YOUNG DENEYİNDE GİRİŞİM

Transkript

1 Çift yarıkta ışık için yol farkı YOUNG DENEYİNDE GİRİŞİM Aydınlık saçak oluşumunda S=PK1-PK=d.Xn/L=n Karanlık saçak oluşumunda S=PK1-PK=d.Xn/L=(n-1/) Sacak aralığı L. X= d.n n=ortamın kırılma indisi Tek yarıkta yapılan girişim deneyinde Aydınlık saçak oluşumu S=PK1-PK=w.X n /L=(n+1/) Karanlık saçak oluşumu S=PK1-PK=w.X n /L=n w=yarık genişliği Çift yarıkta Girişimin Özellikleri Işık kaynağı yönünde ileri geri götürülürse aydınlık saçak sayısı değişmez, yalnız parlaklığı azalır veya artar. Işık kaynağı 1 yönünde hareket ettirilirse merkezi aydınlık saçak ters yönde kayar. Fant ok yönünde döndürülürse aydınlık saçağın yeri değişmez X saçak genişliği artar, saçak sayısı azalır. Kaynağın birinin önüne bir cam parçası konursa o kaynak diğerine göre geç kalır ve kaynaklar arasında faz farkı oluşur ve merkezi aydınlık saçak geciken kaynak tarafına doğru kayar.

2 İnce zarlarda girişim Işık ışınları ince bir zar üzerine düşürülürse zar içerisinde aydınlık ve karanlık saçaklar oluşur. Gelen ışığın bir kısmı yansır bir kısmı ise iletilir. İnce ve kalın yaylarda iletim ve yansıma gibi düşünülür. Üsten bakan bir göz için ışınların yol farkı S=d- zar / Altan bakan bir göz için yol farkı S=d Üstten bakan bir gözün zarı aydınlık görmesi için min zar kalınlığı d min =(k-1). zar /4 S=d- zar / =n Üstten bakan bir gözün zarı karanlık görmesi için min zar kalınlığı d min =k. zar / k=1,,3,4... S=d- zar / =(n-1/) Alttan bakan gözün zarı aydınlık görme koşulu üsten bakan gözün karanlık görme koşulu ile aynıdır. Yani üstten aydınlık görülen saçak alltan karanlık görünür. HAVA KAMASI Uzunluğu L olan camın bir uçlarını birleştirip diğer uçlarının arasına ince br kağıt veya kıl konursa iki cam arasında hava ortamı oluşur. Bu hava kamasına ışın gönderilirse girişim saçakları oluşur. Burada aydınlık saçaklar için yol farkı S=d- zar / olur. Üstten bakan bir gözün zarı aydınlık görmesi için min zar kalınlığı d min =(k-1). /4 S=d- / =n Üstten bakan bir gözün zarı karanlık görmesi için min zar kalınlığı d min =k. / k=1,,3,4... S=d- / =(n-1/) Girişim hava ortamında olduğundan alınır. İnce zarlarda girişim zar içerisinde olduğundan Snell yasasından yararlınarak zar = hava /n zar ile dalga boyu hesaplanır Sacak aralığı L. X= dmax. FOTO ELEKTRİK OLAY Alman Fizikci Hertz yaptığı bir dizi deneylerde gönderilen ışın demetlerinin metal yüzeylerden elektron söktüğünü gözlem-lemiştir. Sökülen taneciklerin elektron olduğunu anlamak için aşağıdaki deney düzeneğini kurmuş ve bu olay neticesinde yüzeye gönderilen enerjili fotonların elektron söktüğü neticesine varmıştır. Bunun için yükle yüklenmiş bir elektroskopa enerjili fotonlar gönderilmiş ve gelen fotonların yüzeyden elektron sökmesi sonucu elektroskopun yapraklarının açısında azalma olduğunu görmüş, burada yüzeyden elektron söküldüğü sonucunu çıkarmıştır. Işığın metalden elektron sökmesi olayına fotoelektrik olay, sökülen elektronlara foto elektron gönderilen enerjili ışınlara da foton denilir.

