SusKunN
Üye
21.01.2009
Çavuş
2.179
Çavuş
2.179
Hakkında
-
FİZİK TARİHİ
Bilimler içinde hemen de en ek:-):-):-)siz olan dal fiziktir. Fizik, bir yandan, cisimlerin düşmesi, âşığın yayılması, titreşimler, sürtünmeler gibi, her gün tanığı olduğumuz çok sayıda doğal olayla ilgilenir; öte yandan, uygulama alanının çeşitliliği nedeniyle, günlük hayatımızın her zaman içindedir. Sözgelimi, fiziğin en önemli konularından biri olan elektrik olmasaydı, yaşama düzenimizin nasıl olacağını düşünebiliyor musunuz?
Fizik bilimi, insanların doğada geçen olayları açıklama isteğinden doğdu ve İlkçağ Yunan filozoflarının bu konudaki çalışmalarıyla kuruldu. Bu filozoflar öncelikle, Dünya'nın oluşum ilkesini bulmağa çalışmışlardı. Aristoteles, su, hava, toprak ve ateşi değişik bileşimleri ve dönüşümleriyle, Evren'deki bütün bilinen maddeleri oluşturan dört temel öğe olarak kabul ediyordu. Leukippos ve Demokritos, "maddenin bölünmesi ve yok edilmesi mümkün olmayan sayısız küçük taneden, atomlardan meydana geldiğini sezinlemişlerdi.
Pithagoras ve öğrencileri akustik ile uğraşmışlar, yani ses olayının incelemelerini yapmışlar; Eukleides ise optik konusunda bir araştırma kitabı yazmıştı. Ayrıca, yansıma ve kırılma olaylarını fizik açısından inceleyen birçok filozof, ışığın nitelikleri hakkında ortaya sorular atmıştı. O çağda Yunanlılar mekanikte de hayli ileriydiler, nitekim Arkhimedes'in bu alandaki buluşları büyük yankılar yapmıştı.
Bu yüz ağartıcı başlangıçtan sonra, Rönesans'ın sonuna kadar fizikte hiç bir ilerleme görülmedi. Romalılar fizik bilimine hiç bir yenilik getirmediler ve Yunan bilimini aktarmakta önemli bir aracılık görevi yapmış olan Araplar hemen de sadece optik konusunda gelişmeler sağladılar. Avrupa'da, bilimsel gelişme, XIII. yy .a kadar tamamen durdu; Rönesans süresince de fizik, öteki bilim dallarının tersine, çok az ilerleme gösterdi. Bu dönemde anılmağa değer tek bilgin, birçok buluşu olan Leonardo da Vinci oldu.
Galilerden Newton'a
Fizik ancak XVII. yy .da gelişti. Galilei dinamik ve astronomi konularını inceledi ve deneyler yapmayı, deneylerden çıkan sonuçları saptamayı ve bunları kesin matematik yasalara bağlamayı öngören deneysel yöntemi kurdu. Hollandalı Huygens sarkacı inceledi ve sarkaçlı saatleri geliştirdi, İtalya'da Torricelli'nin ve Fransa'da Pascal'ın çalışmaları atmosfer basıncını meydana çıkardı. Gassendi ile Mersenne, ses hızım ölçmeyi denediler. Işık olayları da bol bol incelendi:
Hollanda'da Snellius ve Fransa'da Descartes birbirinden habersiz kırılma yasalarını açıkladılar; Newton beyaz ışığın bileşimini keşfetti; Römer ilk defa ışığın hızını saptadı. Bununla birlikte, ışık ışınlarının niteliği gene de anlaşılamadı: ışık Descartes ile Newton'un dediği gibi küçük tanelerden mi, yoksa Huygens'in dediği gibi dalgalardan mı oluşuyordu? Bu sorunun karşılığı daha sonra gelecekti. O sıralar ancak, optik araçlar (mikroskop, gök dürbünü, teleskop) bulunup geliştiriliyordu, tıpkı barometreler ve boşaltma tulumbaları gibi. Bu çağın en önemli olayı ise, Newton tarafından evrensel çekim gücünün (yerçekimi) bulunması olmuştur.
Deneysel Fizik
Fizik XVIII. yy.da gelişti ve son derece yaygınlık kazandı. Bilginler, «fizik odaları»nda, halk önünde basit, ama gösterişli deneyler yaptılar. Bu, elektrikte ilk önemli buluşların gerçekleştiği dönem oldu: yalıtkan ve iletken cisimler arasındaki ayırım, pozitif ve negatif elektriğin ortaya çıkartılması, Amerikalı Franklin'in paratoneri icadı bu döneme rastlar. Optikte, Fransız Bouguer ışık yoğunluğunu ölçmek için fotometreyi icat etti. Nihayet, hassas termometreler de bu sıralarda yapıldı.
Uzmanlık Dalları
XIX. yy.da fizikte, mekanik ve ısı olayları arasındaki ilişkileri inceleyen termodinamik; elektrik akımlarının magnetik özelliklerini ve uygulama alanlarını inceleyen elektromagnetizma gibi yeni dallar ortaya çıktı. Aynı zamanda, «evrensel» düşünürler de artık yerlerini uzmanlara bıraktılar. Optikte, girişim (iki noktasal kaynaktan çıkan ışık ışınlarının üst üste çakışmasıyla ortaya çıkan ardışık ve almaşık parlak ve karanlık şeritler) ve polarma (bazı maddelerin yansıttığı veya kırdığı ışığın özgülüklerindeki değişim) olaylarının keşfedilmesi, Fresnel'in savunduğu dalga kuramı'nın zaferini geçici olarak sağladı. Bu arada spektroskop! ve fotoğrafçılık gibi yeni teknikler ortaya çıktı; ve görünmeyen iki ışın bulundu: kızılaltı ve morötesi.
Elektrikte, Volta'nın pili icat etmesi (1800), elektrik akımının incelenmesine yol açtı. Elektriğin özgülüklerini açıklamak için Ohm, Pouillet, Faraday, Ampere, Örsted birtakım yasalar buldular, daha sonra Maxwell bunların sentezini gerçekleştirdi. Bu kuramsal sonuçlara, telgraf, telefon, akümülatörler, elektrik lambası, dinamo gibi birçok pratik uygulama eklendi.
1880'e doğru, bazıları, fiziğin artık hemen hemen tamamlandığını söylerken, radyoelektrik dalgalar, elektron, X ışınları ve radyoaktiflik gibi bir dizi yeni buluş, yüzyılın sonunu belirledi.
Sonsuz Küçük
Fizikçiler, gözlenen olayları daha iyi anlamak için, XX. yy. başlarında, geleneksel düşünceleri altüst eden kuramlar öne sürdüler. Alman Max Planck 1900'de kuvanta (enerji «tanecikleri») kuramı'nı ortaya attı; bu kurama göre, enerji ancak aralıklı, ke:-):-):-) ke:-):-):-) yayınlanabilirdi. 1905 yılında başka bir Alman, Albert Einstein, bağıllık (izafiyet) kuramını yayımladı.
Bu yeni kuramlar, maddenin yapısının incelenmesinde geniş ölçüde ilerleme olanağı sağladı. 1913'te Danimarkalı Niels Bohr, kuvanta kuramını atoma uygulamayı önerdi ve Alman Sommerfeld 1916'da bu kuramı, bağıllık aracılığıyla tamamladı. 1924'te, ışık için önceden varılmış bir sonucu genelleştiren Louis de Broglie, her madde taneciğinin bir dalga ile birlikte bulunduğu düşüncesine dayanan dalga mekaniği iddiasını öne sürdü. Alman Heisenberg, 1925'ten başlayarak, bir taneciğin hızının ve konumunun aynı anda kesin olarak bilinmesi olanaksızlığını gösteren kendi kuvanta mekaniği'ni geliştirdi.
Bütün bu çalışmaların sentezi, 1930 yılında İngiliz Dirac tarafından gerçekleştirildi: onun bağıllık, kuvanta ve dalga mekaniği konusundaki görüşleri, çok geçmeden pozitif elektronların bulunmasıyla doğrulanmış oldu.
O tarihten sonra, atom çekirdeğinin parçalanması başarıldı ve yapay radyoaktifliğin bulunması, atom bombasının ve atom pilinin yapımına yol açtı. Günümüzde, nükleer fizik ile ortaya çıkan taneciklerin çeşitliliği, atomun ne kadar zengin olduğunu gösterdi. Öte yandan, astrofizik dalı, yıldızları yöneten mekanizmayı öğrendikten sonra, bağıllık yasalarını uygulayarak Evren'in tarihini yazmağa girişti. Böylece, fizik bilimi, kendine yeni temeller bulduktan sonra, araştırmalarını, sonsuz küçükten sonsuz büyüğe doğru genişletme yoluna girdi.
