirac parantezleri adıyla bilinen şu acayip görünüşlü ünlü parantezleri kullanacağım. Bu parantezler,sistemin halini belertmek için basit birer gösterimdir. IA> gösterimini kullanmakla,sistemin A ile belirtilen kuantum halinde olduğunu anlatmaya çalışmaktayım. Yani parantez içindeki ifade kuantum halinin bir gösteriminden ibarettir. Çoğu zaman sistemin tümünün kuantum mekaniksel hali Psi ile gösterilir. Bu, sistemin diğer hallerinin bir üst üste binmesidir... Kuantum mekaniğinde sayıların kendi büyüklükleriyle,oranlarıyla ilgilendiğimiz kadar ilgilenmiyoruz. Kuantum mekaniğinde şöyle bir kural vardır: Kuantum halini bir karmaşık sayıyla çarpmanız (bu karmaşık sayı sıfır olmadığı sürece) fiziksel açıdan durumu değiştirmeyecektir. Bir başka deyişle,bizin için fiziksel açıdan doğrudan anlamı olan tek şey bu karmaşık sayıların oranıdır. R işin içine girdiğinde peşin olduğumuz şey olasılıklardır,bu amaçla modüllerin karelerinin oranına ihtiyacımız vardır. Ama kuantum seviyesinde kalsak ve bu karmaşık sayıların modüllerini hesaplamasak dahi,oranlarına belli bir anlam yükleyebiliriz. Riman küresi,karmaşık sayıları bir küre üzerinde temsil etmenin bir yoludur. Daha doğrusu burada sadece karmaşık sayıların kendileriyle değil, oranlarıyla da ilgilenmekteyiz. Oranlar söz konusu olduğunda dikkatli olmak zorundayız. Çünkü paydadaki sayı sıfır olduğunda oran sonsuzlaşır. O yüzden biz bu sonsuzluk durumunu da göz önüne almak zorundayız. Sonsuzluk durumuyla birlikte bütün karmaşık sayıları,bu yakışıklı izdüşüm yardımıyla bir küre üzerine yerleştirebiliriz. Burada Argand düzlemi,küreyi kürenin ekvatoru konumunda bulunan birim çember seviyesinde kesen ekvator düzlemidir. Hiç kuşkusuz,ekvator düzlemi üzerinde bulunan her noktayı,kürenin güney kutbuna göre izdüşüm alarak Riemann küresi üzerine izdüşümleyebiliriz. Bu izdüşüm işlemi sonucunda Riemann küresinin güney kutbu,diyagramdan da anlaşılabileceği gibi,Argand düzlemine göre 'sonsuza karşılık gelen nokta'dır.
Eğer bir kuantum sisteminin seçenek olarak iki hali varsa,bu ikisini birleştirmek suretiyle oluşturulabilecek değişik haller bir küre ile betimlenir. Bu aşamada bu soyut bir küredir. Ancak onu gerçek anlamda görebildiğiniz kimi durumlar da yok değildir. Aşağıdaki örnek benim çok sevdiğim bir örnektir. Şayet elimizde elektron,proton veya nötron gibi spin-1/2 parçacığı varsa,bunun kuantum spin hallerinin türlü bileşimlerini geometrik olarak canlandırabiliriz. Spin-1/2 parçacıkları iki farklı spin halinden birisinde bulunabilirler Bunlardan birisi dönme vektörünün yukarı doğru,öteki aşağı doğru olduğu hallerdir.(s: 81) Bu spin hallerinin türlü bileşimleri bir başka eksen etrafında dönme durumuna karşılık gelir. Eğer bu eksen yerini öğrenmek isterseniz,w ve z karmaşık sayılarının oranını alırsınız ki bu da size u= z/w gibi bir başka karmaşık sayı verir. Bu yeni u sayısını Riemann küresi üzerine yerleştirdiğinizde,bu karmaşık sayının merkezden itibaren işaret ettiği yön,size spin ekseninin yönünü verir. Görüyorsunuz ki, kuantum mekaniğinde karşımıza çıkan karmaşık sayılar, ilk bakışta göründükleri kadar soyut şeyler değillerdir. Kimi zaman bulup çıkarması zor olsa da aslında oldukça somut anlamları vardır. Örneğin bir spin-1/2 parçacığı için taşıdıkları anlam apaçık kendini göstermektedir.
Spinli parçacıklara ilişkin olarak yapılan bu inceleme, aslında bize başka bir şey anlatmaktadır: Aşağı spin ve yukarı spin hallerinde bir keramet yoktur. Canımın istediği ekseni sola sağa öne veya arkaya seçmekte serbestim;hiçbir şey değişmeyecektir. Demek oluyor ki (seçilen iki spin hali birbirine zıt yönlü olduğu sürece)hangi iki halle işe başladığımızın önemi yoktur. Kuantum mekaniğinde işleyen kurallara göre hangi spin haline adım atarsanız atın, ilk ikisi kadar geçerlidir. Bu örneğin anlatmaya çalıştığı şey budur.(EPR Deneyi)
-
Devinime neden olan neden olan etkiler insanları uzun süre ilgilendirmiş ve bu konuda Galileo ve Newton zamana dek pek başarılı sonuçlar elde edilmemişti. Galileo'dan önce filozoflar, bir cismi devindirebilmek için kesinlikle bir etkinin, yani bir kuvvetin gerektiğini ileri sürmemişler ve <<olağan>> halde bir cismin durması gerektiğine inanmamışlardı.
Gerçekten bir düzlem üzerinde bir cisim kaydırılmak istenirse, cismin kısa bir süre gittikten sonra yavaşlayıp durduğu gözlenir. Bu gözlem dış bir kuvvet olamadığı sürece kaymanın olmadığı düşüncesini destekler. Galileo yaptığı deneylerde bu inancın gerçek olmadığını gösterdi. Eğer cisim ve onun üzerinde durduğu düzlen pürüzsüz hale getirilirse ve cisim yağlanırsa, cismin hızının daha yavaş azaldığı ve cismin daha ileride durduğu gözlenir. Buna göre, cismin kayması yavaşlatıcı, yani bütün sürtünmeler, ortadan kaldırılırsa, cismin değişmez bir hızla yoluna bir doğru boyunca sonsuza değin devam sonucu çıkar. Galileo'nun vardığı sonuç bu idi. Ona göre, bu cismin hızını değiştirmek için bir dış kuvvet gerekir; ama belli bir hızda giden cismin hızını koruyabilmesi için bir kuvvete gerek yoktur. Mesela bir sandığı bir düzlemde ittiğimiz durum için, ellimizin verdiği itme sandığa bir hız kazandırır, fakat düzlem sandığa bir kuvvet uygulayarak onu yavaşlatır ve durdurur. Her iki kuvvette hızda bir değişim, yani bir ivme oluşturur. İşte Galileo'nun bulduğu bu gerçeği, Galileo'nun öldüğü gün doğan Isaac Newton bir evrensel yasa olarak 1686 da yazdığı Princiria Matematika Philosoph Naturalis adlı kitabında ortaya koydu. Newton'un, cisimlerin devinimini açıklayan üç yasadan ilki olan bu yasa şöyle tanımlanabilir:
NEWTON'UN BİRİNCİ HAREKET KANUNUN
EYLEMSİZLİK PRENSİBİ
TANIM:
Herhangi bir cisim üzerine bir kuvvet etki ediyorsa, yada etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfırsa, cisim durumunu değiştirmez; yani duruyorsa durur, deviniyorsa yani hareket ediyorsa, devinimini bir doğru boyun devam ettirir.
TANIM:
a) Duran bir cisme bir kuvvet etki etmedikçe cisim yine hareketsiz kalır. Bir cisme etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır (R=0) ise, cisim o anki durumunu korur.
Bir cisim için F = 0 ise a = 0 olur.
b) Hareketli bir cisme bir kuvvet etki ederse, cismin hızı ve yönü değişmez. Cisim hareket ediyorsa düzgün doğrusal yani sabit hızlı olarak hareketine devam eder.
