fiz101u - WordPress.com

Transkript

T . C . A N A D O L U Ü N İ V E R S İ T E Sİ Y A Y I N L A R I N O : 6 7 4
A ç ık öğ r e t i m F a k ü l t e s i Y a y ın l a rı N o : 3 3 1
TEMEL FİZİK
Yazarlar
Prof. M. Selami KILIÇKAYA
Editör
Yrd. Doç. Dr. Ali CEMALCILAR
ANADOLU ÜNİVERSİTESİ
Açıköğretim Fakültesi
Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları
Anadolu Üniversitesi'ne aittir.
"Uzaktan Öğretim" tekniğine uygun olarak hazırlanan bu kitabın
bütün hakları saklıdır.
İlgili kuruluştan izin almadan kitabın tümü ya da
bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kayıt
veya başka şekillerde çoğaltılamaz,
basılamaz ve dağıtılamaz.
Copyright 1996 by Anadolu University
All rights reserved
No part of this book may be reproduced
or stored in a retrieval system, or transmitted
in any form or by any means mechanical, electronic,
photocopy, magnetic, tape or otherwise, without
permission in writing from the University.
Kapak Düzeni:Y..Doç. Atilla ÖZER
ISBN 975 - 492 - 348 - 5
İÇİNDEKİLER
BAŞLARKEN.........................................................................................................VI
ÜNİTE 1 : FİZİĞE GİRİŞ
1. GİRİŞ ...................................................................................................... 2
2. FİZİĞİN YÖNTEMLERİ............................................................................ 2
3. DENEYSEL FİZİK..................................................................................... 3
4. TEORİ VE KANUNLAR............................................................................. 3
5. ÖLÇÜM..................................................................................................... 4
6. UZUNLUK ÖLÇÜMÜ................................................................................ 4
7. HACİM ÖLÇÜMÜ..................................................................................... 5
8. AĞIRLIK VE KÜTLE ÖLÇÜMÜ................................................................. 6
9. SICAKLIK ÖLÇÜMÜ................................................................................. 6
ÖZET.............................................................................................................. 6
DEĞERLENDİRME SORULARI..................................................................... 7
ÜNİTE 2 :
KUVVET VE İŞ
1. GİRİŞ ...................................................................................................... 10
2. KUVVET........... ...................................................................................... 10
3. İŞ............................................................................................................. 10
4. BASİT MAKİNALAR........................................................... .................... 11
5. KALDIRAÇLAR............................................................... ........................ 12
6. MEKANİK FAYDA................. .................................................................. 12
7. MAKARALAR........................................................................................... 13
8. EĞİK DÜZLEM.........................................................................................14
9. VERİM......................................................................................................14
10. GÜÇ......................................................................................................... 15
ÖZET............................................................................................................. 16
DEĞERLENDİRME SORULARI....................................................................16
ÜNİTE 3 : HAREKET
1. GİRİŞ ...................................................................................................... 19
2. AĞIRLIK VE KÜTLE................................................................................ 19
- I -
3. ÇEKİM KUVVETİ................................................................................... 20
4. HIZ VE SÜRAT................................... .................................................. 20
5. ORTALAMA HIZ..................................................................................... 21
6. İVME....................................................................................................... 22
7. ENERJİ................................................................................................... 22
ÖZET............................................................................................................ 23
DEĞERLENDİRME SORULARI.................................................................. 24
ÜNİTE 4 : DİNAMİK
1. GİRİŞ .................................................................................................... 27
2. BİRİNCİ HAREKET KANUNU................................................................ 27
3. İKİNCİ HAREKET KANUNU................................................................... 27
4. ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU.............................................................. 28
5. SERBEST DÜŞME................................................................................. 29
6. EĞİK ATIŞ.............................................................................................. 30
7. EĞRİSEL HAREKET.............................................................................. 30
8. MOMENTUM.......................................................................................... 31
ÖZET........................................................................................................... 31
DEĞERLENDİRME SORULARI.................................................................. 32
ÜNİTE 5 : MADDENİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
1. GİRİŞ .................................................................................................... 35
2. MADDE.................................................................................................. 35
3. MADDENİN HALLERİ............................................................................ 35
4. FİZİKSEL ÖZELLİKLER........................................................................ 36
5. YOĞUNLUK.......................................................................................... 36
6. FİZİKSEL DEĞİŞİMLER........................................................................ 38
ÖZET.......................................................................................................... 39
DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 39
ÜNİTE 6: ISI
1. GİRİŞ....................................................................................................
42
2. ENERJİ.................................................................................................
42
3. SICAKLIK VE ISI..................................................................................
42
- II-
4. ÖZGÜL ISI...........................................................................................
43
5. ISI ÖLÇÜMÜ.......................................................................................... 44
6. ERİME VE BUHARLAŞMA.................................................................... 45
7. GENLEŞME........................................................................................... 46
8. GAZLAR................................................................................................. 46
ÖZET........................................................................................................... 48
ÜNİTE 7: ISI VE KULLANIMI
1. GİRİŞ..................................................................................................... 51
2. ISININ HAREKETİ................................................................................. 51
3. YALITIM................................................................................................. 52
4. SOĞUTMA SİSTEMLERİ...................................................................... 53
5. ISITMA SİSTEMLERİ............................................................................ 53
6. ATIK ISI................................................................................................. 54
ÖZET.......................................................................................................... 55
ÜNİTE 8: ELEKTRİK
1. GİRİŞ..................................................................................................... 59
2. ELEKTRİK YÜKÜ.................................................................................. 59
3. İLETİM................................................................................................... 60
4. AKIM...................................................................................................... 61
5. POTANSİYEL FARKI............................................................................ 62
6. DİRENÇ VE OHM KANUNU................................................................. 63
7. DEVRELER........................................................................................... 64
8. GÜÇ......................................................................................................
64
ÖZET.......................................................................................................... 65
ÜNÜTE 9 : ELEKTRİK VE KULLANIMI
1. GİRİŞ..................................................................................................... 69
2. MIKNATISLAR......................................................................................
- III -
69
3. AKIM VE MANYETİK ALANLAR..........................................................
70
4. AMPERMETRE VE VOLTMETRE......................................................... 70
5. JENERATÖR VE ALTERNATİF AKIM................................................... 71
6. DOĞRULTUCULAR............................................................................... 72
7. YÜKSELTİCİLER................................................................................... 72
8. KATOD-IŞINI TÜPÜ............................................................................... 73
9. TELEVİZYON......................................................................................... 73
ÖZET........................................................................................................... 74
ÜNİTE 10: DALGALAR
1. GİRİŞ..................................................................................................... 78
2. DALGALARIN ÖZELLİKLERİ................................................................ 78
3. BİR DALGANIN FREKANSI VE HIZI....................................................
79
4. SU DALGASI MODELİ.......................................................................... 80
5. ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM...................................................... 81
6. X-IŞINLARI...........................................................................................
82
7. IŞIMA ÇEŞİTLERİ................................................................................
83
8. MİKRODALGALAR..............................................................................
84
ÖZET........................................................................................................
85
DEĞERLENDİRME SORULARI...............................................................
85
ÜNİTE 11: IŞIK VE RENK
1. GİRİŞ...................................................................................................
88
2. IŞIK......................................................................................................
88
3. AYNALAR VE YANSIMA.....................................................................
88
4. KIRINIM...............................................................................................
90
5. PRİZMALAR........................................................................................
92
6. RENK...................................................................................................
92
7. POLARİZE IŞIK...................................................................................
94
8. GİRİŞİM...............................................................................................
95
ÖZET.........................................................................................................
96
DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................
96
- IV-
ÜNİTE 12: SES
1. GİRİŞ.................................................................................................... 100
2. SIKIŞTIRMA DALGALARI.................................................................... 100
3. SESİN HIZI........................................................................................... 101
4. SESİN ÖZELLİKLERİ........................................................................... 102
5. GİRİŞİM................................................................................................ 103
6. DOPPLER ETKİSİ................................................................................ 104
7. AKUSTİK.............................................................................................. 104
8. GÜRÜLTÜ............................................................................................ 105
ÖZET......................................................................................................... 106
DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................ 106
ÜNİTE 13: RADYOAKTİFLİK VE NÜKLEER ENERJİ
1. GİRİŞ................................................................................................... 109
2. RADYOAKTİF ELEMENTLER............................................................. 109
3. RADYOAKTİF ATOMLAR.................................................................... 109
4. NÜKLEER RADYASYON.................................................................... 110
5. BOZUNMA VE YARI-ÖMÜR............................................................... 111
6. RADYASYON TARANMASI................................................................ 112
7. RADYASYON SAYAÇLARI................................................................
112
8. FİSYON (BÖLÜNME).........................................................................
113
9. FÜZYON (KAYNAŞMA).....................................................................
114
ÖZET......................................................................................................
115
DEĞERLENDİRME SORULARI.............................................................
116
YARARLANILAN VE BAŞVURULABİLECEK KAYNAKLAR..................
118
ÜNİTELERDEKİ DEĞERLENDİRME SORULARININ DOĞRU
YANITLARI.............................................................................................
119
TRİGONOMETRİK FONKSİYONLAR ÇİZELGESİ.................................
121
- V -
BAŞLARKEN
Bilim ve teknoloji çağını yaşamaktayız. Başdöndüren hızla artan gelişmeler karşısında,
sağlık kurumlarında çalışan değerli sağlık personeli arkadaşlarımızın en iyi bilgilerle donatılmaları kaçınılmaz bir görevdir.
Elinizdeki kitap, Anadolu Üniversitesi Açıköğretim Fakültesinin Sağlık Personeli Önlisans
Programları için hazırlanmış bulunan Fizik dersine attir.
Bu kitap onüç üniteden oluşmuştur. Bunlar Fiziğe Giriş, Kuvvet ve İş, Hareket, Dinamik,
Maddenin Özellikleri, Isı, Isı ve Kullanımı, Elektrik, Elektrik ve Kullanımı, Dalgalar, Işık ve
Renk, Ses, Radyoaktiflik ve Nükleer Enerji'dir.
Şüphesiz çok geniş konuları içeren Fizik biliminin tamamını bu kapsamdaki bir kitapta vermek mümkün değildir.
Uzaktan öğretim, yüzyüze eğitimden farklı özellikler gösterir. Bunlardan birisi, sınıfta verilen derste öğrenci, anlayamadığı bir konuyu anında öğretmenine sorup öğrenebilir. Uzaktan öğretimde buna olanak yoktur. Çünkü, elinizde sadece bir kitap, karşınızda TV vardır.
Elinizdeki kitaptaki üniteler, uzaktan öğretimde basılı malzemenin taşıması gereken ortak
özellikler doğrultusunda düzenlenmiştir. Her ünite belirli biçimsel özellikler taşımaktadır.
Sözgelimi önce ünitenin amaçları ile bizi bu amaçlara ulaştıracak içerik belirtilmiştir. Ardından konunun işlenmesine geçilmiştir. Konu içinde size yer yer sorular yöneltilmiştir. Ünite
sonunda konunun kısa bir özeti ile kendinizi değerlendirme soruları bulunmaktadır.Fizik
dersinde bazı konular size TV kanalıyla aktarılacaktır. Diğerlerini ise kendiniz çalışmak suretiyle öğreneceksiniz. Anlamadığınız konuları ve kafanızda beliren şüpheli kavramları bize
yazınız veya en yakınınızda bulunan fizikçilere sorunuz.
Saygıdeğer sağlık personeli arkadaşlarımıza şimdiden başarılar diler, bu programın hazırlanmasında emeği geçen herkese teşekkür ederiz.
- VI -
NASIL ÇALIŞALIM?
Çalışırken aşağıdaki önerileri gözönünde bulundurursanız daha başarılı olacağınız inancındayız.
■
Ders çalışmanızı bir programa bağlayınız. Çalışırken meşgul edilmeyeceğiniz bir ortam ve zaman seçiniz.
■
Çalışırken yanınızda kağıt ve kalem bulundurunuz. Unutmayınız ki Fizik dersi yazarak
ve çizerek çalışmayı gerektirir.
■
Her ünitenin ilk sayfasında ünitenin amaçları ve ünitenin çalışılmasına ilişkin öneriler
yer almaktadır. Önce bunları dikkatle okuyunuz. Sizden beklenen ön bilgilerin neler olduğunu ve size hangi bilgilerin verileceğini öğreniniz.
■
Her ünitenin sonunda "değerlendirme soruları" yer almaktadır. Bu soruları cevaplamaya geçmeden önce üniteyi kavradığınızdan emin olunuz.
■
Ünitelerde verilen örnekleri meslektaşlarınızla tartışınız.
■
Değerlendirme sorularını cevaplandırırken hiçbir kaynaktan yararlanmayınız. Verdiğiniz cevapları kitabınızın sonunda verilen doğru cevaplarla karşılaştırınız.
■
Doğru cevap sayınız yeterli değilse veya bazı problemleri çözemiyorsanız, ünitenin
ilgili yerlerini veya tümünü yeniden çalışınız. Unutmayınız ki kendinizi değerlendirecek
kişi yine sizsiniz.
■
Ünitelerde aktarılan bilgilerin birbirlerinin tamamlayıcısı olduklarını düşünerek, bir
üniteyi kavramadan ötekine geçmeyiniz.
Çalışmalarınızın başarılı olmasını dilerim.
Editör
Yrd.Doç.Dr. Ali CEMALCILAR
- VII -
ÜNİTE
1
Fiziğe Giriş
Amaçlar
Bu üniteyi çalıştıktan sonra,
■
fiziğin çalışma konularını,
■
deneysel fiziğin yöntemlerini,
■
teori ve kanunları,
■
fizikte ölçmeyi ve çeşitli ölçme yöntemlerini kavrayacaksınız.
İçindekiler
■
Giriş
■
Fiziğin Yöntemleri
■
Deneysel Fizik
■
Teori ve Kanunlar
■
Ölçüm
■
Uzunluk Ölçümü
■
Hacim Ölçümü
■
Ağırlık ve Kütle Ölçümü
■
Sıcaklık Ölçümü
■
Özet
■
Değerlendirme Soruları
Öneriler
■
Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Zorluk çekiyorsanız lütfen yeniden üniteye
dönünüz.
■
Ünite içindeki örnekleri sakin bir ortamda birkaç defa okuyun.
■
Ünitelere ilişkin çevrenizdeki kitaplıklardaki kaynaklara da ulaşmalısınız.
1. GİRİŞ
Madde ve enerjinin incelenmesi fiziksel bilimlerin temelini oluşturur. Madde, evrende yer
kaplayan ve onu teşkil eden nesnelere verilen isimdir. Örneğin, vücudunuz, elinizdeki bu kitap ve üzerinde çalıştığınız masa birer maddedir. Uzayda yer kaplayan ve bir kütleye sahip
olan her şey maddedir. Fizikte metallerin, suyun ve havanın özelliklerini öğreneceksiniz.
Özellik, bir maddenin ne şekilde davranışta bulunacağını belirler. Sertlik, elmasa has
bir özelliktir. Elmasın çizilmesi oldukça zordur. Kömürün siyah olması onun bir özelliğidir.
Kömürün siyah görünmesi, ışığı çok iyi bir şekilde yutmasından ileri gelir.
Konular ilerledikçe elektrik, ses, ısı ve ışığın özelliklerini de öğreneceksiniz. Bütün bunlar
enerjinin değişik şekilleridir. Madde ve enerji birbiriyle yakından ilgilidir. Enerjiye sahip
olan herhangi birşey kendisini veya başka birşeyi hareket ettirebilir. Örneğin, vücut
sıcaklığınızı bir termometre ile ölçebilirsiniz. Vücudunuzdaki ısı enerjisi, termometredeki
sıvının yükselmesine yol açar.
?
Vücudunuzda enerjiyi sağlayan nedir?
2. FİZİĞİN YÖNTEMLERİ
Fizikte çeşitli yöntemler, kavramları geliştirmek ve test etmek için kullanılırlar. Bir bilim
adamı çeşitli gözlemler yapar, kavramları önerir, teste tabi tutar ve bunlardan sonuçlar
çıkarır.
Gözlem fiziğin temelidir. Örneğin, gökyüzüne bakıyorsunuz. "Gökyüzü bulutludur" diyorsunuz. Bu ifade bir gözlemdir. Gözlem yapabilmek için özel gereçler sıkça kullanılırlar. Bunlar arasında bir cetvel, termometre ve mikroskop sayılabilir.
Gözlem ve gerçeklerden hareketle, bir bilimci bir hipotez önerebilir. Hipotez bilimsel bir
"tahmin" sayılabilir. Hipotez, bir soruna önerilen bir cevap veya bir çözüm olabilir. Hipotez
önerilir önerilmez teste tabi tutulmalıdır. Örneğin, bir bilimci şu hipotezi ortaya atmış olsun:
Bir posta güvercini yolunu bulmak için güneşi kullanır. Bu hipotezi test etmek üzere, bilim
adamı güneşli bir günde 25 adet güvercini aynı noktadan bıraksın. Kaç adet güvercinin tekrar yuvasına döneceğini beklesin. Bundan sonra, yine 25 adet güvercin bulutlu bir günde
aynı yerden bırakılsınlar. Yine, bilimci ne kadar güvercinin döneceğini beklesin. Güneşli
günde 25 güvercinin tamamının yuvaya döndüğünü tesbit etsin. Bulutlu günde ise sadece
10 güvercin dönmüş olsun.
- 2 -
Bilim adamı, bunun üzerine güvercinlerin yollarını bulmakta güneşi izledikleri sonucuna
varmaktadır. Varılan sonuç gözleme dayanan bir yargı olmaktadır. Bununla beraber, sonuç doğru olmayabilir. Belki de bir fırtına sürünün bulutlu bir günde yuvaya dönüşünü engellemiş olabilir.
Sabahleyin uyandığınızda güneşli bir günle karşılaşıyorsunuz. Buradan günün çok güzel
geçeceği sonucunu çıkarabilirsiniz. Vardığınız bu yargı gözleme dayanmaktadır. Yargınız
doğru veya yanlış olabilir.
Gerçek uygulamada, bilimsel yöntemler kesin sayılmazlar. Başarılı bilim adamlarının
çalışması bunun adım adım bir işlem olmadığını ortaya koymuştur. Hüner, şans, deneme
yanılma ve zekice tahminde bulunma hepsi birden bunda önemli rol oynar.
3. DENEYSEL FİZİK
Fizikte daima deney yapılarak sonuca varılır. Yapılan çalışmaların kayıtları daima hassas
olarak alınmalıdır. Deneysel bir çalışma şu şekilde sıralanabilir:
a. Problem. Bir deneyi yaparken hangi soruyu cevaplamayı umuyorsunuz?
b. İşlem. Ne gibi şeyler yapıyorsunuz?
c. Gözlemler.Ne gibi şeyler görüyor, işitiyor veya hissediyorsunuz? Ne değişiklikler meydana gelmiştir?
d. Sonuç. Gözlemlerinize dayanarak, soruna cevabınız nedir?
Deneylerin çoğu bir kontrola sahiptir. Bir kontrol, kıyaslama için bir standard olmaktadır.
Kontrol işlemin bir parçası olabilir. Bir doktor yeni bir ilacı denemektedir. İki grup insan olsun. Bir gruba ilacı versin. Diğerine ise ilaç verilmesin. Bu grupların ikisi de hasta olabilir.
Burada ilaç verilmeyen grup, kontrol grubudur. Diğerleri ise denek sayılabilir.