3 FOTONUN ENERJİSİ Fotonun enerjisi E=h. =nü =nü = frekans=c/ E=h.c/ h=6, j.s Planck sabiti c= m/s ışık hızı =Gelen ışının dalga boyu h.c=1400ev.a 0 alınırsa dalga boyuda A 0 alınır. Gönderilen her ışın yüzeyden elektron sökmeyebilir. Yüzeyden elektron sökülebilmesi için gönderilen ışının enerjisi metali yüzeyde tutan enerjiden büyük olmalıdır. Metalleri yüzeyde tutan enerjiye eşik enerjisi veya bağlanma enerjisi denir. Gönderilen fotonun enerjisi eşik enerjisine eşit olursa verilen enerji elektronun yüzeyden ayırmaz bu durumda gelen enerjinin dalga boyuna eşik dalga boyu( o ), ışığın frekansınada eşik frekansı(υ o ) denir. Yüzeye gönderilen fotonun Enerjisi eşik enerjisinden büyükse elektron söker bu durumda enerjinin bir kısmı elektronu yüzeyden ayırmada kullanılır, geri kalan enerji ile elektron yüzeyden Vmax hızı ile ayrılır. Bu durumda EİNSTEN formülüne göre ; Ek=Ef-Eb 1/mv =hc/ -hc/ 0 FOTOSEL LAMBA İçi boş bir fanus içerisine bir ucu- diğer ucu + uca bağlanacak şekilde metal bağlanıp üzerine ışık düşürülürse devrede bir akım oluşur. Bu akıma foto elektrik akım denir. Foto elektrik akım; yüzeye gelen ışınların yoğunluğuyla doğru Işığın enerjisiyle doğru katot ve anodun birbirine uzaklıkları ile ters ışığın şiddetiyle doğru orantılıdır. Bu olayda oluşan akım Io ile gösterilir. Fotosel lambayı bir üretece bağlarsak ; türlü bağlama yapılabilir Düz veya doğru bağlama. Ters bağlama - + Düz bağlamada katot ve anot arasında bir elektrik alan oluşacağından katotta açığa çıkan elektronlar elektrik alandan dolayı hızlanır. Volt değeri artırılırsa akım belli bir değerden sonra max değere ulaşır, bu değerden sonra gerilimi ne kadar artırırsak arttıralım max değer sabit kalır. Akımı max değere ulaştıran gerilim değerine doyma gerilimi denir. Üreteç ters bağlıysa Foto elektrik akım oluşumu gerilim kaynağı tarafından engellenir. Gerilim farkı arttırılırsa belli bir değerden sonra oluşan akım değeri 0 olur. Oluşan akımı durduran bu gerilim değerine kesme potansiyel

4 farkı denir. (V k )Bir elektronu durdurmak için harcanan enerji, fotonların yüzeyden sökerken bir elektrona kazandırdığı kinetik enerjiye eşit olur. Bu durumda Einstein ın foto elektrik denklemi 1/mv =hc/ - hc/ 0 =e.v k halini alır. E kinetik enerji frekans grafiğinin eğimi h Planck sabitini verir. h= Ek Eb h= Ek o veya h= Eb o COMPTON SAÇILMASI Durgun halde duran bir elektrona enerjili bir foton gönderilirse foton ile elektron arasında esnek çarpışma meydana gelir, esnek çarpışmada Enerji ve ve momentum korunur. Bu olayda foton soğrulmaz. Enerji ve momentumun korunumundan E gelen foton =E saçılan foton+e saçılan elektron hc/ g = hc/ s +E selektron P gelen =P saçılanfoton +P saçılanelektron Bu iki denklemden şu sonuçlar çıkarılır E gelen foton >E saçılan foton E gelen foton >E saçılan elektron gelen > saçılanelektron g < s gelenforon > saçılanfoto n g < selektron Momentum korumlarından ise (fotonlar ışık hızıyla hareket eder) c(v gelen) =c(v saçılan foton ) V gelen V saçılanelektron sonuçları çıkarılabilir. DE BROGLİE DALGA BOYU VEYA MADDE DALGALARI Hareket eden her parçacığı enerjisi E, dalga her ışığın bir momentumu olmalı buda formülü P=h/ boyu olan bir dalga eşlik eder. Buna göre ile hesaplanır. P=h/ Işık hızıyla giden foton için P=m.v=m.c(c/c)=E/c =h/p =h/m.v cisim ışık hızıyla gidiyorsa E=m.c P=m.v E=h.c/v P=E/c Ek =1/.mv formü ile v=c alınırsa Ek=1/.mc Ek=P.c/ elde edilebilir.