TANIM:
Dışarıdan uygulanan bir kuvvetin etkisinde olmayan bir cismin durgun halde kalır yani hareketsiz olur yada sabit bir hızla hareket eder. Hızın sabit olması doğal olarak ivmenin sıfır olmasını gerektirir.
Newton'un bu birinci yasası gözlem çerçevelerini de tanımlar. Çünkü genel olarak bir cismin ivmesi, yani hızındaki değişim belli bir gözlem çerçevesine göre ölçülür. Birinci yasaya göre cismin çevresinde başka bir cisim yoksa, yani bir cisme belli bir kuvvet etki etmiyorsa, öyle gözlem çevreleri bulabiliriz ki, cismin bu çerçevelerde ivmesi olmasın. Cisimlerin üzerine etki eden kuvvetlerin olmaması durumunda cimlerin durumlarını koruması maddenin bir özelliği olarak alınır ve buna eylemsizlik denir. Newton'un birinci yasasına da çoğu kez eylemsizlik yasası denir ve bunun geçerli olduğu gözlem çerçeverlerine eylemsizlik gözlem çerçeveleri denir. Bu çerçeveler durağan yıldızlara göre duran yada düzgün değişmez bir hızla giden gözlem çerçeveleridir.
Newton'un birinci yasasında görüldüğü gibi, bir cismin durması veya değişmez bir hızla gitmesi arasında fark yoktur. Buna göre, bir eylemsiz çerçevede durduğu gözlenen bir cisim, başka bir çerçeveden bakılınca değişmez bir hızla gider görünür. Her iki çerçeveye göre de cismin bir hızı yoktur. Her iki çerçeveye göre de cismin bir ivmesi yoktur; yani hızı değişmez. Buna göre her iki çerçevedeki gözleyici de cismin üzerine bir kuvvet etkidiği yada, etki eden kuvvetlerin bileşkesinin sıfır olduğu bulunur.
NEWTON'UN İKİNCİ HAREKET KANUNU
TEMEL YASA
Bir cisim üzerine etki eden kuvvetlerin bileşkesi sıfır olmayınca durumu ne olur görelim.
Birinci yasadan biliyoruz ki, kuvvet olmadığında cismin hızında bir değişim, yani ivme söz konusu değildir. O halde kuvvet olduğunda, bir ivme yani bir hız değişimi olmalıdır. Kuvvet ile ivme arasındaki bağlantıyı bulabilmek için, önce aynı bir cisme değişik şiddet ve doğrultuda kuvvet uygulanıp F ve a ölçülürse, sonrada farklı cisimlerle aynı ölçmeler yapılırsa şu sonuçlar elde edilir:
1) Bütün durumlarda ivmenin doğrultusu kuvvetin doğrultusu yönünle aynıdır.
Bu sonuç, cisim başlangıçta durgunda olsa, herhangi bir hızla belli doğrultuda gitse de doğrudur.
2) Belli bir cisim için kuvvetin şiddetinin, ivmenin oranı değişmez kalmaktadır.
Bu oran değişik cisimler için farklı, fakat bir cisim için aynıdır.
Bu değişmeze, cismin bir özelliği gözüyle bakılır ve cismin kütlesi olarak adlandırılır. Kütle m harfiyle gösterilir.
yada
Kütle sayısal bir büyüklüktür.
F = m . a eşitliğinde görüldüğü gibi kütle, uygulanan kuvvete karşı cismin kazanacağı ivmeye karşı koyan bir nicelik olarak ortaya çıkmaktadır. Yani, aynı bir kuvvetle kütlesi küçük olan bir cisim daha büyük bir ivme, kütlesi büyük olan bir cisim ise daha küçük bir ivme kazanır. Söz gelimi duran yada hiç değişmeyen bir hızla giden otomobilin (~ 1500 kg) hızında, saniyede 5 m/s lik bir hız değişimi sağlayabilmek için 7500 N luk bir kuvvet gerekirken, aynı hız< değişimini bir kamyonda (~2000 kg) sağlayabilmek için 2500 N luk bir kuvvet gerekir. Bu yönüyle kütle, devinime karşı koyan bir niceliktir; başka bir deyimle, ötelenme devinimindeki değişime karşı kor.
Bu açıdan kütleye, öteleme eylemsizliği de denir.
Newton'un ikinci yasası olarak bilinen
F = m . a
eşitliği vektörel bir eşitliktir. Bir cisme aynı anda çeşitli doğrultularda, çeşitli büyüklüklerde bir çok kuvvet etki ettiğinden, cisim bunların bileşkesi yönünde bir ivme kazanır.
Devinim tek boyutta ise bu durumda kuvvetler de tek doğrultuda olacağından, kuvvetlerin büyüklüklerinin cebirsel toplamının kütleye oranı, ivmenin değerini verir. Devini iki boyutta ise bu durumda kuvvetler x,y bileşenleri bulunur., bunların cebirsel toplamının kütleye bölümü o yöndeki ivme bileşenini büyüklüğünü verir.
Newton'un ikinci yasası F = m . a söyle tanımlanabilir:
TANIM:
İvme uygulanan kuvvetle doğru orantılıdır ve kuvvet yönündedir.
TANIM:
Cismin momentumunda zamana göre değişiminin oranı, cisme etkiyen kuvvetle doğru orantılıdır.
NEWTON'UN ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU
ETKİ-TEPKİ PRENSİBİ
Günlük yaşantımızda bir cisme bir kuvvet uygulanması söz konusu olduğunda, onun herhangi bir yolla itilmesi yada çekilmesi aklımıza gelir.
Sözgelimi asılı bir mıknatıs çubuğunu yaklaştırdığımızda aynı adlı kutuplar karşı karşıya geldiğinde, asılı mıknatısın bizde uzaklaşacak yönde gittiğini; ters adlı kutupların karşı karşıya gelmesi durumunda asılı olan mıknatısın bize doğru geldiğini görürüz.
Her iki durum için elimizdeki mıknatısın, asılı olan mıknatısa bir kuvvet uyguladığını ve bunun sonucu olarak asılı mıknatısın devinime başladığı söyleriz. Bunun yanında, elimizde tuttuğumuz mıknatısın da, diğer mıknatısa yaklaştırılırken çekilip ittiğini hissederiz.
doğadaki bütün gerçek kuvvetler çevreyle etkileşme sonucu çıkarlar. Yukarıdaki deneyde II mıknatısı I mıknatısının yakınına getirildiğinde, yani çevresinde bulunduğunda etkilenmektedir. Aynı şekilde II mıknatısta I mıknatısının çevresinde bulunmasından ötürü etkilenmektedir. O halde bir milletin varlığı iki cismin arasında karşılıklı bir etkileşme sonucudur. Ancak görülüyor ki bu etkileşmeden bir değil, iki kuvvet ortaya çıkmakta, biri diğerine bir kuvvet etki ettirirken diğeri de aynı değerde fakat zıt yönde bir kuvveti öbürüne etki ettirmektedir. Buradan şu sonucu çıkartabiliriz: Bir cisim diğer bir cisme bir kuvvet etki ettirdiğinde, diğer cisim de bu cisme bir kuvvet etkiler. Buna ek olarak bu kuvvetlerin değerleri eş kuvvetleri zıttır. Bu durumda, yalıtılmış tek bir kuvvetten söz edilemez. İki cisim arasındaki etkileşime de bu kuvvetlerden birine «etki» diğerine «tepki» kuvveti denir. Başka bir deyimle,
kuvvetlerden birisi «etki» olarak alınırsa, diğeri birinciye karşı «tepki» olarak alınır.
Etki-tepki kuvvetlerinin özelliğini gösteren yasa, Newton'un üçüncü yasası olarak şöyle açıklanabilir:
TANIM:
Herhangi bir etkiye karşı her zaman bir tepki vardır; yada iki cismin karşılıklı etkisi daima eşit fakat zıt özelliklidir.
TANIM:
İki cisim arasında oluşan etkileşmede F kuvveti, ikincinin birinciye etkidiği F kuvvetine eşit fakat zıt yönlüdür.