Elektrik Öpücüğü
XVIII. yy.da sürekli kıvılcım çıkartan elektrostatik makinelerin icadıyla elektrik, bazı salonlarda moda oldu. Bu salonlarda, hayvanlara elektrik vermekle veya kıvılcım yardımıyla eşyayı tutuşturmakla eğleniliyor veya yalıtkan bir tabureye çıkmış iki deneycinin, dudakları arasından şimşek çaktırmaları seyrediliyordu: buna «elektrik öpücüğü» deniyordu.
-
Konu: KondansatörlerÖnbilgiler:
Kondansatör, DC akımı geçirmeyip, AC akımı geçiren devre elemanıdır.
Kondansatörün Yapısı:
Kondansatör şekil 1.6 'da görüldüğü gibi, iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya hiç bir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur. Kondansatörler yalıtkan maddenin cinsine göre adlandırılır.
Kondansatörün sembolü:
Değişik yapılı kondansatörlere göre, kondansatör sembollerinde bazı küçük değişiklikler vardır.
Şekil 1.16
Şekil 1.16 - Kondansatör Yapısı
Kondansator Sembolü
Harf Olarak
" C "
Kondansatörün Çalışma Prensibi:
Kondansatörün bir DC kaynağına bağlanması ve şarj edilmesi:
Şekil 1.17(a) 'da görüldüğü gibi kondansatör bir DC kaynağına bağlanırsa, devreden Şekil 1.17(cool.gif 'de görüldüğü gibi, geçici olarak ve gittikçe azalan IC gibi bir akım akar. IC akımının değişimini gösteren eğriye kondansatör zaman diyagramı denir.
Akımın kesilmesinden sonra kondansatörün plakaları arasında, kaynağın Vk gerilimine eşit bir VC gerilimi oluşur.
Bu olaya, kondansatörün şarj edilmesi, kondansatöre de şarjlı kondansatör denir.
"Şarj" kelimesinin Türkçe karşılığı "yükleme" yada "doldurma" dır.
Şekil 1.17(a)
Şekil 1.17- Kondansatörün DC kaynağına bağlanması
a) Bağlantı devresi
cool.gif Zaman diyagramı
c) Vc gerilim oluşumu
Şekil 1.17(cool.gif
Şekil 1.17©
Kondansatör Devresinden Akım Nasıl Akmalıdır?
Şekil 1.17(a)' daki devrede, S anahtarı kapatıldığında aynı anda kondansatör plakasındaki elektronlar, kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir, kaynağın negatif kutbundan çıkan elektronlar, kondansatöre doğru akmaya başlar. Bu akma işlemi, kondnsatörün plakası daha fazla elektron veremez hale gelinceye kadar devam eder.
Bu elektron hareketinden dolayı devreden bir IC akımı geçer. IC akımının yönü elektron hareketinin tersi yönündedir.
Devreden geçen IC akımı, bir DC ampermetresi ile gözlenebilir. S anahtarı kapanınca ampermetre ibresi önce büyük bir sapma gösterir. Sonra da, ibre yavaş yavaş sıfıra gelir. Bu durum devreden herhangi bir akım geçmediğini gösterir. IC akımına şarj akımı denir.
Devre akımının kesilmesinden sonra yukarıda da belirtildiği gibi kondansatör plakaları arasında VC=Vk oluşur.
VC gerilimine şarj gerilimi denir.
VC geriliminin kontrolü bir DC voltmetre ile de yapılabilir. Voltmetrenin "+" ucu, kondansatörün, kaynağın pozitif kutbuna bağlı olan plakasına, "-" ucu da diğer plakaya dokundurulursa VC değerinin kaç volt olduğu okunabilir. Eğer voltmetrenin uçları yukarıda anlatılanın tersi yönde bağlanırsa voltmetrenin ibresi ters yönde sapar.
Kondansatörde Yük, Enerji ve Kapasite;
Şarj işlemi sonunda kondansatör, Q elektrik yüküyle yüklenmiş olur ve bir EC enerjisi kazanır.
Kondansatörün yüklenebilme özelliğine kapasite (sığa) denir. C ile gösterilir.
Q, EC, C ve uygulanan V gerilimi arsında şu bağlantı vardır.
Q=C.V EC=CV2/2
1. Q: Coulomb (kulomb)
2. V: Volt
3. C: Farad (F)
4. EC: Joule (Jul)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, C kapasitesi ve uygulanan V gerilimi ne kadar büyük ise Q elektrik yükü ve buna bağlı olarak devreden akan IC akımı da o kadar büyük olur.
Kondansatörün kapasite formülü:
C = ε0.εr.(A/d)
ε0: (Epsilon 0): Boşluğun dielektrik katsayısı (ε0=8.854.10-12)
εr: (Epsilon r): Plakalar arsında kullanılan yalıtkan maddenin İZAFİ1 dielektrik (yalıtkanlık) sabiti.(Tablo 1.6)
1. A: Plaka alanı
2. d: Plakalar arası uzaklık
A ve d değerleri METRİK sistemde (MKS) ifade edilirse, yani, "A" alanı (m) ve "d" uzaklığı, metre (m2) cinsinden yazılırsa, C' nin değeri FARAD olarak çıkar.
Örneğin:
Kare şeklindeki plakasının her bir kenarı 3 cm ve plakalar arası 2 mm olan, hava aralıklı kondansatörün kapasitesini hesaplayalım.
A ve d değerleri MKS' de şöyle yazılacaktır:
A=0,03*0,03=0,0009m2 = 9.10-4 m2
d=2mm=2.10-3m ε0 = 8,854.10-12
Hava için εr=1 olup, değerler yerlerine konulursa:
C=8,854.10-12.4,5.10-1=39,843.10-13 F=3,9PF (Piko Farad)1 olur.
NOT:
1 İZAFİ kelimesi, yalıtkan maddenin yalıtkanlık özelliğinin boşluğunkinden olan farkını göstermesi nedeniyle kullanılmaktadır. İzafinin, öz türkçesi, "göreceli" dir.
Tablo 1.6. Bazı yalıtkan maddelerin epsilon.jpg (467 bytes)r sabitleri
CİNSİ
İzafi Yalıtkanlık
Katsayısı (εr)
CİNSİ
İzafi Yalıtkanlık
Katsayısı (εr)
Hava
1
Mika
5-7
Lastik
2-3
Porselen
6-7
Kağıt
2-3
Bakalit
4-6
Seramik
3-7
Cam
4-7
AC Devrede Kondansatör:
Yukarıda DC devrede açıklanan akım olayı, AC devrede iki yönlü olarak tekrarlanır. Dolayısıyla da, AC devredeki kondansatör, akım akışına karşı bir engel teşkil etmemektedir. Ancak bir direnç gösterir.
Kondansatörün gösterdiği dirence kapasitif reaktans denir.
Kapasitif reaktans, XC ile gösterilir. Birimi Ohm(Ω
dur.
XC = (1/ωC) = (1/2πfC) 'Ohm olarak hesaplanır.
1. XC = Kapasitif reaktans (Ω
2. ω = Açısal hız (Omega)
3. f = Frekans (Hz)
4. C = Kapasite (Farad)
Yukarıdaki bağlantıdan da anlaşıldığı gibi, kondansatörün XC kapasitif reaktansı; C kapasitesi ve f frekansı ile ters orantılıdır. Yani kondansatörün kapasitesi ve çalışma frekansı arttıkça kapasitif reaktansı, diğer bir deyimle direnci azalır.
-
Nanoteknoloji
Nanoteknoloji Türkiye'de bilimadamlarının yeni gözdesi... Bilim çevrelerinde büyük bir hızla çalışmaları süren nanoteknolojinin sınırlarının, şimdiden tahmin edilemeyeceği düşünülüyor...
Nanometre ölçeğinde fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların anlaşılması, kontrolü ile bu boyutlarda fonksiyonel malzemelerin, araçların ve sistemlerin geliştirilmesi ve üretimidir. Nanoteknoloji ile nano ölçekteki olayların değerlendirilip, benzerlerinin geliştirilerek uygulanmasıyla bilimde yeni ufuklar açılmaktadır. Nano ölçeğin anlamı ise atom ve molekül büyüklüğünde maddeleri kullanarak olayları kontrol etmektir. En küçük atom olan hidrojen atomunun 10 katı ya da normal bir insan saç telinin 80 binde biri kadar bir büyüklüktür. Nanoteknoloji, bu tekniğin öncülerinden Albert Frank'a göre en az bir boyutu 1-100 nm olan materyaller, cihazlar ve sistemler ile ilgilenir. Daha farklı ve üstün nitelikli mekanik, elektrik, ısıl, optik ve kimyasal özelliklere sahip materyal ve sistemler geliştirmeyi amaçlar.
