Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları

Süperiletken malzemelerin fiziksel özellikleri ve teknolojik kullanım alanları ile ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Hastanelerde tıbbi teşhis amacıyla kullanılan Manyetik Rezonans (MR) ve Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) cihazlarının çalışma ilkeleriyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Trafikte hız sınırını aşan araçların tespit edilmesi amacıyla kullanılan radar cihazlarının çalışma prensibiyle ilgili;

I. Radar cihazı, hedef araca doğru elektromanyetik dalgalar gönderir ve araçtan yansıyan dalgaları dedektörle algılar.
II. Araçların hızının tespit edilmesi, araçtan yansıyan dalgaların frekansındaki değişim (Doppler etkisi) analiz edilerek gerçekleştirilir.
III. Radar cihazından yayılan elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı, frekansı daha yüksek olan görünür ışığın boşluktaki yayılma hızından daha küçüktür.

yargılarından hangileri doğrudur?

Transistörler, elektrik devrelerinde alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek amacıyla doğrultucu olarak kullanılan iki uçlu yarı iletken devre elemanlarıdır.

Bir laboratuvarda süperiletkenlik üzerine deney yapan öğrenciler, bir metal örneğinin elektriksel direncinin sıfıra düştüğünü ve dış manyetik alanı tamamen dışarıladığını gözlemlemek istemektedir.

Buna göre, metal örneğinde bu durumların gözlemlenebilmesi için sıcaklık şart�� ve malzemenin sergileyeceği manyetik davranış aşağıdakilerden hangisinde doğru olarak verilmiştir?

Radyoloji bölümünde çalışan bir uzman, hastanede bulunan klasik röntgen ve bilgisayarlı tomografi (BT) cihazlarının çalışma prensiplerini stajyerlere açıklarken aşağıdaki bilgileri veriyor:

I. Röntgen cihazında X-ışınları elde edilirken, katottaki filamentten yayılan elektronlar yüksek gerilim altında hızlandırılarak anot hedef metale çarptırılır. Hedef metaldeki atomlarla etkileşen elektronların ivmeli hareketi sonucunda yavaşlama (frenleme) ve karakteristik X-ışınları oluşur.

II. Bilgisayarlı tomografi (BT) cihazı; hastanın etrafında dönen bir X-ışını tüpü ve karşısındaki dedektörler yardımıyla vücuttan farklı açılardan geçen ışınların soğurulma miktarlarını ölçer. Bu veriler bilgisayar yazılımları ile işlenerek dokuların üç boyutlu kesitsel görüntüleri oluşturulur.

III. Bilgisayarlı tomografi cihazında, klasik röntgene göre çok daha net ve detaylı kesitler elde edilebilmesi için X-ışınları yerine elektromanyetik spektrumda iyonlaştırıcı etkisi olmayan radyo dalgaları ve güçlü bir dış manyetik alan kullanılır.

Buna göre, uzmanın verdiği bilgilerden hangileri doğrudur?

Modern tıpta hastalıkların teşhis ve görüntülenmesinde kullanılan Manyetik Rezonans (MR) ve Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) cihazlarının çalışma ilkeleri ile ilgili;

I. MR cihazında, güçlü bir dış manyetik alan etkisiyle vücuttaki hidrojen atomu çekirdeklerinin spin yönelimleri düzenlenir ve bu çekirdeklere gönderilen radyo dalgaları soğurularak rezonans olayı gerçekleştirilir.
II. PET cihazında, hastaya verilen radyoaktif çekirdeklerin saldığı pozitronların vücuttaki elektronlarla yok olma tepkimesi vermesi sonucu oluşan gama ışınları dedektörler yardımıyla algılanır.
III. Her iki görüntüleme yönteminde de hastaya yüksek enerjili ve iyonlaştırıcı elektromanyetik radyasyon uygulanarak görüntü elde edildiğinden, hastalar radyasyon tehlikesine maruz kalır.

yargılarından hangileri doğrudur?

Görüntüleme ve hedef tespit teknolojilerinde yaygın olarak kullanılan ultrason ve radar cihazlarının çalışma prensipleri ile bu cihazlarda yararlanılan dalgaların özellikleri ile ilgili;

I. Her iki cihazda da gönderilen dalgaların yansıması ve Doppler olayı ilkelerinden yararlanılarak hedef nesnelerin konumu ya da hareket hızı belirlenebilir.
II. Ultrason cihazında kullanılan dalgalar boyuna mekanik dalgalar olup yayılmak için maddesel ortama ihtiyaç duyarken, radar cihazında kullanılan dalgalar enine elektromanyetik dalgalardır.
III. Her iki cihazda da dalgaların üretilmesi ve algılanması, kristal malzemelerin piezoelektrik özelliği sayesinde gerçekleştirilir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Süperiletken malzemelerin sahip olduğu temel fiziksel özellikler ile bu özelliklerin fiziksel açıklamaları veya teknolojik uygulama alanları arasındaki ilişkiyi kurmak isteyen bir öğrenci aşağıdaki eşleştirme çalışmasını yapacaktır.

