FİZİKTE ÖZEL KONULAR. Eğitim Fakültesi Fen Bilgisi Öğretmenliği Ders Kitabı. Editör Mehmet Fatih TAŞAR. 3. Baskı



Benzer belgeler
ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ezberbozan MATEMATİK GEOMETRİ SORU BANKASI KPSS 2018 eğitimde tamamı çözümlü 30.yıl

önce biz sorduk 50 Soruda 32 KPSS 2017 soru ÖABT FEN BİLİMLERİ FEN ve TEKNOLOJİ TAMAMI ÇÖZÜMLÜ ÇIKMIŞ SORULAR Eğitimde

Temel Elektrik Elektronik. Seri Paralel Devrelere Örnekler

Fotovoltaik Teknoloji

KPSS soruda SORU GENEL YETENEK - GENEL KÜLTÜR MATEMATİK GEOMETRİ TAMAMI ÇÖZÜMLÜ SORU BANKASI

MEB YURT DIŞINDA GÖREVLENDİRİLECEK ÖĞRETMENLERİN MESLEKİ YETERLİLİK SINAVLARINA HAZIRLIK EL KİTABI. Millî Eğitim Bakanlığı

önce biz sorduk KPSS Soruda 82 soru ezberbozan MATEMATİK GEOMETRİ SORU BANKASI Eğitimde

İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken

kpss ğrencinin D ers D efteri genel yetenek genel kültür COĞRAFYA Kolay oku Hızlı düşün Kalıcı öğren PEGEM AKADEMİ

önce biz sorduk KPSS Soruda 32 soru ÖABT FİZİK TAMAMI ÇÖZÜMLÜ SORU BANKASI Eğitimde

Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

FEN BİLİMLERİ FEN ve TEKNOLOJİ

Atomdan e koparmak için az ya da çok enerji uygulamak gereklidir. Bu enerji ısıtma, sürtme, gerilim uygulama ve benzeri şekilde verilebilir.

kpss eğitim bilimleri ĞRENCİNİN D ERS D EFTERİ REHBERLİK ve ÖZEL EGİTİM Editör: Savaş Doğan Yazar: Ferdi Kaya Kolay oku Hızlı düşün Kalıcı öğren

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

ÖABT SORU BANKASI. FEN BİLİMLERİ FEN ve TEKNOLOJİ FİZİK ÖABT ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ TESTİ. Tamamı Çözümlü

kpss eğitim bilimleri ÖDD ÖĞRENCİNİN DEFTERİ DERS REHBERLİK ve ÖZEL EGİTİM Editör: Savaş Doğan Yazar: Ferdi Kaya

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİNDE MALZEME

ÖĞRETİM İLKE VE YÖNTEMLERİ

İş Birlikli Öğrenme Teknikleri ve Türkçe Öğretimi

ÖABT LİSE MATEMATİK SORU BANKASI ÖABT ÖĞRETMENLİK ALAN BİLGİSİ TESTİ. Tamamı Çözümlü. Kerem Köker

Uygulamalı Meta-Analiz

ÖABT FEN BİLİMLERİ/FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ

önce biz sorduk 50 Soruda 32 KPSS 2017 soru ÖABT FİZİK TAMAMI ÇÖZÜMLÜ ÇIKMIŞ SORULAR Eğitimde

Malzeme Bilgisi Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Temel kavramlar Atomsal yapı

Komisyon DGS TAMAMI ÇÖZÜMLÜ 10 DENEME SINAVI ISBN Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarına aittir.

Valans elektronları kimyasal reaksiyona ve malzemenin yapısına katkı sağlar.

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT FİZİK Tamamı Çözümlü ÇIKMIŞ SORULAR

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT KİMYA Tamamı Çözümlü ÇIKMIŞ SORULAR

Nötr (yüksüz) bir için, çekirdekte kaç proton varsa çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde de o kadar elektron dolaşır.

önce biz sorduk KPSS Soruda 92 soru GENEL YETENEK - GENEL KÜLTÜR EFSANE SORU BANKASI Eğitimde

KPSS GENEL YETENEK MATEMATİK GEOMETRİ YENİ. Özgün 900 Soru

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT TÜRKÇE Tamamı Çözümlü ÇIKMIŞ SORULAR

FİZİK 2 ELEKTRİK VE MANYETİZMA Elektrik yükü Elektrik alanlar Gauss Yasası Elektriksel potansiyel Kondansatör ve dielektrik Akım ve direnç Doğru akım

KPSS EĞİTİM BİLİMLERİ. gelişim psikolojisi öğrenme psikolojisi rehberlik ve özel eğitim program geliştirme

Yrd. Doç. Dr. Mehmet Serkan UMUZDAŞ ÖZGÜN MAKAMSAL ETÜTLER ISBN Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarına aittir.

Çözümlü Yüksek Matematik Problemleri. Doç. Dr. Erhan Pişkin

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT KİMYA Tamamı Çözümlü SORU BANKASI

matematik sayısal ve mantıksal akıl yürütme

KPSS ÖABT İLKÖĞRETİM MATEMATİK. Tamamı Çözümlü SORU BANKASI. 50 soruda SORU

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda 35 SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT KİMYA Tamamı Çözümlü DENEME

önce biz sorduk KPSS Soruda 31 soru ÖABT LİSE MATEMATİK TAMAMI ÇÖZÜMLÜ SORU BANKASI Eğitimde

kpss Önce biz sorduk 120 Soruda 83 SORU Güncellenmiş Yeni Baskı Genel Yetenek Genel Kültür MATEMATİK GEOMETRİ DENEME

İNSTAGRAM:kimyaci_glcn_hoca

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

Problem Çözümleri. ve Teknolojinin Bilimsel İlkeleri. Editörler: Metin ORBAY-Feda ONER