4. TEORİ VE KANUNLAR
Bilimsel bir teori, gözlemlere ve deneylere dayanan bir açıklamadır. Örneğin, kuşlar uçarken yollarını nasıl bulduklarına ait çeşitli teoriler mevcuttur. Bunlardan birisi, kuşların yerin
manyetik alanını kullandıklarını ileri sürmektedir. Diğer bir teoriye göre, kuşlar güneş tarafından yönlendirilmektedir. Uzun yol kateden kuşlar ise yıldızlar tarafından yönlendirilmiş
olabilirler.
- 3 -
Teoriler ve kanunlar değiştirilebilirler. Bunlar sıkça teste tabi tutulurlar. Yeni bir gözlem bir
teorinin veya kanunun yanlışlığını ortaya çıkarırsa, teori ya değiştirilir veya ortadan
kaldırılır. Örneğin, bir zamanlar bu bir kanundu: Madde ne yaratılabilir ne de yok edilebilir.
Yeni gözlemler bu ifadenin doğru olmadığını ortaya çıkarmıştır. Bazı şartlar altında madde
enerjiye dönüşebilir.
5. ÖLÇÜM
Ölçme bilimin temel bir parçasıdır. Sayılar ve birimler ölçüm yapmak için kullanılırlar. Bazı
şeylerin ölçümünde kullanılan sayılar ve birimler hakkında halihazırda bazı bilgileriniz
vardır.
Şimdi, herhangi bir şeyin uzunluğunu ne şekilde ölçebileceğinizi düşününüz. Bir cetvele ihtiyaç duyduğunuzu hemen anlıyorsunuz. Herhangi bir şeyi elinize geçirip onun uzunluğunu
bir cetvel olarak kullanabilirsiniz. Uzun mesafeleri ölçmek için ayakkabınızın uzunluğunu
bir ölçek olarak alabilirsiniz.
Ölçtüğünüz uzunluğun 25 ayak uzunluğunda olduğunu kabul edelim. Aynı ölçümü başkalarına yaptıralım. Onlar aynı sonucu verebilecekler mi? Ölçüm yaptırdığımız kimselerin
ayak uzunlukları oldukça farklı olabilir. Kullanılır olmakla birlikte, ölçüm biriminiz pratik sayılamaz. Pratik ölçümler yapabilmek için, bir ölçme standardı kullanılmalıdır. Standart ise
ölçüm yapan bir kimsenin kullandığı sabit bir niceliktir.
Çoğu kimselerin kullandığı birimler sistemi metrik sistemdir. Tüm ülkelerdeki bilim adamları çalışmalarında bu birimleri kullanmaktadırlar. Yeryüzündeki tüm bilim adamları diğerlerinin ölçümlerini bu şekilde anlayabilir. Metrik sistemin modern şekli ise Uluslararası Birimler Sistemi veya kısaca SI olarak bilinir.
En önemli SI birimleri; kilogram (kg), metre (m) ve saniye (s)dir.
6. UZUNLUK ÖLÇÜMÜ
Metre (m) bir uzunluk birimidir.Bir kapı kolundan döşemeye olan mesafe bir metre kadardır. Metre eşit 100 parçaya ayrılmıştır. Herbir parçaya santimetre (cm) denir. Yani, bir
metrede yüz santimetre vardır.
- 4 -
Daha küçük bir birim ise milimetredir (mm). Bir metrede 1000 milimetre, bir santimetrede
ise 10 milimetre vardır.
Uzun mesafeler kilometre (km) cinsinden ölçülür. Bir kilometre 1000 metredir.
Bir birimden diğerine geçiş çok kolaydır. 10 sayısının çarpanları ile bölme veya çarpma
yapılacaktır. Örneğin, 945 milimetre 94,5 cm veya 0,945 m.dir.
?
Karayollarındaki hız limiti nedir? (90 km/saat)
7. HACİM ÖLÇÜMÜ
Hacim birimi genel olarak; uzunluk, genişlik ve yükseklik ölçümü gerektirir. Hacim birimleri
uzunluk birimlerinden türetilebilir. Metreküp (m3) bir hacim birimidir. Ancak, metreküp çok
büyük bir hacim ölçüsüdür. Pratikte daha küçük hacim ölçüleri kullanılır. Litre (L) bunlardan
birisidir. Çoğu soğuk içecekler litrelik şişelerde satılmaktadır. Daha küçük hacimsel
ölçümler için mililitre (ml) veyahut santimetreküp (cm3) kullanılır. Bir litrede 1000 mililitre
veya 1000 cm3 vardır.
Sıvı hacimleri ölçekli silindirik kaplarla ölçülür. Bunlar laboratuvarlarda çeşitli boyda ölçekli
silindirik camdan yapılmışlardır. Bu tür bir silindirik ölçek kabındaki sıvı seviyesi, o sıvının
hacmini gösterir. (Şekil.1)'de görüldüğü gibi sıvı yüzeyi eğridir. Sıvının hacmini okurken,
eğrinin taban düzeyi okunmalıdır.
50
40
30
20
10
Şekil 1. Sıvı ölçek kabı.
- 5 -
40 ml.
?
25 cmx25 cm x 5 cm ebadında bir kabın alabileceği suyun hacmi
nedir? (3125 cm3)
8. AĞIRLIK VE KÜTLE ÖLÇÜMÜ
Ağırlık, bir cisim üzerinde yerçekimi kuvvetinin bir ölçüsüdür. Ağırlığınız sizi yere doğru
çeken kuvvettir. Kuvvetin birimi newton (N) dir. Ağırlık yaylı kantarla ölçülebilir.
Kütle, bir cisimdeki madde miktarıdır. Kütle yerçekimine bağlı değildir. Kilogram (kg) kütle
birimidir. Kilogram, gram (g) adı verilen 1000 eşit parçaya ayrılmıştır. Bir kağıt kıskacı yaklaşık 1 gramdır. Bir mililitre su, oda sıcaklığında bir gram kütleye sahiptir.
Kütle, bir terazi ile ölçülebilir. Kütlesi bilinmeyen bir cisim terazinin bir kefesine, bilinen kütleler ise diğer kefeye konulur. İki kefe dengeye gelince, bilinen kütleler cismin kütlesini vermiş
olur.
9. SICAKLIK ÖLÇÜMÜ
Günlük hayatta sıcaklık ölçümü, Celcius sıcaklık ölçeği ile ölçülür. Hava tahminlerinde
kullanılan sıcaklık dereceleri, Celcius derecesi cinsinden verilir. Bu sıcaklık ölçeği, suyun
donma ve kaynama noktasına göre düzenlenmiştir. Suyun donma noktası O°Cdir. Suyun
kaynama noktası ise 100°C dir. 0-100°C arası eşit olarak derecelendirilir. Sıvılı bir termometre çevre sıcaklığı ile değişme gösterir. Vücut sıcaklığını ölçen termometreler bu esasa
göre çalışır. Normal bir insanın vücut sıcaklığı 36°Cdir. Hastalanınca vücut sıcaklığı yükselir.
Özet
Fizik madde ile enerji ilişkisini inceleyen bir bilimdir. Hipotez gözlem ve gerçeklere dayanılarak önerilir. Hipotezler, teoriler ve bilimsel kanunlar deneylerle test edilirler. Ölçüm için metrik veya SI sistemi kullanılır. Metrik sistemde birimler on ve onun üst veya alt katlarıyla
dönüştürülürler. Ağırlık bir cisme yerçekiminin etkisidir. Kütle ise cisimdeki madde miktarıdır. Celcius sıcaklık ölçeği, suyun donma ve kaynama noktasına göre ayarlanmıştır.
- 6 -
1. 3,2 m. cm cinsinden yazıldığında aşağıdakilerden hangisine eşit olur?
A) 0,32
B) 32
C) 320
D) 0, 032
E) 3200
D)1/100
E) 1/1000
D) 10
E) 1
C) kilogram
D)kilometre
E) gram
C) hacim
D) ağırlık
E) kütle
2. Mili öntakısı aşağıdakilerden hangisidir?
A) 1
B) 10
C) 100
3. Kilo öntakısı aşağıdakilerden hangisidir?
A) 10000
B) 1000
C) 100
4. Bir cm3 aşağıdakilerden hangisine eşittir?
A) mililitre
B) litre
5. Litre ne ölçüsüdür?
A) uzunluk
B) alan
6. Ölçekli silindirik kap içerisine bir taş atılıyor. Suyun hacmi 18 'den 22 mililitreye
yükseliyor. Taşın hacmi ml. olarak nedir?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
7. Ölçekli silindirik kapta 15 ml su bulunuyor. Suyun kütlesi gram olarak nedir?
A) 150
B) 0,15
C) 5
- 7 -
D) 10
E) 15
8. Boyutları 20x15x12 cm olan bir kutunun hacmi nedir?
A) 3600
B) 3000
C) 4000
D) 3800
E) 4500
9. Yoğunluğu 0,8 g/cm3 olan bir yağ, hacmi 1 litre olan bir kaba dolduruluyor.
Yağın kütlesi kg olarak nedir?
A) 1,0
B) 0,8
C) 10
D) 8
E) 1,8
10. Kütlesi 60 kg olan bir çocuğun ağırlığı kaç newtondur?
(Yerçekimi ivmesi 9,8 m/s2dir).
A) 554
B) 568
C) 588
- 8 -
D) 600
E) 650
ÜNİTE
2
Kuvvet ve İş
Amaçlar
■ kuvvet ve iş kavramlarını,
■ basit makinaları,
■ kaldıraçları,
■ mekanik fayda kavramını,
■ makaraları,
■ eğik düzlemi,
■ mekanik verimi,
■ güç kavramlarını öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
Giriş
Kuvvet
İş
Basit Makinalar
Kaldıraçlar
Mekanik Fayda
Makaralar
Eğik Düzlem
Verim
Güç
Özet
Öneriler
■
Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Soruları yanıtlayınız, Birim sistemlerini yeniden
gözden geçiriniz.
■
Ünite işlenirken verilen örnekleri dikkatle inceleyin. Verilen örneklere benzerlerini siz bulun.
■
Üniteyi çalışırken kaynakçada belirtilen kaynaklardan en az birine ulaşmaya çalışınız.
1. GİRİŞ
Bu ünitede fizikte ve günlük hayatta sıkça karşımıza çıkan kuvvet kavramı üzerinde durulacaktır. Kuvvetin etkisiyle ortaya çıkan iş kavramı tanıtılacaktır. Ayrıca, basit ve bileşik makinalar yoluyla bu kavramlar pekiştirilecektir. Mekanik fayda, sürtünme, güç ve verim üzerinde örnekler verilecektir.
2. KUVVET
Bir futbol topuna vurunuz, bir basket topunu fırlatınız. Tahta bir çerçeveye çivi çakınız. Herbir durumda bir cisim hareket etmiştir. Bir cismi harekete geçirmek için kuvvet gerekmektedir. Kuvvet bir itme veya çekmedir.
Bir kuvvet daima bir harekete sebep olabilir mi? Üzerinde çalıştığınız masaya bastırın veyahut odanızın duvarını kuvvetlice itiniz. Masa veya duvar hareket edebilir mi? Ellerinizin avuç
içlerini birlikte bastırıp, kuvvetlice itiniz. Eğer zıt kuvvetler birbirini dengeliyorsa elleriniz hiçbir surette hareket etmeyecektir. Dengelenmiş demek kuvvetlerin eşit fakat birbirlerine
zıt yönde olduklarını belirtir. Dengelenmemiş demek kuvvetlerden birinin diğerinden daha
büyük olmasını gösterir. Hareket, zıt kuvvetlerin dengelenmediği durumda ortaya çıkar.
Masanızı ittiğinizde, masanın da sizi eşit bir kuvvetle ittiğini düşünebilirsiniz. Zıt kuvvetler
dengelenmiştir, öyle ki masa hareketsiz halde kalır.
Bir cismi harekete geçirecek olan kuvvet hesaplanabilir. Kuvvetin şiddeti harekete geçirilecek cismin kütlesiyle ivmesine bağlıdır. Masayı harekete geçirmek, bir kitabı hareket ettirmekten daha zordur. Zira, kitabın kütlesi daha azdır. Kuvvet birimi newton (N) olup, F harfi
ile gösterilir.
3. İŞ
Çim biçmek bir iştir. Bir arabayı yıkamak ve ağırlık kaldırmak ta işe bir örnektir. Fizikte ise
işin kesin bir tanımı vardır. İş, kuvvet ile bunun etkisiyle hareket eden bir cismin aldığı yolun
çarpımıdır.
İş = Kuvvet x Yol
W=FxD
Kuvveti newton cinsinden ve yolu ise metre cinsinden ölçüyoruz. İş birimi joule (J) dür. Bir
- 10 -
newtonluk kuvvetin tesiriyle bir metre yol alan bir cisme yapılan iş bir jul'dür. 10 newtonluk
kuvvetin etkisiyle 1 metrelik taşınan bin sandık üzerinde yapılan iş ise 10 jul'dür.
?
100 newtonluk bir kuvvetin etkisiyle beton bir blok 1,5 m hareket
ettiriliyor. Yapılan iş nedir?
W=FxD
W = 100 N x 1,5m
W = 150 Nm = 150 J
4. BASİT MAKİNALAR
Basit bir makina uygulanan bir kuvvetin yönünü veya yolunu değiştirmek suretiyle işi kolay
kılar. Bir ağaç dikmek üzere bir çukur kazdığınızı düşünelim. Parmaklarınızla bu işi başarabilir misiniz? Bir kürekle bu işi kolayca halledebilirsiniz. Kürek basit bir makinaya çok iyi bir
örnek teşkil eder. Altı çeşit basit makina vardır: Kaldıraç, makara, çıkrık, eğik düzlem, vida
ve nacak.
Bazı makinalar işi kolaylaştırır zira bunlar uygulanan kuvvetin şiddetini arttırırlar. Örneğin,
bir tornavida buna bir örnektir. Bir makinanın bir kuvveti artırma miktarına mekanik fayda
diyoruz. Bir makinanın faydası daima birden büyük değildir. Bazen kuvvetten sağlanan kazanç, kuvvetin yönünü değiştirmek veya hız kazanmak üzere kayba uğrayabilir. Örneğin,
bir yumurta çırpıçısındaki döner kanatlar kendini çeviren koldan daha hızlı dönerler.
Sürtünme bir makinanın mekanik faydasını azaltır. Sürtünme, hareketi engelleyen bir kuvvettir, çalışan bir makinayı yavaşlatır ve yıpranmasına yol açar. Şayet ellerinizi birbirine
sürterseniz, ellerinizin ısındığını hissedersiniz. Bu ısı sürtünme sonucu ortaya çıkmaktadır.
Bir makina çalıştığında da benzer tarzda bir ısı ortaya çıkar. Sürtünme daima işi ısıya
dönüştürür. Isıya dönüşen bu enerji makinanın yaptığı işten bir kayıp demektir. Böylece,
makinanın mekanik faydası azalmış olur.
Buzlu bir yolda hareket eden bir otomobili ele alalım. Lastikler özel olarak sürtünmeyi arttıracak şekilde yapılmamış ise, hareket çok zorlaşır ve kayma meydana gelir. Buzlu yollarda
zincir takılması bu yüzden zorunlu olmaktadır.
- 11 -
5. KALDIRAÇLAR
Kaldıraç sabit bir nokta etrafında serbestçe dönebilen bir çubuktur. Kaldıracın dönme
noktasına destek adı verilir. Bir kaldıraç yapılan işi kolaylaştırılabilir. Bir etki kuvveti kaldıraca uygulanınca karşı tepki kuvveti yenilebilir.
Üç tip kaldıraç vardır. Bu sınıflandırma, desteğin tepki ve etki kuvvetinin konumuna göre
yapılır. Birinci sınıf kaldıraçta destek, etki ve tepki kuvvetleri arasında kalır. İkinci sınıf kaldıraçta, tepki kuvveti etki ve destek arasındadır. Üçüncü sınıf kaldıraçta ise, etki, destek ve
tepki arasındadır (Şekil.2).
Tepki (yük)
Etki
yük
yük
Etki
Etki
Destek
Destek
1 nci
2 nci
Destek
3 ncü
Şekil 2. Kaldıraç türleri
Bir kaldıraçta iki kısım vardır: Etki ve yük kolu. Etki kolu, destekden etki kuvvetine olan
uzaklıktır. Yük kolu ise destekten yüke kadar olan uzaklıktır. Yük ise kaldıracın kaldıracağı ağırlıktır. Örneğin, 1000 newtonluk bir kayayı kaldıran kaldıracın yükü bu kayanın
ağırlığıdır.
6. MEKANİK FAYDA
Bir kaldıracın mekanik faydası denilince, o kaldıracın tatbik edilen bir kuvvetle, kaldırdığı
yük arasındaki kıyaslama akla gelir. Bir makina uygulanan 10 newtonluk kuvvetle 100 newtonluk bir kuvvet meydana getirsin. Bu makina uygulanan kuvveti 10 kat artırmıştır. Mekanik
fayda 100N/10N = 10 olmaktadır.
Bir kaldıracın mekanik faydası onun etki ve yük kollarına bağlı olmaktadır. Uzun bir etki kolu
yanında kısa bir yük kolu yüksek bir mekanik fayda sağlar. Bir kaldıracın mekanik faydası
bulunurken;
M.F. = Mekanik fayda = Etki kolu
Yük kolu
- 12 -
?
Bir otomobil lastik jant sökücüsünün etki kolu 45 cm ve yük kolu
ise 9 cm dir. Bunun mekanik faydası nedir?
M.F. = Etki kolu = 45 cm = 5
Yük kolu
9 cm
7. MAKARALAR
Makara basit bir makinadır. Cisimleri hareket ettirmekte ve iş yapmakta kullanılır. Bir makara gerçek bir kaldıraç türüdür. Tek bir noktaya tespit edilebilir veya hareketli olabilir.
Makara bir kuvvetin yönünü değiştirmek suretiyle işi kolaylaştırabilir. Örneğin, sabit bir makaradan geçirilen bir ip vasıtasıyla bir yükü kaldırabilirsiniz. Siz yerde kalırken ağır yük ip çekildikçe yukarı doğru kaldırılmış olur. Sabit bir makara ile, etki kuvveti bir yönde uygulanmış
olur. Yük ise zıt yönde hareket eder.
İki veya daha fazla makara birlikte kullanılarak bir yükü kaldırmak için gerekli kuvvet
azaltılmış olur. Bir makaralar takımının mekanik faydası yükü taşıyan iplerin veya sicimlerin
sayısına eşittir (Şekil. 3.).
.
.
KUVVET
KUVVET
YÜK
.
YÜK
YÜK
M.F = 2
M.F = 1
KUVVET
M.F = 2
Şekil 3. Çeşitli makaralar ve mekanik faydalar.
Gerçekte, mekanik fayda yükü tartan iplerin sayısından daha azdır. Sürtünme ve ipteki gerilmeler, mekanik faydayı azaltır.
- 13 -
8. EĞİK DÜZLEM
Bir rampa ve merdiven basamakları bir eğik düzlemin en iyi örneklerini teşkil eder. Eğik bir
düzlem, cisimleri yükseltmeğe yarayan yatık bir yüzeydir. Eğik düzlem kullanılarak ve
daha az bir kuvvet sarfedilerek bir yük kaldırılabilir. Ancak, bu yükü doğrudan yukarı kaldırmakta alınan mesafeden daha uzun bir yol takip edilmiş olur (Şekil.4).