Nanoteknolojinin Başlıca Amacı
-Nano ölçekteki yapıların analizi,
-Nano boyuttaki yapıların fiziksel özelliklerinin araştırılması ve anlaşılması,
-Nano ölçekli malzemenin üretimi,
-Nano duyarlıkta aletlerin geliştirilmesi,
-Nanoskopik ve makroskopik dünya arasında bağ kurulmasına yardımcı olacak yöntemlerin bulunup geliştirilmesidir.
Tüm dünya ülkeleri bir Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama planlamalarını yapmışlar ve çalışmalara başlamışlardır. Her ülke ve özel sektörü kendisi için en uygun öncelikli alanları saptamıştır. Ülkemizde geç kalmadan bilgi çağının teknolojisi olan bu yeni alanla ilgili hedef ve stratejilerini belirlemeli, bazı kurum ve kuruluşları görevlendirerek ve destekleyerek geleceği avucunun içine alabilmelidir. Sanayileşme çağını arkadan izleyen ülkemiz çağımız teknolojilerine yönelmekte geç kalmamalıdır.
Çağımıza Yön Veren Teknolojiler
-İletişim teknolojisi,
-Gen teknolojisi,
-Uzay teknolojisi,
-Nanoteknoloji,
Bilgi çağının teknolojisi de nanoteknolojidir. Nanoteknoloji sadece elektronik ve makinecinin uğraşacağı alan değildir. Malzeme, daha doğrusu atom ve molekülle uğraşan fizikçiler, kimyacılar ve biyologların da çalışacağı alandır. Kimyasal tepkimelerin kontrolü, kinetiği, akıllı moleküllerle kimyasal tepkimelerin yönlendirilmesi, biyokatalitik (enzimatik) olayların yönlendirilmesi, kristal düzeni, kristal yapı hataları ve bunlardan yararlanma, yüzey kimyası ve yüzeyin araştırılması, bu tekniklere uygun analiz ve kontrol tekniklerinin geliştirilmesi çağımız kimyacılarını, özellikle analitik kimyacıları nanoteknolojiye de yönelmeye zorlamıştır.
Analitik kimya, farklı maddeleri tanıma, onların bileşenlerini tayin etme sanatı olup kimyasal işlemlerin bilimsel ya da teknik amaçla kullanıldığı her yerde karşılaşılan sorunlara cevap verebilmemizi sağlar. Teknolojideki gelişme analitik tayin ve kontrol yöntemlerinin gelişim yönünü de belirlemiştir.
Analitik kimya ve analiz metotları madde sisteminin; kimyasal bileşimini (nitel-nicel analiz) ve madde yapısını (yapı tayini) inceleyen iki uygulama alanı doğrultusunda yöntemler geliştirir.
Günümüzde sağlık, ekolojik soruların ekonomik ve etik değerlere uygun araştırılması daha ön plana çıkmıştır. Bunun sonucu günümüzde analitikçi yaşanılan çevre ve iş ortamının, solunan havanın, içilen suyun, yararlanılan nehirlerin, göllerin ve denizlerin, toprağın, yediğimiz gıdaların hatta insan ve hayvan bedeninin maddesel yapısına yönelik soruları yaptığı analiz sonuçlarını bir ekonomist gibi toplumsal politikalara yön verecek şekilde yorumlayarak ifade edebilmelidir.
Çağımızda sanayinin geldiği düzey, bir yandan toplumun gereksinimini karşılayacak çok büyük ölçekli üretim, öte yandan yüksek kaliteli, gittikçe küçülen, nano metrik boyutlarda ileri teknoloji ürünleri ile hücre altı moleküler düzeyde işlemleri yapma, bunları teknolojiye aktarma (gen teknolojisi) noktasına ulaşmıştır.
Analitikçi bu yeni sanayinin maddelerin bileşimi ve yapısına yönelik sorularına cevap verebilmek için bir yandan eski analiz yöntemlerini değiştirirken, bir yandan da yeni teknolojiye uygun analiz yöntemlerini geliştirmek zorunda kalmıştır.
Nanoteknolojinin Kullanım ve Uygulama Alanları
1- Sanayi Alanı: Mikro makineler, mikro pompalar, mikro sensörler geliştirme, optoelektronik elemanların imali, bir araya getirilmesi, nano boyutlu kaplamalar, monolayer katalizörlerle tepkimelerin kontrolü, nano boyutlu elemanlar arası bağlantılar, chip ve cd üretmi.
2- Tıp ve Sağlık Alanı: Mikro-nano cerrahi (özellikle göz ve beyin cerr.), Diyagnostik kitler, Hücre, doku ve moleküler (DNA gibi) hasar belirlenmesi ve onarımı.
3- Bilimsel Araştırmalar: Yüzey karekterizasyonu ve modifikasyonu, Mikroorganizmaların taşınması, DNA-Modifikasyonu.
-
Konu: Ohm KanunuBir elektrik devresinde; Akım, Voltaj ve Direnç arasında bir bağlantı mevcuttur. Bu bağlantıyı veren kanuna Ohm kanunu adı verilir.
1827 yılında Georg Simon Ohm şu tanımı yapmıştır:
"Bir iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkının,iletkenden geçen akım
şiddetine oranı sabittir."
R = V / İ ( 1 )
V = İ x R ( 2 )
İ = V / R ( 3 )
şeklinde ifade edilir. Burada R dirençtir. Bu direnç resistans veya empedans olabilir. V volttur. İ de akım yani Amperdir.
Su dolu bir depo olsun, bunun dibine 5 mm çapında bir delik açalım, bir de 10 mm çapında bir delik açalım. Büyük delikten daha çok suyun aktığını yani bu deliğin suyu daha az engellediğini görürüz.
Burada deliğin engellemesi dirence, akan suyun miktarı akıma, depodaki suyun yüksekliği voltaja karşılık gelir.
Elektrik devrelerinde de, bir gerilimin karşısına bir direnç koyarsanız, direncin müsaade ettiği kadar elektron geçebilir, yani akım akabilir, geçemeyen itişip duran bir kısım elektron ise, ısı enerjisine dönüşür ve sıcaklık olarak karşımıza çıkar.
Direnç birimi "Ohm"dur bu değer ne kadar büyük ise o kadar çok
direnç var anlamına gelir.
-
Konu: Dairesel Hareket
Şekildeki cisim M merkezli dairesel yörünge üzerinde düzgün dairesel hareket yapıyor. Cismin anlık hızı daima yörüngeye teğet ( mavi vektör), merkezcil ivmesi daima merkeze doğrudur. (kırmızı vektör). Merkezcil kuvvet merkezcil ivmeyle aynı yönlü olacağından, o da merkeze doğrudur. Demek ki bir cismin dairesel hareket yapabilmesi için, onu sürekli merkeze doğru çeken bir kuvvetin ve kuvvete dik bir ilk hızının olması gerekir.
Yarıçap (r) : Dairesel yörüngenin yarıçapıdır. Birimi SI birim sistemlerinde metre (m) dir.
Periyot (T): Dairesel hareket yapan cismin bir tam tur atması için geçen süredir. Birimi SI birim sistemlerinde saniye (s) dir.
Frekans (f): Dairesel hareket yapan cismin birim zamanda attığı tur sayısıdır. Birim zaman olarak saniye alınırsa, frekans birimi SI birim sistemlerinde 1/s veya Hertz (Hz) olur.
Çizgisel hız (V): Dairesel hareket yapan cismin birim zamanda aldığı yoldur. Birim zaman olarak saniye yol olarak metre alınırsa, hız birimi SI birim sistemlerinde m/s olur. Yörüngeye her zaman teğettir.
Cisim bir tam tur döndüğünde 1 periyotluk zaman geçer ve bu sürede cisim dairenin çevresi kadar yol alır. Birim zamandaki yolu bulmak için çevreyi periyoda bölmemiz gerekir.
Açısal hız [veya Açısal frekans](w) dairesel hareket yapan cismin birim zamanda taradığı açıdır. Birim zaman olarak saniye açı olarak radyan alınırsa, açısal hız birimi SI birim sistemlerinde rad/s olur.
Cisim bir tam tur döndüğünde 1 periyotluk zaman geçer ve bu sürede cisim 1 tam açı kadar açı tarar. Birim zamanda taranan açıyı bulmak için tam açıyı periyoda bölmemiz gerekir.