ALES SÖZEL ADAYLAR İÇİN ALES SORU BANKASI. Savaş Doğan - Kenan Osmanoğlu - Kerem Köker. Eğitimde

ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ

Komisyon ÖABT KİMYA ÖĞRETMENLİĞİ PİYASA 9 DENEME ISBN Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT İLKÖĞRETİM MATEMATİK Tamamı Çözümlü SORU BANKASI

Eşit Ağırlık ve Sayısal Adaylar İçin ALES SORU BANKASI ALES. eğitimde 30.yıl. Kenan Osmanoğlu Kerem Köker

Komisyon İLKÖĞRETİM MATEMATİK ÖĞRETMENLİĞİ TAMAMI ÇÖZÜMLÜ 10 DENEME ISBN

Tüm Adaylar İçin ALES SORU BANKASI. Kenan Osmanoğlu Kerem Köker

Elektronik-I. Yrd. Doç. Dr. Özlem POLAT

Komisyon İKTİSAT ÇEK KOPAR YAPRAK TESTİ ISBN Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

önce biz sorduk KPSS Soruda 92 soru GENEL YETENEK - GENEL KÜLTÜR MATEMATİK GEOMETRİ SORU BANKASI TAMAMI ÇÖZÜMLÜ Eğitimde

SORU BANKASI. kpss MATEMATİK GEOMETRİ SORU. Lise ve Ön Lisans. Önce biz sorduk. Güncellenmiş Yeni Baskı. Tamamı Çözümlü.

ales dört bin soru tarzına en yakın EŞİT AĞIRLIK ve SAYISAL ADAYLARA ALES SORU BANKASI Kenan Osmanoğlu - Kerem Köker - Savaş Doğan

kpss Yeni sorularla yeni sınav sistemine göre hazırlanmıştır. öğretim ilke ve yöntemleri 20 deneme tamamı çözümlü

BİYOLOJİK MOLEKÜLLERDEKİ

KPSS EĞİTİM BİLİMLERİ 2019 ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME. Tamamı Çözümlü DENEME E 65 D Ö U K. 80 soruda SORU

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir.

SORU BANKASI GEOMETRİ KPSS KPSS. Genel Yetenek Genel Kültür. Sayısal ve Mantıksal Akıl Yürütme. Eğitimde. Lise ve Ön Lisans Adayları İçin MATEMATİK

İÇİNDEKİLER -BÖLÜM / 1- -BÖLÜM / 2- -BÖLÜM / 3- GİRİŞ... 1 ÖZEL GÖRELİLİK KUANTUM FİZİĞİ ÖNSÖZ... iii ŞEKİLLERİN LİSTESİ...

ALES EŞİT AĞIRLIK VE SAYISAL ADAYLAR İÇİN ALES SORU BANKASI. Kenan Osmanoğlu - Kerem Köker - Savaş Doğan. Eğitimde

KPSS. Eğitim Bilimleri. ezberbozan. serisi. KPSS Ders Notları. özetlenmiş içerik pratik bilgiler kritik notlar ilgi çekici görseller

Proton, Nötron, Elektron

ATOM ATOMUN YAPISI 7. S I N I F S U N U M U. Elementlerin tüm özelliğini gösteren en küçük parçasına atom denir.

ATOM NEDİR? -Atom elementin özelliğini taşıyan en küçük parçasına denir. Her canlı-cansız madde atomdan oluşmuştur.

kpss coğrafya tamam çözümlü mesut atalay - önder cengiz

Komisyon DİKEY GEÇİŞ SINAVI TAMAMI ÇÖZÜMLÜ ÇIKMIŞ SORULAR ISBN Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir.

A. ATOMUN TEMEL TANECİKLERİ

ELEMENTLERİN SEMBOLLERİ VE ATOM

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 1

Atomun Yapısı Boşlukta yer kaplayan, hacmi, kütlesi ve eylemsizliği olan her şeye madde denir. Maddeyi (elementi) oluşturan ve maddenin (elementin)

ALES. ÇIKMIŞ SORULAR Tamamı Çözümlü. ales AKADEMİK PERSONEL VE LİSANSÜSTÜ EĞİTİMİ GİRİŞ SINAVI.

İç Denet m Başarısı Üzer ndek Önem. Dr. Ramazan YANIK

Elektronların Dağılımı ve Kimyasal Özellikleri

İstatistiksel Mekanik I

kpss ezberbozan serisi VATANDAŞLIK SORU BANKASI Eğitimde

PROGRAM GELİŞTİRME SORU BANKASI KPSS KPSS. Eğitim Bilimleri. Eğitimde. Sınıf Yönetimi Öğretim Teknolojileri ve Materyal Tasarımı

Komisyon FEN BİLİMLERİ/FEN VE TEKNOLOJİ ÖĞRETMENLİĞİ TAMAMI ÇÖZÜMLÜ 10 DENEME ISBN

Atomlar ve Moleküller

ATOMUN YAPISI ATOMUN ÖZELLİKLERİ

Elementlerin büyük bir kısmı tabiatta saf hâlde bulunmaz. Çoğunlukla başka elementlerle bileşikler oluşturmuş şekilde bulunurlar.

önce biz sorduk KPSS Soruda soru ÖABT İLKÖĞRETİM MATEMATİK SOYUT CEBİR - LİNEER CEBİR Eğitimde 30.

MADDENİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

Enerji Band Diyagramları

ALES. sýnavlarına en yakın üç bin iki yüz soru SÖZEL ADAYLAR İÇİN ALES SORU BANKASI. Tamamı Çözümlü. Savaş Doğan - Kenan Osmanoğlu - Kerem Köker

kpss Önce biz sorduk 50 Soruda SORU Güncellenmiş Yeni Baskı ÖABT SINIF ÖĞRETMENLİĞİ Tamamı Çözümlü SORU BANKASI

Şener Büyüköztürk Ömay Çokluk Nilgün Köklü

kpss ezberbozan serisi MATEMATİK GEOMETRİ SORU BANKASI Eğitimde

DEMOCRİTUS. Atom hakkında ilk görüş M.Ö. 400 lü yıllarda Yunanlı filozof Democritus tarafından ortaya konmuştur.

