Modern Fizik

Aşağıda yarı iletken teknolojisinde karşılaşılan bazı fiziksel durumlar ve devre elemanları ile bunlara ait çalışma mekanizmaları ve yük taşıyıcı davranışları verilmiştir.

Buna göre, sol sütunda verilen durumları sağ sütundaki en uygun açıklama veya davranışla eşleştiriniz.

Lazer ışığı (LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), uyarılmış emisyon yoluyla ışığın şiddetlendirilmesi esasına dayanır.

Uyarılmış emisyon ve lazer ışığının özellikleri ile ilgili;

I. Aktif ortamda uyarılmış enerji seviyesindeki atom sayısının, temel seviyedeki atom sayısından fazla olması durumu olan 'tersine birikim' (population inversion) gerçekleşmeden sürekli lazer ışıması elde edilemez.
II. Uyarılmış emisyon sürecinde, uyarılmış bir elektronun alt enerji seviyesine geçmesini tetikleyen dış foton, bu geçiş s��rasında kendisi soğurulmadan sistemden ayrılır ve yanına yeni bir foton katarak yollarına devam ederler.
III. Lazer ışını yüksek enerjili ve odaklanmış olduğundan, boşluktaki yayılma hızı, aynı frekanstaki sıradan bir ışık kaynağının yaydığı ışığın boşluktaki yayılma hızından daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Durgun haldeki bir elektron üzerine gönderilen $\lambda$ dalga boylu ve $p$ momentum büyüklüğüne sahip bir foton, elektronla etkileştikten sonra gelen doğrultusuyla $90^\circ$ açı yapacak şekilde saçılmaktadır. Saçılan fotonun momentum büyüklüğü $p'$, dalga boyu ise $\lambda'$ olarak ölçülmektedir.

Buna göre, saçılma sonrası elektronun kazandığı momentum büyüklüğü ($p_e$) ve fotonun fiziksel nicelikleri ile ilgili;

I. Elektronun momentum büyüklüğü $p_e = \sqrt{p^2 + (p')^2}$ bağıntısı ile hesaplanır.
II. Saçılan fotonun yayılma hız��, gelen fotonunkinden küçüktür.
III. Saçılan fotonun dalga boyu $\lambda' = \lambda + \frac{h}{m_e c}$ olur (Burada $h$ Planck sabiti, $m_e$ elektronun durgun kütlesi, $c$ ise ışık hızıdır).

yargılarından hangileri doğrudur?

Durgun haldeki serbest bir elektrona gönderilen $E$ enerjili ve $P$ momentum büyüklüğüne sahip bir foton, elektronla etkileşerek şekildeki gibi Compton saçılması gerçekleştiriyor.

Buna göre;

I. Saçılan fotonun boşluktaki yayılma hızının büyüklüğü, gelen fotonunkine eşittir.
II. Çarpışma sonrasında sistemin toplam momentum büyüklüğü için $P_{\text{gelen}} = P_{\text{saçılan}} + P_{\text{elektron}}$ ilişkisi geçerlidir.
III. Saçılan fotonun dalga boyu, gelen fotonun dalga boyundan daha büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Bir Compton saçılması deneyinde, durgun hâldeki serbest bir elektron üzerine gönderilen $E$ enerjili ve $p$ momentum büyüklüğündeki bir foton, elektronla etkileştikten sonra saçılıyor. Saçılan fotonun enerjisi $E'$ ve momentum büyüklüğü $p'$ olurken; saçılan elektronun kinetik enerjisi $E_k$ ve momentum büyüklüğü $p_e$ olarak ölçülüyor.

