Fizik laboratuvarı
Olayı gözünde canlandır, büyüklükleri ve birimleri takip et.
8 bölüm · ~20 dk · 20 etkileşim
Fotoelektrik olay, Compton saçılması ve modern fiziğin uygulamaları, ışığın tanecik (foton) davranışını ve bu davranışın teknolojideki karşılıklarını inceler. AYT Fizik'te genellikle modern fizik sorusunun bir bölümü bu konudan gelir; fotoelektrik denklemi, kesme gerilimi, eşik frekansı ve ışık şiddetinin etkisi en sık sorulan başlıklardır.
1Fotoelektrik olay: dalga kuramının açıklayamadığı deney
İlk bölüm! Temeli burada atıyoruz, acele etme.
Fotoelektrik olay, yeterince yüksek frekanslı ışık bir metal yüzeye düştüğünde yüzeyden elektron sökülmesidir.
2Fotoelektrik denklemiyle hesap
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
Eşik enerjisi 2 eV olan bir metale dalga boyu 310 nm olan ışık düşürülüyor. Sökülen elektronların en büyük kinetik enerjisi, kesme gerilimi ve metalin eşik dalga boyu nedir? (h·c = 1240 eV·nm)
Bir metalin eşik enerjisi 3,3 × 10⁻¹⁹ J'dür. Metalin eşik frekansı ve eşik dalga boyu nedir? (h = 6,6 × 10⁻³⁴ J·s, c = 3 × 10⁸ m/s)
Eşik enerjisi 2,3 eV olan bir metal yüzeye dalga boyu 248 nm olan ışık düşürülüyor. (h·c = 1240 eV·nm)
Sökülen elektronların en büyük kinetik enerjisi kaç eV'tur?
3Şiddet mi, frekans mı?
Örneklere dikkat et; soruların çoğu buradan çıkar.
Fotoelektrik sorularının çoğu "neyi değiştirirsem ne değişir?" sorusudur. Bu tabloyu iyi öğren:
| Değişiklik | Sonuç |
|---|---|
| Işık şiddeti artar (f > f₀ iken) | Birim zamanda sökülen elektron sayısı ve fotoelektrik akım (doyma akımı) artar; E_k,max ve kesme gerilimi değişmez |
| Frekans artar | E_k,max ve kesme gerilimi artar |
| Eşik frekansı ve W₀ | Yalnızca metalin cinsine bağlıdır |
E_k,max–f grafiği bir doğrudur: eğimi h (bütün metaller için aynı), frekans eksenini f₀'da keser, uzantısı düşey ekseni −W₀'da keser. Farklı metallerin doğruları birbirine paraleldir.
Örnek 1'deki düzenekte ışığın frekansı sabit tutulup şiddeti 2 katına çıkarılıyor. Sökülen elektron sayısı, E_k,max ve kesme gerilimi nasıl değişir?
Eşik enerjisi 2,7 eV olan bir metale enerjisi 4,2 eV olan fotonlar düşürülüyor.
Sökülen elektronları durdurmak için gereken kesme (durdurma) gerilimi kaç volttur?
4Compton saçılması ve de Broglie dalgaları
Bunu bir arkadaşına anlatabilir misin? Kafanda bir dene.
Compton saçılması, yüksek enerjili X-ışını fotonlarının serbest (gevşek bağlı) elektronlardan saçılırken dalga boylarının artmasıdır. Olay, fotonun momentumu olan bir tanecik gibi elektronla çarpıştığını gösterir. de Broglie ise tersini önerdi: Elektron gibi maddesel tanecikler de dalga özelliği gösterir. Bu dalga–tanecik ikiliği, elektron mikroskobundan güneş pillerine kadar birçok teknolojinin temelidir.