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

DENEME MATEMATİK GEOMETRİ KPSS KPSS. Genel Yetenek Genel Kültür. Eğitimde

Element atomlarının atom ve kütle numaraları element sembolleri üzerinde gösterilebilir. Element atom numarası sembolün sol alt köşesine yazılır.

Transkript:

FİZİKTE ÖZEL KONULAR Eğitim Fakültesi Fen Bilgisi Öğretmenliği Ders Kitabı Editör Mehmet Fatih TAŞAR Fatih AYDIN Esma Buluş KIRIKKAYA Hasan ÖZCAN Betül TİMUR Serkan TİMUR 3. Baskı

Editör: Prof. Dr. M. Fatih TAŞAR FİZİKTE ÖZEL KONULAR ISBN 978-605-5885-23-6 Kitapta yer alan bölümlerin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir. 2012, Pegem Akademi Bu kitabın basım, yayın ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti ye aittir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri, kapak tasarımı, mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik, kayıt ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz. Bu kitap T.C. Kültür Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır. Okuyucularımızın bandrolü olmayan kitaplar hakkında yayınevimize bilgi vermesini ve bandrolsüz yayınları satın almamasını diliyoruz. 1. Baskı: Eylül 2008 3. Baskı: Eylül 2012 Dizgi-Grafik Tasarım: Gürsel Avcı Kapak Tasarımı: Gürsel Avcı Baskı: Ayrıntı Matbaası (Ankara-0312-3945590) Yayınevi Sertifka No: 14749 Matbaa Sertifika No: 13987 İletişim Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay/ANKARA Yayınevi: 0312 430 67 50-430 67 51 Yayınevi Belgeç: 0312 435 44 60 Dağıtım: 0312 434 54 24-434 54 08 Dağıtım Belgeç: 0312 431 37 38 Hazırlık Kursları: 0312 419 05 60 E-ileti: pegem@pegem.net

ÖNSÖZ Bilim ile teknoloji ve toplum arasındaki karşılıklı ilişkiler ve etkileşimlerin anlaşılması bilim eğitimi literatüründe çok vurgu yapılan bir konudur. Bilim bugün teknoloji için çok önemli bir bilgi kaynağıdır fakat tek bilgi kaynağı değildir. Kültür, matematik hayal gücü ve esinlenme de teknoloji geliştirmede önemli bilgi kaynaklarıdır. Bilim ile teknoloji arasındaki günümüzde var olan yoğun karşılıklı ilişki sadece insanlık tarihinin son dönemine mahsus bir durumdur. Yüzyıllar içinde teknoloji bilimle hiç alakası olmadan zanaatkarlar tarafından icra edilegelmiştir. Antik Yunan da bilimsel faaliyetlerin ilk ortaya çıkış dönemi de göz önüne alındığında bu tür işlerle uğraşanlara ve uğraşlarına, bilimle uğraşanlara ve bilime göre daha az değer atfedildiği de görülür. Ancak bu eğilim son birkaç yüzyılda değişmiştir. Bu kitapta bir doğa bilimi olarak fizik ile teknoloji arasındaki ilişki çeşitli başlıklar altında ele alınmaktadır. Büyük teorik fizikçi Feza Gürsey in de vurguladığı gibi artık asırların verdiği tecrübe ile biliyoruz ki, fizikte esas kanunlar bulunur bulunmaz uygulamalı fiziğe, ordan da teknoljiye geçiş yolu açıktır. Kitabın bölümleri incelendiğinde de bir bilimsel gelişmenin ardından bunu kullanan teknolojik uygulamaların bazan çok çabuk, bazan da zaman içinde ortaya çıkabildiği görülecektir. Böylece bilimin artık teknolojinin gelişiminde önemli bir bilgi kaynağı olduğu açıktır. Ancak kısaca teknoloji, bilimin uygulamasıdır şeklinde ifade edilen genelleme doğru değildir. Bilimin gelişim süreci göz önüne alındığında, yukarıda da vurgulandığı gibi, insanlık tarihi boyunca teknolojinin bilimden bağımsız ve o olmaksızın varolageldiği görülmektedir. Bugün bilim ve teknoloji arasındaki mevcut sıkı ilişki sadece son dönemde görülen bir olgudur. Şu durumda bilim teknolojinin, teknoloji de bilimin gelişimine son derece önemli katkılar yapmaktadır. Fakat günümüzde dahi bilim ve teknoloji arasındaki bu ilişki asla biri olmazsa diğeri de olamaz boyutunda değildir. Dolayısıyla, teknolojiyi sadece bilimin bir uygulaması şeklinde anlamak gerçeği tam anlamıyla yansıtmaz. Bilim ve teknoloji terimleri sıklıkla yan yana kullanılmaktadır. Günümüzde gelişmiş ülkeler hem bilimde ve hem de teknolojide ileri düzeylerde bulunmaktadır. Yirminci yüzyıl boyunca sanayileşmek ve yüksek miktarlarda sanayi ürünleri üretip bunları dünya pazarlarında satışa sunmak milli geliri arttırmanın ititci gücü olmuştur. Bu dönemde gelişmenin önemli bir göstergesi olarak da ülkelerdeki sanayi ürünleri kullanım sıklığı baz alınmıştır. Kişi başına düşen enerji ve demir-çelik üretim ve tüketimi ile araba, televizyon, buzdolabı, çamaşır makinası, bulaşık makinası, ev iii

