Modern Fizik

Modern elektronik teknolojisinin temelini oluşturan yarı iletken devre elemanlarının çalışma prensipleri, $p-n$ ekleminin kutuplanma (besleme) durumuna ve yük taşıyıcılarının davranışına bağlı olarak değişir.

Buna göre, sol sütunda verilen yarı iletken durum/elemanları ile sağ sütundaki temel çalışma karakteristiklerini doğru şekilde eşleştiriniz.

Boşlukta yayılmakta olan bir fotonun dalga boyu ile belirli bir hıza sahip bir elektronun de Broglie dalga boyu birbirine eşittir.

Buna göre;

I. Çizgisel momentumlarının büyüklüğü,
II. Hızlarının büyüklüğü,
III. Toplam enerjileri

niceliklerinden hangileri bu iki tanecik için kesinlikle birbirine eşittir?

Dünya'ya göre $0,6c$ sabit hızıyla hareket eden bir uzay gemisindeki astronot, gemide gerçekleşen bir olayın süresini $10\text{ s}$ olarak ölçmektedir. Buna göre, Dünya'daki durgun bir gözlemci aynı olayın gerçekleşme süresini kaç saniye ($\text{s}$) olarak ölçer?

Görüntüleme cihazlarından Manyetik Rezonans (MR) ve ultrason cihazlarının her ikisinin de elektromanyetik dalga kullanarak görüntü oluşturduğu ve hastaya iyonize radyasyon vermediği yönündeki iddia fiziksel açıdan doğru mudur?

Klasik fizik yaklaşımı (Rayleigh-Jeans Yasası), siyah cisim ışımasında dalga boyu küçüldükçe yayılan ışığın şiddetinin sonsuza gitmesi gerektiğini öngörmüş ancak bu durum deneysel sonuçlarla çelişmiştir (morötesi felaket). Klasik fizikteki bu çıkmazı çözerek kuantum fiziğinin doğuşunu sağlayan Max Planck'ın ortaya koyduğu temel varsayım aşağıdakilerden hangisidir?

Yarı iletken malzemelerin elektriksel iletkenliklerinin katkılama yoluyla kontrol edilebilmesi, modern elektroniğin ve mikroçiplerin gelişiminde temel oluşturmuştur. Saf bir yarı iletken kristalin katkılanması ve oluşan $p-n$ ekleminin yapısıyla ilgili,

I. Saf silisyum kristali $5$ değerlik elektronuna sahip arsenik atomları ile katkılandığında oluşan $n$-tipi yarı iletken malzeme, elektriksel olarak nötrdür.
II. Bir $p-n$ eklemine doğru kutuplama uygulandığında (p-bölgesine üretecin pozitif kutbu, n-bölgesine ise negatif kutbu bağlandığında), eklemdeki geçiş (engelleme) bölgesinin genişliği azalır.
III. $p-n$ eklemi oluşturulduğunda, eklem bölgesinde kendiliğinden oluşan iç elektrik alanın yönü $p$-tipi bölgeden $n$-tipi bölgeye doğrudur.

yargılarından hangileri doğrudur?

Özel görelilik kuramına göre, bir eylemsiz referans sisteminde aynı anda farklı konumlarda gerçekleşen herhangi iki olay, bu sisteme göre sabit $v$ hızıyla hareket eden başka bir eylemsiz referans sisteminde de kesinlikle eş zamanlı olamaz.

Buna göre, eş zamanlılığın göreliliği çerçevesinde ele alınan bu ifade doğru mudur?

Bir fotoelektrik olay deneyinde, metal bir katot yüzeyine düşen ışığın akısı (saniyedeki foton sayısı) sabit tutularak, gönderilen ışığın frekansı artırılmaktadır.

Buna göre, metal yüzeyden kopan fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi ($E_{kin}$) ve devrede oluşan maksimum akım şiddeti ($I_{maks}$) değerlerinin değişimi hakkında aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Yarı iletken teknolojisinde kullanılan bazı devre elemanları ile bu devre elemanlarının temel çalışma prensipleri ve işlevlerine ait açıklamaların doğru bir şekilde eşleştirilmesini sağlayınız.