-
ELEKTRİK ENERJİSİNİN ÖZELLİKLERİ
*-********* Elektrik enerjisinin diğer enerji türlerine dönüştürülmesi kolaydır.
-********* Diğer enerji türlerine göre çok uzaklara taşınması ve kullanılması son derece rahattır.
-********* Verimi yüksektir. Bir enerji, istenen başka bir enerji türüne dönüştürülürken, ekseriya istenmeyen başka enerji türleri de ortaya çıkar. Bunların arasında özellikle ısı enerjisinin büyük olması dikkati çeker. İstenmeyen bu ısı enerjisi, yararlanılamadığı için yitirilir ve verimi düşürür. İşte elektrik enerjisinin ısıdan başka bir enerjiye dönüştürülmesinde oluşan ısı enerjisi az olduğu için verimi yüksektir.
-********* Elektrik enerjisi sayısız bir çok parçaya ayrılarak kullanılabilir. Örneğin: Bir elektrik santralında kazanılan elektrik enerjisi, enerji taşıma hatlarıyla büyük kentlere götürülmekte ve orada sayısız konut ve iş yerlerine dağıtılarak kullanılmaktadır.
-********* Elektrik enerjisi bulunduğu yerin ekonomik, sosyal ve kültürel düzeylerini hızla yükseltir ve kendisine karşı duyulan gereksinmenin artmasına gene kendisi neden olur.
-********* Elektrik enerjisi toplumların ekonomik, sosyal ve kültürel yönlerden kalkınmasını sağlayan ve çağdaş uygarlığın en önemli araçlarından biri durumundadır.
-********* Son 50 yıl içinde baş döndürücü bir hızla ilerleyen teknolojideki gelişimler ve hatta bir ev kadınının eli altına bir makinanın verilmesi (örneğin çamaşır makinesi) elektrik enerjisi sayesinde olanaklı olmuştur.
Elektrik enerjisinin belirtilen bu ve bunlara benzer avantajları ve iyi yönleri yanısıra sakıncalı yönleri de vardır. Bunların başında elektrik enerjisinin depo edilemeyen bir enerji türü olması gelir. Nitekim elektrik enerjisi üretildiği anda kullanılmak zorunluluğundadır. Bundan dolayı üretim ile tüketim arasında devamlı bir dengenin bulunması gerekir. Ayrıca üretim sisteminde bir arıza ortaya çıktığında, bu sisteme bağlı sayısız abonede hizmetlerin durmasına ya da aksamasına neden olur. Bu nedenle, elektrik enerjisinin üretiminde sürekli bir devamlılığın sağlanması ve elde büyük ölçüde yedek sistemlerin bulundurulması zorunludur. Elektrik enerjisinin bir başka sakıncası da üretimine paralel olarak taşıma ve dağıtımı için özel düzenlere kesinlikle gereksinme duymasıdır. Oysaki, örneğin: bir dokuma fabrikası ürünlerini tüketiciye götürmek için özel yollara ve taşıtlara gereksinme duymaz. Bu görevi herkesin yararlandığı bir yoldan ve bir kamyon ile yapabilir. Buna karşın elektrik enerjisinin taşıma ve dağıtılması için projeye ayrıca yatırımların (örneğin: direkler, teller, izolatörler...) katılması zorunlu olmaktadır.
*ELEKTRİK ENERJİSİNİN İLETİMİ (TAŞINMASI) VE DAĞITILMASI
Genellikle birbirinden uzak olan elektrik üretim santrallarıyla tüketim merkezleri arasındaki bağlantı, iletişim şebekesi ve enterkonnekte sistemlerle sağlanır. Elektrik depolanamadığından, üretildiğinde hemen kullanıcıya ulaştırılması gerekir. Bu da üretim ve tüketimin her an dengede tutulması demektir. Öte yandan tüketim miktarı bölgelere, mevsimlere ve hatta günün saatlerine göre büyük değişiklikler gösterebilir. Enterkonnekte sistemler, üretimi tüketim düzeyindeki değişimlere uyarlamayı sağlar. Elektriğin iletimiyse, gerilimin gücüne bağlı olarak taşıma iletim sığası değişen elektrik hatları aracılığıyla gerçekleştirilir. Gerilim arttığında iletim işleminde ciddi tasarruflar sağlanır: enerji kaybı gerilim düzeyiyle ters orantılı olduğu için enerjiden, hat miktarı azaldığı için yerden, şebekedeki bakım masrafları azaldığı için de harcamalardan tasarruf edilir. Mesela, 1000 MW'lık bir nükleer santralın ürettiği elektriği boşaltmak için, 380000V'luk bir hat kullanılır; oysa aynı işi görmek için 154000V'luk altı hat veya 66000V'luk 30 hat gerekir.
Enterkonnekte sistemler çok dağınık bölgelerin üretim imkanlarını birleştirerek, aynı malzeme güvenliği bakımından gerekli olan güç miktarının azalmasını sağlar. Arızalar meydana geldiğinde, yerinde değiştirilmesi gereken parçalar o an için elde bulunmayabilir. Bu durumda enterkonnekte sistem yardıma koşar; elektrik dağıtım istasyonlarında gerilimin akış yönü ayarlanarak anında ve en az harcamayla üretim ile tüketim arasındaki denge sağlanır. Şebekenin yönetimi için gerekli emirler ve bilgiler özel iletişim hatları, özel telsizler kullanılarak sağlanır.
Şebeke ve gerilimler
Gerilim ne kadar yüksek olursa, bir hattın iletebileceği elektrik miktarı da o kadar yüksek olur. Üretim santrallarından çıkan çok büyük miktarlardaki akımı iletebilen hatlar Türkiye' de 380000V veya 154000V düzeyindedir. Uzak mesafeler arasına kurulan büyük iletişim şebekeleri ve enterkonnekte sistemler bu tip hatlardan oluşur. Bu şebekeler, bütün üretim santrallarını birbirine bağlar. Elektrik, gerilimi düşürüldükten sonra bölgesel şebekelere iletilir ve bu şebekeler yardımıyla ayrılarak dağıtım merkezlerine gönderilir. İletim şebekesi bölgesel, ulusal veya uluslar arası ölçekte de olsa, yönetim ve organizasyon nedenleriyle iletim işlemi Türkiye' de 34500V veya bunun üzerindeki bir gerilim düzeyinde gerçekleştirilir. En çok kullanılan 380000V, 154000V, 66000V veya 24500V'tur. 34500V'un altındaki gerilimlere ortalama gerilimler olan 20000V ve 15000V veya alçak gerilim olan 380 veya 220V'luk "dağıtım gerilimleri" denir. Petrokimya, metalürji (özellikle alüminyum), demir-çelik fabrikaları ve elektrikli ulaşım hatları (tren, tramvay) çok büyük tüketicidir. Orta gerilim şebekeleri orta ve küçük sanayi işletmeleri ile büyük mağazalar veya yöresel yönetimler, hastaneler, okullar gibi merkezleri besler. Son olarak, milyonlarca yerel kullanıcı, alçak gerilimli elektrik akımıyla beslenir.
Elektrik Dağıtım Merkezleri ve Dağıtım Bağlantıları
Elektrik üretim merkezleriyle tüketicileri arasındaki bağlantı, elektrik iletim şebekesiyle anında sağlanır. Elektriğin dağıtımı, üretim ve iletim merkezlerindeki karmaşık bir programlama sistemiyle gerçekleştirilir. Dağıtım Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) tarafından hazırlanarak uygulanmakta olan bir plana göre Türkiye çapında yapılır. Bu amaçla haberleşme ve telekomünikasyon araçlarından, otomasyondan ve önceden hazırlanan istatistik verilerine dayalı öngörülerden yararlanılır. Bu öngörülerde, ele alınan günün birkaç yıl öncesine kadar şebeke ve tüketim durumu dikkate alınır. Eskiden yılda bir kere yapılan tahminler, zamanla haftalık, günlük hale gelmiş ve tüketimin daha da yakından izlenmesi imkanı sağlanmıştır. Dağıtım ve iletimde meteorolojik koşullar da çok önemlidir; kapalı bir hava veya güneşli bir hava büyük sıcaklık farklılıklarına yol açar ve bu da milyonlarca konutun ısıtma ve aydınlatılmasında rol oynar. Elektrik akımının iletimi ve dağıtımı şebekeye bağlı dağıtım merkezlerince (transformatör istasyonları) sırayla yapılır.