telefonu (daha yakın zamanlarda da cep telefonu) vb. tüketimi ülkelere göre sıralanarak gelişmişlik karşılaştırmaları yapılagelmiştir. Artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak ve daha müreffeh toplumlar meydana getirmek hedefi zamanla saf bir kapitalist kâr güdüsü ile ve de doğaya saygı göstermeyen kamçılanmış bilinçsiz tüketim güdüsüyle birleşerek doğal kaynakların aşırı ve hesapsızca tüketilmesine ve bunun sonucu olarak da doğanın geri dönülemez derecede zarar görmesine yol açmıştır. Her geçen gün etkilerini daha fazla hissetiğimiz küresel ısınma ve kuraklık belki de geri dönülemezlik eşiğini bile aşmıştır. Bilim ve teknoloji ve bunların kullanımı beşerî olgulardır. Her bireyin yeterince bilinçlenmesi ve kullanımda sıkı kurallara uyulması ve buna ilişkin denetim ve yönlendirme şarttır. Bu sadece kişinin kendi tercihine bırakılacak keyfî bir durum olmaktan çıkmıştır. Maddî olanakları çok olanların istediği gibi hesapsız tüketim yapabildiği ve denetimin sadece fiyat tespiti ile uygulandığı bir sistemin dünya geleceği açısından geçerli olmadığı görülmektedir. Uzun yıllar ucuz petrol fiyatları sayesinde özellikle ABD ülke olarak aşırı tüketime yönelmiştir. Bu gibi ülkelerde yakıt ekonomisinden hiç söz edilmemiş atmosfere aşırı karbon salınımları fütursuzca yapılmıştır. Ama artık yaşlı dünyamız butür davranışları kaldıramamaktadır. Bilim ve teknolojide ilerlemenin en önemli unsuru insana yatırım yapmaktır. Bunun en güzel örneği Almanya ve Japonya dır. Bu ülkeler 2. Dünya Savaşı ndan mağlup ve hemen herşeylerini kaybetmiş bir halde çıkmış olmalarına ve uzun süre ülkeleri işgal altında kalmasına rağmen ilerlemeyi yine de gerçekleştirebilmişlerdir. Bu da tabii ki sahip oldukları yetişmiş insan gücü, üniversiteler ve araştırma kurumları sayesinde olabilmiştir. Ne yazık ki bilimsel devrimi yaşayamamış olan ülkemizde etkin bir üniversite sisteminin kurulması ve üniversite eğitiminin tabana yayılması henüz gerçekleştirilememiştir. Üniversite eğitimi ile mezunların iş bulması arasında irtibat kurularak henüz yeterince istihdam sağlanamadığı için daha fazla mezun üretmenin gerekli olmadığı ve hatta bunun sakıncalı olduğu, ortalığın diplomalı işsizlerle dolu olduğu gibi mülahazalarla üniversitelerin yaygınlaştırılmasına karşı çıkıldığı, bu tür çabaların küçümsendiği ve hatta mevcut kontenjanların ksıtlanmasına gidildiği bir dönemden geçmekteyiz. Bu tür düşünceler tamamiyle geçersizdir. Yeni kurulmaya girişilen üniversiteler bir gün muhakkak kuruluşlarını tamamlayacaklar ve temayüz edeceklerdir. Ancak kurulmaları gerçekleşmezse ilerlemeleri hiç bir zaman mümkün olmayacaktır. iv

Ülkemizde talebin on yıllardır bu kadar yoğun olduğu yüksek öğrenim alanında arzın bir türlü yeterli miktarda sunulamaması veya çeşitli bahane ve gerekçelerle sunulmaması hakikaten ülkenin bir atılım yapmasının önündeki en büyük engel olmuşur. Vakıf üniversitelerinin sayılarının artması yanında hemen her ilde birer üniversite kurulması ve zaman içinde kapasitenin arzu edilen seviyeye ulaşması ortak beklentidir. Bu sayede ülke genelindeki sıradan vatandaşlar da üniversite, öğretim elemanı, araştırma ve teknoloji geliştirme ile bire bir yüz yüze gelmekte, kendi aile fertlerinin de bu tür çalışmalarda yer almasıyla bilim ve teknoloji ile yaygın olarak tanışmaktadırlar. İlk ve orta öğretimde kalitenin artması şüphesiz ki üniversiteye daha nitelikli öğrencilerin ulaşmasına katkı sağlayacak ve böylece mevcut potansiyel harekete geçirilebilecektir. Önemli olan dünyaya açık ve hayata olumlu bakabilen aynı zamanda da kendi ayakları üzerinde durabilen bireyler yetiştirmeketir. Böylece her bir birey kendi ideallerini gerçekleştirmek üzere hayata atılacak; sahip oldukları bilgi, görgü, yetenek ve deneyim ile yapacakları çalışmalar ve kuracakları işbirlikleri sayesinde mevcut pastayı bölüşecek ve kişi başına düşen payı küçültecek değil, fakat büyütecek katkı sağlayabileceklerdir. Aksini düşünmek, zaten var olan nüfus azaltılamayacağına göre, toplumumuzun tam bir umutsuzluğa ve yoksulluğa mahkumiyeti anlamına gelecektir. Bilim ve teknoloji okur-yazarlığı tüm dünyada temel eğitimin vazgeçilmez unsurlarından sayılmaktadır. Öğretmen adaylarımızın bu yöndeki farkındalıklarını arttıracak mahiyetteki Fizikte Özel Konular adlı derse yönelik olarak içeriği düzenlenen bu kitabın amacına ulaşmasını diliyorum. Prof. Dr. Mehmet Fatih Taşar Ankara, 2010 v

