NÜKLEER REAKTÖR:

Fisyon:^MR

Termal nötronlarla (EKİN = (3/2)kT ≈ 0,0253 eV) bombardıman:

𝟎𝐧 PARÇACIK FİZİĞİ:^MR

Sınıf Adı Sembol Şiddet GeV/c² Yük Erim(m) Etkinliği

Kuarklar Spin: ½ℏ

yukarı u ͞u 5 2/3

Leptonlar Spin: ½ℏ ^{elektron e}

- e⁺ 0,511 -1 ∞

Hadronlar Baryonlar Spin: (2n-1) ½ℏ

proton p (uud) ͞p 938,3 1 ∞ n e⁺ 𝛎e

RADYOAKTİF BOZUNUM PARAMETRELERİ:MR

udd

41

A) SİYAH CİSİM IŞIMASI:^MR

Üzerine düşen tüm (her frekanstaki) ışığı absorbe eden bir cisim ısınır.

Daha sonra bu ısı enerjisini elktromagnetik dalga – foton olarak geri yayar. Ancak yaydığı ışık şiddeti sadece belirli frekans ve dalga boylarında maximum değere ulaşır. Her sıcaklık miktarına karşı gelen

“ışık şiddeti-dalga boyu” grafiğinde pik değeri belirli frekans ve dalga boylarında gerçekleşir.

Klasik düşünce ısı enerjisi artırıldıkça yayımlanan fotonun frekansı(enerjisi) nin de artması gerektiğini öngörür. Ancak burada görüldüğü gibi ışık şiddeti frekansla doğrusal bir bağıntı vermiyor.

Yani belirli enerji değerlerinin belirli frekans ve dalga boylarında maximum şiddete ulaştığı anlaşılıyor. Max Planc 1900 yılında bu durumu açıklayabilmek için enerjinin belirli miktarlardaki paketçiklerden (kuantal) oluşması gerekliliğini ileri sürdü. Ve bu sayede 1905 de Einstein fotoelektrik olayı açıklayabildi. (bundan dolayı Nobel aldı).

Fotoelektrik olayda; ancak belirli enerji değerlerindeki elektronlar atomda uyarılmaya ve bu sayede foton yayımlanmasına olanak tanıyor.

SONUÇ:

1) Işık tanecikli yapıda olmalıdır

2) Enerji kesikli (kuantumlu) yapıda olmalıdır.

B) IŞIĞIN YAPISI:

Işığın hızı ortama bağlı olup frekans ortamdan bağımsız olarak kaynağa bağlıdır. Frekans ışığın taşıdığı enerji ile doğru orantılıdır.

(E=h.ʋ)

Klasik fizikten bilindiği gibi ışık; girişim, kırınım, polarizasyon gösterebilmektedir.

Bunun yanında ancak modern fiziğin açıklayabildiği; fotoelektrik, X-ışını, Compton olayı, siyah cisim ışıması; ışığın-fotonun, enerjinin kuantal yapısı ile açıklanabilmektedir.

ELEKTROMAGNETİK IŞIMA:MR

Fotonlar tarafından taşınan enerji paketçikleri olup hem dalga hem de tanecik özellikleri gösterebilirler:

1) Yüklerin ivmeli hareketinden oluşur.

2) Yüksüz olmaları sebebi ile elektrik ve magnetik alandan etkilenmezler.

3) Enerji taşırlar.

4) Elektromagnetik dalgaları soğuran cisimler ısınır.

5) Enine dalgalardır.

6) (E/B)=C olup boşluktaki hızı ifade eder. E,B,C birbirine dik olup E ve B aynı fazdadır.

7) Hız ortam yoğunluğu ile ters orantılıdır.

8) Yansıma, kırılma, kırınım, girişim yaparak dalga karakteristiği gösterir 9) Yüzeyde basınç yaratabilirler.

10) Hem dalga hem tanecik özelliği gösterirler.

11) Doğrusal yayılırlar.

Olay Dalga Tanecik

Doğrusallık + +

Yansıma + +

Soğurulma + +

Gölge + +

Kırılma + +

Girişim + -

Kırınım + -

Kırılma + Yansıma + -

Prizma + -

Fotoelektrik - +

Compton Saçılımı - +

Foton Basıncı - +

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S +y

+z

+x E

E B

B

C

𝐂 =𝐄

𝐁= 𝟑. 𝟏𝟎^𝟖𝐦/𝐬 ⟹

𝐂 = 𝟏

√𝝁𝟎𝜺_𝟎 Foton “C” hızında hareket eden ve birbirine dik elektrik

“E” ve magnetik “B” alandan oluşmuş enerji paketleridir.