Şebeke dağıtım merkezlerinin iki ayrı işlevi vardır: hem hatların birbirine bağlanmasını sağlar (enterkoneksiyon), hem de dönüştürme işlevi üstlenir (transformatör). Transformatör istasyonları transformatörler (dönüştürücü), disjonktörler ve ayırıcılarla donanmıştır. Transformatörler, duruma göre elektrik akımının gerilimini yükseltir veya alçaltır; dolayısıyla, iletim ve dağıtıma en uygun gerilimi seçerek elektriğin taşınmasında büyük önem taşır. Disjonktörler gerilim hattında herhangi bir aksaklık olduğunda akımı otomatik olarak kesmeye yarar. Hattın şebekeden ayrılması gerektiğinde devreye sokulabilir. Ayırıcılar da aynı rolü üstlenir, ama hatta akım olmadığı zaman çalışır ve hattı şebekeden tamamen ayırmakta kullanılır. Bir dağıtım merkezinin birçok farklı öğesi çoğunlukla açıktadır; bazı kentlerde bir dizi öğe yeraltında veya bina içlerinde olabilir. Bunlar basınçlı gaz zarfı içinde tutulur. Atmosferle pek temas etmediğinden, bundan kaynaklanan kirlenmelere uğramaz. Merkezler biraz uzaktaki bir kumanda istasyonundan yönetilir.
Elektriğin Ülke Çapında Dağıtımı
Türkiye'de elektrik dağıtımından genelde Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) sorumludur; bazı bölgelerde bu işi özel şirketler üstlenmiştir. Dağıtım kuruluşu tüketim ihtiyacına göre şebekeler kurmak, bunları yönetmek ve yenilemek, tüketicileri şebekeye bağlayan bağlantıları yapmak, dağıtılan elektriğin sürekliliğini sağlamak ve miktarını sabit kılmakla yükümlüdür. İletim sistemi aracılığıyla yüksek gerilimde taşınan elektrik, alçak gerilime düşürülerek bir dağıtım merkezine, yani transformatör istasyonuna ulaştırılır. Kırsal bölgelerde bu şebekeler açıktadır; yerleşim bölgelerindeyse çoğunlukla yeraltına döşenmiştir.
Orta gerilim/alçak gerilim merkezlerinin bağlayıcı elemanı, farklı gerilimdeki iki şebekeyi birbirine bağlayan ve kısaca trafo denen transformatördür. Alçak gerilimli dağıtım sistemi tüketicilere üç fazlı ve bir topraklı (nötr) elektrik sağlar; elektrik iki gerilim düzeyinden oluşur. Bunlardan giderek yaygınlaşanı fazlar arası 380V ve faz-toprak arası 220V gerilimidir. Fazlar arası 200V ve faz-nötr arası 127V olanı giderek azalmaktadır. En çok kullanılan sistemler üç fazlı 380V ve tek fazlı 220V'tur. Bu seçeneğe göre, bir alet 4 tele veya 2 tele bağlanır. Elektrik akımının frekansı bütün Avrupa'da ve Türkiye'de 50Hz, Amerika kıtasındaysa 60Hz'dir. Bir motor veya bir bilgisayar, aygıtın içinde kullanılan frekansa eşit frekanslı bir şebekeye bağlanmadıkça düzgün çalışmaz.
ELEKTRİK ENERJİSİNİN ÜRETİLMESİ
TERMİK SANTRALLAR
Termik santrallar, kömür, akaryakıt veya gaz gibi fosil yakıtların yakılması yoluyla elektrik üretir. Su santrallarda, ocağın kazan bölümünde dolanan su, çok sıcak buhar haline dönüşür ve bu buhar, elektrik akımı üreten alternatörlere bağlı türbinleri çalıştırır. İlk büyük petrol krizi sanayileşmiş Batılı ülkelerde bu tip termik santralların yapımını yavaşlattı. Ancak gene de bu tip santrallar, birçok ülkede enerji açığını kapatmakta görev üstlenmeye devam etmektedir.
Termik santralların ürettiği ısının bir bölümü çevreye atılır. Soğutma suyunun sağlandığı kıyı ve ırmak suları birkaç derece ısınır. Kömürün yanmasıyla oluşan küllerin bir bölümü bacaların elektrostatik filtrelerinden dışarı sızar. Ve nihayet, bütün fosil yakıtlar azot ve kükürt içerir ve bu maddeler yanma sonrasında oksitler halinde atmosfere karışır. Çevre uzmanlarına göre gaz atıklar, ormanlar için son derece zararlı olan asit yağmurlarının en önemli nedenidir.
*
Termik Santralın Çalışma Yöntemi
Elektrik enerjisine dönüştürülecek olan termik enerjiyi üretmek için, yakıt bir buhar kazanında yakılır. Buhar kazanı, bir ocak ile bir boru demetinden oluşur; boruların içinde dolanan su, burada ısıtılır ve buhar haline geldikten sonra türbinlere gönderilir. Eğer yakıt olarak kömür kullanılıyorsa, bu kömür önce öğütülüp toz haline getirilir; sonra sıcak havayla karıştırılır ve brülörle buhar kazanının yanma odasına püskürtülür. Eğer sıvı yakıt kullanılıyorsa, bu sıvı yakıt önce akışkanlığının artması için ısıtılır, sonra kullanılır.
600MW'lik bir santralda buhar 565 derecelik bir sıcaklığa ve 174 bar düzeyinde bir basınca çıkarılır. Yüksek basınçlı türbinlere yollanan buhar kısmen genleşerek türbin çarklarını döndürür. Bu ilk aşamadan geçen buhar, enerjisinin bir bölümünü korur. Aynı buhar, ayrı bir devre aracılığıyla yeniden kazana gönderilir ve tekrar ısıtılır; sonra 34 bar düzeyinde bir basınçla, orta basınçta çalışan türbine basılır. Düşük basınç bölümündeyse buhar tam olarak genleşir. Bu çevrimin sonunda basıncı 300 milibara düşen buhar kondansöre gönderilir.
Kondansör, buharın yeniden suya dönüştürüldüğü soğuk bir kaynaktır. Buhar burada, içinde soğutma suyunun dolandığı binlerce küçük çaplı boruya temas ederek tekrar suya dönüşür. Sonra pompalarla toplanır ve yeniden ısıtma çevrimine sokulur; bu amaç için türbinin farklı noktalarında ısıtılan buhardan yararlanılır. Böylece yeni çevrim başlamış olur: su tekrar buhar kazanına girer, burada ısıtılarak buharlaştırılır ve türbinlere doğru yollanır. Türbinlerin mekanik enerjiyse alternatör vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Ve son olarak da bir transformatörde gerilimi yükseltilen elektik, genel iletim hatlarına verilir.