Merkezcil ivme (a): Dairesel hareket yapan cismin birim zamandaki hız vektörü değişimidir. Yönü sürekli merkeze doğrudur. Birim zaman olarak saniye yol olarak metre alınırsa, merkezcil ivme birimi SI birim sistemlerinde m/s2 olur.
Merkezcil kuvvet (F): Dairesel hareket yapan cismi sürekli merkeze doğru çeken kuvvettir. Örneğin Dünya Güneş çevresinde dönerken merkezcil kuvvet Güneş'in çekim kuvvetidir. Araba virajı alırken merkezcil kuvvet sürtünme kuvvetidir. Birimi SI birim sistemlerinde Newton (N) dur. Kütle ile ivmenin çarpımı kuvveti vereceğinden, merkezcil kuvvet aşağıdaki formülden bulunur.
-
Elektrostatik
Elektrostatik Alm. Elektrostatik (f), Fr. Electrostatique, İng. Electrostatics. Durgun elektrik yüklerini ve etkilerini inceleyen ilim. Elektrik yüklü cisimlerin meydana getirdiği elektriki alan, cisimlerin bu alan içindeki durumları, birbirine tesirleri elektrostatiğin belli başlı konularını teşkil eder. Maddenin temel taşı olan atomdaki yüklü tanecikler, negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlardır. Temel birimlerden bir elektronun yükü, -1,
-------------------------------------------------------------------
Elektrostatik hakkında ansiklopedik bilgi
Elektrostatik Alm. Elektrostatik (f), Fr. Electrostatique, İng. Electrostatics. Durgun elektrik yüklerini ve etkilerini inceleyen ilim. Elektrik yüklü cisimlerin meydana getirdiği elektriki alan, cisimlerin bu alan içindeki durumları, birbirine tesirleri elektrostatiğin belli başlı konularını teşkil eder. Maddenin temel taşı olan atomdaki yüklü tanecikler, negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlardır. Temel birimlerden bir elektronun yükü, -1,6.10-19 kulon'dur. Protonunki aynı değerde, fakat (+) işaretlidir.
Her yüklü taneciğin etrafında iç içe küreler şeklinde tasavvur edilebilen bir elektriki alan meydana gelir. Merkezde bulunan taneciğin herhangi bir küre yüzeyi üzerindeki tesiri aynıdır. Bu alanın herhangi bir yerinde bulunan elektrik yüklü başka bir taneciğin belirli bir potansiyeli vardır. Yeryüzünden belirli bir yükseklikte bulunan bir cismin yerçekimi sebebiyle sahib olduğu potansiyel enerji buna benzer bir hadisedir. Dünya, cisimleri merkezine doğru çekmeye çalışır. Merkezden uzaklıkları farklı, yani yeryüzünden yükseklikleri farklı olan iki nokta arasında bir cismi taşımak için gereken enerji potansiyel enerjinin farkına eşittir. Yüklü bir taneciğin elektriki alanı içinde bulunan iki noktanın potansiyel farkı da benzer şekilde artı yüklü birim taneciği bir noktadan diğerine taşımak için gerekli olan enerjiye eşittir.
Yüklü tanecikler arasında meydana gelen elektrostatik kuvvet, taneciklerin birbirini çekmesi veya itmesi şeklindedir. Aynı yükler birbirini iter, farklı yükler ise çeker. Buna göre iki elektron veya iki proton birbirini iterler. Elektron ile proton ise birbirlerini çekerler. Meydana gelen bu kuvvet, ister itme, ister çekme olsun, taneciklerin yüküne, aradaki mesafeye ve içinde bulunulan çevrenin geçirgenlik özelliğine bağlıdır. Yüklerle doğru orantılı, aradaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
Statik elektrik (durgun elektrik) yüklü bir cismin yük miktarını tesbit etmek için elektroskoplar ve daha hassas ve yeni olan elektrometreler kullanılır. Elektroskop, yüklü parçaya dokununca aynı cins elektrikle yüklenen iki metal yaprakçığı birbirini iterek açılır. Yaprakların açılması yükün olduğunu gösterir. Elektrostatik esaslara dayanarak yapılmış değişik gayelerle kullanılan aletler olduğu gibi aynı esaslara dayalı teknik metodlar da mevcuttur. Tabanca ile boyamada boya tanecikleri yüklenerek yüzeye daha iyi yapışması sağlanır. Zımpara kağıdı yapımında da bu özellikten faydalanılır. Elektrostatik yük üretmek veya depolamak gayesiyle kullanılan kondansatör, elektrofor, Wimshurst makinası gibi elektrostatik aletlerden başka taneciklerin hızlandırılıp elektron demeti elde etmek için gereken çok yüksek gerilimi sağlamak gayesiyle kullanılan Van de Graaff jeneratörü aynı esaslara dayanan gelişmiş bir alettir.
Pratik hayatta kumaşa sürülmüş bakalit bir çubuğun ufak kağıt parçalarını çekmesi, şimşek hadisesi, sık karşılaşılan elektrostatik hadiselerdir. Statik elektrik bazı hallerde tehlikeli bir durum arz edebilir. Mesela bulutlarda biriken statik yüklerin yıldırım şeklinde toprağa boşalması halinde, tehlikeyi önlemek için paratoner kullanılır. Yakıt tanklarında sürtünmeden birikebilen statik yüklerin tehlikesini ortadan kaldırmak için, tankın zincirle topraklanması yine aynı gaye içindir.
-
Dalgalar etrafımızda çok sık rastladığımız doğa olaylarıdır.
Örneğin, su dalgaları, ses dalgaları, yay dalgaları, Radyo dalgaları....
Dalga hareketinin en önemli özelliği dalgalar yerdeğiştirirken ortamın yerdeğiştirmemesidir.
Mesela su dalgalarında, dalga ilerlerken su yüzeyindeki moleküller salınım hareketi yapar.
Periyodik dalgalar eşit zaman aralıklarında üretilen dalgalardır.
Örneğin, parmağımızı 2 saniyede bir suya batırırsak periyodu 2 sn olan periyodik dalgalar üretmiş oluruz.
2 s de bir dalga üretiyorsak 1 s de 0.5 dalga üretmiş oluruz. Buradaki 0.5 dalgaların frekansıdır.
O halde frekans periyodun çarpmaya göre tersidir. (f=1/T)
İlerleyen bir tana atma
Atmanın ilerlediği maddesel ortamda bir parçacığın hareketi
Periyodik Dalgalar
İlerleyen bir periyodik dalga ve maddesel ortamdaki hareket
Dalgaların hızı ortamın özelliklerine bağlıdır. Su dalgalarında suyun derinliği arttıkça hızı artar.
yay dalgalarında yayı geren kuvvet arttıkça hız artar.
Aynı ortamda, dalganın frekansı değişirse dalganın hızı değil, dalgaboyu değişir.
V=λ.f veya V=λ/T
Ardışık iki dalga tepesi (veya dalga çukuru) arasındaki uzaklığa dalga boyu denir. λ (lamda) ile gösterilir. Herhangi bir dalga tepesinin bir dalga boyu kadar yol alması için geçen süre bir periyottur. Dalganın periyodu T ile gösterilir. Dalgayı üreten kaynağın birim zamanda ürettiği dalga sayısına dalganın frekansı denir. f ile gösterilir.
-
Konu: Işığın Tanecik ModeliIşığın tanecik modeline göre ışık foton adı verilen çok küçük taneciklerden meydana gelmiştir. Bu tanecikler çok küçük yapıya sahip olup kaynaklardan oldukça fazla çıkarlar. Tanecik modelinin bazı ışık olaylarını açıklamada yeterli ve başarılı olmasının yanı sıra bazı olaylarda başarılı olamamıştır. Şimdi tanecik modeline göre, ışığın bazı davranışlarını açıklayalım.
l. Işığın Yayılması:
Işık doğrusal yolla yayılıp boşluktaki hızı ~3.105 km/sn dir. Tanecik modeline göre fotonlar oldukça küçük olup hızı çok yüksek olduğundan yörüngeleri doğrusaldır.
Tanecik yavaş hareket ettiğinde Tanecik çok hızlı hareket ettiğinde
parabolik yörünge çizer. Yörüngesi doğrusal olur.
2. Işığın Birbiri içinden Geçmesi:
Işık ışınları birbiri içinden birbirlerini etkilemeden geçerler. Tanecik modeline göre de tanecikler çok küçük ve hızlı olduklarından birbirleri içinden geçerler.
3. Işığın Yansıması:
Ortamda ilerleyen bir ışık ışını ,ikinci ortamın sınırına gelince eğer bu ortamın içinden geçemiyorsa, ortam yüzeyine geldiği açıyla aynı açıyı yaparak çarptığı ortamdan uzaklaşmaya başlar.Buna yansıma denir.