Bölümler ve Yazarları 1. Bölüm: Yarıiletkenler ve Lazerler Arş. Gör. Hasan ÖZCAN Aksaray Üniversitesi Eğitim Fakültesi 2. Bölüm: Süperiletkenlik: Doğanın Yüzyıldır Çözülemeyen Bir Gizemi Prof. Dr. Mehmet Fatih TAŞAR Gazi Üniversitesi Eğitim Fakültesi 3. Bölüm: X Işınları Yrd. Doç. Dr. Serkan TİMUR Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Eğitim Fakültesi 4. Bölüm: İletişim Teknolojisi Araçları Yrd. Doç. Dr. Fatih AYDIN Abant İzzet Baysal Üniversitesi Eğitim Fakültesi Yrd. Doç. Dr. Esma Buluş KIRIKKAYA, Kocaeli Üniversitesi Eğitim Fakültesi 5. Bölüm: Tümleşik Devreler, Sayısal (Dijital) Sistemler, Nanoteknoloji Yrd. Doç. Dr. Esma Buluş KIRIKKAYA Kocaeli Üniversitesi Eğitim Fakültesi 6. Bölüm: Görüntüleme Teknikleri ve Araçları Yrd. Doç. Dr. Serkan TİMUR Çanakkale On Sekiz Mart Üniversitesi Eğitim Fakültesi Yrd. Doç. Dr. Betül TİMUR Çanakkale On Sekiz Mart Üniversitesi Eğitim Fakültesi vi

İÇİNDEKİLER Önsöz...iii Bölümler ve Yazarları...vi İçindekiler...vii 1. Bölüm Yarıiletkenler ve Lazerler (ss: 1/69) A. Yarıiletkenler...1 Atomik Yapı...3 İletken, Yalıtkan ve Yarıiletken...10 Yarıiletkenlerin Tarihsel Gelişimi...12 Yarıiletken Türleri...13 N-tipi Yarıiletken...14 P-tipi Yarıiletken...16 Yarıiletken Elemanlar... 18 Transistör (Geçirgeç)...30 Transistörün Tanımı ve Türleri...30 Transistörün Kutuplanması...35 Transistörlerin Çalışma Noktaları...37 Güneş Pilleri (Fotovoltaik Pil/Kolektör)...38 Güneş Pillerinin Tarihsel Gelişimi...39 Güneş Pillerinin Kullanım Alanları...40 Güneş Pillerinin Dünyadaki ve Türkiye deki Yeri...42 Güneş Pillerinin Yapısı ve Çalışma İlkesi...44 Yarıiletken Güneş Pili Çeşitleri...45 Uzman Görüşü...47 B. Lazerler...52 Lazerlerin Tarihsel Gelişimi...52 Lazere İlişkin Temel Prensipler...55 Lazerin Çalışma Prensibi...57 Lazer Işını...58 Nüfus Terslenmesi (Ters Birikimi)...59 Optik Pompalama...60 Osilasyon ve Geri Besleme...61 Lazer Türleri ve Lazerin Kullanım Alanları...61 Kaynakça...66 vii

2. Bölüm Süperiletkenlik: Doğanın Yüzyıldır Çözülemeyen Bir Gizemi (ss: 71/115) Süperiletkenliğin Kısa Tarihçesi ve Gelişimi...72 Süperiletkenliğe Genel Bir Bakış...76 Süperiletkenliğin Gelişimi ve Temel Kavramlar...78 Süperiletkenliğin Keşfi...78 Meissner-Ochsenfeld Olayı...79 Ginzburg-Landau Teorisi...83 Nüfuz Derinliği ve Alaşımlama...86 Cooper Çiftleri...87 BCS Teorisi...89 I. Tip ve II. Tip Süperiletkenlik...91 Süperiletkenlerin Manyetik Alan İçinde Davranışı ve Serbest Enerji...92 Josephson Olayı...99 Geliştirilen Süperiletkenlik Tabanlı Teknolojiler...105 Kaynakça...113 3. Bölüm X Işınları (ss:117/135) Elektromanyetik Spektrum...118 X-Işınlarının Keşfi...119 X-Işınlarının Elde Edilmesi...122 X-Işını Tüpü...123 X-Işınlarının Özellikleri...124 Geiger Sayacı (Geiger-Müller Sayacı)...125 X-Işınlarının Astronomide Kullanımı...126 X-şınlarının Kimyasal Analizde ve Kalite Kontrolünde Kullanılması...127 X-Işını Kristalografisi...129 X-Işınlarının Kullanım Alanları...131 X-Işınlarının Sağlık Alanında Kullanımı...131 X-Işınlarının Sağlık Alanı Dışında Kullanımı...132 Kaynakça...134 viii

4. Bölüm İletişim Teknolojisi Araçları (ss: 137/184) A. Bilgisayar ve Elemanları...138 Bilgisayarın Geçmişi...138 Bilgisayar Elemanları...143 B. Fiber Optik...155 Fiber Optiğin Tarihi...155 Fiber Optik Kablolar...157 Fiber Optiğin Kullanım Alanları...159 Fiber Optik Kabloların Avantajları...160 Fiber Optik Kabloların Dezavantajları...161 C. Sensörler...164 Bilim ve Teknoloji...164 Sensör nedir?...165 Sensör Çeşitleri...165 Sensörlerin Uygulama Alanları...177 Kaynakça...183 5. Bölüm Tümleşik Devreler, Sayısal (Dijital) Sistemler, Nanoteknoloji (ss: 185/231) A. Tümleşik Devreler (Entegre Devreler-IC)...186 Tümleşik (Entegre) Devreleri Oluşturan Devre Elemanları...186 Tek parça (monolotik)...192 İnce veya kalın film...192 Karma...192 Tümleşik Devrelerin Özellikleri...192 Ülkemizde Tümleşik Devre Üretimi...193 Kaynakça...197 B. Sayısal (Dijital) Sistemler...199 Anolog ve Sayısal İşaret...200 Kodlama...200 Bir Uygulama Alanı: Dijital Görüntü Sistemi...201 Kaynakça...203 C. Nanoteknoloji...204 Nanoteknoloji Nedir?...206 Nano Yapılar...206 Nanoteknolojideki Gelişmeler...208 Türk Bilim İnsanlarının Uluslararası Başarıları...215 Kaynakça...220 Uzman Görüşü...221 ix