NÜKLEER GÜÇ SANTRALLARININ GENEL TANITIMI
*
Nük. Müh. Fatoş Arzu ALPAN
*
Nükleer Güç Santralları ile Termik Santraller birbirleri ile benzer özellikler taşırlar. Her iki santral tipinde de elde edilen buharın ısıl enerjisi türbinde mekanik enerjiye ve mekanik enerji de dejeneratörlerde elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik üretilir. Bu santraller arasındaki temel fark buharın elde ediliş yöntemidir. Bütün nükleer reaktör tiplerinde bölünmeden açığa çıkan enerji buhar üretiminde kullanır ve bu buhar üretimi doğrudan reaktörün korunda ya da buhar üreteçlerinde yapılır. Bu nedenle nükleer reaktörlerdeki bölünme reaksiyonu termik santrallarda fosil yakıt yakmakla aynı işleve sahiptir. İlk olarak nükleer güç santrallerini tanıtmadan önce bölünme (fisyon) reaksiyonu mekanizmasını anlatmakta yarar vardır. Nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerji, temelde U235 izotopunun ya da herhangi bir bölünmeye yatkın (fisil) izotopun (Pu239, U233) nötronla etkileşmesinden ötürü parçalanması olayı sonucunda açığa çıkan fazlalık bağlanma enerjisidir. Nötronla etkileşen U235 çekirdeği kararsız hale geçerek, kendisinden daha hafif iki çekirdeğe ayrılır ve bu esnada da ortalama olarak iki nötron açığa çıkarır. Bu reaksiyon sonucu açığa çıkan bölünme enerjisi yaklaşık 200 MV'dir. Bu enerji buhar üretimi için soğutucuya aktarılır ve açığa çıkan nötronlardan biri bölünmeye yatkın başka bir izotopu parçalayarak zincirleme reaksiyonuna sebep olur. Diğer nötron ise reaktör içindeki diğer malzemeler tarafından yutulur ya da sistemden kaçar. Nükleer reaktörler bu zincirleme bölünme reaksiyonunun kontrollü olarak yapıldığı sistemlerdir. Bölünme reaksiyonunun önemini anlamak için 1 kg U235 izotopunun yanması sonucu açığa çıkan enerjinin yaklaşık 1.3 milyon kg kömürünkine eşdeğer olduğunu belirtmek yeterli olacaktır.
Bölünme reaksiyonu sonucu açığa çıkan nötronların etkili bir şekilde kullanılabilmesi için bölünmeye yatkın izotoplarla etkileşme olasılıklarını arttırmak gerekir. Bu nedenle bölünme reaksiyonlarından açığa çıkan hızlı nötronlar moderatör adı verilen yavaşlatıcı malzemeler yardımı ile yavaşlatılarak bölünmeye yatkın malzemelerle etkileşim olasılıkları arttırılır. Diğer bir malzeme de yansıtıcı (reflector) dır. Bu malzeme korun etrafına yerleştirilerek nötronların sistemden dışarı kaçma olasılıklarını azaltmak için kullanılır. Moderatör malzemesi aynı zamanda yansıtıcılık işlevini de görebilir.
İlk kontrollü bölünme reaksiyonu 1942 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde inşa edilen CPI Reaktöründe gerçekleştirilmiştir. Bu reaktörde yakıt malzemesi olarak doğal uranyum ve moderator olarak grafit kullanılmıştır. İlk nükleer reaktörde olduğu gibi nükleer reaktör tasarımcılarının reaktör yakıtı için seçimleri doğal uranyum (%0.71 U235, %99.27 U238) ya da %3, %4 oranında zenginleştirilmiş uranyumdur. Eğer yakıt doğal uranyum seçilirse moderator olarak grafit ya da ağır su kullanılmalıdır.
Günümüzde, elektrik üretimi için kullanılan santralların büyük bir bölümü Basınçlı Su Reaktörü (PWR), Kaynar Su Reaktörü (BWR), ve Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür (PHWR). Bunlardan ilk ikisi, hafif su soğutmalı termal reaktör sınıfına girer, moderator ve reflektör malzemesi olarak da hafif su kullanılır. Üçüncü reaktör tipi ise dünyada ilk olarak Kanada'da elektrik üretimi için kurulan ve soğutucu olarak ağır su kullanan Basınçlı Ağır Su Reaktörüdür.
BASINÇLI SU REAKTÖRÜ (PWR)
Basınçlı su reaktörleri ticari olarak elektrik üretimi için ABD'de kullanılan ilk reaktör tipidir. Bu tür reaktörlerde korda üretilen enerji birincil devre soğutucu vasıtasıyla kordan çekilir. İkincil devrede buhar üreteçlerinden alınan buhar türbinlerinde genişletilerek jeneratörde elektrik üretilir. Birincil devre basıncı, soğutucu suyun kaynamasını engellemek için, 15-16 MPa civarındadır. Soğutucunun kora giriş sıcaklığı 290-300 C, çıkış sıcaklığı ise 320-330 C civarındadır. Reaktör korundan çıkan soğutucu türbinlerde kullanılan buharın üretimi için buhar üreteçlerine gönderilir. Reaktörlerin birincil soğutucu devreleri iki, üç ya da dört tane benzer döngüden oluşur. Her bir döngüde bir buhar üretici, bir reaktör soğutucu pompası ve bağlantı boruları bulunur. Ayrıca reaktör basıncını kontrol edebilmek için bir basınçlayıcı bu döngülerden biri üzerinde bulunur.
Yakıt içinde fisyondan açığa çıkan nötronlar soğutucuda yavaşlatılarak zincirleme fisyon reaksiyonunu sağlarlar. Aynı anda açığa çıkan kinetik enerjinin büyük bir kısmı yakıt içinde ısıl enerjiye dönüşür ve bu enerji ısı iletimi ile soğutucuya aktarılır, bir kısmı ise hızlı nötronlar tarafından moderasyon anında moderator vazifesi de gören soğutucuya aktarılmıştır.
Reaktör koru dayanıklı bir çelikten yapılmış silindirik bir basınç kabı içerisinde yerleştirilmiştir. Basınç kabı bu tip reaktörlerin ömrünü kısıtlayan en önemli bileşendir.
Hemen hemen bütün reaktör tiplerinde reaktör basınç kabı ve soğutucu sistemleri koruma kabı adı verilen çelik bir kabuğun içindedir. Bu çelik kabuk betondan yapılmış ikinci bir koruyucu yapının içerisinde yer alır. Bu sistem dış etkilerden reaktör sistemini korumak ya da reaktörden bir kazadan dolayı açığa çıkabilecek radyasyonun çevreye sızmasını önlemek için tasarlanmıştır.
KAYNAR SU REAKTÖRÜ (BWR)
Kaynar su reaktörü dünyada basınçlı su reaktöründen sonra en yaygın olarak kullanılan reaktör tipidir. Kaynar su reaktörleri (BWR) birçok yönden PWR reaktörüne benzemekle birlikte, temel fark reaktör koru içinde kaynama olayına izin verilmesidir. BWR tipi reaktörlerin diğer hafif sulu reaktörlere göre üstünlüğü reaktör koru içinde doğrudan elde edilen buharın türbinlere gönderilmesidir. Bu nedenden dolayı BWR reaktörleri doğrudan çevrim ile çalışır. Basıncın PWR tipi reaktörlere göre daha düşük olması nedeniyle (7 MPa) basınç kabı et kalınlığı daha düşüktür.
BASINÇLI AĞIR SU REAKTÖRÜ (PHWR)
Basınçlı Ağır Su Reaktörleri, Basınçlı Su Reaktörleri ile benzer özellikler taşırlar. Ağır su reaktörü olarak adlandırılmalarının nedeni moderator ve soğutucu için ağır su (D20) kullanmalarıdır. Bu tür reaktörlerin en yaygın olarak kullanıldığı ülke Kanada'dır. Kanadalılar son 40 yılda CANDU (CANada Deuterium Uranium) adını verdikleri Kanada reaktörünü tasarlayıp geliştirerek Basınçlı Ağır Su Reaktörü teknolojisinde lider olmuştur.
CANDU reaktörlerinde yakıt olarak doğal uranyum kullanıldığı için zenginleştirme tesislerine ihtiyaç yoktur. Düşük basınçta moderator, ağır su (D20) ve yatay silindir şeklinde bir reaktör kabı vardır. Reaktör kabının içinde yatay şekilde geçen 380 adet yakıt kanalı bulunur. Yakıt kanalları doğal uranyum yakıt ve ağır su soğutucusundan oluşur. Yakıt kanalındaki yakıt elemanları basınç tüpü içindedir.
Düzenleyen: Nurettin SAVRUK
Bilim Teknik Dergisi
*
HİDROELEKTRİK ENERJİ
M.Ö. 3000-2000 yıllarından itibaren Mezopotamya ve Çin 'de, Mısır ve Anadolu 'da suyun potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılmıştır. Buhar makinasının icadına kadar bir cismi hareket ettirmek için kuvvet kaynağı olarak sadece su ve rüzgardan yararlanılıyordu. Rüzgarın süreksiz olması nedeniyle daha çok su kullanılmıştır.