Eğer ışınımız pürüzsüz ,diğer bir deyişle ayna gibi bir yüzeyden yansıyorsa buna vereceğimiz isim düzgün yansımadır.Düzgün yansımada paralel gelen ışık ısınları yine paralel olarak yüzeyden ayrılır.
Eğer yüzeyimiz söylediğimiz gibi düzgün değil ise cisim bu gelen ışıkları düzensiz olarak saçar,buna da dağınık yansıma denir.
Işık bir yansıtıcı yüzeye düşünce yansımaya uğrar. Aynı şekilde tanecik modeline göre fotonları pin-pong topuna benzetirsek bir yüzeye çarptığında yansımaya uğrar.
Tam yansıma:
Bu olayda yansıtıcı yüzey kırılma indisi farkından kaynaklanmaktadır. Eğer ışığımız yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama yönelirse hele bi de kiritik açıdan daha büyük bir açıyla geliyorsa ikinci ortama girmek, yerine yüzeylerin arasında bir ayna varmış gibi geri yansır bu olaya da tam yansıma denir.
4. Aydınlanma:
Birim yüzeye düşen ışık miktarı o yüzeydeki aydınlanmayı verir. Aynı şekilde tanecik modeline göre birim yüzeye düşen foton sayısı o yüzeydeki aydınlanma şiddetini verir.
Işık kaynağından uzaklaşıldıkça aydınlanma azalır. Tanecik modeline göre aydınlanmanın azalması ters kare kanunu (aydınlanma uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.) gereği izah edilir, örneğin kaynaktan 2 kat uzağa gidilince aydınlanma dörtte birine düşer.
Kaynaktan d uzaklığında aydınlanma
E ise 2 d uzaklığında dür.
Çünkü yüzeyden geçen tanecik sayısı
dörtte birine düşer.
5. Işık Basıncı:
Nasıl ki duvara fırlatılan bir top basınç uygularsa, tanecik modeline göre taneciklerden oluşan ışıkta düştüğü yüzeye basınç uygular. Işık basıncı dünyada fark edilemeyecek kadar az olmasına rağmen güneşin yüzeyine yakın yerlerde dünyaya göre oldukça fazladır. Işık basıncı aydınlanma ile doğru orantılı olup Radyometre denilen aygıtla ölçülür.
6. Işığın Soğurulması:
Işığın vurduğu yüzeyden yansımayıp tutulması olayına soğurulma denir. Koyu renkli cisimler açık renkli cisimlere göre ışığı daha çok tutarlar. Dolayısıyla koyu renkli cisimler açık renkli cisimlere göre daha çok ısınırlar, örneğin; üzerine kül dökülmüş kar, hiçbir şey dökülmemiş kardan daha erken erir. Koyu elbise açık elbiseden daha sıcak olur. Onun için yazlık elbiseler genelde açık renkli olmalarına rağmen kışlık elbiseler biraz daha koyudur. Soğurulma olayı tanecik modeline göre; çekicin çelik bilyeye vurulunca sıçraması, yumuşak demire vurulunca demirin ezilip çekicin sıçramaması şeklinde izah edilir. Çelik bilye beyaz zemin yumuşak demir siyah zemin gibi kabul edilir.
7. Işığın Kırılması:
Işığın tanecik modelinin başarı ile açıklandığı olaylardan biridir. Bu modelin olaya uygunluğunu anlamak için açılar
ve indisler arasındaki ilişkiyi kurmak için bir deney sistemi kuralım. Şekildeki kutunun üzerinden V1, hızıyla qü açısı altında yollanan bilyanın, alt yüzeyde V2 hızı ile qa açısı altında hareketi görülmektedir. qü gelme açısı, qa kırılma açısı olarak düşünülürse ışık için bu olay az kırıcı ortamdan çok kırıcı ortama geçen bir ışını temsil edebilir.
O halde; kutunun üst yüzeyi az kırıcı (hava) alt yüzeyi çok kırıcı (cam) ortamlara eşdeğer sayılabilir. Modelde yapılan çeşitli deneyler, bu açıların sinüsleri arasındaki oranın sabit olduğunu göstermiştir.
Modelin kırılma yasasına uymasına rağmen alt yüzeyde bilyanın daha hızlı hareket ettiğine inanıyorsak, V2 > V1 için V1/V2 > l sonucuna varılır. Ancak deneysel sonuçlar, kırıcı ortamda hızın daha küçük olduğunu göstermektedir. Ayrıca kırılma yasasındaki bu sabit sayının (l) den küçük olmayacağını da öğrenmiştik. O halde, tanecik modeli hızlar arasındaki ilişkiyi açıklamada başarısızdır.
ÖRNEK:
Işığın havadaki 3.105 km/sn olduğuna göre, kırılma indisi 1,25 olan saydam ortamdaki hızını tanecik modeline göre bulup gerçek değeri ile karşılaştırınız.
ÇÖZÜM:
vH = 3.105 km/sn
nx = 1,25
vx = ?
Tanecik modeline göre
dir.
=vx=3,75 . 105 km/sn dir
Aslında ışık hızı 3.10 km/sn den büyük olamaz. Buna göre ışığın kırılma indisi 1,25 olan ortamdaki hızının gerçek değerini bulursak;
ÇÖZÜM:
Sonuç olarak; ışığın kırılma indisi 1,25 olan ortamdaki hızı tanecik modeline göre 3,75.105 km/sn gerçek değeri ise 2,4.105km/sn dir.
Yukarıda izah ettiğimiz olaylarla izah edemeyeceğimiz olayları sıralarsak tanecik modeli; ışığın kırılmasında hızın değerinin bulunmasın da, ışığın saydam ortamlarda aynı anda kırılma ve yansıması, kırınım olayı gibi olayları izah etmede yetersiz kalmıştır. Yani tanecik modeli ile bu olayları izah etmek zordur
-
Konu: Fotoelektrik Olay
İlk defa 1887'de h Hertz tarafından gözlenmiş olan fotoelektrik olayın daha sonra yapılan hassas deneylerle de saptanan önemli özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir.
-Metal yüzeyler ışık ile aydınlatıldıkları zaman elektron yayabilirler fakat pozitif iyonlar yayamazlar.
-Metal yüzeylerin bu şekilde elektron yayıp yayamayacakları gönderilen ışığın frekansına bağlıdır. Metalden metale değişen bir frekans eşiği vardır ve ancak frekansı bu eşik değerden büyük olan ışık bir fotoelektrik akım oluşturur.
-Fotoakım oluştuktan kısa süre sonra kararlı değerine ulaşarak büyüklüğü ışığın şiddeti ile doğru orantılı olarak artar.
-Fotoelektronların kinetik enerjisi ışık kaynağının şiddetinden bağımsız olup gelen ışığın frekansı ile doğru orantılı olarak artar.
Fotoelektrik olayın varlığı klasik elektromagnetik teori ile anlaşılabilir çünkü metallerin elektron içerdikleri o zamanlar bilinmekte idi ve bunlar ışık soğurumu ile ivmelendirilerek metalden koparılabilirler. Işık bir elektromagnetik dalgadır ve ışığın elektrik alanı elektrona e.E/m ivmesini kazandırır. Fakat yukarıda değinilen şiddet ve frekans bağımlılıkları klasik teori çerçevesinde kalınarak açıklanamaz. Işığın şiddeti ε2 nin zaman ortalaması ile orantılıdır. Şiddetin artması ε2 nin ve dolayısı ile elektronların ivmesinin artması demektir. Bu ise sökülen fotoelektronların kinetik enerjisini artırır. Üstelik bunun frekans ile ilişkisi yoktur. Bu klasik sonuçlar ise gözlemlerle çelişmektedir.
Olayın doğru açıklaması Planck varsayımını ışık h.υ enerjili fotonlardan (enerji kuantumlarından) oluşur şeklinde ele alan A.Einstein tarafından 1905'te yapıldı. Bir fotonun soğurulması bir elektronun enerjisini h.υ kadar arttırır. Bunun W kadarlık kısmı elektronu metalden ayırmaya harcanmalıdır. W 'ya metalin iş fonksiyonu denir ve bu metalden metale değişir. h.υ< font>h.υ>W ise söküm olacak ve geriye kalan h.υ-W enerjisi ise elektronun kinetik enerjisi halinde kendini gösterecektir.
Enerji korunumunun uygulanması 1/2.m.v2=h.υ-W şeklinde elektronun kinetik enerjisi ile ışığın υ frekansı arasındaki çizgisel bağımlılığı çok basit bir şekilde açıklar. Bu bağıntı υ0=W/h şeklinde υ0 eşik frekansı ile iş fonksiyonu W arasındaki bağımlılığı da verir.