Buna göre, sol sütundaki süperiletkenlik özelliklerini sağ sütundaki en uygun açıklama veya teknolojik uygulama ile eşleştiriniz.

Katkılanmış yarı iletken malzemelerin bir araya getirilmesiyle oluşturulan $p-n$ eklemi ve bu eklemin davranışıyla ilgili,

I. Eklem ilk oluşturulduğunda, herhangi bir dış gerilim uygulanmadan önce çoğunluk taşıyıcıların difüzyonu sonucu eklem bölgesinde $n$-tipinden $p$-tipine doğru yönelmiş bir iç elektrik alan oluşur.
II. Ekleme doğru kutuplama gerilimi uygulandığında, dış elektrik alan iç elektrik alanı zayıflatır ve arındırılmış (geçiş) bölgenin genişliği azalır.
III. Ekleme ters kutuplama gerilimi uygulandığında, geçiş bölgesindeki elektrik alanın yönü tersine döner ve eklemden yüksek değerde bir akım geçişi başlar.

yargılarından hangileri doğrudur?

Yarı iletken devre elemanları olan diyot ve transistörler ile ilgili;

$I$. Diyotlar, alternatif akımı doğru akıma dönüştürme (doğrultma) işleminde kullanılırken; transistörler devrelerde anahtarlama ve sinyal yükseltme amacıyla kullanılır.
$II$. $PNP$ tipi bir transistörün aktif bölgede çalışabilmesi için emiter-baz eklemi doğru (ileri), kolektör-baz eklemi ise ters kutuplanmalıdır.
$III$. Doğru kutuplanmış (ileri beslemeli) bir $P\text{-}N$ ekleminde (diyotta), eklem bölgesindeki tükenme (geçiş) b��lgesinin genişliği artar ve bu durum elektrik akımının geçişini kolaylaştırır.

yargılarından hangileri doğrudur?

Bir Coolidge (Röntgen) tüpünde tıbbi görüntülemede kullanılacak X-ışınlarının oluşum aşamaları aşağıda karışık olarak verilmiştir:

I. Katot flamanın ısıtılarak termoyonik emisyon yoluyla serbest elektronların salınması
II. Serbest elektronların katot ile hedef metal anot arasındaki yüksek potansiyel farkıyla anoda doğru hızlandırılması
III. Hızlandırılan yüksek enerjili elektronların hedef metal anota çarparak durdurulması
IV. Metal atomları ile etkileşen elektronların ivmeli hareket yapmasıyla bremsstrahlung (yavaşlama) ve karakteristik X-ışını fotonlarının yayınlanması

Buna göre, Röntgen tüpünde X-ışını elde edilme sürecinin fiziksel olarak gerçekleşme sırası aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

Hastanelerin farklı bölümlerinde teşhis amacıyla kullanılan görüntüleme teknolojilerinin çalışma prensipleri birbirinden farklıdır. Aşağıdaki tabloda Manyetik Rezonans (MR) ve Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) cihazlarının bazı temel özellikleri karşılaştırılmıştır:

Buna göre, bu görüntüleme cihazlarının çalışma ilkeleriyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Modern tıpta kullanılan görüntüleme teknolojileri ile ilgili fizik dersinde yapılan bir tartışmada öğrenciler şu yorumları yapmıştır:

* Can: MR cihazı, vücuda gönderilen yüksek frekanslı radyo dalgaları ile güçlü manyetik alanın etkileşimi sonucu hidrojen atomlarının çekirdek spinlerindeki değişimleri ölçerek görüntü oluşturur ve iyonlaştırıcı radyasyon içermez.
* Elif: PET cihazı, hastaya enjekte edilen radyoaktif bir ajanın saldığı pozitronların hücrelerdeki elektronlarla yok olma tepkimesi yapması sonucu ortaya çıkan gama ışınlarını dedekte ederek çalışır.

Buna göre, öğrencilerin yorumları ve bu görüntüleme cihazlarının çalışma ilkeleriyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Modern teknolojide malzemelerin nanometre ($1\text{ nm} - 100\text{ nm}$) boyutlarındaki fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerini inceleyen ve bu boyutlarda yeni işlevsel yapılar geliştirmeyi amaçlayan nanoteknoloji; atomik düzeyde kontrol sağlayarak malzemelere makroskobik boyutlarından çok daha farklı özellikler kazandırır. Bu değişimlerin temelinde, nano boyuta inildikçe kuantum hapsi (kısıtlaması) etkilerinin baskın hale gelmesi ve malzemenin yüzey alanı/hacim oranının değişmesi yer alır.