Buna göre saçılma sürecinde;

I. Saçılan fotonun yayılma hızı, gelen fotonun yayılma hızından daha küçüktür.
II. Gelen foton, saçılan foton ve saçılan elektronun momentum büyüklükleri arasında $p = p' + p_e$ ilişkisi vardır.
III. Saçılan fotonun dalga boyu, gelen fotonun dalga boyundan büyüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Bohr atom modeline göre hidrojen atomunun birinci uyarılma seviyesinde ($n = 2$) dolanan bir elektronun çizgisel sürati $v$, de Broglie dalga boyu ise $\lambda_e$ kadardır.

Bu elektron temel hale ($n = 1$) geçiş yaptığında atomdan salınan fotonun dalga boyu $\lambda_f$ olduğuna göre, $\frac{\lambda_f}{\lambda_e}$ oranı aşağıdakilerden hangisine eşittir?

(Işık hızı $c$'dir.)

Durgun bir elektron üzerine gönderilen yüksek enerjili bir X-ışını fotonunun Compton saçılması gerçekleştirdiği bir olayda; saçılan fotonun boşluktaki yayılma sürati gelen fotonunkine eşit kalırken, saçılan foton ile saçılan elektronun momentum büyüklüklerinin skaler toplamı gelen fotonun momentum büyüklüğüne eşittir.

Compton saçılması olayında, durgun haldeki bir serbest elektronla çarpışarak saçılan bir fotonun boşluktaki yayılma hızı, çarpışmadan önceki yayılma hızından daha düşüktür. Bu ifade doğru mudur?

Bir Compton saçılması olayında, durgun haldeki serbest bir elektron ile etkileşerek saçılan fotonun momentum büyüklüğü ile saçılan elektronun momentum büyüklüğünün skaler toplamı, gelen fotonun momentum büyüklüğüne eşittir.

Çizgisel momentumunun büyüklü��ü $p$ olan bir elektronun de Broglie dalga boyu $\lambda$ olarak ölçülmektedir.

Buna göre, çizgisel momentumunun büyüklüğü $3p$ olan bir protonun de Broglie dalga boyu kaç $\lambda$ olur?

Laboratuvarda gerçekleştirilen bir Compton saçılması deneyinde, durgun bir serbest elektron ile etkileşen X-ışını fotonunun saçılma süreci incelenmektedir. Gelen fotonun çizgisel momentumu $\vec{p}_g$, saçılan fotonun çizgisel momentumu $\vec{p}_s$ ve saçılan elektronun çizgisel momentumu $\vec{p}_e$ olarak modellenmiştir.

Buna göre, bu etkileşim sürecinde gerçekleşen korunum yasaları ve fiziksel nicelikler ile ilgili;

I. $\vec{p}_g = \vec{p}_s + \vec{p}_e$
II. $p_g = p_s + p_e$
III. Gelen fotonun sürati, saçılan fotonun süratinden büyüktür.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Compton saç��lması olayında, $\lambda$ dalga boylu ve $P$ momentum büyüklüğüne sahip bir X-ışını fotonu, durgun haldeki serbest bir elektronla etkileşerek saçılmaktadır. Saçılma sonucunda fotonun dalga boyu $2\lambda$ olmaktadır.

Buna göre;

I. Saçılan fotonun boşluktaki yayılma hızı, gelen fotonun hızına eşittir.
II. Saçılan elektronun momentum büyüklüğü $\frac{P}{2}$'den büyüktür.
III. Saçılan elektronun kinetik enerjisi, saçılan fotonun enerjisine eşittir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Yarı iletken teknolojisinde sıklıkla kullanılan bazı devre elemanları ve bu elemanların temel işlevleri aşağıda karışık olarak verilmiştir. Bu devre elemanlarını temel işlevleriyle doğru şekilde eşleştiriniz.

Durgun hâldeki bir serbest elektronla çarpışan yüksek enerjili bir $X$-ışını fotonunun, şekilde gösterildiği gibi tam geri saçılmaya ($180^\circ$) uğradığı bir Compton saçılması olayı gerçekleşmektedir.