5m
F
3m
200N
3m
200N
4m
Şekil 4. Eğik düzlemde yükün taşınması ve doğrudan yukarı kaldırılması.
(Şekil.4) te görülen eğik düzlem üzerinde 120 N luk bir kuvvetle 5 m yol alınarak eğik düzlemin üst ucuna yük taşınmış olur. Diğer yandan, 200 N'luk yük daha büyük bir kuvvetle
doğrudan bir makara ile yukarı 3 m kaldırılmış olur.
Gerçek durumda sürtünme kuvveti de gözönüne alınmalıdır. Bu durumda sürtünme kuvvetini yenmek için daha büyük bir kuvvet uygulanmalıdır.
Eğik bir düzlemin mekanik faydası, uzunluğunun yüksekilğine oranıdır. Bu durumda
(Şekil.4) deki eğik düzlem için mekanik fayda 5/3 tür. Eğik düzlemin yatık yüzünün uzunluğu
arttıkça yükü taşımak için daha az bir kuvvet gerekecektir.
9. VERİM
Bir kaldıracı itince, makinaya bir iş yaptırmış oluyorsunuz. Bir makaranın ipini çektiğinizde,
makinaya bir iş yaptırmış oluyorsunuz. Herhangi bir makinaya bir iş yaptırmak için ona mutlaka bir iş yapmak zorundasınız. Makina bu işi daha kullanışlı bir işe dönüştürür. Bunu yaparken de kuvvetin şiddetini, yolunu ve hareket doğrultusunu değiştirir.
Bir makinadan elde edilen kullanışlı iş daima verilen işten daha küçüktür. Niçin? Verilen işin
bir kısmı sürtünmeyi yenmekte kullanılır. Alınan işin verilen işe oranı, bir makinanın verimi
- 14 -
olarak tanımlanır. Yüksek verim, verilen işin çoğunun makina tarafından kullanışlı işe
dönüştürülmesi demektir. Düşük verim, verilen işin bir kısmının kaybolduğunu ve kullanışlı
bir işe dönüştürülemediğini gösterir. Verim daha ziyade yüzde olarak ifade edilir.
Verim yüzdesi = Alınan iş x 100
Verilen iş
Bir makinanın verimini nasıl arttırabilirsiniz? Verim sürtünme azaltılmak suretiyle arttırılabilir. Zımparalama veya yağlama bir yüzeyi parlatır ve sürtünmeyi azaltır. Gresleme veya
yağlama suretiyle makinaların çoğunda sürtünme azaltılır. Bisiklet tekerlekleri veya diğer
makinalardaki bilya yatakları yağlanarak sürtünme azaltılır.
Verimi artırmak suretiyle doğal kaynakların korunması önemli bir adım sayılır, verim arttıkça doğal kaynakların örneğin petrol ve kömür vs. daha az kullanılması söz konusu olur.
10. GÜÇ
Fizikte güç kavramı bir işin yapılma hızını gösterir. Yani, birim zamanda yapılan işe güç denir. Örneğin, büyük bir motor, küçük bir motordan daha güçlüdür. Büyük motor daha az zamanda bir işi yapabilir, işi yaparken daha az zaman kullanılması daha çok gücün sarfedildiğini gösterir. Güç birimi Watt (W) dır. Bir watt her saniye başına bir jul'lük iş yapıldığını
gösterir. Güç birimi (Watt = J/s) olup, buhar makinasını icat eden James Watt'ın adı verilmiştir. Bir makinanın gücünü bulmak için:
Güç (watt) =
İş (jul) ; P = W
Zaman (s)
t
Pratikte güç birimi olarak beygir gücü (= horsepower) kullanılır. Bu birim bir atın yapacağı
işe göre tanımlanmıştır. Bir beygir gücü 746 Watt'a eşittir.
?
Bir takım makaralar kullanmak suretiyle 900 N'luk bir kayık kaldırılmak isteniyor. Kayık 50 saniyede 2 metre kaldırılmıştır. Harcanan
güç kaç watt'tır.
- 15 -
W = FxD
W = 900Nx2m = 1800J
P = W = 1800 J = 36 W
t
50 s
Özet
Bir kuvvetin etkisiyle bir cisim hareket ettirilirse iş yapılmış olur. Makinalar işi kolayca yapabilmek için icad edilmişlerdir. Bunlar uygulanan kuvvetin şiddetini, yönünü veya yolunu
değiştirebilir. Makinalar işi yapacak kuvveti daha az bir gayret sarfetmekle yapmamızı
sağlayabilirler. Basit makinalar altı çeşittir. Bunlar; kaldıraç, makara, çıkrık, eğik düzlem,
nacak ve vidadır. Bir makinadan alının iş daima verilen işten daha azdır. Birim zamanda
yapılan işe güç denilir.
1. 60 N ağırlığındaki bir bavul 0,5 m kaldırılıyor. Yapılan iş Jul cinsinden nedir?
A) 30
B) 40
C) 50
D) 60
E) 120
2. 100 N luk bir sandık yatay ve sürtünmesiz bir düzlemde 5 m taşınıyor. Yapılan iş kJ
cinsinden nedir?
A) 0,05
B) 0,5
C) 5
D) 50
E) 500
3. Bir elektrik mikseri 21600 N m lik bir işi 3 dakikada yapmaktadır. Bu aletin gücü watt
cinsinden nedir?
A) 80
B) 100
C) 120
- 16 -
D) 140
E) 160
4. Bir makara sisteminde 1000 N luk bir yük 3 iple tartılmaktadır. Buna göre bu sistemin mekanik faydası nedir?
A) 0
B) 1
D) 3
E) 4
C) 2
5. Aşağıdakilerden hangisi hareketi engelleyici tarzdadır?
A) mekanik fayda
B) iş
D) ağırlık
E) sürtünme kuvveti
C) güç
6. Birinci sınıf kaldıraçlarda aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) etki-destek-tepki
B) tepki-etki-destek
D) etki-tepki-etki
E) destek-etki-tepki
C) etki-tepki-destek
7. Eğik yüzeyi 13m ve yüksekilği 5m olan bir eğik düzlemin tabanı 12m dir. Bu eğik
düzlemin mekanik faydası aşağıdakilerden hangisidir?
A) 12/13
B) 13/12
D) 5/12
E) 5/13
C) 12/5
8. Bir dakikada 3000 Jul'lük iş yapılırsa watt cinsinden güç ne olur?
A) 3000
B) 30
D) 500
E) 50
C) 300
9. Kuvvet birimi aşağıdakilerden hangisidir?
A) newton
B) jul
D) newton metre
E) kilogram
C) watt
10. Bir sandık sağa doğru 500 N, sola doğru 300 N'luk bir kuvvetle çekiliyor. Net kuvvet
ve hareket yönü nedir?
A) 200 N; sola
B) 200 N; sağa
D) 800 N; sağa
E) 200 N; yukarı
- 17 -
C) 800 N; sola
ÜNİTE
3
Hareket
Amaçlar
■
hareket kavramını,
■
hareketi doğuran kuvvetleri,
■
hız kavramını,
■
ivme kavramını,
■
enerji kavramını,
■
hareket ile enerji arasındaki ilişkiyi öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Ağırlık ve Kütle
■
Çekim Kuvveti
■
Hız ve Sürat
■
Ortalama Hız
■
İvme
■
Enerji
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Ünite içindeki sorulara verdiğiniz karşılıklar doğru değilse ünitenin başına dönerek bir kez
daha okuyun.
■
Bir üniteyi kavramadan diğerine geçmeyin.
1.GİRİŞ
Bu üniteye yerçekiminin cisimlerin ağırlığına etkisi ile başlanılacaktır. Cisimlerin hareketi ile
ilgili kavramlar üzerinde durulacaktır. Sürat, hız ve ivme kavramları geliştirilecektir. Enerjinin hız, kütle ve cisimlerin konumları ile ilişkileri incelenecektir. Bu ünite, bize daha önceki
ünitede öğrendiğimiz kuvvet kavramının tüm hareketlerin başlaması veya durdurulması hususunda ne derece etkin olduğunu yeniden vurgulayacaktır.
2. AĞIRLIK VE KÜTLE
Yerin çekim kuvveti bütün cisimleri etkiler. Bir uçaktan atlayan paraşütçü yere doğru yönelir.
Havada takla atarsanız yine yere düşersiniz. Kitabınızı havaya doğru atın yine yere
düştüğünü göreceksiniz. Cisimlerin yere düşmesi yerin onlara bir kuvvet etki ettirdiğini
gösterir. Bu kuvvete yerçekimi diyoruz. Yerçekimi bütün cisimlere etki eder. Yerçekimi kuvveti ağırlık ile ölçülür. Bir cismin ağırlığı yaylı terazi ile ölçülür. Ağırlık birimi newtondur.
Kütle, ağırlıktan farklıdır. Kütle, bir cismin madde miktarını nicelik olarak gösterir. Bütün
maddelerin kütlesi vardır. Bir cismin kütlesi değişmez. Bununla beraber, bir cismin ağırlığı
değişebilir. Çekim kuvetinde meydana gelebilecek bir değişme ağırlıkta bir değişmeye yol
açar. Örneğin, Ay yüzünde, yeryüzündeki ağırlığın 1/6 'sı kadar bir ağırlık söz konusudur.
Niçin bu farklılık vardır? Ayın çekim kuvveti, yerin çekim kuvvetinin 1/6 'sı kadardır. Kütleniz
yerde ve Ayda aynı kalacaktır. Yerde birbirini dengeleyen iki kütle Ayda da bu dengeyi koruyacaktır.
Yüryüzünde ağırlık, bulunulan konumla değişebilir. Yeryüzü tam bir küre değildir. Yeryüzü
kutuplarda basık, ekvatorda ise şişiktir. Ekvatordan yerin merkezine olan uzaklık, kuzey
kutbundan yerin merkezine olan uzaklıktan 20 km daha fazladır. Yerin merkezinden uzaklaşan bir cisme etki eden yerçekimi kuvveti azalır. Kuzey kutbunda 600 newton gelen bir
şahıs, ekvatorda 597 newton çeker. Kuzey kutbundan ekvatora doğru hareket eden bir cismin ağırlığı yüzde 0,5 yani binde beş oranında azalır.
Ağırlık değişmesini yüzmek üzere denize daldığınızda çok iyi hissedebilirsiniz. Suyun kaldırma kuvveti sizi yukarı doğru kaldırırken, ağırlığınızdaki azalmayı hissetmeniz doğaldır.
- 19 -
3. ÇEKİM KUVVETİ
Serbest bırakılan cisimler yere doğru düşerler. Yerçekimi cisimleri yere doğru çeker. Ancak,
çekim kuvveti sadece yerin bir özelliği değil tüm maddelerin bir özelliğidir. Evrendeki herbir
cisim diğer cisimlere etki eder. Bu cisimlerin arasındaki çekim kuvveti çok zayıftır. Örneğin,
5 ton kütleli bir kurşun top, ufacık bir topun yüzeyinde bir sivrisineğin ağırlığından daha
küçük bir kuvvetle çekim uygular.
Bir cismin kütlesi ne kadar artarsa çekim gücü de o derece artar. Örneğin, yeryüzü, yüzeyinde bulunan bir cisme Ayın kendi yüzeyinde bulunan bir cisme uygulandığı kuvvetten daha
büyük bir çekim kuvveti uygular. Yerin kütlesi Ayın kütlesinden daha büyüktür. İki cisim
arasındaki mesafe arttıkça aralarındaki çekim kuvveti de gittikçe azalır. Mesafe iki kat artarsa, çekim gücü 1/4 oranında azalır. Mesafe üç kat artarsa, çekim gücü 1/9 oranında azalır.
4. HIZ VE SÜRAT
Bir topu atınca onu harekete geçiriyorsunuz. Topun ne kadar hızlı hareket etmesi onun süratini belirler. Sürat birim zamanda bir cismin aldığı yoldur. Sürat denklemi;
Sürat =
Yol
Zaman
s=d
t
Sürat birimi olarak kilometre bölü saat veya metre bölü saniye kullanılır. Sürat, yol ve zaman
gibi iki fiziksel kavramın birbirlerine oranıdır. Örneğin, nabız atışınız, kalbinizin dakikada
kaç atış yaptığını gösteren bir orandır. Otomobillerin sürati km/saat cinsinden verilir. Sabit sürat, süratin değişmediğini ifade eder. Örneğin, bir otomobil saatte 50 km 'lik sabit bir
süratle yol alsın. Bu otomobil ilk saatte 50 km yol alır. İkinci saatte ise yine 50 km yol alır. İki
saatlik toplam sürede 50 + 50 = 100 km yol alır. Her saatte 50 km yol aldığında, otomobil sabit bir sürati korur.
Fizikte sürat, bir cismin ne şekilde hızlı hareket ettiğini gösterir. Hız ise, hem sürati hem
de yönü birlikte gösteren bir kavramdır. Örneğin, bir uçak kuzey kutbuna doğru yol alsın. Bu
uçağın sürati 220 km/saat 'tir. Hızı kuzeye doğru 220 km/saat tir. Hız kavramında mutlaka
yön belirtilmelidir.
- 20 -
?
Şimşek çakışından sonra duyulan gök gürültüsü sesi 330 m/s lik
süratle yayılıyor. 1320 m lik yolu ne kadar sürede kateder?
s=d
t
veya t = d = 1320 m = 4 s
s 330 m/s
5. ORTALAMA HIZ
Otomobiller, kamyonlar, trenler ve bisikletler çok uzun bir süre sabit süratle hareket edemezler. Hareket eden herhangi bir cismin sürati hareketi boyunca artabilir veya azalabilir.
Bu türdeki bir hareketi ortalama hız cinsinden tanımlamak daha uygun düşer.
ortalama hız =
toplam yol
toplam zaman
v=d
t
d(m)
d(m)
600
600
400
400
200
200
0
0
55
10
10
15
15
t(s)
t(s)
Şekil 1. Sabit hızlı bir hareket
5
10
15
20
25
30
t(s)
Şekil 2. Bir trafik lambasına yakalanan
(v = 40 m/s )
otomobilin hareketi (v = 20 m/s )
Şekil 1. 'deki otomobil trafik ışığına yakalanmadan 15 saniyede 600 m yol almıştır. O halde
bu zaman aralığında ortalama hızı:
v 1 = 600/15 = 40 m/s
olmuştur.
Şekil 2. deki otomobil ise trafik lambasına iki kez yakalanmış ve 30 saniyede 600 m yol
almıştır. Bu durumda ortalama hızı:
v2=
600
= 20 m/s
30
olur.
- 21 -
6. İVME
İvme, süratin veya hızın değişim oranıdır. İvme bir kuvvetle ortaya çıkar. Örneğin, bisikletinizin tekerlek kuvveti yol üzerinde bisikletinizin ivmelenmesine yol açar. Bir cisim ivmelendiğinde hızı artar.
Kırmızı trafik ışığında bekleyen bir otomobilin hızı yoktur ve durmaktadır. Işık yeşil yanınca,
sürücü gaz pedalına basar ve otomobil ileri doğru hareket eder. Bir dakikadan daha az bir
sürede, otomobil 50 km bölü saatlik bir hıza erişir. Daha sonra otomobil hızını 90 km/saat 'lik
limit hızına arttırabilir. Bu hız sabit bir hız olup, zamanla değişmez (Şekil 3).
V(km/h)
90
50
0
20
20
40
40
60
60
8080 100100120120140140t(s) t(s)
Şekil 3. Hız - zaman grafiği
Hızın zamanla artmasının aksine eksilmesi de söz konusu olabilir. Örneğin, normal hızla giden bir otomobilin kırmızı ışığı görünce durması sırasında yaptığı hareket, hızın zamanla
azalmasına bir örnek teşkil eder. Bu durumda, otomobil frenine basmak suretiyle hız zamanla yavaşlatılır ve ivme aksi yönde ortaya çıkar. Azalan ivme, otomobilin zaman içinde
yavaşlayıp, durmasını sağlar.
7. ENERJİ
Enerji iş yapabilme yeteneğidir. Enerji'ye sahip olan bir cisim, bir yol boyunca bir kuvvet etki
ettirme yeteneğine sahiptir. Örneğin, yerde yuvarlanan bir top bu etkiye sahiptir. Enerji mekanikte iki türe ayrılabilir: Hareket enerjisi ve durum enerjisi.
Hareket halindeki herhangi bir cismin kinetik enerjisi vardır. Bir cismin sahip olduğu kinetik enerji, cismin kütlesi ve hızına bağlıdır. Bu ilişki,
K.E =
2
1
mv
2
şeklinde ifade edilebilir.
- 22 -
Bu durumda 90 km/saat hızla hareket eden bir otomobil ile bir tren düşünelim. Kütlesi çok
büyük olan trenin kinetik enerjisi otomobilinkinden daha büyüktür. Aynı şekilde, kütleleri
aynı iki otomobil ele alalım. Bunlardan birisi 90 km/saat, diğeri ise 40 km/saat hızla hareket
etsinler. Hızı büyük olanın kinetik enerjisi daha büyük olacaktır.
Hareketsiz duran bir cismin de enerjisi vardır. Bu enerji cismin konumuna bağlıdır. Yerden
bir metre yükseğe kaldırılan bir cismi ele alalım. Bu cismin yere göre bir enerjisi vardır. Bu
enerjiye, yani durum enerjisine potansiyel enerji diyoruz.
P.E = mgh
P.E = (ağırlık) (yükseklik)
Örneğin, 1000 N 'luk bir cisim 5 m yükseğe kaldırılırsa potansiyel enerjisi 5000 J olmaktadır.
Benzer şekilde sıkıştırılmış bir yayın sahip olduğu enerjiye potansiyel enerji diyoruz. Yay
serbest bırakılınca önünde bulunan bir cismi hızla attırabilir. Yayın esneklik potansiyel
enerjisi;
P .E =
2
1
k x
2
ile verilir. Burada k yayın esneklik sabiti (N/m) ve x ise sıkışma veya uzama miktarıdır.
Özet
Ağırlık yerçekiminin etkisinde bulunan bir cisme uyguladığı kuvvettir. Kütle ise bir cisimde
bulunan madde miktarıdır. Kütle çekim ile değişme göstermez. Sürat, birim zamanda alınan
yoldur. Hız ise belli bir yöndeki sürattir. İvme, hızda zamanla meydana gelen değişmeyi
gösterir. Kuvvetin etkisiyle hareket başlar veya durur. Hareket halindeki bir cismin enerjisine kinetik enerji denir. Bir cismin konumu veya durumundan dolayı sahip olduğu enerjiye ise
potansiyel enerji denir.
- 23 -
1. Yeryüzünde 90 kg kütleli bir cismin ağırlığı newton olarak nedir? (g = 10 m/s2
alınız).
A) 90
B) 900
C) 9
D) 9000
E) 1000
2. Yeryüzünde 900 N ağırlığındaki bir kimsenin Ayın yüzeyindeki ağırlığı nedir? (Ayın
çekim ivmesi yerin çekim ivmesinin altıda biridir)
A) 900
B) 600
C) 150
D) 200
E) 400
3. 300 km 'lik bir yolu 4 saatte alan bir otomobilin ortalama hızı (km/saat) nedir?
A) 25
B) 50
C) 100
D) 75
E) 60
4. 50 km/saat sabit bir hızla giden bir otomobil 3 saatte ne kadar yol alır?