5 IŞIK TEORİLERİ ÇALIŞMA SORULARI

6

7 FOTO ELEKTRİK OLAY ÇALIŞMA SORULARI

8 MAĞNETİK DOLANIM: ELEKTROMANYETİK DALGALAR İçinden elektrik akımı Geçen uzun ince bir telin çevresinde mağnetik alan çizgileri, çemberler şeklinde ve telin etrafındadır. mağnetik alan r ile ters, i iile doğru orantılı olduğundan r artıkça mağnetik alanın büyüklüğü azalır. i B=K. ifadesiyle bulunur. Mağnetik dolanımı bulabilmek için her iki tarafı Πr ile çarparsak Πr.B=Πr K. r i r gerekli sadeleştirmeler yapılırsa Πr.B =D =4ΠK.i ifadesi elde edilir. Bu ifadeye mağnetik dolanım denir. D =4ΠK.i K=10-7 N/amp sabit sayı, Mağnetik alan sayfa düzleminden dışa doğru ise +, içeriye ise alınır. Kapalı bir eğriye giren ve çıkan akımlardan dolayı oluşan mağnetik dolanım ise; D=4ΠKİ veya daha fazla akımın oluşturduğu mağnetik dolanım ise; İ1>İ için D=4ΠK(İ 1 -İ ) İ1=İ için D=0 Mağnetik dolanım kapalı bir eğri için eğrinin şekline bağlı değildir. Akımın kapalı eğriden geçiş açısından bağımsızdır. ELEKTRİK ALAN DOLANIMI Durgun elektrik yüklerinin çevresinde elektrik alan, hareketli elektrik yüklerinin çevresinde ise E alanı ile birlikte E ye dik bir mağnetik alan Meydana gelir. Hareketli yükler elektrik akımı oluşturur. Bir mıknatıs r yarıçaplı bir halkaya yaklaştırılırsa indükleme sonucu elektrik akımı oluşur. Oluşan indüksiyon emk sı ; =- B / t (1) Yüke etkiyen kuvvet F=q.E Birim yükün r yarıçaplı çember etrafında dolanması için yapılması gereken iş; W=q. q=1 c alınırsa buradan =W=F.d=.EΠr () buradan 1 ve nolu denklemler eşitlenirse EΠr= =- B / t E yalnız bırakılırsa E=- 1. r t B şeklinde bulunur.

9 ELEKROMAĞNETİK SPEKTRUM Elektro mağnetik ışık yayan kaynakların radyo dalgalarından gamma ışınlarına kadar dizilmiş haline spektrum denir. Bu ışımada ışınlar dalga boyuyla yayılırlar.bunlar ; Radyo dalgaları, Mikro dalgalar,kızıl ötesi ışınlar, Görünür ışınlar, Mor ötesi ışınlar, X ışınları(röntgen ), Gamma ışınları. Yüksek enerjili elektronların bir hedefe çarptırılıp dur durulmasıyla elde edilirler. Elektronların aldıkları yol d, hedefe çarpma hızı v ise ; Vilk =0 Vilk V 0 V V d=. tdurma. tdurma. tdurma t X ışınlarının frekansı =1/t durma dalga boyu ise =c/ dür. Elektro mağnetik dalgaların ortak özellikleri Yüklerin ivmeli hareketleri sonucu oluşurlar ışık hızıyla yayılırlar ve enerji taşırlar enine dalgalardır E ve B alanda sapmazlar, yüksüzdürler Yayıldıkları ortam değişince hızlarıda değişir Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yaparlar Frekansı küçük olan emd dalga teorisine göre; büyük olanlar tanecik modeline göre davranır. ATOM MODELLERİ Thomson atom modeli; Bu modele göre atom; homojen olarak homojen olarak dağılmış + ve yüklerden oluşur(üzümlü kek modeli) üzümlü kek Rutherford Atom modeli; Bu modele göre Atomda büyük boşluklar vardır. + yükler merkezde toplanmıştır. Elektronlar ise çekirdek etrafında dönmektedir.( güneş sistemi gibi) Bu modelde yükler coulomb elektriksel kuvvetinin etkisiyle yörüngelerde dolanmaktadır. Buna göre elektronlar yörüngelerde dolaşırken ışıma yaparak enerjileri ve yörünge yarıçapları azalır. Sonuçta çekirdeğe çarparlar.( modelin olumsuz yanı) Bu modelde atomun yapısını açıklamada yetersizdir.