6. Bölüm Görüntüleme Teknikleri ve Araçları (ss: 233/260) Ultrason (US)...234 Ultrasonda Görüntü Modları...237 Tomografi...238 Bilgisayarlı Tomografi (BT)...238 BT Cihazının Ana Bölümleri...240 Pozitron Emisyon Tomografisi (PET/BT) Nedir?...241 Manyetik Rezonans (MR) Cihazları...245 Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) Cihazı...246 MR Cihazının Çalışma Prensibi...248 MRG Cihazının Avantajları...249 MR Cihazının Dezavantajları...249 Sintigrafi...250 Elektron Mikroskopları...251 Uzman Görüşü...257 Kaynakça...259 EK 1...261 EK 2...271 x

1. Bölüm YARIİLETKENLER VE LAZERLER

2 Fizikte Özel Konular A. YARIİLETKENLER Bilim insanları, dünden bugüne gelinen süreçte doğanın gerçeklerini araştırıp, aydınlatmada hayli yol katetmiş durumdadırlar. İnsanoğlunun yaşamını kolaylaştırma gayesinde cereyan eden bu süreç, gelişimine artan bir ivme ile devam etmektedir. Düne nazaran, çevresinde olup biten olaylara daha fazla müdahale eder konuma gelen insanoğlunun, önemli mesafeler almış olduğu bu yolculuğunda, süreğen boyuttaki bu gelişimlerin etkisi büyüktür. Kaliteli ve refah ile donanmış bir yaşam için atılan bu baskın adımlar içerisinde, sınıflama becerisinin kazanımı önemli bir yer tutmaktadır. Temel bilimsel süreçler içerisinde yer alan sınıflama becerisi ile karşılaşımların; tanınması, tanımlanması ve sınıflandırılması yapılabilmektedir. Aristo nun akrabalık derecesi şablonunu baz alarak, bitkiler ve hayvanlar olmak üzere yaptığı en ilkel ayrımla başlayan sınıflama, günümüzde taksonomi bilim dalı altında incelenmektedir. Madde, taksonomik olarak yedi halde bulunmaktadır. Bunlar; katı, sıvı, gaz, plazma, Bose (bozon) yoğunlaştırması, Einstein yoğunlaştırması ve Fermionik yoğunlastırması halleridir [1]. Maddenin söz konusu bu hallerden birinde bulunması; atom veya molekülleri arasındaki çekim kuvvetiyle, dolayısıyla sıcaklık ve basınç ile ilişkilidir. Çevremizde gördüğümüz ve sıklıkla kullandığımız maddelerin, pek çoğu katı halde bulunmaktadır. Atomlarının diziliş ve düzen niteliklerine göre kristal ve amorf yapı olmak üzere iki grupta incelenen katılar, elektriksel iletimi - iletkene uygulanan elektriki gerilim, ısı, manyetik endüksiyon gibi etkilerle atomlardan kopan elektronların devre boyunca bir atomdan diğerine kayma hareketi- ve optiki özellikleri bakımından iletkenler, yalıtkanlar ve yarıiletkenler olmak üzere üç grup altında incelenmektedirler [2]. Bu farklı özelliklerin nedenlerini; maddeyi oluşturan atomların son yörüngelerindeki elektron sayıları, kristal yapıdan gelen periyodiklik ve Pauli ilkesi olarak sıralamak mümkündür. Tarihsel zamandizine göz atıldığında ise, maddelerin iletken ve yalıtkan olarak ilk kez bir İngiliz bilim insanı Stephen Gray tarafından sınıflandırıldığı görülmektedir. İletken cisimleri ard arda bitiştirerek elektriğin bu cisimler aracılığı ile iletilebileceğini kanıtlayan Gray, 1729'da yaptığı bir deney ile elektriği yaklaşık 250 metrelik bir uzaklığa kadar iletebilmeyi başarmıştır [3]. Elektroniğin temelini oluşturan yarıiletkenlerin detaylı izahından önce, madde ve onun en küçük birimi olan atomları iyi anlamak gerekmektedir. Bu bağlamda, öncelikli olarak atomik yapıya ilişkin temel bilgilere yer verilecektir.