A) 50
B) 100
C) 175
D) 200
E) 150
5. 72 km/saat hızla giden bir otomobilin hızı 10 saniyede 36 km/saat'e düşüyor. Otomobilin ivmesi m/s2 cinsinden nedir?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
6. 108 km/saat hızla giden bir otobilin hızı m/s cinsinden nedir?
A) 20
B) 30
C) 40
D) 50
E) 10
7. 100 kg kütleli bir cisim 5 m/s hızla hareket ediyor. Kinetik enerjisi Jul cinsinden nedir?
A) 500
B) 1000
C) 2500
- 24 -
D) 3000
E) 5000
8. 500 kg kütleli bir cisim yerden 8 m yüksekte bulunuyor. Cismin potansiyel enerjisi jul
cinsinden nedir? (g = 10 m/s2)
A) 4000
B) 2000
C) 20 000
D) 40 000
E) 10 000
9. Esneklik katsayısı 1000 N/m olan bir yay 10 cm sıkıştırılıyor. Sahip olduğu potansiyel enerji nedir?
A) 1
B) 10
C) 0,5
D) 25
E) 5
10. Enerji birimi aşağıdakilerden hangisidir?
A) watt
B) jul
C) newton
- 25 -
D) kg.m
E) m2/s
ÜNİTE
4
Dinamik
Amaçlar
■
Newton'un hareket kanunlarını,
■
serbest düşmeyi,
■
eğik atışı,
■
merkezkaç kuvvetini,
■
momentum kavramlarını öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Birinci Hareket Kanunu
■
İkinci Hareket Kanunu
■
Üçüncü Hareket Kanunu
■
Serbest Düşme
■
Eğik Atış
■
Eğrisel Hareket
■
Momentum
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi çok iyi kavramanız gerekiyor. Bundan önceki üniteyi lütfen tekrarlayınız.
Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Ünite içindeki sorulara verdiğiniz karşılıklar doğru değilse ünitenin başına dönün ve bir kez
daha okuyun.
1. GİRİŞ
Bu ünitede kuvvetin, hız ve hareket halindeki cisimlerin yönleri üzerindeki etkileri tartışılacaktır. Dinamiğin temel kanunları üzerinde durulacaktır. Newton'un üç adet temel hareket
kanunu incelenecektir. Bunlar, dinamiğin temelini teşkil ederler. Serbest düşen cisimlerin
hareketi incelenecektir. Eğik atış, eğrisel hareket tasvir edilecektir. Ayrıca, hareket eden bir
cismin; kütlesi, hızı ve momentumu arasındaki ilişki ortaya konulacaktır.
2. BİRİNCİ HAREKET KANUNU
Bir otomobilde gitmektesiniz. Sürücü aniden frene basıyor. Vücudunuz hareket etmek isteyecektir. Hareketli bir cismi harekete devam ettirmeye çalışan etkiye atalet adı veriyoruz. Yukarıdaki örnekte otomobil durmaya başlasa bile, atalet yüzünden vücudunuz hareketini devam ettirecektir. Emniyet kemerinizin çekmesi sebebiyle vücudunuz ileri doğru hareketten alıkonacaktır. Şayet emniyet kemeriniz bağlı değilse yaralanabilirsiniz veya incinebilirsiniz. Vücudunuz ileri doğru hareketine devam etmek suretiyle sizde cama çarpabilirsiniz. Atalet aynı zamanda duran bir cismin hareketsiz kalma eğilimidir. Hareketsiz halde
duran bir cisim üzerine bir kuvvet uygulanmadığı sürece hareketsiz kalacaktır.
Newton (1642-1727), cisimlerin nasıl hareket edeceklerini açıklayan üç adet kanun ifade
etmiştir. Buna göre birinci kanun şöyle ifade edilebilir: Hareket halindeki bir cisim veya
durmakta olan bir cisim, üzerine herhangi bir kuvvet uygulanmazsa durumunu aynen koruyacaktır. Yani, duran bir cisim durmaya devam edecektir. Hareketi başlatmak veya durdurmak için bir kuvvet gerekecektir.
Hareket halindeki bir cisim bu halini korumak isteyecektir.Hareket halindeki bir cismin hızını
veya yönünü değiştirmek için bir kuvvet gereklidir. Örneğin, hareket halindeki bir otobüste
ayakta gidiyorsunuz. Otobüsün aniden durduğunu kabul edelim. Hareketsiz halde duran
vücudunuz öne doğru fırlayacaktır. Duran bir otobüsün aniden harekete geçtiğini düşünelim. Şimdi de vücudunuz arkaya doğru yıkılacaktır. Bu iki durum, birinci hareket kanunun
doğal bir sonucudur.
3. İKİNCİ HAREKET KANUNU
Yerde duran bir futbol topuna tekme atınız. Top'un kısa mesafede yerden ayrılmadığını
düşünürsek, öne doğru ivmelenecektir. Top'un kazanacağı ivme, topun kütlesine ve topa
- 27 -
uygulanan kuvvete bağlı olacaktır. Topa ne kadar kuvvetli vurursanız, top o derece hızlı hareket edecektir. Bir futbol maçında kale atışı yapan bir oyuncu, ne kadar kuvvetli vurursa
vursun topu santra çizgisinden çok uzağa atamaz. Aynı şeyi bir çocuğa yaptırın. Onun atışı
10 m yi geçemez.
Newton'un ikinci hareket kanunu şöyle ifade edilir: Bir cismin ivmesi, o cisme tatbik edilen kuvvetin şiddeti arttıkça, artış gösterir. Yani, cismin kütlesi arttıkça o cismi ivmelendirmek için daha büyük bir kuvvete ihtiyaç duyulur. Denklem olarak, Newton'un ikinci
kanunu:
Kuvvet = Kütle x İvme
F= ma
olarak yazılabilir.
Kuvvet birimi newton olup, şu şekilde ifade edilir: Bir kilogramlık bir kütleye, bir metre
bölü saniye karelik ivme kazandıran kuvvete bir newton'dur denilir.
F = ma
F = 1 kg x 1 m/s2 = 1 N
?
Kütlesi 0,5 kg. olan bir top, 50N'luk bir kuvvetle fırlatılıyor. Topun
kazanacağı ivme nedir?
F = ma
a=
F
50 N
2
=
= 100 m / s
m
0,5
4. ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU
Oturduğunuz masanın üstüne mümkün olduğu kadar kuvvetlice bastırınız. Hatta istiyorsanız bir yumruk atınız. Elinizin ağrıdığını hissedeceksiniz. Burada, atılan yumruk bir etkiyi,
elinizin ağrıması ise tepkiyi göstermektedir.
Newton'un üçüncü kanunu şöyle ifade edilebilir: Her bir etki kuvvetine karşı eşit ve zıt
- 28 -
yönde bir tepki kuvveti vardır.
Herhangi bir cisme bir kuvvet etki ederse, eşit ve zıt yönde bir tepki kuvveti meydana gelir.
Şimdi buna ait bazı örnekler verelim. Duran bir kayıktan bir adam kıyıya atlıyor. Kayık ise
öne doğru fırlıyor. Adamın atlarken uyguladığı kuvvet etki, kayığın öne fırlaması ise tepkidir.
Tavana bağlı bir ipe bir ağırlık asalım. Ağırlık etkiyi, ipteki gerilme kuvveti ise tepkiyi temsil
eder.
5. SERBEST DÜŞME
On katlı bir binanın tepesinden bir ping-pong topu ile bir futbol topunu aynı anda serbest
bırakalım. Hangi top aşağıya ilk önce düşer? Çoğu kimse, daha ağır olan futbol topunun ilk
önce düşeceğini sanır. Ancak, bu durum hiçte böyle değildir. Hava sürtünmesini gözönüne
almazsak her iki topta aynı anda yere düşerler.
İtalyan fizikçisi Galileo (1564-1642), düşen cisimlerin aynı anda yere düşeceğini
öngörmüştür. Yaptığı bir seri deneyler sonucunda, düşen cisimlerin kütlelerine bakılmaksızın aynı hız değişimine tabi olduklarını bulmuştur.
Yeryüzüne yakın yerlerde, düşen cisimler 9,8 m/s2 lik bir ivme ile hareket ederler. Bunun
anlamı şudur: İlk saniye içinde düşen cisim 9,8 m/s'lik bir hıza kavuşur. İkinci saniye sonunda ise 2x9,8 = 19,6 m/s lik hıza erişir.
Yerçekimi ivmesini g =9,8 m/s2 ile gösterirsek, serbest düşen ilk hızsız bir cismin aldığı
yolu;
d=
1
gt2
2
ile gösterebiliriz.
Hava sürtünmesi etkisiyle karşı yönde bir hava direnç kuvveti oluşur. Yerçekimi kuvvetiyle
bu kuvvetin eşit olduğu anda, düşen cismin hızı sabit hale gelir. İşte bu sabit kuvvete limit hız adı verilir. Buna örnek olarak, uçaktan atlayan bir paraşütçünün, paraşütünün
açılmasından bir müddet sonra sabit bir hızla yavaş yavaş yere doğru süzülmesini gösterebiliriz.
- 29 -
6. EĞİK ATIŞ
Yatay doğrultuda sabit hızla hareket eden bir cismin hareketini düşünelim. Bunun yanında,
az önce incelediğimiz serbest düşme hareketini de unutmayalım. Bu iki hareketin bileşkesine yani birarada bulunmasına eğik atış diyoruz. Örneğin, yerde duran bir futbol topuna bir
futbolcunun vurduğunu varsayalım. Top yatayla belli bir açı yaparak havaya yükselir. Daha
sonra kavisli bir yol çizerek yere düşer (Şekil. 1).
y
A
V x = sabit
.
0
cC
B
x
Şekil 1. Eğik atış hareketi.
Eğik atış hareketinde AB yolunu t anında kateden top, AC serbest düşmesini de aynı
t anında tamamlayacaktır.
Pratikte, bir hedefe doğru atılan ok, mermi veya top güllesi doğrudan hedefe nişanlanamaz.
Bunun yerine havaya doğru belli bir açı ile atılıp yükselmesi ve daha sonra hedefe doğru
düşmesi sağlanır. Uçaktan bir hedefe atılan bir bomba içinde pilot gerekli önlemi almak
zorundadır.
7. EĞRİSEL HAREKET
Hızla kavisli bir yola giren otomobilde iseniz ne tür bir kuvvet hissediyorsunuz? Vücudunuz
yana doğru kayabilir. Sanki arabadan dışarı doğru itiliyormuşsunuz gibi hissedebilirsiniz.
Bir cismi dairesel bir yörüngede hareket ettirebilmek için bir kuvvet gereklidir. Bu kuvvete,
merkezcil kuvvet yani merkeze doğru yönelmiş bir kuvvet denir. Bu kuvvet dairenin merkezine doğru yöneliktir. Kavisli bir yola girilince, otomobil lastikleri merkezcil kuvvet sebebiyle
içeri doğru çekilir. Otomobil kavisli yola çok hızlı girerse atalet sebebiyle, dışarı doğru
fırlatılır.
Trafik güvenliği açısından kavisli yollar eğimli olarak yapılırlar. Böylece lastik ve yol arasında sürtünme artar. Kavisli yola giren otomobil yinede belirtilen hız kısıtlamasına uymak
zorundadır.
- 30 -
8. MOMENTUM
Hareket halindeki her cismin momentum adı verilen bir özelliği vardır. Momentum miktarı,
hıza ve cismin kütlesine bağlıdır. Hızı artan bir cismin momentumu da artış gösterir. Aynı
hızla hareket eden bir otomobil ile bir kamyonun momentumları, bunların kütlelerinin farklı
olması sebebiyle aynı değildir. Kütlesi büyük olan kamyonun momentumu daha büyüktür.
Hareket eden bir cisim hızını değiştirirse momentum kazanır veya kaybeder. Momentumun
korunumu ilkesine göre, momentum ne yaratılabilir ne de yok edilebilir. Bir cisim momentum kaybederse başka birisi onu kazanmış olur. Şayet bir cisim momentum kazanırsa,
başka birisi onu kaybetmiş olur.
Momentumun korunumu ilkesi çarpışma olaylarında daima korunan bir niceliktir.
Çarpışma, elastik (esnek) veyahut esnek olmayan üzere ikiye ayrılır. Momentumun korunumu her ikisinde de geçerlidir.
Özet
Atalet, duran bir cismin durması veyahut hareket halindeki bir cismin hareketini muhafaza
etmesi temayülüdür. Bir cismi harekete geçirmek veya durdurmak için bir kuvvet gereklidir.
Hareketin hızını veya yönünü değiştirmek için yine bir kuvvet gereklidir. Hız artışı veya
azaltması cismin kütlesine ve uygulanan kuvvete bağlıdır. Her bir etki için eşit ve zıt yönde
bir tepki kuvveti vardır. Atılan ve fırlatılan cisimler havada eğik atış hareketi yaparlar. Bu
hareket yatay ve düşey hareketlerin bir bileşkesidir. Bir eğri boyunca hareket eden bir cismi
merkeze doğru çeken bir merkezcil kuvvet vardır. Hareket halindeki herbir cismin momentumu vardır. Momentum, cismin kütlesiyle hızına bağlıdır.
- 31 -
1. 300 N luk bir kuvvetle yatay bir düzlemde çekilen 50 kg lık bir blok hangi ivmeyle
(m/s2) hareket eder?
A) 3
B) 4
C) 5
D) 6
E) 2
2. 120 kg lık bir sandık, 2 m/s2 lik bir ivmeyle sürükleniyor. Sandığa uygulanan kuvvet
newton olarak nedir?
A) 60
B) 120
C) 150
D) 200
E) 240
3. Yüksekçe bir yerden ilk hızsız bırakılan bir top 5 saniyede ne kadar yol alır?
(g= 10 m/s2 alınız)
A) 125
B) 250
C) 25
D) 12,5
E) 10
4. 500 m. yüksekten ilk hızsız bırakılan bir taş yere ne kadar sürede düşer?
(g= 10 m/s2)
A) 5
B) 10
C) 15
D) 20
E) 2,5
5. 72 km/saat hızla ilerleyen 1000 kg kütleli bir otomobilin momentumu (kg m/s) olarak
nedir?
A) 10000
B) 12000
C) 20000
D) 30000
E) 36000
6. Newton'un ikinci kanununa göre, bir cismin ivmesi uygulanan kuvvetin şiddeti
arttıkça:
A) azalır
B) aynı kalır
C) sıfır olur
D) artar
E) birşey söylenemez
- 32 -
7. Newton'un birinci hareket kanununa göre, hareketli her cismin
A) ivmesi vardır
B) hızı vardır
C) yönü vardır
D) momentumu vardır
E) ataleti vardır
8. "Newton'un üçüncü kanununa göre, bir cisme bir kuvvet uygulanırsa, cisimde
eşit şiddette bir kuvveti ........................ yönde uygular."
Yukarıda boşluğa uygun sözcük hangisidir?
A) zıt
B) aynı
C) farklı
D) aşağı
E) yukarı
9. 100 N luk bir kuvvetle 10 kg lık bir cisim sağa doğru çekiliyor, 30 N'luk bir sürtünme
kuvveti hareketi engelliyor. Bu cismin ivmesi m/s2 cinsinden nedir?
A) 13
B) 7
C) 8
D) 10
E) 12
10. 90 kg lık bir pilot paraşütle bir uçaktan atlıyor. Hava sürtünmesi 450 N olduğuna
göre pilotun yere iniş ivmesi nedir? (m/s2 olarak)
A) 3
B) 4
C) 5
- 33 -
D) 6
E) 9
ÜNİTE
5
Maddenin Fiziksel Özellikleri
Amaçlar
■
maddeyi yakından tanıyacak,
■
maddenin hallerini bilecek,
■
maddenin fiziksel özelliklerini öğrenecek,
■
fiziksel değişmeleri kavrayacaksınız.
İçindekiler
■
Giriş
■
Madde
■
Maddenin Halleri
■
Fiziksel Özellikler
■
Yoğunluk
■
Fiziksel Değişmeler
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu ünitede geçen kavramları iyice öğreniniz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Ünitelerdeki bilgiler birbirlerini tamamlandığından, önceki üniteyi kavramadan diğerine
geçmeyin.
1. GİRİŞ
Bu ünitede madde üzerinde durulacaktır. Maddenin dört hali tanıtılacaktır. Maddenin fiziksel özellikleri ve fiziksel değişmeler kavrandıktan sonra, maddeye daha başka bir gözle bakabileceksiniz. Maddenin kimyasal özelliklerini ve kimyasal değişmeleri kimya derslerinizde kavrayacaksınız. Bu ünitedeki öğrendiklerinizle birlikte kimyada öğrendikleriniz maddeyi bir bütün olarak kavramanıza yardımcı olacaktır.
2. MADDE
Şöyle bir etrafınıza bakın. Çevrede gördüğünüz herşey maddedir. Sizde bir maddesiniz.
Kütleye sahip olan ve yer işgal eden herşey bir maddedir. Kütle bir cisimin bulundurduğu
maddenin miktarıdır. Kütle ölçülebilir. Madde olmayan herhangi bir şey düşünebilir misiniz?
Düşünceler ve fikirler madde midirler? Isı madde midir? Hava madde midir?
İki madde parçası aynı zamanda aynı yeri işgal edemezler. Bu özellik, tüm maddelerin
bir özelliğidir. Banyo küvetine girdiğimizde, vücudumuz suyu itecektir. Küvetteki su seviyesi
yükselecektir. Bir çivi tahtaya çakıldığı zaman, çivi tahtada bir delik açacaktır.
3. MADDENİN HALLERİ
Tüm madde dört halden birinde bulunabilir. Bunlar katı, sıvı, gaz, ve plazmadır. Maddenin
her bir hali özel bir takım özelliklere sahiptir. Bir katının belli bir şekli ve hacmi vardır. Buz bir
katıdır. Tuz, aluminyum ve karbon diğer katı madde örnekleridir.
Bir sıvı belli bir şekle sahip değildir. Bir cam bardağa su doldurduğumuzu düşünelim. Su
içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Su, civa ve benzin sıvı örnekleridir. Sıvıların belli bir hacmi vardır.
Bir gazın belli bir şekli ve hacmi yoktur. Bir balona hava dolduralım. Sıkıştırmak suretiyle balonun şeklini değiştirebiliriz. Uygulanan kuvveti artırmak suretiyle balon, çeşitli yönlere
doğru şekil alabilir. Hava yeni bir şekli kaplar. Bir balondan havanın kaçmasına imkan verirseniz, havanın hacmi artış gösterir. Daha küçük bir hacme gazı pompalamak suretiyle
sıkıştırmak mümkündür. Hava gibi bir gaz daima içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Basket
topu içindeki gaz ne gibi bir şekil alır?
Maddenin dördüncü hali olan plazma sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelir. Güneşin
- 35 -
yüzeyi plazma halindedir. Plazma, bir gazın sahip olduğu özelliklerin bazılarına sahiptir. Ancak, bir gazdan farklı olarak plazma elektrik yüklüdür. Bilim adamları maddenin bu hali üzerinde hâlâ çalışmaktadırlar. Sadece plazma halinde bulunan nükleer reaksiyonlar vardır.
Bu reaksiyonlar önemli bir enerji kaynağı olabilir. Bu enerji elektrik enerjisine dönüştürülebilir.