Fotoelektronların kinetik enerjisinin ışığın υ frekansına göre değişimi.
Doğrunun uzantısının kinetik enerji eksenini kestiği nokta W iş fonksiyonunu verir.
Doğrunun eğimi de h sabitini verir.
Fotoelektrik akımın ışık şiddetine bağımlılığı da foton düşüncesi kullanılarak basitçe açıklanabilir. Daha büyük ışık şiddeti daha fazla sayıda foton ve bu da daha fazla elektron yani daha büyük bir fotoakım demektir
-
Konu: Atom Teorileri
Atom eski Yunanca da bölünemeyen en küçük parçacık anlamına gelir.
Atomla ilgili pek çok bilim adamı ve düşünür yorum yapmıştır. Bunlardan en ilginci hiçbir pozitif ilimle uğraşmadığı halde Mevlana Celalettin-i Rumi nin yorumudur. Mevlana hazretleri "Güneşi bölerseniz zerreyi, zerreyi bölerseniz güneşi elde edersiniz." demiştir. Bu konu hakkında yorumu Radyoaktiflik konusuna bırakarak tekrar konumuza dönelim.
Bunca yorum ve izah arasında bilimsel deney sonuçlarına dayanarak yapılan ilk atom teorisi Dalton'a ait olduğu için ilk atom teorisi Dalton Atom Teorisi olarak kabul edilir.
DALTON ATOM TEORİSİ
Dalton kütlenin korunumu yasası ve sabit oranlar yasasından yola çıkarak maddeyi oluşturan ve onun bütün özelliklerini gösteren çok küçük parçacıkların olduğu yorumunu yaparak aşağıdaki ilkeleri belirtmiştir.
Dalton'a göre:
1. Bir elementin bütün atomları şekil, büyüklük ve kütle yönüyle aynıdır.
2. Atomlar içi dolu küreciklerdir.
3. Bilinen en küçük parçacık atomdur.
4. Atomlar parçalanamaz, yeniden oluşturulamaz.
5. Atomlar belirli oranlarda birleşerek molekülleri meydana getirir. Elementin bütün atomları aynı olduğu gibi bir bileşiğin de bütün atomları aynıdır.
Dalton teorisinde pek çok yanlışlık ve eksiklik olmasına rağmen çok önemlidir. Kendisinden sonra gelen bilim adamlarına bir kapı aralamış, fikir ortaya atarak tartışılmasını sağlamıştır. Böylece daha doğruya ulaşma imkanı sağlamıştır.
Dalton atom teorisindeki eksiklik ve hatalar:
1. Bir elementin bütün atomları aynı değildir. O dönemde nötron tanecikleri tespit edilemediği için izotop atomların farkına varılamadı. Bir elemente ait bütün atomların proton ve elektron sayısı aynı olmak zorundadır. Nötron sayısı farklı olsa da aynı elemente aittir fakat farklı atomdur.
2. Atomların içi dolu değildir. Aksine boşluklu yapıya sahiptir.
3. Bilinen en küçük parçacık atom değildir. Günümüzde atom çekirdeğini oluşturan 70 çeşit parçacığın var olduğu ve bunların bilinen 50 hareketinin olduğu ifade edilmektedir.
4. Bir elementin bütün atomları aynı olmadığı gibi bir bileşiğin bütün molekülleri de aynı değildir.
THOMSON ATOM MODELİ
Havası alınmış tüplerin iki ucuna yerleştirilen elektrodlara (katot ve anot) yüksek gerilim uygulandığında katottan anoda doğru ışınların yayıldığını ve bu ışınların manyetik alanda da pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğradığını tespit etmiştir. Katot ışınları adı verilen bu ışınlar negatif elektrikle yüklüydü. Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük /kütle oranlarını hesapladı. Bu oran, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü. Bu sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Atomda negatif (-) yüklü parçacıklar olduğuna göre pozitif (+) yüklü parçacıklarda, yani protonlarda olmalıydı.
Bu tespitlerden sonra Thomson atomda (+) ve (-) yüklü parçacıkların var olduğunu ve bunların atomda rasgele dağıldığını ifade etmiştir. Rasgele dağılmayı da üzümlü kek örneğiyle izah etmiştir.
Thomson atom teorisine göre:
1. Protonlar (+1) birim yüke, elektronlar ise (-1) birim yüke sahiptir.
2. Nötr atomda proton sayısı kadar elektron bulunmaktadır.
3. Elektronların kütlesi protonların kütlesinden çok küçüktür. Bu nedenle ihmal edilebilir.
4. Protonlar ve elektronlar atomda rasgele dağılmıştır.
RUTHERFORD ATOM TEORİSİ
R
necikleri (Helyum çekirdeği) göndermiştir. Bu taneciklerin çok az bir kısmı aynen yansırken bazbelli açılarla yansımız fakat büyük bir bölümü aynen geçmiştir.
Y
Katot ışınları deneyi
1. Alfa (.) taneciklerinin sapmasına yol açan yoğun kesim çekirdekte toplanmıştır.
2. Elektronların bulunduğu hacim, çekirdeğin bulunduğu hacimden çok büyüktür. Atomun büyük bir kısmı boşluklu yapıya sahiptir.
3. Çekirdekteki yük miktarı bir elementin bütün atomları için aynı, farklı atomları için farklıdır.
4. Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta yer alırlar.
BOHR ATOM MODELİ
Rutherford, elektronların çekirdekten oldukça uzakta yer aldığını ifade etmişti. Bohr da elektronların ne kadar uzakta yer aldıklarını, çekirdek etrafındaki hareketlerini ve enerjilerini incelemiştir.
Araştırmaları 1H, 2He ve 3Li+ gibi küçük atom ve iyonlar üzerinde olmuştur.
Elde ettiği sonuçlar küçük atomlar için doğru iken büyük atomlar için hatalı olmuştur.
BOHR ATOM TEORİSİNE GÖRE:
1. Elektronlar çekirdekten oldukça uzakta belli enerji düzeyinde bulunurlar. Enerjileri kuantlıdır. Çekirdekten uzaklaştıkça elektronun enerjisi de artar.
Yörünge sayısı (n) olmak üzere yörüngenin sahip olduğu enerji (E):
bağıntısı ile bulunur.
2. Elektronlar yüksek enerji düzeyinden düşük enerji düzeyine geçerken enerji yayarlar. Düşük enerji düzeyinden yüksek enerji düzeyine geçerken enerji alırlar. Bu olaya uyarılma denir.
3. Elektronlar çekirdek etrafında dairesel hareket yaparlar.
HEİSENBERG BELİRSİZLİK PRENSİBİ
Bir atom veya iyonda çekirdek etrafında hareket eden elektronun yeri ve hızı aynı anda tespit edilemez.Hızı tespit edilirken yeri, yeri tespit edilirken hızı tespit edilemez.
MODERN ATOM TEORİSİ
Günümüzdeki atom bilgisini ifade eden teoridir.
Elektronların kütlesinin çok küçük olduğunu ve çok hızlı hareket ettiğini ifade ederek Heisenberg belirsizlik ilkesini kabul eder.
Elektronlar, çekirdek etrafında bir daire etrafında hareket etmezler. Üç boyutlu eksen üzerinde dalgasal hareket yaparlar.
Elektronların bulunduğu yerden değil, bulunma ihtimalinin yüksek olduğu yerden bahsedilebilir. Elektronların bulunma ihtimalinin yüksek olduğu yerlere orbital denir.
Atomlar temel enerji düzeyinde iken ışık yaymazlar. Uyarılmış atomun temel enerji düzeyine dönüşümü sırasında enerji yayar.
Modern atom teorisinde yer alan orbitalleri ve elektronların dizilişini daha sonra inceleyeceğiz.
-
Konu: e/m Nin ÖlçülmesiElektron yük-kütle oranı ( e/m ) ilk kez J.J. Thomson tarafından ölçülmüştür.
Şekildeki düzenekte sıcak katotdan sökülen elektronlara yalnız VH potansiyeli uygulanırsa A levhasındaki delikten geçen ince bir ışın demeti halinde geçerek flüoresan ekranın O noktasına çarpar.
Elektronlara A noktasını terk ettiği an VS potansiyeli uygulanırsa sapmaları sağlanarak ekranın L gibi bir noktasına çarpacaklardır. Bu durumda saptırıcı levhaların arasına elektrik alana dik bir B magnetik alan uygulanarak elektronların O noktasına çarptırılması sağlanabilir. Bu durumda saptırıcı levhalar arasında elektronlara etkiyen elektriksel ve magnetik kuvvetlerin eşit büyüklükte, zıt yönlü olduğunu söyleyebiliriz.