Süperiletken malzemelerin özellikleri ve davranışları ile ilgili;

I. Kritik sıcaklık ($T_c$) değerinin altındaki s��caklıklarda, malzemenin doğru akıma karşı gösterdiği elektriksel direnç sıfıra iner.
II. Kritik sıcaklığın altındaki bir süperiletken malzeme, dış manyetik alan çizgilerini içinden dışarı atarak mükemmel diyamanyetik davranış sergiler (Meissner etkisi).
III. Bir malzemenin süperiletkenlik durumuna geçmesi yalnızca sıcaklığa bağlıdır; malzemeye uygulanan dış manyetik alanın şiddeti bu durumu etkilemez.

yargılarından hangileri doğrudur?

Modern fizik teknolojisinde çok geniş bir kullanım alanına sahip olan lazerlerin çalışma prensipleri, bileşenleri ve ürettikleri ışığın özellikleri hakkında bazı temel kavramlar aşağıda verilmiştir.

Buna göre, sol sütunda verilen kavramları sağ sütunda verilen en uygun açıklamalarıyla eşleştiriniz.

Bir fotosel lambanın katot yüzeyine düşen tek renkli ışığın frekansı değiştirilmeden, fotosel üzerine düşen ışık şiddeti (saniyedeki foton sayısı) artırılıyor.

Buna göre, katot yüzeyinden kopan fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi ($E_k$) ve devrede oluşan maksimum fotoelektrik akım şiddeti ($I_{max}$) niceliklerinin değişimi hakkında aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

Bir laboratuvarda lazer ışığı elde etme süreci ve oluşan lazer ışınının özellikleri ile ilgili çalışan bir öğrenci şu hipotezleri kurmuştur:

I. Lazer ışığı üretimi, uyarılmış enerji seviyesindeki atomların, dışarıdan gelen uygun enerjili bir tetikleyici fotonun etkisiyle aynı fazda ve aynı enerjide fotonlar yayması (uyarılmış emisyon) esasına dayanır.
II. Aktif ortamdaki (aktif medyum) atomların optik pompalama yöntemiyle uyarılması sürecinde, gönderilen uyarım fotonlarının enerjisi, atomun uyarılma enerji seviyeleri arasındaki farktan büyük olan herhangi bir değerde seçilebilir.
III. Uyarılmış emisyon sonucu yayılan ve yüksek şiddete ulaşan lazer ışığının boşluktaki yayılma hızı, uyarımı tetikleyen ilk fotonun boşluktaki yayılma hızından daha büyüktür.

Buna göre, öğrencinin kurduğu hipotezlerden hangileri doğrudur?

Atmosferin üst katmanlarında kozmik ışınların çarpışması sonucu oluşan müon parçacıklarının laboratuvar ortamındaki ortalama yarı ömürleri yaklaşık $2,2 \times 10^{-6}\text{ s}$ olarak ölçülmüştür. Bu parçacıklar ışık hızına çok yakın hızlarla ($0,99c$) hareket etseler bile, klasik fizik yasalarına göre bozunmadan Dünya yüzeyine ulaşabilmeleri mümkün değildir. Ancak yeryüzündeki dedektörler yardımıyla çok sayıda müon parçacığı tespit edilebilmektedir.

Bu parçacıkların bozunmadan yeryüzüne ulaşabilmesi durumu özel görelilik kuramına göre açıklandığına göre;

I. Yer referans sistemindeki bir gözlemciye göre, hareketli müonların ömürlerinin uzamış olması (zaman genişlemesi),
II. Müon referans sistemindeki bir gözlemciye göre, atmosfer kalınlığının daha kısa ölçülmesi (uzunluk büzülmesi),
III. Müon referans sistemindeki bir gözlemciye göre, müonun kendi yarı ömrünün uzamış olması

yargılarından hangileri bu durumun açıklanmasında kullanılan doğru eylemsiz referans sistemi yorumlarındandır?

Kendi eylemsiz referans sisteminde dik kenarlarının uzunlukları $10\text{ m}$ ve $15\text{ m}$ olan dik üçgen şeklindeki levha, $10\text{ m}$ lik kenarı doğrultusunda Dünya'ya göre $0,6c$ sabit hızıyla hareket etmektedir.