4. FİZİKSEL ÖZELLİKLER
Şimdi elimizde dört adet test tüpü olsun. Her bir test tüpü bir sıvı ile doldurulsun. Birinci
tüpteki sıvı mavi renklidir. İkinci test tüpündeki sıvı kötü bir kokuya sahiptir. Üçüncü test
tüpüne atılan ufak bir çelik bilya yüzmektedir. Dürdüncü tüpü elinize aldığınızda içindeki
sıvının kolayca buharlaştığını tespit ediyorsunuz. Bu sıvılardan herhangi birinin su olup olmadığını nasıl tayin edebilirsiniz?
Bir sıvının su olup olmadığını anlamanın yolu, sıvının özelliklerini su ile kıyaslamaktır. Su
normalde mavi renkli midir? Kokusu kötü müdür? Çelik bir bilya suda yüzer mi? Kolaylıkla
buharlaşabilir mi? Bu özelliklere fiziksel özellikler denir. Maddenin fiziksel özelliği sadece
maddenin kendisine bağlıdır.
Fiziksel özellikler arasında hal, renk, tat, koku, donma noktası ve kaynama noktası sayılabilir. Bu özellikler, maddenin kimyasal yapısını değiştirmeksizin gözlemlenebilir.
Maddenin fiziksel özelliklerini hergün farkında olmaksızın gözlemlersiniz. Basketbol oynarken ne tür bir ayakkabı giyilir? Bale dansı yapılırken ne tür bir ayakkabı giyilir? Fiziksel özelliği bakımından her tür ayakkabı o özel faaliyete uygun olmak zorundadır.
Maddenin bazı fiziksel özelliklerini sıralamak istersek: yoğunluk, parlaklık, dövülebilirlik, ısıl
iletkenlik, renk, koku, tat, elektriksel iletkenlik, şekil, donma noktası, kaynama noktası vb.
5. YOĞUNLUK
Yoğunlukta fiziksel bir özelliktir. Yoğunluk, birim hacimdeki madde miktarıdır. Kübik santimetre başına düşen gram olarak ifade edilebilir (g/cm3). Suyun yoğunluğu 1 g/cm3 tür.
Yoğunluk, bir maddenin önemli bir fiziksel özelliğidir. Bir madde yoğunluğu ile belirlenebilir
veya tanınabilir. Çelik ile parlak aluminyum benzer olabilirler fakat bunların yoğunlukları
farklıdır. Saf bir maddenin yoğunluğu özel bir sıcaklıkta değişmeden kalır. Yoğunluk mad-
- 36 -
denin miktarına bağlı değildir. Niçin? Madde ufak parçalara ayrılsa bile, ufak madde de aynı
yoğunluğa sahiptir. Sıcaklık değiştiği zaman saf bir maddenin yoğunluğu değişir. Kuvartz
gibi bir mineral belli bir yoğunluğa sahiptir ve bu onunla tanınabilir. Farklı minerallerin
yoğunlukları, bilinmeyen mineral nümunelerini tanımakta kullanılabilir. Bir maddenin
yoğunluğunu bulmak için, onun kütlesini ve hacmini bilmek zorundayız. Yoğunluk, birim hacimdeki kütle miktarı olduğundan;
Yoğunluk = Kütle
Hacim
D =m
V
formülü ile bulunabilir.
?
Dikdörtgen şeklindeki bir nesnenin boyutları 3cmx2cmx1cm dir.
Kütlesi 4g olan bu nesnenin yoğunluğu nedir?
D =m
V
1 cm
V = axbxc = 3x2x1 = 6cm3
3cm
2cm
3
D = 4g 3 = 2 = 0,67 g/cm
3
6cm
bulunur.
Tablo.1- Bazı Yaygın Maddelerin Yoğunlukları (g/cm3)
Madde
Yoğunluk
Hidrojen
0,00009
Oksijen
0,0013
Su
1,0
Şeker
1,6
Sofra tuzu
2,2
Kuvartz
2,6
Aluminyum
2,7
Demir
7,9
- 37 -
Bakır
8,9
Kurşun
11,3
Civa
13,6
Altın
19,3
6. FİZİKSEL DEĞİŞİMLER
Bir cam levha kırıldığı zaman, camın ebadı değişir. Ancak, kırılmış cam parçaları, ilk cam
levhanın cam özelliklerini hâlâ taşırlar. Tahtadan yapılmış bir raf veya sandalye de hâlâ tahtanın özelliklerini taşır. Sadece onun şekli ve ebadında bir değişme sözkonusu olmuştur.
Maddenin; hal, şekil ve ebad değişikliğine fiziksel değişiklik adı verilir.
Kaynama, erime, buharlaşma ve donma maddenin hal değişikliğine ait örneklerdir. Suyu
kaynattığımız zaman, su sıvı halden gaz haline geçiş yapar. Kaynama noktası, bu olayın
gerçekleştiği sıcaklık derecesidir. Erime ise katı halden sıvı hale geçiş durumudur. Erime noktası, bu olayın gerçekleştiği sıcaklık derecesidir. Bir sıvı donduğu zaman katı hale
dönüşür. Bu sıcaklık derecesine donma noktası denir. Su, donma noktasında buza
dönüşür.
Kaynama ve donma noktaları bir maddenin belirli fiziksel özellikleridir. Bilinmeyen maddeler bu sıcaklık dereceleri ile tanınabilirler. Bilinmeyen maddelerin kaynama ve donma noktaları, bilinen maddelerinki ile kıyaslanabilirler.
Su buharı gaz halinde bulunan sudur. Bir gaz alçak sıcaklıklarda soğutulursa sıvı haline
dönüşür. Bu hal değişimine yoğuşma adı verilir. Bir ayna yüzeyine sıcak hava
üfürdüğümüzde su buharının yoğuştuğunu görebiliriz.
Basınç değişmesi ile hal değişikliği söz konusu olabilir. Karlı bir havada avucunuzda kartopu yapın. Elinizin sıkıştırması ve sıcaklığı ile karın eridiğini hissedebilirsiniz. Elinizin
baskısını yani basıncı ortadan kaldırırsanız su tekrardan buza dönüşür.
Tablo.2- Bazı Maddelerin Donma ve Kaynama Noktaları (°C)
Madde
Karbondioksit
Kurşun
Civa
Oksijen
Sofra tuzu
Su
Donma Noktası
Kaynama Noktası
-56,57
327,4
-38,8
-218,8
808,0
0,0
-78,47
1751,0
356,5
-182,9
1473,0
100,0
- 38 -
Özet
Bir yer işgal eden ve kütlesi olan herşeye madde diyoruz. Madde; katı, sıvı, gaz ve plazma
olmak üzere dört değişik halde bulunabilir. Fiziksel bir özellik, maddenin kendine bağlı bir
özelliktir. Fiziksel bir değişme maddenin şekil, ebad ve halini değiştirebilir. Yoğunluk, birim
hacimdeki madde miktarına verilen isimdir. Birimi g/cm3 tür.
1. Aşağıdakilerden hangisi bir fiziksel özellik değildir?
A) yoğunluk
B) renk
D) tat
E) yanma
C) koku
2. Civa bir metal olmasına rağmen aşağıdaki hallerden hangisinde bulunur?
A) katı
B) sıvı
D) karışım
E) plazma
C) gaz
3. Aşağıdakilerden hangisi belli bir şekle sahiptir?
A) plazma
B) karışım
D) sıvı
E) gaz
C) katı
4. Güneş yüzeyi aşağıdaki hallerden hangisidir?
A) katı
B) sıvı
D) plazma
E) akışkan
C) gaz
5. Aşağıdakilerden hangisi fiziksel bir özellik değildir?
A) yanma noktası
B) kaynama noktası
D) erime noktası
E) buharlaşma noktası
- 39 -
C) donma noktası
6. 230 gram kütleli sıvı yağın hacmi 250 cm3 tür. Buna göre yağın yoğunluğu nedir?
A) 0,86
B) 0,90
D) 1,04
E) 0,92
C) 1,08
7. Boyutları 2cmx3cmx4cm olan bir bir tahta blok 48 gramdır. Tahtanın yoğunluğu nedir?
A) 2,0
B) 0,5
D) 1,5
E) 1,6
C) 1,0
8. Kenarı 10 cm olan bir teneke su ile dolduruluyor. Bu kaptaki suyun kütlesi kaç kilogramdır?
A) 0,5
B) 1,0
D) 1,5
E) 2,5
C) 2,0
9. Sıcak bir gaz soğutulduğunda meydana gelen fiziksel değişmeye ne denilir?
A) donma
B) erime
D) buharlaşma
E) kaynama
C) yoğuşma
10. Oda sıcaklığında hava hangi halde bulunur?
A) plazma
B) katı
D) gaz
E) buhar
- 40 -
C) sıvı
ÜNİTE
6
Isı
Amaçlar
■ enerji kavramını,
■ sıcaklık ve ısıyı,
■ özgül ısıyı,
■ ısı ölçümünü,
■ erime ve buharlaşmayı,
■ genleşmeyi,
■ gazları öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Enerji
■
Sıcaklık ve Isı
■
Özgül Isı
■
Isı Ölçümü
■
Erime ve Buharlaşma
■
Genleşme
■
Gazlar
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Soruları
yanıtlarken aceleci davranmayın.
■
Ünite işlenirken verilen örnekleri dikkatli okuyun. Verilen örneklere benzerlerini siz bulun.
1. GİRİŞ
Bu ünitede enerjinin korunumu ilkesinin doğal uzanımları üzerinde durulacaktır. Enerji bir
şekilden diğerine dönüştürülebilir. Isı da bir nevi enerjidir. Sıcaklık ve ısı arasındaki fark üzerinde durulacaktır. Farklı cisimlerin ısı soğurma kabiliyetleri bir hal değişikliği esnasında
enerji salınmasına veya yutulmasına sebep olur. Cisimlerin ısı ile genleşme veya büzülmeleri kinetik teori yardımıyla açıklanacaktır. Bir gazın sıcaklığı, basıncı ve hacmi arasındaki
ilişki anlatılacaktır.
2. ENERJİ
Enerji iş yapabilme yeteneğidir. Mekanikte iki tür enerji olduğunu daha önce görmüştük.
Bunlar kinetik ve potansiyel enerjilerdir. Enerji bir şekilden diğerine dönüştürülebilir. Potansiyel enerji, kinetik enerjiye dönüşebilir. Bir barajdan aşağı inen suyun potansiyel enerjisi
kinetik enerjiye dönüşür. Düşen suyun kinetik enerjisi vardır. Bir su çarkının kanatlarına
düşen su, çarkları döndürebilir. Düşen su bir iş yapmış olur.
Enerji hiçbir zaman yaratılamaz veya yok edilemez. Düşen bir cismin kinetik enerjisine ne
olur? Bunun bir kısmı yere çakılınca büyük bir sese dönüşür. Diğer kısmı ise ısıya dönüşür.
Yerden beş metre yüksekliğe bir topu çıkaralım. Yerçekimi kuvvetini yenmek için bir iş yapılmalıdır. Top yükselirken yere göre potansiyel enerjisi bir artış gösterir. Ne kadar çok yükseltilirse, potansiyel enerjisi o derece büyük olur. Topun 10 m. yükseklikteki potansiyel enerjisi, 5 m yükseklikteki potansiyel enerjisinden daha fazladır. Şimdi bu topu serbest bırakalım.
Top aniden yere düşer ve çarpar. Topun yükseklik kaybetmesiyle sahip olduğu potansiyel
enerji, kinetik enerjiye dönüşür ve hızı artar. Yere çarptığı anda tüm potansiyel enerjisi,
kinetik enerjiye dönüşmüş olur.
3. SICAKLIK VE ISI
Bütün maddeler parçacıklardan yapılmıştır. Bu parçacıklar sabit bir hareket içindedirler.
Bunların tamamı kinetik enerjiye sahiptirler. Sıcaklık, bir madde içindeki parçacıkların ortalama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. İki madde, ancak sahip oldukları parçacıkların kinetik enerjilerinin aynı olmaları durumunda, aynı sıcaklıkta olurlar. Örneğin, buzdolabında bu-
- 42 -
lunan bir portakal ile bir bardak süt aynı sıcaklıktadır. Bu durumda portakalın parçacıkları ile
sütün parçacıkları aynı kinetik enerjiye sahiptir.
Sıcaklık ve ısı aynı şey değildir. Isı, maddenin toplam iç enerjisidir. Bir maddedeki parçacık-ların toplam kinetik enerjisine o maddenin iç enerjisi veyahut ısısı denir. Bir maddenin iç enerjisi, o maddenin kütlesine olduğu kadar sıcaklığına da bağlıdır. Şimdi bir yüzme
havuzu ve bir bardak su ele alalım. Herbirindeki suyun sıcaklık derecesi aynı olsun. Hangisi
daha çok ısı enerjisine sahiptir? Yüzme havuzundaki suyun kütlesi daha fazladır. Kütlesi
daha büyük havuzda daha çok sayıda su parçacıkları vardır. Çok sayıda parçacık ise daha
çok toplam kinetik enerjiye sahiptir. Beşinci kesimde, ısı enerjisini hesaplarken sıcaklık derecesi kullanılacaktır. Sıcaklığı derece (Celcius (°C)) cinsinden ölçüyoruz. Eski ısı birimi
kaloridir (cal). Yeni ısı birimi ise jul'dür (J). Bir kalori 4,18 jul'e eşittir (1 cal= 4,18 J).
Sıcaklık aynı zamanda bir maddenin ısıyı kazanmak veya almak eğiliminde olup olmadığını
gösterir. Örneğin, buzlu su kabına bir termometre daldıralım. Termometredeki cıva yüksekliği düşecektir. Kaynayan suya aynı termometre daldırılırsa bu kez civa sütunu hızla yükselir. Termometre, kaynayan sudan ısı kazanmıştır. Isı yüksek sıcaklık bölgelerinden alçak
sıcaklık bölgelerine doğru akar.
4. ÖZGÜL ISI
Sıcaklık ve ısı birbiriyle ilgilidir. Bir maddenin iç enerjisi artınca onun parçacıkları daha hızlı
hareket ederler. Parçacıkların kinetik enerji artışı, sıcaklıktaki artışla anlaşılır. Madde ısı
kazanır. Bir madde ısı kaybederken, onu teşkil eden parçacıklar daha yavaş hareket
etmeye başlarlar. Maddenin sıcaklığı da bu oranda azalır.
Özgül ısı (Cp), bir maddenin ısıyı soğurma (yutma) yeteneğidir. Özgül ısının birimi J/g°C dir.
Örneğin, suyun özgül ısısı 4,18 J/g°Cdir. Bu değer, bir gram suyun sıcaklığını bir derece
arttırmak için 4,18 jul'lük ısı enerjisi gerektiğini gösterir.
Farklı maddeler farklı özgül ısılara sahiptir. Demir için bu değer 0,45 J/g°Cdir. Yani, bir gram
demirin sıcaklığını bir derece arttırmak için 0,5 jul 'lük ısı enerjisi gerekmektedir. Bazı
maddelerin özgül ısıları Tablo 1'de gösterilmiştir.
- 43 -
Tablo:1 Bazı Yaygın Maddelerin Özgül Isıları ( J/g° C )
su ...................... 4,18
demir................... 0,45
aluminyum ........ 0,92
bakır ................... 0,38
karbon ............... 0,71
civa .................... 0,14
5. ISI ÖLÇÜMÜ
Bir maddenin ısı enerjisindeki değişmeler ölçülebilir. Isı enerjisindeki değişmeyi bulmak
için, maddenin kütlesi ile sıcaklığını ölçeriz. Bundan sonra, madde ısıtılır veya soğutulur.
Daha sonra son sıcaklık ölçümü yapılır. Maddenin özgül ısısını kullanarak, madde tarafından alınan veya verilen ısı enerjisini bulabiliriz. Isıdaki bu değişme, sıcaklık farkının, kütle ve
özgül ısı ile çarpımına eşit olur.
Alınan veya
Sıcaklık
=
x Kütle x Özgül ısı
verilen ısı
değişimi
∆H= ∆t x m x cp
∆ (delta) değişiklik demektir.
?
10 gramlık su, 5°C den 20°C ye kadar ısıtılmıştır. Su tarafından
alınan ısıyı hesaplayınız?
∆H = (t2 - t1) x m x cp
= (20°C-5°C) x 10 g x 4,18 J/g°C
= 15 °C x 10 g x 4,18 J/g°C
= 627 J
Isı değişiklikleri bir kalorimetre ile ölçülebilir. Isıtılan bir metali içerisinde su bulunan bir
kalorimetre kabına atalım. Sıcak cisimden, daha soğuk olan suya ısı akışı olacaktır. Biraz
beklenirse termometrede yükselme durur ve denge sıcaklığına kavuşulur. Yukarıdaki ısı
enerjisi denklemi kullanılarak, metalin özgül ısısı deneysel olarak bulunur (Şekil. 1).
- 44 -
Termometre
Karıştırıcı
m
İç kap
Su
Yalıtkan
Metal
Şekil 1. Kalorimetre
6. ERİME VE BUHARLAŞMA
Şimdi içinde buz bulunan bir kabın sıcaklığını ölçelim. Buzun sıcaklığı -20°C olsun. Bundan
sonra buzu hafif ateşte ısıtalım ve her 30 saniyede sıcaklığını ölçelim. Aldığımız sıcaklık
derecelerini zamana karşı bir grafikle gösterelim (Şekil. 2).
Sıcaklık
( C)
140
100
60
20
-20
0
5
10
15
Zaman
(dak)
Şekil 2. Sabit ısıda sıcaklık artışı
Birkaç dakika sonra, sıcaklık artışı durur. Sadece buzun eridiğini farkedebiliriz. Buzun erimesi sona erdikten sonra sıcaklık yeniden artmaya başlar. Buz erirken verilen ısının hepsi,
suyu buz (katı) halde tutan kuvvetleri yenmek ve parçalamak için harcanmıştır. Buzun erime noktası sıfır derece Celcius'tur. Bu derecede, bir gramlık su (buz) 334 Jul'luk enerji ola-
- 45 -
rak katı halden sıvı hale geçer. Katı halden sıvı hale geçiş için gerekli olan enerjiye suyun gizil ergime ısısı denir.
Suyu ısıtmaya devam edelim ve grafiği çizelim. Sıcaklık 100 dereceye ulaşınca, artış yeniden durur. Şimdi, su kabını bir kapakla kapatalım. Bu durumda sıcaklığın tekrar artışı için
uzunca bir zaman beklemek zorundasınız. Bu zaman sırasında su buhara dönüşmüştür.
Suyu katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerjiden daha fazla bir enerjiye
sıvı-gaz dönüşümü için ihtiyaç duyulacaktır. Bir gramlık suyu sıvı halden gaz haline
dönüştürmek için 2260 Jul'lük enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerjiye buharlaşma ısısı adı verilir.
Bir sıvı gaza dönüşürken ısı enerjisi alır. Aynı şekilde, bir katı sıvıya dönüşürse yine ısı enerjisi alacaktır. Hal değişikliği sırasında sıcaklık sabit kalır. Bir gaz bir sıvıya yoğuşurken ısı
kaybeder veya ısı verir. Aynı şekilde, katılaşan bir sıvı sahip olduğu enerjiyi kaybeder. Her
iki durumda da sıcaklık değişmesi olamaz.