Aynı şekilde hızlandırılan elektronlar düzgün ve hızına dik B magnetik alan içine gönderildiğinde elektron yarıçapı r olan dairesel bir yörünge çizerek merkezcil kuvvet ve magnetik kuvvet etkisinde kalır.
e/m oranının J.J.Thomson tarafından ölçülen değeri 1,76.10+11 C/kg olarak ölçülmüş ve elektron kesin olarak tanımlanmıştır.Z
-
Konu: OssiloskopOssiloskop, havası boşaltılmış ortama yerleştirilen elektron tabancasıdır.
Elektron tabancasından sıcak katottan salınan elektronlar VH potansiyeli altında hızlanarak anot ortasına açılmış delikten geçirilerek ince bir demet haline getirilir. Bu elektron demeti saptırıcı levhalar arasına uygulanan Vs potansiyelinde saptırılarak flüoresan ekrana düşürüldüğünde ekranda sapma potansiyeli ile doğru orantılı sapmış elektronlar parlak bölgeler oluşturur. Sapma ölçüsü ölçeklendirilerek ossiloskop hassas bir voltmetre olarak kullanılabilir.
Bu şekilde kullanılan ossiloskop voltmetrenin duyarlılık ölçüsünü tayin eden faktörleri inceleyelim.
VH : Hızlandırıcı potansiyel
d : Saptırıcı levhalar arası uzaklık
S : Sapma miktarı
VS : Saptırıcı potansiyel
R : Saptırıcı levha orta noktasının ekrana uzaklığı
Ossiloskop tüpünde sapma açısı ( θ ) nın tanjantı
tan θ : S/R dir.
-
Newton kanunlarına dayanan Newton mekaniği ışık hızına göre çok küçük hızda hareket eden cisimler için geçerlidir. Bir parçacık ışık hızıyla kıyaslanabilecek bir hızda hareket ederse Newton mekaniği yerine Einstein'in rolativite teorilerine dayanan rölativistik mekanik bağıntıları kullanılır.
Durgun haldeki kütlesi m0 olan bir cismin hızı V ise hareket halindeki kütlesi;
Bu bağıntı cismin hızı ışık hızına yaklaştıkça cismin kütlesinin çok küçük bir değer alacağını göstermektedir.
olamayacağına göre ışık hızı erişilemez, Evrensel bir sabittir.
-
Özel Görelilik Kuramı (İzafiyet teorisi), Albert Einstein tarafından 1905'te Annalen der Physik dergisinde, "Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine" adlı 2. makalesinde açıklanmış ve ardından 5. makalesi "Bir cismin atıllığı enerji içeriği ile bağlantılı olabilir mi?" başlıklı makalesiyle pekiştirilmiştir.
Göreliliğin Özel Teoremi 1905 yılında Albert Einstein tarafından "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" isimli yayınında ortaya atılmıştır.Teoreme göre, bütün varlıklar ve varlığın fiziki olayları izafidir. Zaman, mekan, hareket, birbirlerinden bağımsız değildirler. Aksine bunların hepsi birbirine bağlı izafi olaylardır. Cisim zamanla, zaman cisimle, mekan hareketle, hareket mekanla ve dolayısıyla hepsi birbiriyle bağımlıdır. Bunlardan hiçbiri müstakil değildir, Kendisi bu konuda şöyle demektedir: "Zaman ancak hareketle, cisim hareketle, hareket cisimle vardır. O halde; cisim, hareket ve zamandan birinin diğerine bir önceliği yoktur. Galileo'nin Görelilik Prensibi, zamanla değişmeyen hareketin göreceli olduğunu; mutlak ve tam olarak tanımlanmış bir hareketsiz halinin olamayacağını önermekteydi. Galileo'nin ortaya attığı fikre göre; dış gözlemci tarafından hareket ettiği söylenen bir gemi üzerindeki bir kimse geminin hareketsiz olduğunu söyleyebilir. Einstein'ın teorisi, Galileo'nin Görelilik Prensibi ile doğrusal ve değişmeyen hareketinin durumu ne olursa olsun tüm gözlemcilerin ışığın hızını her zaman aynı büyüklükte ölçeceği önermesini birleştirir.
Bu teorem sezgisel olarak algılanamayacak, ancak deneysel olarak kanıtlanmış birçok ilginç sonuca varmamızı sağlar. Özel görelilik teoremi, uzaklığın ve zamanın gözlemciye bağlı olarak değişebileceğini ifade ederek Newton'ın mutlak uzay zaman kavramını anlamsızlaştırır. Uzay ve zaman gözlemciye bağlı olarak farklı algılanabilir. Bu teorem, madde ile enerjinin ünlü E=mc² formülü ile birbirine bağlı olduğunu da gösterir (c ışık hızıdır). Özel görelilik teoremi, tüm hızların ışık hızına oranla çok küçük olduğu uygulama alanlarında Newton mekaniği ile aynı sonuçları verir.
Teoremin özel ifadesiyle anılmasının nedeni, görelilik ilkesinin yalnızca eylemsiz gözlem çerçevesine uygulanış şekli olmasından kaynaklanır. Einstein tüm gözlem çerçevelerine uygulanan ve yerçekimi kuvvetinin etkisinin de hesaba katıldığı Genel Görelilik Teoremini geliştirmiştir. Özel Görelilik yerçekim kuvvetini hesaba katmaz ancak ivmeli gözlemcilerin durumunu da inceler.
Özel Görelilik, günlük yaşamımızda mutlak olarak algıladığımız, zaman gibi kavramların göreli olduğunu söylemesinin yanı sıra, sezgizel olarak göreceli olduğunu düşündüğümüz kavramların ise mutlak olduğunu ifade eder. Birbirlerine göre hareketi nasıl olursa olsun tüm gözlemciler için ışığın hızının aynı olduğunu söyler. Özel Görelilik, c katsayısının sadece belli bir doğa olayının -ışık- hızı olmasının çok ötesinde, uzay ile zamanın birbiriyle ilişkisinin temel özelliği olduğunu ortaya çıkarmıştır. Özel Görelilik ayrıca hiçbir maddenin ışığın hızına ulaşacak şekilde hızlandırılamayacağını söyler.
-
İki paralel levhanın boyutları oldukça büyük tutularak boyutlarına göre aralarındaki uzaklık çok küçük kalacak şekilde paralel yerleştirildikten sonra uçları arasındaki potansiyel farkı V olan bir doğru akım kaynağına bağlanırsa levhalar eşit miktarda zıt yükle yüklenirler. Bu durumda levhalar arasında sabit ve düzgün bir elektrik alanı oluşur.
Paralel levhalar arasındaki elektrik alan vektörünün yönü ( + ) levhadan ( - ) levhaya doğrudur. Bu elektrik alanın büyüklüğü üretecin V potansiyeli ile doğru, levhalar arası uzaklık ( d ) ile ters orantılı değişir.
Bu elektrik alanı içine konulan q yüklü parçacığa etki eden kuvvet ise olup kuvvet vektörünün yönü ( + ) yüklü parçacık için elektrik alan vektörü yönü ile aynı, ( - ) yüklü parçacık için elektrik alan vektörünün yönü ile zıt yöndedir.
YÜKLÜ PARÇACIKLARIN ENERJİSİ
Aralarında düzgün E elektrik alanı bulunan paralel levhalar arasından serbest bırakılan yüklü parçacık hareket edebiliyorsa bu alan içinde elektriksel kuvvet yüklü parçacığa kinetik enerji kazandıracaktır.
farkı uygulanıyorsa levhaların birinin önünden geçen yüklü parçacık diğer levhanın önüne ulaştığında yük üzerinde q.V kadar iş yapılacaktır. Parçacık üzerine yapılan bu iş kadar kinetik enerji kazanacaktır.
W = ΔEK
q.V = 1/2 .m.v²
-
Düzgün E elektrik alanda yüklü parçacık serbest bırakıldığında kadar kuvvet etkisi altında kalacağından ilk hızı olmayan, hızı düzgün değişen ivmeli hareket yapacaktır. O halde kütlesi m, yükü q olan parçacığın E elektrik alanında ivmesi;
YÜKLÜ PARÇACIĞIN YÖRÜNGELERİ
Yüklü parçacıklar elektrik alan ile aynı doğrultuda elektrik alan içine gönderildiğinde ilk düzgün değişen doğrusal hareket yapar. Eğer yüklü parçacıklar levhalar arasındaki düzgün elektrik alanına elektrik alan vektörüne dik doğrultuda gönderilirse, gönderildiği doğrultudaki hızının büyüklüğü değişmeden parabolik bir yörünge izler. Bu hareket sabit yer çekim ivmesinde yeryüzüne paralel yatay fırlatılan cismin hareketine benzetilebilir.