Çarpışma öncesinde gelen fotonun dalga boyu $\lambda_1$, çarpışma sonrasında saçılan fotonun dalga boyu $\lambda_2$ ve saçılan elektronun de Broglie dalga boyu ise $\lambda_e$ olarak ölçülüyor.

Buna göre; $\lambda_1$, $\lambda_2$ ve $\lambda_e$ dalga boylarının büyüklüklerini büyükten küçüğe doğru sıralayınız.

Serbest bir elektronla çarpışan yüksek enerjili bir fotonun saçılma süreci incelenmektedir. Çarpışma sonrasında, saçılan fotonun momentum vektörü ($\vec{p}_2$) ile saçılan elektronun momentum vektörünün ($\vec{p}_e$) birbirine dik olduğu ($\vec{p}_2 \perp \vec{p}_e$) gözlenmiştir. Gelen fotonun momentum büyüklüğü $p_1$, saçılan fotonun momentum büyüklüğü $p_2$, ışığın boşluktaki yayılma hızı ise $c$’dir.

Buna göre saçılma açısı $\theta$ ($\vec{p}_1$ ile $\vec{p}_2$ doğrultuları arasındaki açı) ve saçılan tanecikler ile ilgili;

I. Saçılan fotonun boşluktaki hızı, gelen fotonun hızından küçüktür.
II. Momentum büyüklükleri arasında $p_1^2 = p_2^2 + p_e^2$ ilişkisi vardır.
III. Saçılma açısının kosinüsü $\cos\theta = \frac{p_2}{p_1}$ eşitliği ile ifade edilir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Lazer ışınları, modern teknolojide tıp, sanayi ve iletişim gibi pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna göre, lazer ışığının özellikleri ve elde ediliş süreci ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Bir Compton saçılması olayında, çizgisel momentumu $\vec{P}$ (büyüklüğü $P$) olan bir X-ışını fotonu, durgun kabul edilen serbest bir elektronla etkileşmektedir. Etkileşimden sonra saçılan fotonun çizgisel momentumu $\vec{P}_f$ (büyüklüğü $P_f$), sa��ılan elektronun çizgisel momentumu ise $\vec{P}_e$ (büyüklüğü $P_e$) olmaktadır.

Buna göre, bu etkileşim süreciyle ilgili,

I. $P = P_f + P_e$
II. $\vec{P} = \vec{P}_f + \vec{P}_e$
III. Saçılan fotonun yayılma sürati, gelen fotonun yayılma süratinden daha küçüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Tıbbi görüntüleme cihazlarının çalışma prensipleri ve kullandıkları dalga türlerine dair çalışma yapan bir grup öğrenci, aşağıdaki tabloyu haz��rlamıştır:

Öğrenciler, tablodaki bilgileri ve fiziksel ilkeleri değerlendirerek bazı çıkarımlarda bulunmuştur.

Buna göre, öğrencilerin yaptığı aşağ��daki çıkarımlardan hangisi fiziksel ilkeler açısından doğrudur?

Bir fotoelektrik olay deneyinde, eşik frekansı $f_0$ olan bir metal yüzeye $3f$ frekanslı ışık gönderildiğinde yüzeyden sökülen maksimum kinetik enerjili elektronlara eşlik eden de Broglie dalga boyu $\lambda$ olarak ölçülmektedir. Aynı metal yüzeye $6f$ frekanslı ışık gönderildiğinde ise sökülen maksimum kinetik enerjili elektronlara eşlik eden de Broglie dalga boyu $\frac{\lambda}{2}$ olmaktadır.

Buna göre, metalin eşik frekansı $f_0$ kaç $f$'dir?

Kütleleri sırasıyla $2m$ ve $3m$ olan $K$ ve $L$ taneciklerinin kinetik enerjileri sırasıyla $8E$ ve $3E$ olarak ölçülmüştür.

Buna göre, bu taneciklere eşlik eden de Broglie dalga boylarının oranı $\frac{\lambda_K}{\lambda_L}$ kaçtır?