Suyun Potansiyel ve kinetik enerjisinden faydalanılarak çeşitli tipte hidroelektrik tesisler yapılabilir. Çöllerde ve sıcak ülkelerde suyun buharlaşmasından faydalanmak suretiyle yapılan depresyon tesisleri, gel-git olayından ve dalga enerjisinden faydalanılarak yapılanlarla akarsular üzerinde kurulan sistemler buna örnek verilebilir.
Depresyon Tesisleri:
Denizden alçakta olan çöllerde veya denize kıyısı olan çok sıcak bölgelerde, yüzeyden suyun fazla buharlaşmasından yararlanmak amacıyla hidroelektrik tesisler yapılmaktadır. Çok sıcak bölgelerdeki uygun bir koy bir duvar aracılığıyla denizden ayrılır. Denizden ayrılan kısımda serbest su yüzeyinden buharlaşma sonucunda, buranın su seviyesi alçalır. İşte buharlaşan bu su miktarına eşit debi denizden alınarak hidroelektrik tesisi kurulur. Çöllerde yapılan tesislerde ise çölün denizden alçak olan kesimlerinde bir tünel veya bir kanal ile deniz suyu taşınır. Çukur bölgede yapılan tesiste ise enerji üretilir. Çukur bölgede oluşan göl kesimden bir yıl içinde buharlaşan su miktarına eşit olan debi, denizden alındığı takdirde zaman içinde gölde kararlı bir seviye oluşur. Çukur bölgede oluşan bu gölün hacminin deniz suyundaki tuzu depolayacak kadar büyük olması gerekir.
Kattara Hidroelektrik projesi. Kattara Çölü Kahire'nin 300 km batısında ve Akdeniz seviyesinden 135 m alçaktadır. 80 km uzunluğundaki bir tünel vasıtasıyla 600 m³/sn lik deniz suyu bu çukura aktarılacaktır. Oluşacak göl ham biriken tuzları hem de 60 m yüksekliğindeki 12000 m² 'lik bir alana sahip gölün su yüzeyinde büyük miktarda buharlaşma gerçekleşecektir. Yılda yaklaşık 2 m kalınlığında su buharlaşırsa, yılda toplam 24 milyar m³ su buharlaşacaktır. Bu da ~761 m³/s debiye karşılık gelir. Fırat nehrinin debisi ise 600 m³/s 'dır. Tesisin kur gücü 1200MW'dır.
*
Gel-Git Hidroelektrik Tesisleri:
Açık denizlerde meydana gelen gel-git olaylarından yararlanılarak elektrik enerjisi elde edilmesi için kurulan tesislerdir. Yükselen deniz suyu bir nehrin ağzında yapılan hazneye veya bir koya doldurulur. Boşalırken, dolarken veya her iki yönde çalışan tek ve çift hazneli gelgit tesisleri yapılmıştır.24 saat içinde, 20 dk süre ile deniz iki defa kabarır ve alçalır. Dolarken ve boşalırken aynı türbin çalışabilir. İki taraf arası seviye farkı 3 m olunca türbinler durur. Daha sonra tekrar kapaklar açılarak deniz suyu doldurulur ve boşaltılır. Bu tesislerin en büyüğü Fransa'da Atlantik sahilindeki Rance Tesisidir. Bu santralde her biri 10 MW gücünde 24 türbin-jeneratör grubu vardır. Tesisi çalıştırmakta sadece bir kişi görevli çünkü tesis tam otomatik olarak çalışmaktadır. Tesis 240 MW gücündedir.
*
Dalga Enerjisinden faydalanılarak Enerji Üreten Tesisler:
Bu tesisler henüz uygulama safhasına girmemiştir. Dalga enerjisinin de süreksiz olması bu tür tesislerin faaliyet sürelerini kısıtlamaktadır. İstanbul Boğazındaki akıntıdan enerji elde edilmesi ise mümkün değildir. Çünkü tesisin masrafları üretimle elde edilecek gelirin çok çok üstündedir. Ayrıca tesisin kurulabilmesi için Boğaz deniz trafiğine kapatılacaktır ve üretilecek enerji ise yalnızca 5 MW gücündedir. Yani konvansiyonel olmayan tesisler ancak belirli yerlerde ve belirli koşullar altında yapılabilmektedir.
*Akarsular üzerinde kurulan Hidroelektrik Tesisleri:
Bu tür santraller iki ana bölüme ayrılır. Barajsız hidroelektrik santralleri, nehir santralleri veya çevirmeli hidroelektrik tesisleri.
*Barajsız Hidroelektrik Tesisleri:
Akarsu, bağlama adı verilen bir sistem aracılığıyla kabartılarak su alınır. Alınan su bir tünel veya kanal yardımıyla az bir eğim oluşturacak şekilde, aynı veya başka bir akarsu yatağına bırakılır. Böylece seviye farkından yararlanılarak elektrik enerjisi üretimi sağlanır. Akarsu üzerine yapılan bağlama yardımı ile kabartılan suyun, seviye farkından yararlanarak kanalsız veya tünelsiz tesisler yapılmaktadır.
*
Barajlı Hidroelektrik Tesisler:
Akarsu üzerinde bir baraj yardımı ile mevsimlik, yıllık veya çok yıllık hazneler. Elektrik enerjisi üretimi ihtiyaca göre ayarlanarak, pik saatlerindeki ihtiyaç kolayca karşılanır. Yedek türbinler yardımı ile yağışlı yıllarda güvenilir enerjinin üstünde ikincil enerji üretilebilir ve haznenin büyüklüğüne göre kurak mevsimlerde enerji ihtiyacı karşılanabilir. Bunlara karşın barajların önemli olumsuzlukları da göz ardı edilmemelidir.
*
JEOTERMAL ENERJİ
Enerji Kaynakları:
Jeotermal enerji, Dünya'nın ısısından elde edilen enerjidir. Jeotermal sözcüğü "yer" ve "ısı" anlamındaki Yunanca iki sözcükten üretilmiştir. Bilim adamları, jeotermal ısının nereden kaynaklandığı, yeryüzüne çıkan buharın nasıl oluştuğu konusunda henüz tam bir görüş birliğine varamamışlardır. Büyük bir olasılıkla bu ısının kaynağı , Dünya'nın derinliklerindeki "magma" denilen erimiş kayaç kütlesidir. Yüzeye püsküren buharın da, yüzeyden derinlere sızan yağmur sularının, bu kızgın magma bölgesinde ısınıp buharlaşması sonucunda oluştuğu sanılmaktadır. Bu ısıdan, İzlanda ve Japonya'da olduğu gibi, evlerin, hamamların ve seraların ısıtılmasında yararlanılabilir. Elektrik enerjisi üretiminde de, üreteçlere bağlı buhar türbinlerinin çalıştırılmasıyla jeotermal enerji kullanılabilir. İlk jeotermal enerji santralı 1931'de İtalya'daki Larderello'da kuruldu. Bugün Larderello'da toplam gücü 351 megawatt olan ve yaklaşık 600 bin nüfuslu bir kenti beslemeye yeterli elektrik üreten bir grup jeotermal enerji santralı bulunmaktadır. Ucuz enerji çağından pahalı enerji çağına girilirken ömrü son derece kısıtlı olan konvansiyonel enerji kaynaklarının, bir gün tükenebileceği düşünülmeye başlanmıştır. Bu nedenle, hızla artan nüfusun ve teknolojik yeniliklere bağlı olarak gelişen endüstrinin enerji gereksinimi karşısında, konvansiyonel enerji kaynaklarının yerine geçebilecek, yeni ve yenilenebilir doğal kaynakların araştırılması bulunması ve bunlardan yararlanılması konusunda büyük bir arayış içine girilmiştir.