Şekildeki gibi yatay v0 hızıyla fırlatılan cisme düşey yönde kuvveti etkiyeceğinden
parçacık x doğrultusunda sabit hızlı hareket yapar. ( FX = 0 )
vx = v0 , l = v0.t
Y doğrultusunda ki hareketli ise ilk hızı olmayan düzgün hızlanan doğrusal harekettir.
yüklü parçacığın levhalar arasından çıktığı son andaki hızının doğrultusu ile ilk hızı
doğrultusunun kesiştiği noktanın levhanın çıkış noktasına uzaklığı X ise,
-
Yüklü parçacıklar birbirlerine elektrostatik kuvvet dediğimiz özel bir kuvvet uygulayan parçacıklardır. Bu parçacıklara en iyi örnek atom içinde bulunan elektron ve protonlardır. Bu tür parçacıklar elektrik alan yerleştirildiğinde, + yüklü olanlara elektrik alan yönünde, - yüklü olanlara elekrik alana zıt yönde kuvvet etki eder. Düzgün bir elektrik alan elde etmek için zıt yüklü paralel levhalardan yaralanıldığını lise 2 konularından biliyoruz.
Elektron tabancasından çıkan elektronlar önce dik paralel levha sayesinde hızlanıyor. Sonra yatay paralel levhaların elektrostatik kuvveti sayesinde sapıyor. Paralel levhaların gerilimleri değiştirilerek bu sapma kontrol edilebilir. Yani elektronun nasıl bir yörünge izlemesi gerektiği veya nereye çarpması gerektiği belirlenebilir.
-
Konu: Elektron ve ProtonELEKTRON:
Elektron veya eksicik, en küçük eksi (-) yüküne sahip temel parçacıktır.
Elektron kelimesi kehribarın Yunancadaki ismidir. Eski Yunanda, kehribarı ovuşturunca statik elektrikle yüklendiği biliniyordu.
Atomun üç bileşeninden biri (diğer ikisi proton ve nötrondur). Atomu maddenin en küçük birimi kabul eden kuram yoluyla, elektriğin taneciksel bir yapı içinde bulunduğu sonucuna varılır. En küçük elektrik yükü taşıyan bu taneciğin adı elektrondur. Bütün atomların dış bölümü elektron tabakalarından oluşur ve her tabaka çekirdekten uzaklığına göre K,L,M... gibi harflerle adlandırılır. Çevredeki elektronların sayısı ve konumu, söz konusu elementin kimyasal nitelikleriyle, özellikle değeri ile yakından ilintilidir. Birçok durumda, bu elektronlar maddeden çıkarılıp az ya da çok büyük bir hızla, bir elektrik alanıyla, harekete geçirilerek boşlukta yayılabilir. Boş bir tüple elde edilen katot ışınları; radyoaktif cisimlerin beta ışınları; ışığın metalleri etkileyerek çıkardığı elektrik, vb.
Normal koşullarda elektronlar atomun artı yüklü çekirdeğine bağlı durumda bulunur. Nötr bir atomdaki elektronların sayısı, çekirdekteki artı yüklerin sayısına eşittir. Ama bir atomda artı yüklerin sayısından daha fazla ya da daha az elektron bulunabilir. Bu durumda atomun toplam yükü eksi ya da artı olur; böyle yüklü atomlara iyon adı verilir. Bir atoma bağlı olmayan elektronlara serbest elektron denir.
Belirli bir atomdaki elektronlar çekirdek çevresinde düzgün bir biçimde sıralanmış yörüngemsiler üzerinde dolanır. Elektronlar ile çekirdek arasındaki çekim kuvveti, elektronların kendi aralarındaki itme kuvvetine üstün geldiğinden, elektronlar normal koşullarda atoma bağlı kalır. Elektronları üzerinde dolandığı yörüngeler kendi aralarında kümelenerek kabukları oluştururlar. Çekirdeğe en yakın yörüngemsilerdeki elektronlar atoma en sıkı bağlı olanlardır. En dış yörüngelerdeki elektronlar ise çekirdekle aralarındaki öteki elektronların perdeleyici etkisi nedeniyle atoma en gevşek bağlı durumdadır. Elektronlar, atom yapısı içindeki hareketlerinde, atomun hemen bütün hacmini kaplayan dağınık bir eksi yük bulutu oluştururlar. Bu nedenle atomun büyüklüğünü elektronların atom içindeki diziliş biçimi belirler. Atomun, başka atomlar, parçacıklar ve elektromagnetik ışıma karşısındaki davranışını da elektronların bu diziliş biçimi belirler.
PROTON:
Proton, atom çekirdeğinde bulunan artı yüklü atom altı parçacık'tır. Elektronlardan farklı olarak atomun ağırlığında hesaba katılacak düzeyde kütleye sahiptirler. Protonun Yükündeki Hassas Ölçü Evrendeki bütün protonlar 1,6 x 1019 değerinde pozitif yüke sahiptirler. Bu, atomlardaki çeşitli protonların birbirlerini itmelerini sağlar. Ama aradaki çekim, itmeden 100 kez daha güçlü olduğu için protonlar birbirlerinden ayrılmazlar. Protonun kütlesi elektronunkinden 1836 kez daha fazladır. Ama buna karşın, bilinmeyen bir nedenden ötürü elektronun yükü protonunkiyle aynıdır:1,6 x 10-19 C
-
Nükleer enerjinin iki kaynağı vardır. Füsyon ve fizyon. Füsyon bildiğimiz atom bombasının çalışma prensibidir yani ağır elementlerin çekirdeklerinin parçalanmasından çıkan muazzam enerji. Fizyonda ise tersine hafif atomlar birleşerek daha ağır atomlar meydana getirirler. Ortaya yine çok büyük bir enerji çıkar.
Bu hafif atomların birleşmesi çok kolay olmaz. Hafif atomların çekirdekleri artı yüklü olduklarından bir araya geldiklerinde büyük bir itme kuvveti doğar. Bu kuvvetlerin etkilerini gidermek için çok yüksek sıcaklıklar gerekir. Pratikte bu kadar yüksek bir sıcaklığı sürekli ve kalıcı bir biçimde sağlamak çok güçtür ama bu şartlar en ideal şekilde Güneş'in merkezinde mevcuttur.
Güneşin merkezindeki 15 milyon derece sıcaklıkta olan gaz halindeki madde büyük basınç altındadır. Güneşin temel maddesi olan hidrojeni helyuma dönüştüren nükleer tepkime yani fizyon olayı burada oluşur. 4 hidrojen çekirdeğinin bir helyum çekirdeği halinde birleşmeleri sonucu son derecede büyük bir enerji miktarı açığa çıkar.
Serbest kalan enerji ışınım ve iletim yoluyla Güneş'in merkezinden çevreye doğru ilerler. Bu yolculuk yaklaşık 10 milyon yıl sürer. Sonunda dış katmanlardan ısı ve ışık şeklinde uzaya yayılırlar. Güneş yaşı ve aydınlatma gücü olarak sıradan bir yıldızdır. Bütün yıldızlar doğada en çok bulunan en basit en hafif atom olan hidrojenin yavaş yavaş başta helyum olmak üzere diğer daha ağır elementlere dönüştüğü birer nükleer potadırlar.
Peki nasıl oluyor da atomlar birleşip başka bir atom oluşunca bu kadar büyük bir enerji ortaya çıkabiliyor? Bu soru Albert Einstein o ünlü E=mc2 formülünü geliştirene kadar cevapsız kaldı.
Formül son derecede basitti. Her madde çevrenizde görebildiğiniz her şey enerjinin donmuş bir şeklidir. Gerekli ve yeterli şartlar yaratıldığında çok küçük bir maddeden bile büyük miktarda enerji açığa çıkabilir. Formülde 'E' enerji 'm' maddenin kütlesi 'c' de ışık hızıdır.
Örneğin l litre hacmindeki (kütlesi l kilogram) olan bir kap suyu ele alalım. Eğer bu suyun tamamını Einstein'ın formülüne göre enerjiye çevirirsek ortaya çıkan enerji 100 watt'lık bir milyon ampulü 30 sene boyunca yakabilecek güçte olacaktır.
Güneşin merkezindeki fizyon olayında birleşen atomlar ile ortaya çıkan atomların kütlelerini karşılaştırdığımızda çok az bir kütle eksilmesi görülür. İşte bu fark kadar kütle Einstein formülüne göre enerjiye çevrilmektedir. Bir litre sudan elde edilen enerji bu kadar olduğuna göre dünyanın 330 bin katı olan Güneş'te saniyede yakılan 564 ton hidrojenden çıkacak enerjiyi varın siz hesap edin.