10 ENERJİ SEVİYELERİ Atomun alabileceği iç enerji değerlerine enerji seviyeleri denir. Frank Hertz hızlanmış elektronları içerisinde gaz bulunan bir odacığa gönder-miş ve çarpışmadan sonra enerjilerini ölçmüştür. Bu ölçüm sonucunda gaz atomlarının çarpışma sonucunda her enerjiyi kabul etmedikleri be-lirlenmiş, atomun bazı enerji düzeyleri olduğu sonucuna varmıştır. Bu enerji düzeyleri her atom için farklıdır. Atoma enerji verilmeden önceki haline temel enerji düzeyi yani temel hal denir. Atoma çarpan elektron-ların enerjileri yeterli ise atomdan e koparır. Atomdan e koparan en küçük enerjiye iyonlaşma enerjisi denir. ATOMUN UYARILMASI Temel haldeki bir atoma enerji vererek elektronu üst enerji seviyesine çıkarmaya atomun uyarılması denir. Atom 3 türlü uyarılabilir. 1- Elektronla uyarma: Elektronla atomun uyarılabilmesi için elektronun enerjisinin, atomun en az temel gerekir.atom burada iki türlü çarpış-ma yapabilir; Esnek ve esnek olmayan çarpışma Burada elektronun yeterli enerjisi yoksa Esnek haldeki çarpışma yapar elekt-ron enerji kaybetmeden atomu terk eder. Esnek olmayan çarpış-mada elektron enerjisinin bir kısmını atoma aktarır, geri enerjisine eşit olması kalan enerjisi ile atomu terk eder.çarpışma sonucu bir üst enerji seviyesine çıkmış bir atomu başka bir elektron uyaramaz. Ato-mun tekrar uyarı-labilmesi için aldığı enerjiyi ışıma ile dışarıya salması yani temel duru-muna dönmesi gerekir. -Fotonla uyarma : Gelen fotonun enerjisi atomun enerji sevilerinin birine eşitse atomu uyarabilir. Uyarılan atom enerji yayarak enerjisini boşaltır.atomla çarpışan fotonun enerjisi iyonlaşma enerjisinden bü-yük ise ;foton enerjisini hiç vermeden ortamı terk edebilir veya foto elektrik olayda olduğu gibi enerjisini atoma aktarır, enerjisinin bir kıs-mı elektron koparmada harcanır, kalan enerji ile ( kinetik enerji ile) elektron yüzeyden ayrılır. 3-Sıçaklık farkı ile atomları uyarma: Atomun sıcaklığı artırılırsa hızları dolayısıyla Ek enerjileri artar. Yeterli sıcaklık değerinde bazı atomlar uyarılabilir. Atom ışıma yaparak aldığı enerjiyi dışarı gönderir. BOHR ATOM MODELİ Bohr kendi adı ile anılan iki görüş ileriye sürmüştür.bu modele göre yükü +Z e olan bir çekirdek etrafında dönen tek elektronlu atomlar için; 1. Elektronlar çekirdek etrafında açısal momentumu h nin katları olan kararlı yörüngelerde ışıma yapmadan dolanırlar. h L=n. h= Planck sabiti=6, j.s n= 1,,3 tamsayı. Uyarılan bir elektron bulunduğu enerji seviyesinden dışarıya h kadar enerji salarak daha düşük enerjili bir seviyeye geçer.

11 E foton =E ilk -E son h. = E ilk -E son Açısal Momentum R yarıçaplı yörüngede dolanan m kütleli parçacığın açısal momentumu(l), çizgisel momentumu (P) ise P=m.v L=P.r L=m.v.r olur Bu ifadeyi Bohr tarafından ileri sürülen açısal momentuma eşitlersek h n. = m.v.r eşitliği bulunur. BOHR YARIÇAPI Bir çekirdek etrafında dolanan tek elektronlu bir atomun elektronuna kuvvet etki eder. Merkezkaç kuvveti ve elektriksel kuvvet; F elk =k.q 1.q /r idi. Elektron için F m =mv /r F elk =k.z.e /r iki ifade eşitlenir. h n. = m.v.r açısal momentum eşitliği kullanılırsa r= h mke. 4 n Z r=0,53n /Z ifadesi bulunur. Çekirdek etrafında n. Yörüngede dönen elektronun toplam enerjiside E=-R Z /n ile hesaplanır. R= Rydberg sabiti=13,6 Ev Hidrojen atomunun enerji düzeyleri Hidrojen atomu için Z=1 Elektronun enerjisi için En=-R Z /n formülünde n=1 temel hal,,3,.,.,., için hesaplanırsa ve temel haldeki enerjiye 0 olması için +13,6 ev eklenirse hidrojen atomunun enerji seviyeleri bulunmuş olur. Uyarılmış elektronların n=1 temel hale ışıma yaparak geçişi Lyman serisini, n= yörüngesine geçişi Balmer serisini, n=3 yörüngelerine geçişleri ise Paschen serisini oluşturur. Bu geçişlerde dışarıya hυ enerjili foton Bohr atom modelinin. ifadesine göre salınır. Salınan fotonların frekans ve dalga boyları hυ=e ilk -E son υ= E E h ilk son υ=c/ ise = h. c E ilk E son ile bulunur