Işık şiddeti

Frekans 3000 K

2000 K

4000 K λmax .T= 0,002898 mK

Rayleigh-Jeans Yasası

Deneysel Veri Planck Teorisi

Şiddet

Dalga boyu Rayleigh-Jeans Yasası

𝐈(ʎ,𝐓) =^{𝟐𝛑𝐜𝐤𝐓}

ʎ^𝟒

d 𝐜. ∆𝐭

𝟐

𝓿. ∆𝐭 𝟐

𝐝 =𝐜. ∆𝐭^ı 𝟐 yere göre (O) vagona göre (O^I)

(𝐜. ∆𝐭 𝟐 )

𝟐

= (𝓿. ∆𝐭 𝟐 )

𝟐

+ 𝐝^𝟐⟹

∆𝐭 = 𝟐𝐝

√𝐜^𝟐− 𝓿^𝟐= 𝐜. ∆𝐭^ı

√𝐜^𝟐− 𝓿^𝟐= ∆𝐭^ı

√𝟏 −𝓿^𝟐 𝐜^𝟐 Özel göreliliğin 2.

varsayımına göre ışık hızı gözlemciden bağımsız olup değeri (C) her daim sabittir. Bu durumda zaman algıları farklı olmak zorundadır.

(Δt ≠ Δt^I )

C) ÖZEL GÖRELİLİK:^MR

Özel görelilik iki postüla (varsayım) üzerine kuruludur:

1.Postüla: fizik yasaları birbirine göre sabit hızla hareket eden eylemsiz gözlem çerçevelerinde aynı şekilde geçerlidir.

2. Postüla: ışık hızı gözlemciden bağımsız olup değeri (C) her daim sabittir.

Örnek:

Vagondaki gözlemciye (O^I) göre göre ışık tavandaki aynaya “Δt^I ”sürede gidip-gelir. Bu sürede ışığın aldığı yol; “2d” dir.

Yerde sabit duran gözlemci (O) vagonun “x” ekseni doğrultusundaki hareketini de gözlemlemektedir.

Yere göre ışın “Δt” sürede kesikli çizgilerin belirttiği yörüngeyi izler.^MR

𝓋 ayna

O^I

𝐝 =𝐜. ∆𝐭^ı 𝟐

Δt^I

𝓋

O

O^I O^I O^I

Δx = 𝓋.Δt

𝐋 = 𝐋

_𝟎

ɣ

: ışık hızına yakın hızlarda hareket doğrultusunda ki boyutta meydana gelen kısalma.

Δt = ɣ.Δt₀

E_K = E_TOPLAM - E_İÇ = ɣ m₀c² – m₀c² =(ɣ-1) m₀c²

: ışık hızına yakın hızlarda zaman genişlemesi

: rölativistik kinetik enerji

ɣ =

^𝟏

√𝟏−^𝐯𝟐 𝐂𝟐

:dönüşüm katsayısı: ışık hızına yakın hızlarda, ϑ

≥ C.(1/100) ⟹ özel görelilik yasaları belirleyici olup rölativistik fiziksel büyüklükler “ɣ” dönüşüm katsayısı kullanılarak aşağıdaki gibi hesaplanır.^MR E₀ = m₀c² : durgun kütle enerjisi. Durgun haldeki kütlenin enerji

değeri. (kütle ≈enerji, enerji yoğuşması)

𝚫𝐦 = 𝐄 𝐂^𝟐

: nükleer reaksiyonda açığa çıkan enerji (E) ile enerjiye dönüşen kütle (Δm) miktarı.

Sonuçlar;^MR

P = ɣ m𝓿 : rölativistik

momentum

42

D) ATOMUN YAPISI:^MR

Atom çapı yaklaşık: 10^-10 m olup merkezdeki çekirdekte proton ve nötron vardır. Çekirdeğin çevresinde belirli enerji düzeylerine karşılık gelen belirli yörüngelerde dolanan elektronlar bulunur. n: enerji kuantum sayısı olarak adlandırılır. Her bir enerji düzeyinde (n) ki elektron sayısı en fazla= 2.n² tanedir (n: tamsayı; n=1,2,3…..).

Ancak bu elektronların bulunduğu yörüngeler sadece belirli enerji değerlerine karşı gelebilir. Aşağıda hidrojen atomunun yörüngeleri ve elektronun sahip olabileceği potansiyel enerji değerleri gösterilmektedir.

Yörüngelerdeki elektronlar ancak aşağıdaki belirli değerleri alabildiği gibi onları uyarmak için gönderilen elektronlarda ancak belirli değerlere sahip olunca uyarma işlevini yerine getirebilmektedir.

E) KLASİK VE MODERN FİZİĞİN KARŞILAŞTIRILMASI:

İkisi birbirini tamamlar. Genel geçer olan klasik teoridir. Modern teori atomik boyutta ki özel durumlar için ortaya konmuş kuramlardır.

a) Klasik teoride:

1) konum, ivme, enerji hıza bağlıdır.

2) büyüklükler bütün olarak düşünülür.

3) büyüklüklerin ölçümünde zaman ve duyarlılık kesindir.

4) cismin şu anki durumu gelecekteki durumunu öngörür.

5) birbiri ile iletişim olanağı olmayan sistemler bağımsız olarak görülür.

6) deney gözlemci ve ölçüm aletinden bağımsızdır.

b) Modern teoride:

1) konum, momentum ve diğer niceliklerin tespitinde dalga denklemi kullanılır.

2) büyüklükler kesiklidir.

3) büyüklüklerin zaman ve kesinliklerinde belirsizlik vardır.