7. GENLEŞME
Bir madde ısıtıldığında, maddenin parçacıklarının kinetik enerjisi artar. Enerjileri arttıkça
parçacıklar daha hızlı hareket ederler. Parçacıklar hızlı hareket ederlerken, birbirleriyle çok
şiddetli şekilde çarpışırlar. Bu sık ve şiddetli çarpışmalar parçacıkları birbirlerinden uzağa
itebilir. Madde içinde itilen parçacıklar sebebiyle, maddenin hacmi artar. Madde genleşmeye uğrar.
Köprülerin çoğunda köprü ile yol yatağı arasında açıklık bırakılır. Yazın sıcaklık artışında
asfalt genleşir ve bu açıklık sebebiyle köprüde sıkışma olmaz. Soğukta bu aralık geniştir.
Sıcaklık arttıkça aralık da küçülür.
Sıvılarda, katılara benzer tarzda genleşme ve büzülme sözkonusudur. Örneğin, benzin
deposu tıka basa doldurulmuş olsun. Gece sıcaklık düşer ve sabahleyin benzin seviyesi
depo kapağının altına inmiştir.
8. GAZLAR
Otomobil lastiğinin havasını kontrol eden bir teknisyen basıncını ölçer. Basınç ölçeri 200
kilopaskalı gösterir. Lastikteki bu basınca ne yol açmaktadır? Hava lastiğe pompalandığında, hava sıkıştırılmıştır ve hava daha küçük bir hacme zorlanmıştır. Lastik içerisin- 46 -
deki gaz parçacıkları kinetik enerjiye sahiptirler. Bunlar sürekli hareket halindedirler. Bunlar
hareket ederken hem birbirleriyle hem de lastik çeperiyle çarpışırlar. Lastik çeperlerine
çarpan bu parçacıkların kuvveti, lastikteki basıncı ortaya çıkarmaktadır.
Basınç, birim alana isabet eden kuvvettir. Eğer gazın sıcaklığı arttırılırsa, gaz parçacıklarının kinetik enerjisi artar ve daha hızlı hareket ederler. Böylelikle, lastik duvarlarına parçacıklar daha sık ve daha büyük bir kuvvetle çarparlar. Toplam kuvvet artınca, basınçta
artmış olur. Bir lastikteki basıncı artırmanın diğer bir yolu da içine daha çok hava pompalamaktır. Daha fazla sayıda parçacığın lastik duvarlarına çarpması basıncın artması demektir. Lastik içindeki havanın basıncı, dış hava basıncından daha fazladır. Sıcak bir günde çok
uzak mesafe giden bir otomobilin lastiğini ele alalım. Lastiğe ne olabilir? Lastik büyük bir
olasılıkla patlayabilir.
Hava basıncı, barometre adı verilen bir gereçle ölçülür. Basınç birimi paskal (Pa)dır. Deniz
seviyesinde hava basıncı 101 kilopaskaldır. 1000 paskal 1 kPa dır. Civalı bir barometrede,
75 cm. yüksekliğindeki civa sütunu 100 kilopaskal'lık bir ölçümü gösterir. Bir gazın sıcaklığı,
basıncı ve hacmi arasında bir bağıntı vardır. Bu bağıntılardan bir tanesi Boyle Kanunu
olarak bilinir. Boyle kanunu şöyle ifade edilebilir: Sıcaklık değişmediği takdirde, basınç
artınca bir gazın hacmi azalır. Bir gazın parçacıkları birbirlerine yakın olmaları artan
basınç sebebiyle ortaya çıkar. Böylece, hacim azalmış olur.
Şayet bir gaz üzerindeki basınç azalırsa, gaz genleşecektir. Bir soda şişesinin kapağını aniden açalım. Karbondioksit gazı hemen dışarı çıkar. Şişenin kapağı açılır açılmaz gaz
basıncı azalır. Bir gaz daha küçük bir hacme sıkıştırılabilir. Aynı gaz daha büyük bir hacme
doldurmak üzere genleşebilir.
Gazlarla ilgili diğer bir bağıntı Charles kanunu ile ifade edilir: Basınç değişmediği takdirde, sıcaklık artınca bir gazın hacmi artar. Gazın ısıtılması onun genleşmesine yol açar.
Isıtıldıklarında gaz parçacıklarının kinetik enerjileri artar. İçinde bulundukları kap içinde
daha hızlı hareket edip, kabın çeperlerine hızla çarparlar. Kabın duvarları esnek ise, gaz
bunları yıkabilir. Hacimde bir artış sözkonusudur. Örneğin, balondaki hava ısıtılınca, balon
genleşir.
- 47 -
Özet
Enerji bir şekilden diğerine dönüşebilir. Bir maddeyi oluşturan parçacıkların ortalama kinetik enerjisine sıcaklık denir. Isı enerjisi, bir maddenin parçacıklarının toplam kinetik enerjisidir. Özgül ısı, bir maddenin ısı soğurma kabiliyetini gösterir. Isı enerjisindeki değişme;
sıcaklık, kütle ve özgül ısının kullanılmasıyla hesaplanabilir. Bir madde hal değiştirirken, ısı
enerjisi soğurulur. Maddenin genleşmesi, parçacıklarının kinetik enerjilerinin artması
yüzündendir. Parçacıklar birbirlerinden uzaklaşacak şekilde hareket ederler. Bir gazın hacmi, basıncı ve sıcaklığı arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki Boyle ve Charles kanunları olarak
bilinir.
1. Aşağıdakilerden hangisi hareket enerjisi olan kinetik enerjiyi en iyi temsil eder?
A) Bir cismin hızıyla kütlesinin çarpımıdır.
B) Bir cismin hızının karesiyle kütlesinin çarpımıdır.
C) Bir cismin kütlesiyle, hızının karesinin çarpımının yarısıdır.
D) Isıtılan bir cismin kazandığı enerjidir.
E) Isıtılan bir cismin sıcaklığı ile kütlesinin çarpımıdır.
2. 50 kg lık bir sandık 5 m yükseğe çıkarılınca kazandığı potansiyel enerji ne olur?
(g= 10 m/s2)
A) 2500 J
B) 3000 J
C) 1500 J
D) 1000 J
E) 3500 J
3. Günde 4000 kalori kazanan bir insan vücudunda biriken enerji nedir? Bu insanın
enerjiyi harcamadığını kabul edelim.
A) 16540 J
B) 16720 J
C) 16600 J
- 48 -
D) 16780 J
E) 17020 J
4. Aşağıda verilen tüm maddeler aynı kütleye sahiptirler. Hepsinin sıcaklığını 50°C
artır-mak istiyoruz. En fazla ısıyı hangisi alacaktır? Özgül ısı değerleri parantez içinde
verilmiştir.
A) aluminyum (0,92)
B) demir (0,45)
D) civa (0,14)
E) karbon (0,71)
C) bakır (0,38)
5. Bir kilogram su 20°C de iken kaynatılıyor (100°C). Gerekli ısı miktarı nedir?
(Suyun özgül ısısı 4,18 J/g°C).
A) 352,4 kJ
B) 80 kJ
C) 240 kJ
D) 334,4 kJ
E) 336,4 kJ
6. 40 kg kütleli bir karbon parçası 80°C den 15°C ye kadar soğutuluyor. Kaybedilen ısı
miktarı nedir? (karbonun özgül ısısı 0,71 J/g°C dir)
A) 1480 J
B) 1660 J
C) 1590 J
D) 1790 J
E) 1846 J
7. 500 g lık bir aluminyum çubuk, 25 °Cden 100 °C ye kadar ısıtılıyor. Daha sonra suya atılıp, sıcaklığı 40oC ye düşürülüyor. Suyun kazandığı ısı miktarı nedir?
A) 28300 J
B) 28000 J
C) 24500 J
D) 26700 J
E) 29500 J
8. Hava basıncını ölçen aletin adı aşağıdakilerden hangisidir?
A) termometre
B) milimetre
C) barometre
D) manometre
E) paskal
9. Sıcaklığı sabit tutulan bir gazın, basıncı arttırıldığı zaman hacmi ne olur?
(Boyle kanunu)
A) azalır
B) artar
C) değişmez
D) soğur
E) ısınır
10. Basıncı sabit tutulan bir gazın, sıcaklığı arttırılınca hacmi ne olur? (Charles kanunu)
A) soğur
B) ısınır
C) değişmez
- 49 -
D) azalır
E) artar
ÜNİTE
7
Isı ve Kullanımı
Amaçlar
■
ısının yayılma çeşitlerini ve yalıtımı,
■
iletim, taşıma ve ışımayı,
■
ısıtma ve soğutma sistemleri,
■
atık ısı kavramlarını öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Isının Hareketi
■
Yalıtım
■
Soğutma Sistemleri
■
Isıtma Sistemleri
■
Atık Isı
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi çalışmadan önce, bundan önceki ünitedeki kavramları tekrarlayınız. Ünite
sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Bu üniteyi daha iyi kavramak için, her bölümle ilgili açıklama ve örnekleri dikkatle inceleyin.
1. GİRİŞ
Bu ünitede, önceki ünitede öğrendiğiniz ısı kavramını günlük hayata uygulayarak kullanma
sahalarını öğreneceksiniz. Isı bir enerji türüdür. Isıyı bir yerde muhafaza etmek çok zordur.
Isı üç şekilde yayılabilir; iletim, taşınım ve ışıma (radyasyon). Isı kaybının önlenmesi için,
ısıtılan tüm sistemler yalıtılmalıdır. Yalıtım sayesinde birçok ekonomik fayda sağlanabilir.
2. ISININ HAREKETİ
Isı üç yolla hareket edebilir; iletim, taşınım ve ışıma. Metal bir kaşığı sıcak bir çorba içerisine
bıraktığınızda kaşığın ısındığını farkedersiniz. Isı, kaşığın ucundan yukarıya doğru hareket
eder. Isının yüksek sıcaklık bölgelerinden düşük sıcaklık bölgelerine hareket ettiğini hatırlayalım. Isı kaynağına yakın olan parçacıkların kinetik enerjisi daha büyüktür. Bunlar kaynaktan uzak olan parçacıklara nazaran çok hızlı hareket ederler. Enerjinin kaşıktan yukarı
doğru hareketi kinetik enerji transferi ile mümkün olmaktadır. Parçacıklar birbirlerine çarptıkça kinetik enerji transfer edilmiş olur. Bu tarzdaki ısı hareketine iletim adı verilir. İletim olayında, enerji parçacıktan parçacığa hareket eder. Isı, katılar, sıvılar ve gazlar
içerisinden iletilebilir. Sıvı ve gaz parçacıkları birbirlerinden uzakta olmalarından dolayı ısıyı
bir katı kadar kolaylıkla iletemezler.
Taşınım ise sıvılarda ve gazlarda ısının hareketidir. Sıvılar ve gazlar ısıtıldığında genleşirler. Bunların yoğunlukları azalır. Yoğunluğu azalan madde yükselir ve ısıyı taşıyan
akım meydana getirirler. Örneğin, bir su kabı alttan bir alevle ısıtılsın. Kabın tabanındaki su
ısınır ve yoğunluğu azalır. Daha az yoğun olan su yukarı doğru çıkar ve beraberinde ısı
taşır. Rüzgarlar ve okyanus akımları, taşınım yoluyla ısı taşıyan gaz ve sıvı kümeleridir.
Taşınım ve iletimde ısı transferi için parçacıkların hareketine ihtiyaç duyulur. Işıma (radyasyon) ise, parçacıkların hareketi olmaksızın meydana gelen bir ısı taşıma yöntemidir.
Örneğin, yayılan enerji güneşten çıkmaktadır. Bu enerji uzaydan geçerek yeryüzüne ulaşır.
Uzay bir boşluktur. Işıma enerjisi, elektromanyetik ışımadır. Işık lambaları, sıcak cisimler
ve insanlar ışıma enerjisi yayarlar. Isı genellikle kızılötesi ışıma olarak yayılır. Sonuçta,
gece karanlığında kızılötesi kamera ile fotoğraf çekmek mümkündür. Bu yolla uzaydaki
uydulardan kızılötesi ışıma göndererek yeryüzünün ısıl fotoğrafı çekilebilir.
Isı birden fazla yöntemle hareket eder. Örneğin, soğuk bir kış gününde ormanda içinde soba olan bir kulübedesiniz. Tek ısı kaynağınız bir sobadır. Sobada odun yanmaktadır. Soba-
- 51 -
dan yayılan ışıma oda içindeki havayı ısıtır. Odadaki hava, taşınım akımları teşkil ederek
oda içerisinde dolaşmaya başlar.
3. YALITIM
Isı enerjisi, yüksek sıcaklık bölgelerinden düşük sıcaklık bölgelerine doğru taşınır. Bazen
bu ısı akışını durdurmak veya kontrol altına almak isteyebiliriz. Isı hareketini yalıtım yoluyla
kontrol edebiliriz. Yalıtım, ısının kolayca akışını fazlaca engelleyemez.
?
Sıcak bir günde pikniğe gidiyorsunuz. Beraberinizde götürdüğünüz
buzun erimesini nasıl önleyeceksiniz?
Buzu ısıtan tecrit etmeniz gerekir. Buzu ya bir buz kutusunda veyahut termos içinde muhafaza etmeniz gerekir. Buz kutusunun etrafı plastik köpükle kaplanmıştır. Köpüklü madde
ısıyı kolay kolay geçirmez. Bu köpüklü madde içinde hava bulunduran kabarcıklardan
yapılmıştır. Hava ısıyı pek iletmez. Bu kabarcıklar o kadar küçük boyutta yapılmıştır ki,
taşınım akımları burada oluşamaz. Güneşten gelen ışımaya karşı bir yalıtım düşünmeliyiz.
Güneş ışıma ısısından korumak için bu sistemin iç ve dışını parlak alüminyum levha ile kaplayabiliriz. Metalin parlayan yüzeyleri gelen ışıma enerjisini yansıtırlar.
Tüm bu yalıtımlar buzun saatlerce erimeden durmasını sağlarlar. Bazı şeyleri sıcak tutmak
için de yalıtım yapılır. Soğuk bir kış gününde termos içerisinde çay veya kahve gibi sıcak
içecekler korunabilir. Evlerimizde yalıtım, enerji tasarrufu için yapılır. Yalıtım suretiyle evimizin çok sıcak veya çok soğuk olması önlenebilir.
Evlerde yalıtım yapmanın bir yolu, duvarlar ve çatıda inşaat sırasında izocam gibi cam yünü
kullanmaktadır. Bu cam yünü denilen madde, birbirine çok sıkı şekilde paketlenmiş olan
cam yünü elyaflarından yapılmıştır. Elyaflar arasında hava boşlukları vardır. Ancak ne hava
ne de cam ısıyı iyi iletemezler. Taşınım olayı için hava boşluğu çok küçüktür. Duvarların ve
çatının yalıtılmasıyla bir evdeki ısı kaybı en aza indirgenebilir.
Çatı ve duvarlara ilaveten, kapılar ve pencereler de yalıtılmalıdır. Bunları yalıtmanın bir yolu, yalıtkan şeritler kullanmaktır. Bu yalıtkan şeritler dış hava ile taşınım yapabilecek hava
akımını keserler. Ayrıca, pencerelerde çift cam kullanmak ve ısıcam adı verilen özel camlar
kullanmak çok yerinde olacaktır.
- 52 -
4. SOĞUTMA SİSTEMLERİ
Buz, soğuk içeceklerde, piknik termosu ve kutularda kullanılır. Buz aynı zamanda yiyeceklerin korunmasında da kullanılır. Buzun erirken ısı soğurması sebebiyle etrafını soğutması
doğaldır. Buz erirken, bir gramı 334 jul'lük bir enerji soğurur. Bu değer buzun gizil erime ısısı
olarak ta bilinir.
Buharlaşma süreci, bir soğutma sistemi olarak kullanılabilir. Buharlaşma esnasında bir
sıvı, ısı soğurur (yutar). Sıvıdaki parçacıkların ortalama kinetik enerjisi artar. Sıvı yüzeyinde, bazı parçacıklar kaçmak için yeterli kinetik enerjiye sahiptirler. Sıvıdan ayrılırken,
parçacıklar etrafından ısı alarak giderler. Böylece etraf soğutulmuş olur.
Soğutucular, dondurucular ve klimalar buharlaşma esasına göre çalışırlar. Çoğu soğutucular, soğutma sistemlerinde freon kullanırlar. Bir gramlık freon bileşiği (CCl2F2), buharlaşmak için 167 jul'lük enerji soğurmak zorundadır.
Bir soğutucuda, freon depodan yüksek bir basınçla çıkar. Borulardan geçerken freon
gazının basıncı düşer. Bu düşük basınçta freon, borular içerisinde buharlaşabilir. Freon buharlaşırken etrafından ısı soğurur. Sonuçta etrafı soğuyacaktır. Freon gazı buharlaşırken
kazandığı ısıyı kaybedebileceği bir yere doğru pompalanmış olur. Freon sıvıya dönüşür.
Bundan sonra yine depoya geri pompalanır.
Bir soğutucudaki otomatik defrost (karlanmayı önlemek) ünitesi buharlaşmayı kullanarak
çalışır. Bu sistemde, kompresörden çıkan sıcak gaz, buzlanmayı eritmekte kullanılır. Eriyen buzlanma suları kompresöre yakın bir yere toplanıp taşınır. Kompresörden alınan ısı,
suyu buharlaştırır.
5. ISITMA SİSTEMLERİ
Evleri ve konutları ısıtmak için birkaç sayıda sistem mevcuttur. Bunlardan birisi bir sıcak su
sistemi (kalorifer) dir. Bu sistemde bir fırın, bir kazan ve radyatör vardır. Kazan ve fırın genelde bodrum katta bulunur. Fırında, kömür, fuel-oil veya doğal gaz yakılarak kazanda bulunan su ısıtılır. Su yaklaşık olarak 82°C ye kadar ısıtılır.
Taşınım yoluyla sıcak su odalarda bulunan radyatörlere taşınır. Radyatörlere gelen sıcak
su, radyatör peteklerini ısıtır. Isınan hava oda içerisinde bir taşınım akımı teşkil ederek
dolaşır. Radyatörde soğuyan su, tekrar kazana döner, sıcak su, soğuk su ile yer değiştirir.
Kazandan radyatörlere suyun dolaşımı defalarca tekrarlanır.
- 53 -
Bazı sistemlerde, bir pompa vasıtasıyla borulardaki su cebri olarak dolaştırılır. Sıcak sulu
ısıtma sistemlerinde fırından alınan ısı, odadaki havaya transfer edilmiş olur.
Buharlı ısıtma sistemi, bir sıcak sulu ısıtma sisteminin geliştirilmiş halidir. Bir buharlı ısıtma
sisteminde, su basınç altında kaynayana dek ısıtılır. Sıcak su yerine, sistemde sıcak buhar
dolaştırılır. Yoğuşan buhar tekrardan kazana geri döner.
Bir gram buhar suya yoğuştuğunda, 2260 jul'luk ısı enerjisi açığa çıkar. Suyun yoğuşma
ısısı gram başına 2260 jul'dür. Bu değer aynı zamanda buharlaşma ısısına eşittir. Şayet 10
gram buhar yoğunlaşırsa, 22600 jul'lük bir ısı açığa çıkar. Buhar radyatörleri, sıcak su radyatörlerine nazaran daha fazla enerji açığa çıkarırlar. Buharla aynı ısıyı verecek olan sıcak
su miktarı 50 kez daha fazladır.