Buna göre, Dünya'daki durgun bir gözlemci bu levhanın hipotenüs uzunluğunu kaç $\text{m}$ olarak ölçer?

Siyah cisim ışımasına ait deneysel dalga boyu-ışıma şiddeti grafiği ile klasik fizik öngörüsünü karşılaştıran bir öğrenci, aşağıdaki çıkarımları yapmıştır:

I. Klasik fizik yaklaşımı (Rayleigh-Jeans Yasası), dalga boyu kısaldıkça yayılan ışımanın şiddetinin sınırsız şekilde artacağını ($I \rightarrow \infty$) öngörür; bu durum deneysel sonuçlarla çelişir.

II. Deneysel verilere göre, cismin sıcaklığı artırıldığında yayılan toplam ışıma gücü artar ve maksimum şiddetteki ışımanın dalga boyu ($\lambda_{\text{maks}}$) daha küçük değerlere kayar.

III. $T_1$ sıcaklığındaki bir siyah cisimden yayılan görünür bölgedeki ışınların boşluktaki yayılma hızı, $T_2$ ($T_1 > T_2$) sıcaklığındaki bir siyah cisimden yayılan kızılötesi ışınların boşluktaki yayılma hızından büyüktür.

Buna göre, öğrencinin yaptığı çıkarımlardan hangileri doğrudur?

Bir fotosel lambanın katot yüzeyine, toplam gücü $P$ olan tek renkli bir ışık kaynağından çıkan $f$ frekanslı ışık demeti düşürülüyor. Bu durumda devrede oluşan maksimum akım şiddeti $I_{\text{maks}}$, kesme potansiyeli ise $V_k$ olarak ölçülüyor.

Katot metalinin bağlanma enerjisi sıfırdan farklı olduğuna göre, kaynağın toplam gücü $P$ değiştirilmeden frekansı $2f$ olan ışık yayan başka bir kaynak kullanılırsa;

I. Katottan birim zamanda kopan maksimum elektron sayısı yarıya iner.
II. Kesme potansiyeli iki katına çıkar.
III. Maksimum akım şiddeti $I_{\text{maks}}$ azalır.

yargılarından hangileri doğrudur?

Bir fotosel lambanın katot yüzeyine saniyede düşen foton sayısı sabit tutularak frekansı $f$ olan tek renkli ışık düşürüldüğünde, devrede oluşan maksimum akım şiddeti $I_{\text{max}}$, kesme gerilimi ise $V_{\text{kesme}}$ olmaktadır. Katot metalinin eşik enerjisi $E_0$ olduğuna göre;

I. Gönderilen ışığın frekansı ($f$) artırılırsa $V_{\text{kesme}}$ artar.
II. Gönderilen ışığın frekansı ($f$) artırılırsa $I_{\text{max}}$ artar.
III. Katot metalinin eşik enerjisi ($E_0$) daha büyük olan bir metal kullanılırsa $V_{\text{kesme}}$ azalır.

yargılarından hangileri doğrudur? (Elektron kopma şartının her durumda sağlandığı varsayılacaktır.)

Özel görelilik kuramına göre, eylemsiz bir referans sistemine göre ışık hızına yakın sabit hızla hareket etmekte olan bir uzay gemisinin boyu, hem gemi içindeki astronot hem de dışarıdaki durgun gözlemci tarafından hareket doğrultusunda daha kısa ölçülür.

Eylemsiz bir referans sisteminde durgun olan gözlemci, kendisinden $v_1$ sabit hızıyla uzaklaşan bir uzay gemisinin hareket doğrultusundaki boyunu $L_1$, bu gemideki bir dijital kronometrede geçen $1$ saniyelik süreyi ise kendi saatine göre $t_1$ saniye olarak ölçüyor.

Eğer uzay gemisi aynı doğrultuda $v_2 > v_1$ sabit hızıyla hareket etseydi; durgun gözlemcinin ölçeceği boy ($L_2$) ve gemideki kronometrede geçen $1$ saniyelik süre için kendi saatinde ölçeceği süre ($t_2$) ilk duruma göre nasıl değişirdi?