Saçılan fotonun enerjisi azalır, frekansı azalır, dalga boyu artar; hızı yine c'dir. Compton olayı X-ışını ve gama ışını gibi yüksek enerjili fotonlarda belirgindir; görünür ışıkta Δλ ihmal edilebilir. Elektron kırınımı (Davisson–Germer deneyi) ise maddenin dalga özelliğini doğrulamıştır.
Enerjisi 100 keV olan bir X-ışını fotonu serbest bir elektrondan saçılıyor; saçılan fotonun enerjisi 80 keV ölçülüyor. Elektronun kazandığı kinetik enerji ve saçılan fotonun dalga boyunun gelen fotonunkine oranı nedir?
Dalga boyu 10 pm olan X-ışını fotonları elektronlardan 90° açıyla saçılıyor. Saçılan fotonların dalga boyu kaç pm'dir? (h / (m_e·c) = 2,43 pm)
Kütlesi 66 g olan bir top 10 m/s hızla gidiyor. Topun de Broglie dalga boyu kaç m'dir? (h = 6,6 × 10⁻³⁴ J·s)
5Modern fiziğin uygulamaları
Yarıyı geçtin, harika gidiyorsun! 3 bölüm kaldı.
Kartın önündeki soruyu kendin cevaplamaya çalış, sonra çevir.
6Sık yapılan hatalar
Takıldığın yere not al, sonra birlikte döneriz.
Aşağıdaki yargılar öğrencilerin en sık düştüğü hatalardan derlendi. Doğru mu, yanlış mı?
Işık şiddeti artarsa sökülen elektronların kinetik enerjisi artar.
Eşik frekansının altında çok şiddetli ışıkla elektron sökülebilir.
Frekans 2 katına çıkınca E_k,max da 2 katına çıkar.
E_k,max = 1,5 eV ise kesme gerilimi 1,5 V'tur.
Compton saçılmasında fotonun dalga boyu azalır.
Compton kayması gelen fotonun dalga boyuna bağlıdır.
E_k,max–f grafiklerinin eğimi metale bağlıdır.
7ÖSYM'de nasıl soruluyor
Önemli yerleri altını çizer gibi oku.
- Fotoelektrik denklemi: Foton enerjisi ya da dalga boyu ve eşik enerjisi verilerek E_k,max veya kesme gerilimi sorulur; iki farklı ışıkla yapılan deneyden eşik enerjisi bulunur.
- Grafik yorumlama: E_k,max–f doğrusunun eğimi ve eksenleri kestiği noktalar; akım–gerilim grafiğinde doyma akımı ve kesme gerilimi. Grafikler sınavda görsel olarak verilir.
- Değişken analizi: Şiddet, frekans ya da metal değiştirildiğinde elektron sayısı, E_k,max, kesme gerilimi ve akımın nasıl değiştiği.
- Compton saçılması: Saçılan fotonun enerji, frekans ve dalga boyu değişimi; enerji–momentum korunumu; öncüllü kavramsal yargılar.
- Teknoloji uygulamaları: Güneş pili, fotosel, lazer, LED, elektron mikroskobu, MR, PET gibi uygulamaların hangi fiziksel ilkeye dayandığını eşleştirme.
- Dalga–tanecik ikiliği: Hangi olayın ışığın tanecik, hangisinin dalga modeliyle açıklandığı; de Broglie dalga boyu oranları.
8Kısa tekrar
Son bölüm! Biraz kaldı, bitirmek üzeresin.
h·f = W₀ + ; W₀ = h·f₀ = . e·V_k = E_k,max; kesme gerilimi bağlı, bağlı değil. Şiddet artarsa artar; frekans artarsa artar. f < f₀ ise şiddet ne olursa olsun elektron . E_k,max–f doğrusunun eğimi ; eksen kesimi . Compton: saçılan fotonun λ'sı ; Δλ = (h/(m_e·c))·(1 − cos θ). Foton momentumu p = ; de Broglie λ = . Uygulamalar: güneş pili, fotosel, lazer (), LED, elektron mikroskobu, MR, PET.