Diğer bazı ısıtma sistemleri güneş enerjisini kullanırlar. Güneşli ısıtma sisteminde geniş siyah metal levhalar vardır. Gün ışığı levhaları ısıtır. Levha üzerindeki cam veya plastik örtü
havaya ısı kaybını önler. Levhaların üzerinde su taşıyan borular yerleştirilmiştir. Sıcak levhalar, boru içindeki suyu ısıtırlar. Bir pompa vasıtasıyla ısınan su evin veya diğer kullanma
yerlerine taşınmış olur.
Bunun yanında güneş enerjisiyle çalışan ve buhar elde eden sistemler de vardır. Bu yolla elde edilen buhar yine radyatörlerde dolaştırılır ve ısı taşınım yoluyla ısıtma bölgesinde kullanılmış olur.
Ayrıca, jeotermal kaynaklarından doğal olarak alınan sıcak su yine buharlaştırılarak konutlarda, seralarda ve diğer ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılabilir. Güneş enerjisi temiz bir
enerji kaynağıdır. Çevreyi kirletmez. Ayrıca 5-10 yıl içerisinde kendisini amortize eder. Yani, yakıttan sağlanan tasarruf ile yapılan masraflar karşılanmış olur.
6. ATIK ISI
Makinalar, fırınlar, elektrik lambaları ve sobalar ısı yayarlar. Kullandığımız enerjinin çoğuışık, elektrik, kimyasal enerji, mekanik enerji- sonuçta ısıya dönüşür. Hergün kullandığımız
enerjiden arta kalan ısıdır. Bu ısının çoğu kaybedilir. Isı önce atmosfere oradan da uzaya gider. Havadaki atık ısı, bazı şehirlerdeki havayı değiştirmiştir. Bu şehirlerde eskisine göre
daha az yağmur ve kar yağar. Ayrıca, çevredeki yerler kışın kadar soğuk olmazlar.
Elektrik enerji santralleri su kullanarak önce onu buhara sonra elektriğe döndürürler. Çoğu
endüstriyel kuruluşlar da makinaları soğutmak üzere su kullanırlar. Fabrikalardan çıkan
sıcak su en yakında bulunan bir akarsuya, göle veya denize boşaltılır. Her yıl 200 trilyon lit- 54 -
reden fazla ılık su elektrik santrallerinden dışarı atılır. Ilık su, bitki büyümesini arttırabilir. Su,
yetişen yeşil deniz yosunlarına karışır. Atık su denizi ısıtıp balıkların ölmesine yol açabilir.
Balıkların çoğu sıcak dereceli sularda canlı kalamaz. Tuna balığı, örneğin 28°C de sadece
30 dakika ve 25°C de ise yalnız 12 saat canlı kalabilir. Isıl kirlenme sıcaklık artışı ile çevrenin atık su ile kirlenmesi olayıdır. Atık suyun; deniz, göl ve nehirlere boşaltılması ısıl kirlenme sebebidir.
Soğutma kuleleri ısıl su kirlenmesine bir çözüm olabilir. Bir fabrikadan çıkan sıcak su,
soğutma kulesinden geçerken hava ile soğutularak ısısını kaybeder. Suyun hava ile
soğutulmasından sonra, en yakındaki bir su kaynağına boşaltılır. Suyun sıcaklığı giderildiği
için çevredeki suyun canlı varlıklara bir zararı olmayacaktır. Suyun ısıl kirlenmesi artık
sözkonusu değildir. Aşırı ısı havaya terkedilmiştir.
Isı atılmayıp faydalı olarak nasıl kullanılır? Atık ısınının kullanım alanlarından birisi deniz
suyunun arıtılmasıdır. Tuzlu deniz suyu ısıtılıp, buharlaştırılır. Buharlaştırılmış suyun içerisinde tuz yoktur. Bu su buharı önce soğutulup, daha sonra saf su elde etmek üzere yoğuşturulur. Bu su içme, yıkama ve sulama amacıyla kullanılabilir. Isının bir kısmı da binaları
ısıtmakta kullanılabilir. Başka bir kullanım alanı da seralardır.
Özet
Isı üç yolla taşınabilir; ışıma, iletim ve taşınım. Yalıtım yoluyla ısınının hareketi kontrol altına
alınabilir. Buharlaştırma bir soğutma işlemi olarak kullanılabilir. Isıtma sistemleri, yukarıda
bahsedilen üç yöntemi kullanarak ısıtma sağlayabilirler. Isıl kirlenme, atık suyun çevre
sıcaklığını artırması ile meydana gelir.
1. Kazgın bir fırına sokulan demir çubuk hangi yolla ısınır?
A) taşınım
B) ışıma
C) iletim
D) atık su
E) hepsi birden
- 55 -
2. Ateşte pişen bir yemek tenceresi içinde ısı hangi yolla yayılır?
A) iletim
B) taşınım
D) atık su
E) hepsi birden
C) ışıma
3. Buharlaşma olayı sonunda bir sistemde ne yapılabilir?
A) ışıma
B) taşınma
D) soğutma
E) iletim
C) ısıtma
4. Yalıtım vasıtasıyla ısı ne yapılabilir?
A) soğutma
B) ışıma
D) taşıma
E) kontrol
C) iletim
5. Atık su aşağıdaki işlerden hangisini yapamaz?
A) yalıtım
B) deniz suyu arıtımı
D) bina ısıtılması
E) ısıl kirlilik
C) sera ısıtılması
6. Kullandığmız tüm enerji sonunda aşağıdakilerden hangisine dönüşür?
A) yalıtım
B) buharlaşma
D) elektrik
E) atık su
C) ısı
7. Soğutucularda kullanılan en yaygın gaz aşağıdakilerden hangisidir?
A) hava
B) freon
C) karbondioksit
D) metan
E) hidrojensülfür
- 56 -
8. Aşağıdakilerden hangisi iyi bir iletkendir?
A) camyünü
B) köpüklü madde
D) su
E) hava
C) bakır
9. Evinizde kullandığınız yalıtıma ait aşağıdakilerden hangisi bir örnek olamaz?
A) duvarlar
B) pencereler
D) soğutucu
E) radyatörler
10. Buharlaşma olayının mekanizması nasıl meydana gelir?
A) Isınan su parçacıkları yüzeyden ısı alamazlar.
B) Isınan su parçacıkları yüzeyden ısı koparırlar.
C) Isınan su parçacıkları tabandan ısı alamazlar.
D) Isınan su parçacıkları tabandan ısı alabilirler.
E) Su parçacıklarının kinetik enerjileri değişmez.
- 57 -
C) çatı
ÜNİTE
8
Elektrik
Amaçlar
■
enerji kavramının, elektrik ve etkilerine ne şekilde uygulanabileceğini kavrayacak,
■
elektrik akımını,
■
elektrik devrelerini,
■
potansiyel farkını,
■
ohm konununu öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Elektrik Yükü
■
İletim
■
Akım
■
Potansiyel Farkı
■
Direnç ve Ohm Kanunu
■
Devreler
■
Güç
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Ünite içindeki örneklerin benzerlerini siz bulmaya çalışın. Bilginin kalıcı olmasının ancak
bu yolla gerçekleşebileceğini unutmayın.
1. GİRİŞ
Bu ünitede, maddenin elektriksel bir yapıya sahip olduğu incelenecektir. Elektrostatik alan
kavramını ve bu alanı meydana getiren elektrik yüklerini tanıyacaksınız. Pozitif ve negatif
elektrik yükleri vardır. Benzer yükler, birbirlerini iterler, zıt yükler ise birbirlerini çekerler.
Elektrik yüklerinin hareketiyle akım meydana gelir. Elektrik alanı içerisinde bir yükün
taşınması bir iş gerektirir. Birim yük başına yapılan iş elektrik potansiyeli adını alır. Elektrik
akımının iletkenlerden geçmesi zordur. Bu zorluğa iletkenin direnci adı verilir. Akım, potansiyel ve direnç arasındaki ilişki Ohm kanunu ile belirlenir. Elektrik devreleri, dirençlerin
ve üreteçlerin bağlanmalarına göre; seri, paralel ve karmaşık olmak üzere üçe ayrılır. Elektrik enerjisi bir iletkende ısı enerjisine dönüşür. Bu bakımdan her elektriksel gerecin bir gücü
vardır.
2. ELEKTRİK YÜKÜ
Bir cam çubuğu, bir ipek kumaşa sürtelim. Cam çubuk ve ipek kumaş birbirlerini çekerler.
Herbiri diğerini zayıf bir kuvvetle çeker. Niçin? Bunlar birbirlerini çekerler çünkü herbiri bir
elektrik yüküne sahiptir.
Bir elektrik yüküne ne sebep olmaktadır? Tüm madde, yüklü parçacıklar bulunduran atomlardan yapılmıştır. Atomlardaki iki tür yüklü parçacık proton ve elektrondur. Bir protonun yükü pozitif, elektronunki ise negatiftir. Elektronlar hareket edebilir. Bunların hareketi
sebebiyle cisimler yüklü hale gelirler. Bir nesne sürtüldüğü zaman, o elektron kazanabilir
veya kaybedilebilir. Sonuç olarak o nesne bir yük kazanır. Eğer o nesne elektronları kazanmış ise, negatif bir yüke eğer elektronları kaybetmiş ise, pozitif bir yüke sahip olacaktır.
Bir cam çubuk ipeğe sürtüldüğünde, cam çubuk ipeğe elektronlarından verir. Böylece ipek
negatif, cam çubukta pozitif bir yüke sahip olur. Cam ve ipek birbirini çeker. Zıt yükler birbirini çekerler (Şek.1).
Bir plastik çubuk ile yünlü kumaşı sürterseniz, yün ve plastik çubuk zıt elektrik yükleri kazanırlar. Sonuçta, bunlar birbirlerini çekerler. Plastik çubuk, yünden elektronları kazanır.
Böylece çubuk negatif yüklü hale geçer. Yün elektronları kaybettiğinden, pozitif yüklü hale
gelir.
Benzer yükler birbirlerini iterler. İki adet yüklü cam çubuk birbirlerini iter, çünkü her ikiside
pozitif bir yüke sahiptir. İki plastik çubukta birbirlerini iterler. Bunların ikisi de bir negatif yüke
sahiptir. Ancak, yüklü bir cam çubuk ile yüklü bir plastik çubuk birbirlerini çeker. Cam çubuk- 59 -
taki yük ile plastik çubuktaki yük, zıt yüklerdir. Pozitif veya negatif bu yüke statik elektrik adı
verilir.
Statik elektrik, bir yerde toplanan elektrik yüküdür. Bu yük hareketsiz, durgun elektriktir. Bir
kurutucudan çamaşırları çıkarırken statik elektrik örneklerini görebilirsiniz. Örneğin, yünlü
bir çorap veya süveter, pamuklu elbiselere yapışmış olabilir. Bu değişik özellikteki kumaşlar, kurutucu içerisinde birbirlerine sürtünmek suretiyle elektrik yükü kazanmışlardır.
Cam
çubuk
+
+
++
+
Cam
çubuk
İpek
İpek
Önce
Sonra
Şekil 1. Statik elektriğin meydana gelişi
3. İLETİM
Kalınca bir halı üzerinde yürüdüğünüz zaman, bir elektrik yükü kapabilirsiniz. Daha sonra,
bir metal kapı tokmağına dokunursanız bir elekrik kıvılcımını hissedebilirsiniz. Kıvılcım,
kapı tokmağı ile eliniz arasında hareket eden elektronlar tarafından meydana gelir.Buna bir
statik boşalma (deşarj) denir. Bir statik boşalma (deşarj), statik elektrik kaybı demektir.
Şimdi de yine bir halı üzerinde yürüyün ve yüklü hale gelin. Bu kez, metal kapı tokmağına bir
anahtar ile dokunun. Şimdi, kapı tokmağı ile anahtar ucu arasında bir kıvılcım atlaması
meydana gelir. Elektronlar anahtardan geçip, statik bir kıvılcıma yol açarlar. Elektronların
bir madde içindeki hareketine iletim adı verilir. Bu durumda anahtara, iletken adı verilir.
Metaller elektriği iyi iletirler.
Az önceki deneyde anahtar yerine bir tahta parçası kullanırsanız statik hiçbir boşalma olmaz. Çünkü tahta elektriği iletmez. Elektriği iletmeyen bir malzemeye yalıtkan adı verilir. Plastik, kauçuk ve cam üç tür yalıtkan malzemedir.
- 60 -
Statik elektrik üretecine Van de Graaff, jenaratörü adı verilir.
Statik elektrik yükünün varlığı elektroskop adı verilen bir gereç ile aranabilir. Elektroskopta cam kap içerisinde bir metal çubuk vardır. Metal çabuğun ucunda alt kısımda iki metal
yaprak vardır. Yüklü bir nesne elektroskopa dokunursa, yapraklar açılır. Benzer yükler yaprakların açılmasına sebep olur. Nötral yani yüksüz bir cisim dokunduğunda ise yapraklar
açıl-mazlar (Şek.2).
Cam
++
çubuk + +
+
+
+
+
+
+
+
+
Şekil 2. Elektroskop
4. AKIM
Akım, bir iletken içindeki yük hareketidir. Bir Van de Graaff jeneratörünün ürettiği akım
saniyenin bir kesri kadar sürer. Akım sabit değildir. Bir küçük ampulu yakmak için, sabit bir
akım kaynağına ihtiyaç vardır. Sabit bir akım üretmenin bir yolu yaş pil kullanmaktır.
Bir yaş pil; bir asit, baz veya tuz ihtiva eden bir eriyik içindeki iki farklı metalden oluşur. Asitler, bazlar ve tuzlar suda çözünürlerse, iyonlar meydana gelir. Her iyon ya pozitif ya da negatif yüklüdür. Eriyik, eşit sayıda pozitif ve negatif yüklere sahiptir (Şek.3).
Zn Cl 2
Cu
Zn
Gözenekli
kap
Cu Cl2
Şekil 3. Yaş Pil
- 61 -
Bu yaş pilin elektrik üretimi kısaca şöyle açıklanabilir:
(a) Çinkoklorür eriyiği içine daldırılan çinko elektron kaybeder.
Zn
Zn++ + 2e-
(b) Serbest kalan bu elektronlar telden geçerek bakır çubuğa geçerler ve onu negatif yükle
yüklerler.
(c) Bakırklorür eriyiğindeki serbest bakır iyonları, bakır çubuk ile etkileşip ondan elektron
alırlar,
Cu++ + 2e-
Cu
Yukarıdaki işlemler devamlı tekrarlanır. Elektronlar telden geçerler. Elektronların akışı ve
hareketli iyonlar elektrik akımını meydana getirirler. Akımın kesilmesi, telin herhangi bir plaka ile temasının kesilmesi ile gerçekleşir.
Bir kuru pil de aynen yaş pile benzer. Bunda, çinko bir silindirik kılıf içerisinde bir karbon çubuk vardır. Nemli bir kimyasal karışım aradaki boşluğu doldurur. Bu kimyasal hamule
(karışım) çinko ile reaksiyona girer ve elektronları serbest hale getirir. Bu elektronlar bir iletken vasıtasıyla karbon çubuğa geçerler.
Elektronlar bir yönde ilerlerler. Elektronlar yüklü parçacıklardır. Elektrik akımı yüklerin hareketinden ileri gelir. Yük birimi kulon dur (C). Doğru akım, yükün bir yönde hareketi ile oluşur.
Akım birimi amper dir (A). Bir amper, bir noktadan bir saniyede bir kulonluk yük geçmesidir.
5. POTANSİYEL FARKI
Bir bataryanın pozitif ve negatif uçları arasında bir potansiyel farkı vardır. Bu aynen, bir masanın yüzeyi ile döşeme arasındaki potansiyel enerji farkına benzemektedir. Potansiyel
enerjideki bu fark, bir yükü taşımakta yapılan iştir. Kuvvet, pozitif ve negatif yükler arasındaki çekimdir. Potansiyel farkı volt cinsinden ölçülür (V). Bir volt, bir kulonluk yükün taşınmasıyla yapılan bir jul'lük iştir. Potansiyel farkına aynı zamanda voltaj denilir.
Masada duran bozuk bir parayı kenardan itersek, yere doğru düşer. Düşerken havada bir
yol çizer. Bir elektronun yolu ile iletkendir. Bir bataryanın uçları arasına bir iletken bağlanırsa, akım geçişi başlar. Örneğin, 1,5 voltluk bir pile elektrik ampülü bağlayalım. Akımın yolu
ampul ve onu pile bağlayan teldir. Potansiyel farkı 1,5 volttur.
- 62 -
6. DİRENÇ VE OHM KANUNU
Bir iletkenden geçen elektronların sayısı, iletkenin direnci ile belirlenir. Direnç, bir iletkenden elektronların ne zorlukla geçtiklerinin bir ölçüsüdür. Direnç, ohm (Ω) cinsinden
ölçülür.
Farklı malzemeler, farklı dirençlere sahiptir. Örneğin, bir metrelik alüminyum telin direnci
3,44 ohm'dur. Benzer bir bakır telin direnci ise 2,09 ohm'dur. 100 watt'lık bir lambanın direnci 140 ohm'dur.
Tablo 1- Bazı Metallerin Direnci (Ω/m)
Metal
Direnç
Gümüş
1,98
Bakır
2.09
Altın
2,96
Aluminyum
3,44
Prinç
8,50
Nikel
9,48
Demir
12,1
Kalay
14,0
Kurşun
26,7
Hacmine göre büyük bir dirence sahip olan bir iletkene rezistör adı verilir. Örneğin, 1000
ohm'luk bir karbon rezistörün uzunluğu bir cm'den daha azdır. Karbonlu dirençler radyo, televizyon ve bilgisayarlarda kullanılırlar.
Akım bir dirençten geçerken elektronlar enerji kaybederler. Elektronlar bir dirençten geçerken iş yaparlar. Bu iş ısıya dönüşür. Potansiyel farkı, akım ve direnç arasındaki ilişki Ohm
Kanunu olarak bilinir. Ohm kanununa göre; Akım, potansiyel farkının dirence oranıdır.
Akım (amper) = Voltaj (volt) , I = V
Direnç (ohm)
R
?
12 V'luk bir
bataryanın uçları arasına 100 ohm'luk bir direnç
bağlanırsa, telden geçen akım nedir?
- 63 -
I = V = 12V = 0,12 A
R 100Ω
7. DEVRELER
Elektronların iletkenlerinden geçmesi için meydana getirilen yola, devre adı verilir. İki
temel devre çeşidi vardır. Bunlardan birisi seri devredir (Şek.4a). Bu devrede, her yerden
geçen akım şiddeti aynıdır. Eğer devre kesilirse, heryerdeki akım aniden durur. Anahtar,
devreleri açıp kapayan bir gereçtir. Bir devre açıkken hiçbir akım yoktur. Seri bir devredeki
anahtar, devreyi açıp kapamaya yarar.
Diğer devre türüne paralel devre adı verilir (Şek.4b). Bu devrede, iki veya daha fazla kol
vardır. Herbir koldaki voltaj (gerilim) aynıdır. Kollardan birisi açıldığı zaman, akım diğer koldan geçmeye devam eder.
I
R1
+
V
I
I1
I2
I3
+
R2
V
R1
R2
R3
R3
Şekil 4a. Seri devre
Şekil 4b. Paralel devre
8. GÜÇ
Elektrik lambasının düğmesi açılır açılmaz, elektrik gücü harcanmaya başlanır. Elektrikle
çalışan herşey güç harcar. Güç, birim zamanda yapılan iş demektir. Bir devrede harcanan
güç, kaynağın gerilimi ile kaynağın ürettiği akımın çarpımına eşittir.
