Modern Fizik: Fotoelektrik Olay, Atom Modelleri, Radyoaktivite ve Özel Görelilik

Modern fizik; klasik fiziğin açıklayamadığı olayları inceler. Sınavlarda kavramsal yorum ve temel formüller sorulur.

Fotoelektrik olay

• Metal yüzeyine yeterli enerjili ışık düşürülünce yüzeyden elektron kopması olayıdır.
• Işığın tanecik (foton) doğasını gösterir. Foton enerjisi: E = h · f (h: Planck sabiti).
• Kinetik enerji: E_k,maks = h·f − W (W: bağlanma/eşik enerjisi, metalin özelliğidir).
• Eşik frekansı: f₀ = W / h. Işık frekansı f₀’dan küçükse elektron kopmaz, şiddet ne kadar büyük olursa olsun.
• Işığın şiddeti (foton sayısı) koparılan elektron sayısını (akımı) artırır; frekansı kopan elektronların maksimum kinetik enerjisini artırır.

Compton olayı

• X-ışını fotonunun elektronla çarpışıp enerji kaybederek saçılması. Fotonun momentumu olduğunu gösterir.

Atom modelleri

• Dalton: Atom bölünmez, içi dolu küre.
• Thomson (üzümlü kek modeli): Pozitif yük içine gömülü elektronlar; elektron bulundu.
• Rutherford: Altın levha saçılma deneyi; pozitif yük çekirdekte toplanmıştır, atom içi büyük oranda boştur. Elektronlar çekirdek etrafında döner (gezegen modeli). Eksiği: Elektron enerji yayarak çekirdeğe düşmeliydi; çizgi spektrumu açıklayamadı.
• Bohr: Elektronlar belirli enerji seviyelerinde (yörüngelerde) bulunur; seviye değiştirirken foton soğurur/yayar: ΔE = h · f. Hidrojen atomunun çizgi spektrumunu açıklar. Çok elektronlu atomlara uygulanamaz.

Radyoaktivite

• Kararsız çekirdeklerin ışıma yaparak kararlı hâle geçmesidir.
• α (alfa): Helyum çekirdeği; en az nüfuz eder, en çok iyonlaştırır. β (beta): elektron/pozitron. γ (gama): yüksüz elektromanyetik dalga; en çok nüfuz eder.
• Yarı ömür (T½): Bir radyoaktif maddenin yarısının bozunması için geçen süre. n yarı ömür sonra kalan miktar N = N₀ / 2ⁿ.
• Kullanım: Tıp (tedavi, görüntüleme), karbon-14 ile yaş tayini, enerji (nükleer santral).

Özel görelilik

• Postülalar: (1) Fizik yasaları tüm eylemsiz sistemlerde aynıdır. (2) Işık hızı (c ≈ 3·10⁸ m/s) bütün gözlemcilere göre sabittir.
• Zaman genişlemesi: Hareketli saat yavaş işler (hareketsiz gözlemciye göre).
• Boy kısalması: Hareket yönündeki uzunluk kısalır.
• Kütle-enerji eşdeğerliği: E = m · c².
• Hiçbir cisim ışık hızına ulaşamaz.

Sınavda dikkat

• Fotoelektrikte frekans enerjiyi, şiddet sayıyı belirler.
• Eşik frekansının altında ışık ne kadar şiddetli olursa olsun elektron kopmaz.
• Alfa en az nüfuz eden, gama en çok nüfuz eden ışımadır.
• Rutherford = çekirdek, Bohr = enerji seviyeleri, Thomson = üzümlü kek.

Sık sorulan sorular

Fotoelektrik olay neyi kanıtlar?

Işığın tanecik (foton) doğasını.

Eşik frekansı nedir?

Elektron koparabilmek için ışığın sahip olması gereken en küçük frekanstır.

Bohr modeli neyi açıklar?

Hidrojen atomunun çizgi spektrumunu; enerji seviyeleri arasındaki geçişleri.

Yarı ömür nedir?

Bir radyoaktif maddenin yarısının bozunması için geçen süredir.