Dünyadaki enerji kaynakları fosil kaynaklar (kömür, petrol, doğal gaz, turba, petrollü, kaynaklar, vb.) yenilenebilir kaynaklar (hidrolik, biyomas, jeotermal, jeotermal gradyan, rüzgar, gelgit, dalga, vb.) olmak üzere iki bölüme ayrılabilir. Bunlardan yenilenebilir kaynaklar grubuna giren Jeotermal Enerji, önemli bir
yer tutmaktadır.
Yerkabuğu içerisinde hazne kayalarda bulunan, basınç altında aşırı derecede ısınmış suların enerjisidir. Ekonomik önemdeki jeotermal enerji birikimi, 40°C-380°C arasında olup, 3000 m 'ye kadar olan derinliklerde geçirimsiz kayalar altında yer alan, geçirimli hazne kayalar içinde bulunmaktadır. Şimdiye kadar üç çeşit jeotermal sistemin varlığı saptanmıştır. Sıcak kuru kaya sistemi, sıcak su sistemi, kuru bahar sistemi.
*
Sıcak Su Sistemi:
Yeryüzünde sıcak su esaslı sistemler Buhar esaslı sistemlerden yirmi kat daha fazla bulunmaktadır. Sıcak su sisteminde, derindeki hazne kaya içerisinde, basınç altında, yüksek sıcaklıkta, erimiş kimyasal madde bakımından çok zengin, farklı kimyasal özelliklerde sular bulunmaktadır. Bu tür sistemlerden sondajlarla yeryüzüne çıkarılan sıcak su+buhar karışımından elde edilen buhardan, elektrik enerjisi üretilmekte, buharı alınmış sıcak su ise atılmaktadır.
* Kuru Bahar Sistemi:
Buhar esaslı sistemler , sıcak su esaslı sistemlerden farklı olarak, çok fazla ısınmış, nem miktarı az, sıcaklığı yüksek buhar üretirler. Bu tür buhar, bir enerji kaynağı olarak doğrudan jeotermal santrallere gönderilerek elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bir bakıma bunlar yerkabuğu üzerinde oluşmuş, birer doğal nükleer reaktör olarak kabul edilir.
* Sıcak kuru kaya sistemleri:
Yerküremizde özellikle genç, aktif volkanik kuşaklarda, jeotermal gradyanın çok yüksek olduğu bölgelerde, sıcak su içermeyen yüksek sıcaklığa sahip kızgın, kuru kayalar bulunmaktadır. Bu tür sistemlere soğuk su basılarak sıcak su+ buhar karışımı alınmakta ve bu, bir enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.
*RÜZGAR ENERJİSİ
İnsanlar binlerce yıldır rüzgardan bir enerji kaynağı olarak yararlanmaktadır. Buna ilişkin olarak ilk akla gelen yelkenli teknedir. Rüzgar enerjisini kullanabilmenin üç yolu vardır: Yelkenli teknelerde olduğu gibi doğrudan hareketi sağlamak; yel değirmenlerinde olduğu gibi herhangi bir makinenin kanatlarını döndürmek; elektrik üreteçlerine bağlı türbinleri çalıştırmak. Rüzgar enerjisi, dönüşüme uğramış güneş enerjisidir. Güneş enerjisinin kayaları, denizleri ve atmosferi her yerde özdeş ısıtmaması nedeniyle oluşan sıcaklık ve basınç farkları rüzgarı oluşturmaktadır. Rüzgar bit merkez çevresinde dolandıklarında, santrifüj kuvveti etkisinde kaldıkları gibi, yeryüzü ve hava arasındaki sürtünme kuvvetinden de etkilenirler. Kutuplar ve ekvator arasındaki sürekli hava akımlarına göre, enerji üretimi açısından denizler, karalar, dağlar ve vadiler arasındaki yerel rüzgarlar daha önemlidir.
Rüzgar enerjisi bol ve serbest halde bulunan güvenilir ve sürekli bir enerji kaynağıdır. Havanın öz kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerjinin miktarı hızına bağlıdır. Rüzgarın hızı yükseklikle, gücü ise, hızının küpü ile orantılı olarak artar. Sağlayacağı enerji, gücüne ve estiği süreye bağlıdır.
*
1982-92 döneminde Kaliforniya' da yaklaşık 150.000 rüzgar türbini kurulmuştur. Buralardan yaklaşık 3.000.000.000 kWh elektrik üretilmiş ve Kaliforniya' nın elektrik tüketiminin %1,2 buralardan sağlanmıştır. Dünyanın en büyük rüzgar çiftliği ABD' de kurulan Altamount Pass rüzgar tesisidir. 8160 Hektar alan kaplayan bu çiftlik 3500 adet 100 kW'lık ve 40 adet 300-450 kW'lık türbin bulunmaktadır.
Rüzgar Teknolojisi:
Rüzgar enerjisi Betz teoremine göre max. %59,3 etkinlikle mekanik enerjiye
çevrilebilir. Bu çevirim, rüzgar türbini tarafından yapılır. Böyle bir türbin; çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyecek kadar yükseklikte bir kule üzerinde bulunması gerekir. ayrıca yüksek verim için geniş düzlükler bu enerji kaynakları için daha elverişlidir. Türbinin rüzgara göre yönlendirilmesi, rotor ekseni ile rüzgar doğrultusu arasındaki yav açısını kontrol eden mekanizmayla sağlanır. Elektrik üretimini sağlayan bu makineye rüzgar jeneratörü adı verilir.
2000 yılı için kurulu kapasite hedefi ABD' de 2800 MW, Avrupa'da 6340 MW, Asya'da 3817 MW civarında olması tahmin edilmektedir. Avrupa'da en büyük kapasite Almanya'da 2000 MW olacak ve onu 1000 MW'la Danimarka takip edecektir. Gelecek 10 yıl sonunda ABD elektrik üretiminin %20 sini rüzgar enerjisinden sağlamayı hedeflemiştir. Avrupa Birliği ise 2005 yılında elektrik enerjisinin %20 sini yenilenebilir. kaynaklardan sağlamayı hedeflemektedir. Bu projede ise rüzgar enerjisine %2' lik bir pay ayrılmıştır.
* Elektrik; çağdaş yaşamın en yaygın enerji kaynaklarından birisidir. Kullanıldığı alanlar neredeyse sayılamayacak kadar çoktur. Evlerimizi aydınlatmak, elektrikli süpürge, çamaşır makinesi gibi ev aletlerini çalıştırmak, hatta yemek pişirmek ve odalarımızı ısıtmak için elektrik enerjisinden yararlanırız. Fabrika ve işyerlerindeki makineler ile bilgisayarlar ve telefon, radyo, televizyon yayınları gibi iletişim sistemleri için gerekli olan enerji gene elektrikten sağlanır. Motorlu taşıtlardaki ateşleme sistemini ve marş motorunu besleyen enerji kaynağı da akümülatörlerde depolanmış olan elektriktir. Öte yandan elektrikli trenler ve otomobiller gibi bazı taşıtlar tümüyle elektrik enerjisiyle yol alır. Kısacası elektrik insanların en vazgeçilmez ihtiyacı haline gelmiştir ve yaşantımızda son derece önemli bir rol oynar.
-
Konu: aynaAYNA
AYNA dekoratif sanatlarda yansıma yoluyla görüntü veren ve çoğunlukla bir çevreyle çevrili olan parlatılmış metal parçası yada arkası sırlanmış cam tabaka.Antik çağda yansıtıcı olmayan arka yüzlerine desenler oyulmuş, metal hafifçe dışbükey, cilalı diskler kullanılırdı.İlk örnekler el aynalarından oluşuyordu; bütün vücudu yansıtacak kadar olanlar ancak İS 1. y.y 'da ortaya çıktı.Romalılardan alınan ve genellikle gümüşten, bazen de cilalı tunçtan yapılmış el aynaları Avrupa da gittikçe yaygınlaştı.Ortaçağda, yoğun biçimde bezenmiş fildişi yada değerli metallerden yapılma kılıfları olan ve kadınların kemerlerine astığı taşınabilir aynalar çok gözdeydi.
