Modern fizik: çalışma rehberi

Temel fikirler

Modern fizik ışığı ve maddeyi küçük ölçeklerde tanımlar. Işık foton denen kuantumlar halinde gelir, parçacıkların dalga boyu vardır, atomların kesikli enerji düzeyleri vardır ve çekirdekler sabit yarı ömürlerle rastgele bozunur.

• Bir fotonun enerjisi E = hf = hc ÷ λ’dır. hc = 1240 eV·nm ile nanometre cinsinden dalga boyu doğrudan elektronvolt cinsinden enerjiyi verir.
• Fotoelektrik olayda K_max = hf − φ’dir. Elektronların çıkıp çıkmayacağını frekans belirler; şiddet yalnızca kaç tane çıkacağını belirler.
• Momentumu p olan parçacığın de Broglie dalga boyu λ = h ÷ p’dir. Hidrojen düzeyleri E_n = −13,6 eV ÷ n²’dir ve elektron düzeyler arasında düşerken ışık yayılır.
• Her yarı ömürden sonra kalan çekirdeklerin yarısı bozunur: N = N₀(½)^(t ÷ T½). Kütle ve enerji E = mc² ile bağlıdır.

Temel denklemler

• E = hf = hc ÷ λ
• K_max = hf − φ
• λ = h ÷ p
• E_n = −13.6 eV ÷ n²
• N = N₀(½)^(t ÷ T½)
• E = mc²

Çözümlü örnek

200 nm dalga boylu mor ötesi ışık, iş fonksiyonu 4,0 eV olan bir metale düşer. Foton enerjisi 1240 ÷ 200 = 6,2 eV’tur. Koparılan elektronların en büyük kinetik enerjisi 6,2 − 4,0 = 2,2 eV’tur. 700 nm’lik kırmızı ışığın yalnızca 1,8 eV’u vardır ve ne kadar şiddetli olursa olsun hiçbir elektron koparamaz.

Sık yapılan hatalar

• Daha parlak ışığın daha hızlı elektron verdiğini sanmak. Daha parlak ışık daha çok elektron verir; daha hızlı elektronlar için daha yüksek frekans gerekir.
• Joule ile elektronvoltu karıştırmak ya da metre cinsinden dalga boyunu eV·nm cinsinden hc ile kullanmak.
• İki yarı ömürden sonra numunenin bittiğine inanmak. Dörtte biri hâlâ kalmıştır.

Alıştırma

Bu konudaki alıştırma sorularıyla kendinizi sınayın: Modern fizik