4) parçacıklar ile ilgili her büyüklük bir olasılık denklemi ile ifade edilip kesin ölçümler yapılamaz.

5) birbiri ile iletişimi olmayan cisimler arası etkileşim olabilir.

6) gözlemci, gözlem cihazı ve gözlenen arsında etkileşim vardır.

Klasik fizikle açıklananlar:

Mekanik Elektrik Manyetizma Optik Termodinamik

Modern fizikle açıklanabilenler:

Kuantum Fiziği Atom Ve Çekirdek Fiziği Katıhal-Yoğun Madde Fiziği Nükleer Fizik

19.yüzyılda bilinen yasa ve kuramlar:

Newton Hareket Yasaları Evrensel Kütle Çekim Yasaları Maxwell Elektromagnetizma Denklemleri

Termodinamik Yasaları Kinetik Yasaları Optik Mekanik Kuralları

20. yüzyıl da keşfedilen yasa ve kuramlar:

Siyah cisim ışıması - Işığın yapısı Elektromagnetik ışıma

Atomun yapısı Özel rölativite Genel rölativite

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S enerji

Klasik fizik beklentisi Deneysel sonuçlar (Modern fizik) enerji

-1,51 eV -3,4 eV -13,6 eV 0

Klasik fizik te bir havuza dilediğiniz miktarda su ekleyebilirsiniz.

Ancak modern fizikte havuz ancak belirli miktarlardaki suyu kabul etmektedir.

𝐄 = −𝐄

𝟎 𝐙^𝟐 𝐧^𝟐

n = 2

n = 3

n = 1

43

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

M U S T A F A

R A B U S

𝐄 = 𝐡𝛎 = 𝐡

^𝐂

𝛌 :foton enerjisi (Joule)

EFOTON = EBAĞLANMA + EKİNETİK ⟹

𝐡𝛎 = 𝐡𝛎

_𝟎

+

^𝟏

𝟐

𝐦𝓿

_𝐦𝐚𝐱^𝟐

𝐏 = (𝐧. 𝐡

^𝐂

𝛌

) .

^𝟏

𝐭 :“t” sürede “n” tane foton yayan ışık kaynağının gücü.

Ф = 𝐄. 𝐀. 𝐜𝐨𝐬𝛃 =

^𝐈

𝐝^𝟐

. 𝐀. 𝐜𝐨𝐬𝛃

:katot yüzeyindeki(AK) ışık akısı.

ν

: foton frekansı (s^-1)

λ : foton dalga boyu (m = 10¹⁰ Å) h = 6,62.10^-34 (Js) :Planck sabiti c = 3.10⁸ (m/s) :ışık hızı 1eV = 1,6.10^-19 Joule ⟹ hc ≃ 12400 eV.Å

E_EŞİK :Eşik-Bağlanma Enerjisi: Metal yüzeyden elektron sökebilmek için gerekli minimum enerji: ⟺ (EFOTON = h

ν) ≥

EEŞİK

EK :Elektron Kinetik Enerjisi: Foton enerjisi, eşik-bağlanma

enerjisinden ne kadar büyükse sökülen elektronların maksimum kinetik enerjisi de o kadar büyük olacaktır.

ν

0 :Eşik frekansı: Yüzeyden elektron sökebilmek için gerekli minimum frekans.

λ0 :Eşik dalgaboyu: Yüzeyden elektron sökebilmek için gerekli maksimum dalgaboyu.

I :Işık şiddeti: Kaynaktan birim zamanda çıkan foton sayısı. (foton enerjisinin yüksek olması, ışık şiddetini artırmaz)

Ф :Işık akısı: “A” yüzeyinin toplam aydınlanma (E) şiddeti. “A”

yüzeyine dik olarak gelen toplam foton miktarı. (Noktasal ışık kaynağı yüzeye yaklaştıkça akı artar. Yüzeye paralel gelen ışınların yüzeyden uzaklıkları [d] ışık akısını değiştirmez.)

Ne :Elektron sayısı: Işık şiddeti ve akısıyla orantılı olarak sökülen elektron sayısı da artacaktır. Foton enerjisinin büyüklüğü elektron sayısını etkilemez. Her foton en fazla bir elektron sökebilir.

İ0 :Üreteçsiz fotoelektron akım şiddeti: Devreye üreteç bağlı değilken fotonların kazandırdığı kinetik enerji ile katottan anoda giden

“fotoelektronlar”ın oluşturduğu elektrik akımının şiddeti.

İ0; Aşağıdaki büyüklüklerle orantılıdır;

İ0 ∿

ν

, (

ν

0)^-1, (Δx)^-1, AA, Ф[ I, AK, β^-1, d^-1(noktasal kaynakta)]

A

anot katot

h

ν

-

-Δx

EK

EBAĞ

θ

ν

ν

0 Foton

frekansı Max elektron kinetik enerjisi

𝐭𝐠𝛉 =𝐄_𝐁𝐀𝐆

𝛎

𝟎

=𝐡

𝛎

𝟎

𝛎

𝟎

= 𝐡 ⟹

Belgede FİZİK DERS NOTLARI MR MR MR MUSTAFA RABUŞ FİZİK DERS NOTLARI (sayfa 40-43)