Arkası metal aynalar 12.y.y sonunda ve 13.y.y başında kullanılmaya başladı. Rönesans'a gelindiğinde ise, Venedik ayna üretim merkezi olarak özellikle ün kazanmıştır.Ustalıkla pahlandırılmış kenarlarıyla özellikle övgü toplayan Venedik aynaları üstün nitelikleriyle tanıyordu.Baş yargıçların koyduğu sınırlamalara karşın, Venedikli işçiler, sanatlarının sırlarını öteki merkezlere sızdırmaları için yapılan kışkırtmalara kapıldılar ve 17.y.y ortalarına gelindiğinde ayna üretimi Londra ve Paris'te çok yaygınlaştı.Genel olarak aynalar, özellikle de büyük boyutlu çeşitleri çok pahalıydı.O dönemde Versailles sarayı'nın hayranlık, bir ölçüde, geniş salonlarını süsleyen çok sayıda aynalarından ileri geliyordu.
17. y.y sonunda ayna ve çerçevelerinin iç dekorasyondaki önemi artmaya başladı. İlk çerçeveler genellikle fildişi, gümüş, abanoz yada bağadan yapılıyordu, ceviz, zeytin ve sarısalkım kakmalarla kaplanıyordu.Ayrıca iğne işi ve boncuk çerçeveler de vardı.
18y.y 'da duvar aynaları moda oldu.Venedik cumhuriyeti tarafından Osmanlı sarayına armağan edilen aynalar İstanbul' da ki Aynalı kavak Kasrı'na yerleştirilmişti.
19y.y 'da ayna üretiminde yeni ve ucuz tekniklerin ortaya çıkması ayna kullanımını önemli ölçüde yaygınlaştırdı.Aynalar yalnızca gardırop ve büfe gibi mobilyaların bir parçası olmakla kalmayıp, aynı zamanda parlak kesme bezemelerde donatılarak lokanta ve bar gibi genel yerlerin iç dekorasyonunda kullanılmaya başladı.
-
Konu: iş ve enerji
İş kuvvet vektörü ile konum vektörünün skaler çarpımına eşittir ve de skaler bır niceliktir. (W=f.x)
(sabit bir kuvvetin yapmış olduğu iş kuvvetin yer değiştirme doğrultusundaki bileşeni ile yer değiştirmenin büyüklüğünün çarpımına eşittir.)
Boyut analizi yaptığımızda ışın biriminin newton.metre olduğunu görüyoruz. SI birim siteminde bu joule olarak adlandırılıyor.
Cisme etkiyen kuvvetin hareket doğrultusunda olan bileşeni iş yapmaktadır.
Birim zamanda yapılan işe (iş yapma hızı) güç denmektedir. İş/zaman bağıntısıyla güç bulunabilir. (P=W/t)
Barajdaki suyun, masa üzerindeki bir kitabın, gerilmiş bir yayın, hareket halindeki bir cismin enerjisi vardır. Enerji iş yapabilme yeteneğidir.
Enerjisi olan sistemler iş yapabilme yetisine sahiptirler.
ENERJİ KAYNAKLARI
Birincil enerji kaynakları çekirdek kaynaşması, çekirdek bölünmesi, radyoaktiflik ve yer ile ay'ın devinimidir. Tüm enerji biçimlerinin kökenleri bunlardır.
Güneş'teki enerji, hidrojeni ve öteki hafif elementleri daha ağır elementlerle kaynaştıran termonükleer tepkimelerle açığa çıkar. Yer'i aydınlatan, yer'e ve uzaya tükenmez bir enerji sağlayan ışınım enerjisinin kaynağı budur. Yer atmosferindeki rüzgarlar güneş enerjisinin ısıl etkileri sonucunda oluşur. Hatta akarsuların taşıdığı enerji de, Güneş ışınımının dolaylı bir sonucudur. Öte yandan bölünebilir çekirdek yakıtlar da önemli bir strateji kaynağıdır. Örneğin bir uranyum atomunun çekirdeğinin bölünmesi sonucunda açığa çıkan enerji, bir benzin molekülünün yakılmasıyla elde edilen enerjinin milyonlarca katı kadardır.
Başta ağır elementlerinki olmak üzere çoğu radyoaktif izotop kararsızdır ve bozunum sürecinde enerji salar. Bu tür bir enerji salımı doğada toryum ve uranyum elementlerinin etkinliği sonucunda gelişir; öte yandan aynı olgu, çekirdek kaynaşması ve öteki nükleer yöntemlerle yapay olarak elde edilebilir. Bu nedenle, bozunma hızı ve enerji üretimi özellikleri değişik çok sayıda doğal ya da yapay radyoaktif izotop vardır. Doğal radyoaktif izotoplar yerin çok küçük bir bölümünü oluşturur ama açığa çıkarttıkları enerji yerin iç bölümünün yüksek sıcaklığını koruyacak yeterliktedir. Yerdeki jeotermal buhar kuyularından elde edilen enerjinin kaynağı bu radyoaktif etkinliktir.
Birincil kaynaklardan sürekli olarak yeniden yaratılan enerjiye, yenilenebilir enerji denir. Bunlar,Güneş enerjisi, rüzgarların ve akarsuların içerdiği enerji, jeotermal enerji, gelgit enerjisi, ağaçlardan ve öteki bitkilerden sağlanan yakıtlar ile denizlerdeki ısıl gradyanların içerdiği olanaklı enerji kaynaklarıdır. Bu yenilenebilir kaynakların içerdiği toplam enerji miktarı, dünya enerji gereksiniminin çok üstünde olmasına karşın, bunun ancak çok küçük bir bölümü uygun maliyetlerle elde edilebilmektedir. Bu nedenle de bu kaynaklar, dünya enerji talebinin ancak küçük bir kesimini karşılayabilmektedir.
Enerjinin ısı, elektrik, nükleer olmak üzere bir çok çeşidi vardır. Burada mekanik enerji üzerinde duralım.
Mekanik enerji kinetik ve potansiyel enerji olmak üzere iki çeşittir.
1. Kinetik Enerji
Cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye denir. Enerjiyi iş yapabilme yeteneği olarak tanımlamıştık. İş bağıntısından yola çıkarsak;
W=F.x ve F=m.a olduğuna göre;
W=m.a.x ifadesinde a=(v2-v1)/t x=(v1+v2).t/2 bağıntıları yerine konulursa W=(1/2).m.v22-(1/2).m.v12 ifadesi elde edilir.
Buradaki (1/2).m.v2 bağıntısı kinetik enerji bağıntısıdır. Birimi joule dür.
W=ΔK olarak ifade edilir (iş enerji prensibi). Buradan yapılan işin kinetik enerji değişimine eşit olduğunu görürüz.
2. Potansiyel Enerji
Potansiyel enerjiyi her an iş yapabilecek (iş yapabilme potansiyeline sahip) sistemlerde depolanan enerji olarak tarif edebiliriz. Burada potansiyel enerjinin iki çeşidinden bahsedeceğiz.
Yükseklik Potansiyel Enerjisi: Cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji olarak tanımlanır.
W=F.Δx
W=m.g.(h2-h1) h1>h2
W= -m.g. Δh W= -ΔU
Yükseklik potansiyel enerjisi bağıl bir kavramadır. Cismin belli bir noktaya göre potansiyel enerjisi düşünülür. Koordinat sistemine göre değişir.
Esneklik Potansiyel Enerjisi: Esnek cisimlerin gergin veya sıkışık konumda iken depoladıkları enerjidir. Bir yayın x kadar sıkıştırıldığını düşünelim. Bu durumda yayda depolanan enerji W=1/2 k.x2 dir.
Mekanik Enerjinin Korunumu
Dış kuvvetler etkisi ile mekanik enerji kaybının olmadığı sitemlerde mekanik enerji toplamı sabittir. Cismin kinetik enerjisindeki artma potansiyel enerjisindeki azalmaya veya tam tersi potansiyel enerjisindeki artma kinetik enerjisindeki azalmaya eşittir.
Toplam enerji değişimi = Kinetik enerji değişimi + Potansiyel enerji değişimi = 0
ΔK+ΔU=0