Buna göre nanomalzemeler ve bu malzemelerin uygulama alanları ile ilgili yapılan aşağıdaki değerlendirmelerden hangisi doğrudur?

Bir hastanede tıbbi görüntüleme ünitesinde çalışan bir mühendis, klasik röntgen cihazı ile bilgisayarlı tomografi (BT) cihazının ��alışma prensiplerini ve fiziksel temellerini karşılaştırmaktadır.

Buna göre;

I. Röntgen tüpünde katot flamanının ısıtılmasıyla salınan elektronların yüksek gerilim ($V$) altında hızlandırılıp anot hedef metale çarptırılması sırasında yaşanan ani yavaşlama sonucunda sürekli spektrumlu X-ışınları (frenleme radyasyonu) elde edilir.

II. Klasik röntgende vücuttan geçen X-ışınları tek bir doğrultuda dedektöre düşürülerek iki boyutlu (2D) bir gölge görüntüsü oluşturulurken, BT cihazında hastanın ��evresinde dönen bir kaynak ve dedektör sistemiyle elde edilen çok sayıda kesitsel veri bilgisayar yazılımı yardımıyla üç boyutlu (3D) görüntüye dönüştürülür.

III. Bilgisayarlı tomografi (BT) cihazı, klasik röntgen cihazından farklı olarak X-ışınları yerine iyonlaştırıcı etkisi olmayan radyo dalgaları ve güçlü manyetik alanlar kullanarak görüntüleme gerçekleştirir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Modern tıpta hastalıkların teşhis edilmesinde Manyetik Rezonans (MR) ve Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) gibi ileri görüntüleme teknolojilerinden yararlanılmaktadır.

Bu cihazların çalışma mekanizmaları ve güvenlik özellikleri ile ilgili,

I. MR cihazında, güçlü bir dış manyetik alan yardımıyla vücuttaki hidrojen çekirdekleri (protonlar) belirli bir doğrultuda hizalanır ve gönderilen radyo dalgaları ile bu çekirdeklerin rezonansa girmesi sağlanarak görüntü elde edilir.
II. PET cihazında, hastaya enjekte edilen radyoaktif çekirdeklerin saldığı pozitronların vücuttaki elektronlarla yok olma tepkimesi yapması sonucu oluşan zıt yönlü çift gama ışınları saptanarak görüntüleme gerçekleştirilir.
III. Her iki cihazın da görüntüleme s��recinde yüksek enerjili ve iyonlaştırıcı X ya da gama ışınları kullanıldığı için hastaların radyasyon güvenliği açısından benzer risk profilleri bulunur.

yargılarından hangileri doğrudur?

Yarı iletken malzemelerin birleştirilmesiyle elde edilen p-n ekleminin kutupsuz (herhangi bir dış gerilim uygulanmamış) durumundaki yapısı şematik olarak gösterilmiştir.

Buna göre p-n eklemi ve sınırda oluşan arındırılmış (geçiş) bölge ile ilgili,

I. N bölgesinden p bölgesine difüzyonla geçen serbest elektronların sınır yakınındaki deşiklerle birleşmesi (rekombinasyon) sonucu arındırılmış bölge oluşur.
II. Arındırılmış bölgede oluşan iç elektrik alanın yönü, n bölgesinden p bölgesine doğrudur.
III. P-N eklemine doğru (ileri) yönlü bir dış gerilim uygulandığında arındırılmış bölgenin genişliği artar.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Günlük hayatta ve teknolojide geniş kullanım alanına sahip olan ultrason ve radar cihazları ile ilgili;

I. Ultrason cihazlarında piezoelektrik kristallerin titreştirilmesiyle üretilen yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar kullanılır.
II. Radar cihazlarında hareketli bir hedefin hızını belirlemek için, hedeften yansıyan dalgaların Doppler etkisi nedeniyle yayılma hızının değişmesi prensibinden yararlanılır.
III. Her iki cihazda da gönderilen dalgaların engellerden veya farklı ortamlardan yansıması (eko) prensibi kullanılarak hedef tespiti yapılır.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Bir transistörün aktif bölgede bir yükselte�� (amplifikatör) olarak çalışabilmesi için emiter-baz ekleminin doğru (ileri) kutuplanması, kollektör-baz ekleminin ise ters kutuplanması gerekir.