12 ÇALIŞMA SORULARI ATOM FİZİĞİ

13

14

15 YÜKLÜ TANECİKLERİN ELEKTRİK ALANDA HAREKETLERİ + ve yüklü iki iletken levha arasında bir elekrik alan oluşur. Bu alan V potansiyel ile doğru, d uzaklık ile ters orantılıdır. E=V/d F=qE F=q.V/d Bu taneciğin ivmesi için Newtonun II. yasası kullanılırsa F=m.a q.v/d =m.a qv ivme a= md Yüklü parçacığın birinden diğerine giderken yaptığı iş W=F.d = qe.d=q( V/d).d sadaleşme yapılırsa W=q.V olur. Yapılan iş kinetik enerjideki değişime yani hız değişimine bağlıdır W= E k =E kson -E kilk V=Vo+at X=Vot+ 1 at W= E k =E kson -E kilk q.v=1/m(v s -V i ) düzenleme yapılırsa cismin karşıya çarpma hızı V s = (q.v / m) +V i bulunur. Karşıya çarpma hızı levhaların uzaklığına bağlı değildir. Cismin karşıya çarpma süresi yol veya hız formülüne ivme ifadeleri yazılarak bulunur. yüklü parçacığın karşıya ulaşabilmesi için Parçacığa verilen enerji değeri uygulanan volt değerin-den büyükse parçacık karşıya çarpar eşitse çarpma anında durur ve geri dönerek hızlanır, Küçükse çarpmadan durur ve geriye dönerek hızlanır. Parçaçık + yüklü ise + yüklü levha tarafından itileceğinden yüklü levhaya hızlanarak çarpar.

16 YÜKLÜ PARÇACIKLARIN YÖRÜNGELERİ Yükü q ve kütlesi m olan bir parçacık elektrik alanına dik olarak girerse yatay atış hareketinde olduğu gibi y kadar sapmaya uğrar. Yatay atış harketinde cisim yatayda sabit hızlı hareket,düşeyde ise ivmeli hareket yapar. Sapma miktarı y =1/at cisim levhalar arasından t=l/vo sürede geçer ivmesi ve süre y de yerine konursa Y=(1/).(q.E/m). (l /Vo ) Bu formülden sapma miktarının bağlı olduğu büyüklüklere göre yorum yapılabilir. Parçacığın levhaları terk ettiği andaki hızının büyüklüğü v= Doğrultusu ise tanθ= V V y x bağıntısı ile hesaplanır. Vx KÜTLENİN HIZA GÖRE DEĞİŞİMİ Vy ile hesaplanır. Einstein a göre ışık hızına yakın hızlarda hareket eden parçacıkların enerjileri durgun haldeki enerjilerinden farklıdır. Cisimler ışık hızına yakın haraket ederlerse kütlelerinde bir artış meydana gelir. Cismin durgun haldeki kütlesine m o, ışık hızına yakın hızla hareket ederse sahip olduğu kütleye m dersek m= m o v 1 c ile hesaplanır. Burada V=C olursa cisim kütlesi yokmuş gibi davranır. Kütlesi olmayan tek parçacık fotonlardır. Parçacık ışık hızına yakın hızlarda hareket ederse bu durumda ki enerjiye rölativistik enerji denir. cismin toplam enerjisi veya durgun kütle enerjisi ; E=m o.c cismin Rölativistik enerjisi ise ; E=m.c Rölativistik parçacıkların kinetik enerjileri ise Ek= m.c - m o.c Rölativistik parçacıkların momentumları ise; P=m.v ile hesaplanır. Bu formüllerde m yerine m= kinetik enerji formülü kullanılır. E k= 1 m. v m o v 1 c ifadeleri yazılarak işlem yapılır. Parçacığın hızı v<<c olursa klasik