Yarıiletkenler ve Lazerler 3 1. Atomik Yapı Yeryüzünde bilinen ve şu anda varlığı saptanabilmiş 116 element vardır. Bunların yaklaşık 90 kadarı doğada bulunurken, diğerleri laboratuvar koşullarında üretilmişlerdir [1]. Bütün bu elementler atom numaralarına uygun olarak periyodik çizelgede belirli bir düzen içerisinde yer almaktadırlar. Elementler, çekirdekteki proton sayıları ile nötron sayılarının yaklaşık olarak toplamına eşit olan atom ağırlıklarına göre de belirli bir düzen içerisindedirler. Proton sayıları ile elektron sayıları eşit olan atomlar, elektriksel açıdan nötr atomlardır. Elektron Nötron Çekirdek Proton Şekil 1 Bohr Atom Modeline Göre Atom Elementlerin özelliklerini belirleyen atom kavramı, Epikür tarafından Yunancada bölünemez, kesilemez anlamına gelen atomos sözcüğünden türetilmiştir [4]. Atom, türetilişindeki açıklıktan da anlaşılabileceği gibi maddenin bölünemeyen en küçük yapı taşı anlamına karşılık gelse de günümüz çağdaş biliminde atomaltı parçacıkların birleşimi olarak ifade edilir. Bir başka deyişle bölünebilir ve parçalanabilirler. Bu bölünme işlemine Fisyon adı verilir. Klasik Bohr Atom Modeli ne göre atom, Şekil 1 de verildiği gibi 3 temel parçacıktan oluşmaktadır. Bunlar: elektron, proton ve nötron dur. Atomik yapıda, nötron ve protonlar merkezdeki çekirdeği oluştururlar. Çekirdek pozitif yüklüdür, elektronlar ise negatif yüklü olup, atom çekirdeği etrafında birbiri ardından gelen ve her biri belirli sayıda elektron içeren yörüngeler boyunca sürekli dönmektedirler. Bu hareket, dünyanın güneş etrafındaki dolanımına benzetilebilir. Hareket halindeki bu elektronlar, çekirdekte olan Coulomb çekme kuvvetinin etkisi ve dönme hareketi sonucu oluşan merkezcil kuvvetin etkisi ile yörüngesinde kalabilmektedirler. İçinde elektronların hareket ettiği yörüngeler, çekirdekten belli uzaklıktaki mesafelerdedir. Elektron, çekim kuvveti ve merkezcil kuvvetin dengelenmesi nedeni ile dairesel yörünge izler. Çünkü elektron negatif yüklü, çekirdek pozitif yüklüdür. Ayrıca çekirdekten uzakta olan elektronların çekim gücü çekirdeğe yakın elektronlara göre daha düşüktür [5]. Bununla paralel olarak, atomun en son yörüngesi en yüksek enerjili elektronlara sahiptir. Atomun son yörüngesindeki bu elektronlara valans elektronlar adı verilir. Şekil 2 incelendiğinde, silisyum atomunun n=1 düzeyinde 2, n=2 düzeyinde 8, son yörüngesi olan n=3 düzeyinde ise 4 elektron olmak üzere toplam 14 elektronu vardır. Bunların n=1 ve n=2 düzeyinde olan 10 tanesi, atomun çekirdeğine sıkı biçimde bağlıdır. Son yörüngede bulunan 4 tanesi ise gevşek olarak bulunmaktadır. İşte, son yörüngede bulunan bu 4 elektron, valans elektronlarıdır.

4 Fizikte Özel Konular Valans Elektronları Çekirdek +14 Son Yörünge n=1 n=2n=3 Ş kil 2 Sili At Şekil 2 Silisyum Atomu Valans elektronlar, kimyasal reaksiyona ve malzemenin yapısına katkı sağlarlar. Ayrıca komşu atomlar, son yörüngelerdeki bu elektronlar ile kendi aralarında valans çiftlerini oluştururlar [6]. Örneğin her silisyum atomu, kendisine komşu diğer 4 atomun valans elektronlarını kullanarak kristal bir yapı oluşturur. Bu yapıda her atom, 8 valans elektronunun oluşturduğu etki sayesinde kimyasal kararlılığı sağlar. Her bir silisyum atomunun valans elektronu ile komşu silisyum atomunun valans elektronunun paylaşımı sonucunda kovalent bağ oluşur (Şekil 3 ve Şekil 4). Bu durum, bir atomun diğer atom tarafından tutulmasını sağlar. Böylece paylaşılan her elektron, birbirine çok yakın elektronların bir arada bulunmasını ve birbirlerini eşit miktarda çekmesini sağlar [7]. Valans Elektronlar + +4 4 +4 + 4 +4 + 4 Si Si Si + +4 4 +4 + 4 + +4 4 Si Si Si + +4 4 + +4 4 +4 + 4 Si Si Si Valans Elektronlar Şekil 3 Kovalent Bağ Oluşumu Görünüm 1 Şekil 4 Kovalent Bağ Oluşumu Görünüm 2 Çekirdeğe farklı uzaklıklarda bulunan yörüngelerdeki elektronların, çekirdeğe olan uzaklıklarına göre sahip oldukları enerjilerinde değişimler mevcuttur. Söz konusu bu elektronlar belirli enerji seviyelerine uyarlar. Bu

Yarıiletkenler ve Lazerler 5 enerjileri; ısı etkisi, ışık etkisi, elektriksel etki, manyetik etki ve elektronlar kanalıyla yapılan bombardıman etkisi ile yükselebilir. Elektronlar, enerjilerindeki bu artış ile birlikte çekirdekten daha uzak bir yörüngeye yerleşirler. Böylece, valans elektronlar daha fazla enerji kazanır ve atomdan uzaklaşma eğilimleri de bu ölçüde artar. Valans elektronlarının serbest hale geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanması anlamına da gelmektedir. Bir valans elektron yeterli miktarda enerji kazandığında ancak bir üst kabuğa çıkabilir ve atomun etkisinden kurtulabilir [8]. Atom da, pozitif (protonların elektronlardan daha fazla olması) olarak nitelenebilecek bu duruma karşı nötr (proton ve elektron sayılarının eşit olması) değere ulaşmaya çalışır. Bu amaçla atom, valans elektronlarını harekete geçirir. Valans elektron kaybetme işlemine iyonlaşma adı verilir. İyonlaşma ile atom pozitif yüklenmiş olur ve pozitif iyon olarak adlandırılır. Örneğin; hidrojenin kimyasal sembolü H dir. Hidrojen, valans elektronları kaybettiğinde pozitif iyon adını alır ve H+ olarak gösterilir. Atomdan ayrılan valans elektronlar ise serbest elektronlar ya da iletkenlik elektronları olarak adlandırılırlar. Serbest elektronlar, (+) ve (-) yükleri eşit durumda olan hidrojen atomunun en dış kabuğuna doğru akarlar. Atom negatif yük ile yüklendiğinde (elektronların protonlardan fazla olması) negatif iyon olarak adlandırılır ve H- ifadesi ile gösterilir [5]. Valans elektronların serbest hale geçmesinde, iletkenler için düşük seviyeli bir enerji yeterli iken yarıiletkenlerde oldukça fazla bir enerji gereklidir. Yalıtkanlar için ise çok daha büyük bir enerji verilmelidir. Bu yüksek seviyeli enerji ise malzemenin fiziksel özelliklerini değiştirip tahrip olmasına neden olabilir [2]. 2. kabuk k Enerji Seviyesi W6 W5 W4 W3 Enerji Bandı En Yüksek Enerjiye Sahip Elektron 1. kabuk l W2 W1 Enerji Aralıkları Enerji Bandı Enerji Aralıkları r1=3 r1=1 r1=2 r1=4 r1=6 W0 Çekirdek r1=5 W = Enerji r = Çekirdekten Uzaklık En Düşük Enerjiye Sahip Elektron Şekil 5 Çekirdekten Uzaklıklarına Göre Enerji Seviyeleri [9] Atom, enerji bantları şeklinde gruplaşmış yörüngelere sahiptir. Bu yörüngelere kabuk (shell) denir (Şekil 5). Çekirdek etrafında belirli bir yörün-

6 Fizikte Özel Konular geyi oluşturan bu kabuklar; k, l, m, n harfleri ile temsil edilirler. Çekirdeğe en yakın olan kabuk k kabuğudur. K ve l kabukları Şekil 5 te görülmektedir. Her atom, sabit bir kabuk sayısına sahiptir. Her bir kabuk ise izin verilen sayıda maksimum elektron barındırabilir. Her atom için birinci kabuğa yerleşebilecek elektron sayısı en fazla 2, ikinci kabuğa yerleşebilecek elektron sayısı en fazla 8, üçüncü kabuğa yerleşebilecek elektron sayısı ise en fazla 18 dir (baş kuantum sayısı n olan bir kabukta genel olarak 2 n 2 adet elektron bulunur). Kabuklarda barınan bu elektronlar belirli bir sistem dahilinde yerleşmiş olup, enerji seviyeleri çok küçük değişimler içerir. Kabuk içindeki elektronların enerji seviyeleri birbirlerinden az da olsa farklılıklar göstermesine karşın, kabuklar arasındaki enerji seviyeleri farkı çok daha büyüktür. Yalıtılmış durumdaki bir atomun enerji seviyeleri, Şekil 6 ile daha net görülmektedir. Burada yatay çizgiler enerji seviyelerini belirtmekte olup bu çizgilerin uzunluğu ise elektronun yörünge yarıçapıdır. DoluSeviyeler seviyeler Doldurulabilecek Enerji Enerji Seviyesi Seviyeleri Çekirdek Çekirdek Şekil 6 Yalıtılmış Durumdaki Bir Atomun Enerji Seviyelerinin Şematik Gösterimi [10] Çekirdeğe en yakın elektronun, enerjisi en küçüktür. Bu durum atomik yapıda yörüngeden bir kesit verilerek Şekil 7 ile özetlenmektedir. Bu olgu itibari ve minimum enerjiye eğilim ilkesi gereği sistem, enerjinin en küçük olduğu duruma gelme yönünde davranır. Buna göre, verilen atomun bütün elektronlarının, en düşük enerji seviyelerini işgal etmelerinin gerekli olduğu Enerji Artar artar Çekirdek Şekil 7 Atomik Yapıda Yörüngeden Bir Kesit [11] düşünülür. Fakat elektronların yerleşmeleri için kullanılan Pauli dışarlama ilkesi, özel bir enerji seviyesinde bulunabilecek elektron sayısının sınırlı olduğuna işaret etmektedir. Bu ilkeye göre nasıl bir atomda aynı kuantum sayılarına sahip iki elektron bulunamaz ise, madde içindeki elektronlardan da aynı kuantum sayılarına sahip iki elektron bulunamaz. Kuantum mekaniği yasalarına göre elektronlar, atoma bağlı durumda belirli enerjilere sa- M L K

Yarıiletkenler ve Lazerler 7 hiptirler. Öyle ki; hangi atom olursa olsun bu kural geçerlidir. Dolayısıyla, atomlar birbirlerine yeteri kadar yaklaştıklarında atomik enerji düzeylerinde farklılıklar yani yarılmalar meydana gelecektir. Örneğin, iki yalıtılmış atom birbirlerine yaklaştırılırsa her atomik enerji seviyesi ikiye, üç atom birbirine yaklaştırılırsa her atomik enerji düzeyi üçe yarılacaktır. Bu durum 2s seviyesi için Şekil 8 de görülmektedir. Enerji 2s r 0 =Atomlar Arası Mesafe. r Şekil 8 Altı Atomdan Oluşan bir Katıda 2s Düzeyindeki Yarılmalar [12] Şekil 8 örneğinde olduğu gibi, atomlar arası mesafe r = r 0 iken, 2s enerji düzeylerinin alt ve üst sınırları sabit olarak kabul edildiğinde ve bu sınırlar arasına maddeye ilave edilecek her bir atom için bir enerji çizgisi çizilmeye çalışılırsa, eşit aralıklı olarak çizilen bu çizgiler birbirlerine o kadar yaklaşır ki, artık çizgiler ayırt edilemez hale gelir [12]. Bir çay kaşığında veya bir yüzükte kaç tane atom olduğu düşünülüp, bu sayı kadar enerji düzeyi belirlendiğinde (örneğin s seviyesi için), alt alta iki enerji düzeyi arasındaki farkın 1x10-19 ev olduğu hesaplanır (1eV = 1,6x1019 joule). İşte, birbirlerine bu kadar yakın enerji düzeylerinin bir aradaki haline enerji bandı adı verilir. İki farklı karakterde bant vardır. Bir tanesi elektronların bulunabileceği izinli enerji bantları, diğeri ise bunlar arasında kalan elektronların bulunamayacağı izinsiz veya yasak enerji bantlarıdır (Şekil 9). Yasak enerji bantlarına, genel olarak yasak enerji aralıkları denir.