Güç = Gerilim x Akım
P = V.I
Watt =
Jul X Kulon = Jul
Kulon Saniye Saniye
- 64 -
Güç birimi jul/saniye olup, watt (W) olarak bilinir.
Tablo 2. Bazı Lambaların Gücü ve Direnci
Gücü (W)
?
Direnci (ohm)
100
140
75
190
60
240
40
330
20
740
12 voltluk bir
bataryanın ürettiği akım 0,33 Amperdir. Devrede
harcanan güç nedir?
P = V.I
P = (12 V) x (0,33 A) = 4 W
bulunur.
Özet
Bazı nesneler sürtünmeden dolayı bir statik elektrik yükü toplarlar. Bir iletkendeki hareketli
yükler akım teşkil ederler. Potansiyel farkı veya gerilim, elektronların hareketini sağlayan
kuvveti sağlar. Elektronların hareketi için iletkenlerin direnciyle zorlanır. Ohm kanunu;
akım, gerilim ve direnç arasındaki bağıntıdır. Akım, elektrik devrelerinden geçer. Seri ve paralel olmak üzere iki tür devre vardır.
- 65 -
1. Benzer yükler birbirlerini ne yaparlar?
A) çekerler
B) iterler
D) hareket ettirirler
E) yok ederler
C) birşey yapmazlar
2. Farklı yükler birbirlerini ne yaparlar?
A) iterler
B) yok ederler
D) birşey yapmazlar
E) hareket ettirirler
C) çekerler
3. Aşağıdakilerden hangisi Ohm kanununu en iyi ifade eder?
A) V = I2 R
B) V = I/R
D) V = IR
E) V = I R 2
C) V = R/I
4. Üç adet 1,5 V'luk pil seri bağlanıyor. Meydana gelen bataryanın voltajı nedir?
A) 1,5 V
B) 3,0 V
D) 4,5 V
E) 9,0 V
C) 6,0 V
5. İki adet 20 ohm luk direnç seri bağlanırsa, meydana gelen eşdeğer direnç kaç
ohm'dur?
A) 10
B) 5
D) 20
E) 40
C) 30
6. İki adet 60 ohm luk direnç paralel bağlanıyor. Eşdeğer direnç kaç ohm dur?
A) 10
B) 30
D) 120
E) 40
- 66 -
C) 60
7. 9 V'luk bir bataryanın uçları arasına 18 ohm luk bir direnç bağlanıyor. Devreden geçen akım kaç amperdir?
A) 2
B) 1
D) 3
E) 4
C) 0,5
8. Elektriksel gücü temsil eden formül aşağıdakilerden hangisidir?
A) I2 V
B) I/V
D) V/I
E) VI
C) V2 I
9. 12 V'luk bir batarya 10 ohm luk bir dirence seri olarak bağlanıyor. Harcanan güç waat cinsinden nedir?
A) 120
B) 14,4
D) 12
E) 1,2
C) 144
10. 60 V'luk bir kaynak 120 watt'lık bir lambayı yakıyor. Çekilen akım ve harcanan güç
sırasıyla nedir?
A) 0,82 A; 42W
B) 0,35 A; 20W
D) 0,43 A; 26W
E) 0,47 A; 31 W
- 67 -
C) 0,52 A; 28W
ÜNİTE
9
Elektrik ve Kullanımı
Amaçlar
■
magnetizmayı ve mıknasları,
■
elektrik akımını ve manyetik alanları,
■
elektrik ölçü aletlerini,
■
jenaratör ve alternatif akımı,
■
doğrultucuları,
■
yükselticileri,
■
katod ışınları tüpünü öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Mıknatıslar
■
Akım ve Manyetik Alanlar
■
Ampermetre ve Voltmetre
■
Jenaratör ve Alternatif Akım
■
Doğrultucular
■
Yükselticiler
■
Katod-Işını Tüpü
■
Televizyon
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi çalışmadan önce, bir önceki üniteyi iyice gözden geçiriniz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Bu ünitede yazılanlar, ancak konunun genel çerçevesini verebilir. Ayrıntılar için kaynakçada belirtilen eserlere başvurmalısınız.
1. GİRİŞ
Mıknatısların özellikleri ve manyetik alanlar bu ünitede ele alınacaktır. Elektrik ölçü aletlerinden ampermetre, voltmetre yapımı ve kullanımı anlatılacaktır. Üzerinden akım geçen bir
telin etrafında bir manyetik alan meydana gelir. Hareketli bir manyetik alan da telde bir akım
meydana getirir. Alternatif akım ve onu meydana getiren jenaratör incelenecektir. Ayrıca,
elektrik devrelerinde kullanılan doğrultucu, yükseltici, katod-ışını tüpü ve televizyon üzerinde durulacaktır.
2. MIKNATISLAR
Elektrik ile ilgili gereçlerin nasıl çalıştıklarını anlamak, mıknatısların ve manyetik alanların
nasıl olduklarını anlamakla başarılabilir.
İğne pusula, bir destek üzerine oturtulmuş olan ince bir mıknatıstır. Bu destek, mıknatısın
serbestçe dönmesini sağlar. Bir mıknatısın iki kutbu vardır. Daima manyetik kuzeye yönelen ve onu gösteren kutba, kuzey kutup denir. Diğer kutba ise güney kutup adı verilir
(Şekil.1).
N
S
Kuzey
Güney
Şekil 1. Bir çubuk mıknatısın kutupları
Elektrik yüklerinde olduğu gibi; benzer kutuplar birbirlerini iter farklı kutuplar ise birbirleriniçekerler.
Bir mıknatıs, diğer mıknatıslara ve mıknatıslanabilecek maddelere bir kuvvet uygular. Her
bir mıknatısın etrafında kuzey kutuptan güney kutba yönelecek şekilde bir kuvvet alanı
mevcuttur. Bu manyetik kuvvet sayesinde diğer mıknatıslar çekilir veya itilirler.
Manyetik özelliklerini yıllarca sürdürebilen bir mıknatısa kalıcı bir mıknatıs adı verilir.
Kalıcı mıknatıslar demir, kobalt ve nikelden yapılmıştır. Bu üç metal kolayca mıknatıslanabilir ve manyetik özelliklerini uzunca süre koruyabilirler. Mıknatıslar alaşımlardan da yapılabilirler ancak ilgili alaşım yukarıda adı geçen metallerden en az birisini bulundurmalıdır. Çubuk bir mıknatıs ve atnalı mıknatıs, kalıcı mıknatıslardır.
- 69 -
3. AKIM VE MANYETİK ALANLAR
Manyetik alanlar sadece kalıcı mıknatıslara mahsus değildir. Akım taşıyan bir telin civarında da bir manyetik alan yaratılır. Kalıcı mıknatıslarda olduğu gibi, elektrik akımlarının alanları da kuzeyden güneye yönelmiştir. Manyetik alanlı bir bobin aynen kalıcı mıknatısların
yaptığı gibi, diğer mıknatısları çeker veya iter. Mıknatısların ve bobinlerin etrafında yarattığı
manyetik alanlar ve bunların etkileri, mıknatısları elekronikte önemli bir yere getirir.
Manyetik alanların etkilerine bir örnek olarak, bir elektrik motorunu gösterebiliriz. Bir elektrik
motorunda, bir şaft etrafında bir akım teli sarılıdır. Bu akım teli (bobin) mıknatısın kutupları
arasında bulunmaktadır. Bobinden bir akım geçtiğinde, etrafında bir manyetik alan meydana gelir. İki alanın etkisi bobini döndürmek yönündedir. Aynı sonuç, mıknatısı şaft üzerine
yerleştirip üzerine bir akım teli (bobin) sarmak suretiyle de elde edilebilir. İki manyetik alan
dönmeye yol açar zira her durumda alanlar birbirlerini iterler.
Bir bobin ile bir mıknatısın kullanıldığı diğer bir gereç ise elektrik metre (ölçü) dir. Akımı
ölçen alete ampermetre, voltaj (gerilim) ölçen alete ise voltmetre denilir.
4. AMPERMETRE VE VOLTMETRE
Elektrik ölçü aletleri elektrikle ilgili ölçümler yaparlar. Akım miktarı veya şiddeti amper cinsinden bir ampermetre ile ölçülür. Voltmetre ise volt cinsinden potansiyel farkını ölçer.
Ampermetre ve voltmetrenin temel yapım esasları aynıdır. Herbirisi bir magnetik alan içerisinde bulunan bir bobin bulundurur. Bir ampermetre veya voltmetre bir devreye
bağlandığında, bobinden bir akım geçer. Akım bobinden geçerken bir göstergeyi hareket
ettirir ve ölçek üzerinde bir yere getirir. Ölçekli göstergede amper ve volt cinsinden sayılar
vardır. Sivri uçlu göstergede devreden geçen akımı veya devrenin iki noktası arasındaki potansiyel farkını gösterir.
Ampermetre ve voltmetre arasındaki en büyük fark, bunların dirençleridir. Ampermetre bobinini teşkil eden tellerin direnci çok düşüktür. Böylece, ampermetre içinde geçen devre
akımının tamamı buradan geçer. Voltmetre için bunun tersi geçerlidir.Voltmetrenin yüksek
bir direnci vardır. Bir devreye bağlandığı takdirde, voltmetreden çok az bir akım geçer. Voltmetre bobininden geçen akım miktarı gerilim (voltaj) ile orantılıdır. Voltaj artarken, bobindeki akım da artar.
- 70 -
Ayrıca, bir ampermetre ilgili ölçüm yerine seri bağlanır. Voltmetre ise ölçüm yerine paralel
bağlanmak zorundadır (Şekil. 2).
R
V
A
R
I
I
+
-
+
V
V
Şekil 2. Bir ampermetre ve voltmetrenin bir devreye bağlanışı.
5. JENERATÖR VE ALTERNATİF AKIM
Bir elektrik akımının etrafında bir manyetik alan meydana getirdiğini daha önce görmüştük.
Mıknatısların başka bir kullanımı da vardır. Bir mıknatısın kutupları arasına bir bobin saralım. Buradan bir akım elde edilir. Aynı şey, bir mıknatısı bir tel içinde döndürdüğümüzde
de meydana gelir. Bir tel boyunca bir manyetik alan hareket ederse, telde bir akım oluşur.
Bu şekilde akım üreten gerece jeneratör adı verilir (Şekil 3).
Mıknatıs
N
Teller
Şaft
Fırçalar
S
Şekil 3. Jeneratörün temel parçaları
Bobin veya mıknatıs döndürülürse, telde (bobinde) bir noktadaki magnetik alan yön değiştirir. Alanın yön değiştirmesi, akımın yön değiştirmesine sebep olur. Magnetik alan sürekli
şekilde yön değiştirdiğinden, akım da sürekli olarak yön değiştirir. Bu şekilde yön değiştiren
- 71 -
I
I
+I
I
t
t
- I
( AC )
( DC )
Şekil 4. Alternatif akım (AC) ve doğru akım (DC)
değişken akıma alternatif akım (AC) denir. Alternatif akım; evde, okulda ve işyerlerinde
kullanılan akımdır. Doğru akım (DC) yön değiştirmeyen bir akımdır (Şekil 4.).
6. DOĞRULTUCULAR
Konutlarda kullanılan elektriğin alternatif akım olmasına karşın, bazı ev aletlerinin
çalışması için doğru akıma ihtiyacı vardır. Stereo müzik aletleri, televizyonlar ve diğer bazı
mutfak gereçleri doğru akımla çalışırlar. Dolayısıyla, alternatif akımı doğru akıma çevirecek
bir mekanizma olmalıdır. Bir doğrultucu bu işi başarabilir. Doğrultucu, akımı tek yönde
geçiren bir alettir. Tek yönde akan bir akım ise doğru akımdır. Doğrultucu, bir alternatif akım
devresine bağlanır. Akım, doğrultucu içinden geçerken, doğru akıma çevrilir. Doğrultucular, televizyon gibi onu doğrudan kullanan gereçlerin içerisinde bulunan aletlerdir ve televizyon devresinin vazgeçilmez bir parçasıdır.
7. YÜKSELTİCİLER
Genellikle tiyatro, müzik ve sinema salonu gibi yerlerde sanatçıların seslerini arkalarda oturanların kolayca duyabilmeleri için bir ses düzeneği yapılır. Mikrofona seslenen bir sanatçının sesi önce yükselticiye gider. Buradaki ses dalgası, elektronik dalgaya dönüşür ve
yükseltilir. Daha sonra ise anfilere (hoparlörlere) gelen elektrik dalgaları yükseltilmiş şekilde ses dalgalarına dönüşürler. Yükselticinin görevi küçük bir sinyali büyülterek daha büyük
bir sinyale dönüştürmektir.
Yükselticiler
(amplifikatörler)
tranzistör'ler
kullanılarak
yapılırlar.
Bir
devreye
bağlandığında bir tranzistörün içinden akım geçer. Giriş sinyali, akımın geçişini kontrol
eder. Giriş sinyalinde meydana gelen küçük değişmeler, akımın geçişinde büyük değişme-
- 72 -
lere yol açar. Bu büyük değişmeler çıkış sinyalidir.
Bir yükselticinin çıkış sinyali yeteri kadar büyük değilse daha da yükseltilebilir. Bir yükselticinin çıkışı, diğer bir yükselticinin girişi olabilir. Bu işlem sinyal istenen düzeye ulaşana kadar
devam edebilir. Her yükseltici bir yükselme safhasıdır. Yükselticiler çoğu elektrikle çalışan
gereçlerde bulunur: Örneğin, radyolar, televizyonlar ve müzik setleri vb.
8. KATOD-IŞINI TÜPÜ
Katod ışını tüpü, bir giriş sinyalinin resmini gösteren bir elektronik gereçtir. Televizyon resim
tüpleri katod-ışın tüpleridir.
Katod-ışın tüpünün ekran kısmı üzerindeki elektronlar ışık veren bir madde ile kaplanmıştır.
Elektronlar bir elektron tabancasından çıkarak ekrana ulaşırlar. Giriş sinyali, ekrana çarpan
elektronların sayısını, elektronların akışını kontrol ederek belirler. Bir tür katod-ışını
tüpünde dört adet elektrik yüklü levha, ekran üzerinde elektronların hangi noktaya düşeceklerini kontrol eder. Elektron demeti de yüklü olduğundan, bu levhaların alanları ile etkilenir.
Alanların değişmesi, elektron demetinin yönünü değiştirir. Elektron demeti ekranı hızla tararken bir resim ekranda oluşur. Televizyon resim tüpleri farklı bir ilkeye göre çalışır.
Bir katod-ışın tüpü sadece o işten anlayan birisi tarafından açılmalıdır. Bir katod-ışın tüpünü
çalıştırmak için yüksek gerilimlere ihtiyaç duyulur. 20000 voltluk bir potansiyel farkı gereklidir. Yanlış kullanıldığı takdirde, bu gerilim öldürücü olabilir.
9. TELEVİZYON
Bir televizyonda yukarıda bahsettiğimiz aletlerin çoğu vardır. Şehir elektrik şebekesine
bağlı bir televizyon setinde ilk önce bir doğrultucu vasıtasıyla alternatif akım, doğru akıma
çevrilir. Televizyonun diğer parçaları elektronik olarak doğru akımla çalışırlar.
Bir antenden alınan sinyal, ilk önce birinci yükseltme bölmesine gelir. Gelen sinyalde iki temel kısım vardır; ses ve resim. Birinci yükseltme bölümünden sonra, ses ve resim sinyalleri
ayrılırlar. Ses sinyali yükseltilir ve spikere (hoparlör) gider. Resim sinyali ise katod-ışınına
girmeden önce yükseltilir. Resim sinyali, katod-ışın tüpünün giriş sinyalidir (Şekil 5).
- 73 -
Katod
ışın
tüpü
Resim
yükselticisi
Anten
Ses
yükseltici
İlk
yükseltici
Spiker (hoparlör)
Şekil 5. Bir televizyonun çalışma şeması
Renkli bir televizyonun resim tüpünde elektronların çarpmasıyla ışık veren üç malzeme
vardır. Herbir malzeme farklı bir renk verir: Kırmızı, mavi ve yeşil. Bu malzemeler üçgensel
noktalar şeklinde düzenlenmiştir. Noktalar çok küçük olduğundan, verilen ışığın renkleri
karışmış gibi görünürler. Sonuçta bu üç ana renge ilaveten çok farklı renkler görebiliriz.
Özet
Mıknatıslar, diğer mıknatıslara bir kuvvet etki ederler. Akım bir manyetik alan yaratabilir.
Mıknatıslar manyetik alan oluşturmaları sebebiyle elektronikte önemli bir yer tutarlar. Ampermetre ve voltmetre aynı temel yapıdaki elektrik ölçü aletleridir. Alternatif akım zamanla
yönünü değiştiren bir akımdır. Bir doğrultucu, alternatif akımı doğru akıma çevirir. Bir
yükseltici küçük bir elektrik sinyalini alarak büyültebilir. Bir katod-ışın tüpü, bir sinyalin resmini gösterebilir. Televizyon günlük hayatımızın vazgeçilmez bir elektronik gerecidir.
1.
Bir mıknatısın etrafındaki alan hangisidir?
A) elektrik
B) yerçekimi
D) potansiyel
E) kinetik
- 74 -
C) manyetik
2. İçinden akım geçen bir telin etrafındaki manyetik alan, telin yakınına konulan bir pusula iğnesini ne yapar?
A) çeker
B) saptırmaz
D) saptırır
E) birşey yapmaz
C) iter
3. Ampermetre ile ne ölçülür?
A) akım şiddeti
B) voltaj
C) potansiyel
D) güç
E) direnç
4. Voltmetre ile ne ölçülür?
A) güç
B) manyetizma
D) direnç
E) potansiyel
C) akım
5. Aşağıdakilerden hangisi ile kalıcı bir mıknatıs yapılamaz?
A) karbon
B) kobalt
D) nikel
E) demir
C) alaşım
6. Alternatif akımı doğru akıma çeviren gerece ne denir?
A) ampermetre
B) voltmetre
D) doğrultucu
E) jenaratör
C) vatmetre
7. Tranzistörler bir TV'de ne işe yararlar?
A) doğrultucu
B) yükseltici
D) potansiyel kesici
E) direnç
C) voltmetre
8. Bir televizyon resim tüpünün diğer adı nedir?
A) doğrultucu
B) yükseltici
D) ampermetre
E) katod-ışın
- 75 -
C) voltmetre
9. Bir ampermetrenin iç direnci, devre direnci ile kıyaslandığında;
A) eşittir
B) yakındır
D) büyüktür
E) kıyaslanamazlar
C) küçüktür
10. Bir voltmetre ölçüm yapılacağı yere nasıl bağlanır?
A) seri
B) seri-paralel-seri
D) paralel
E) paralel-seri-paralel
- 76 -
C) karışık
ÜNİTE
10
Dalgalar
Amaçlar
■
dalgaların özelliklerini,
■
bir dalganın frekansını, hızını,
■
su dalgası modelini,
■
elektromanyetik spektrumu (tayf),
■
x-ışınlarını,
■
çeşitli ışıma çeşitlerini,
■
mikrodalgaları öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Dalgaların Özellikleri
■
Bir Dalganın Frekansı ve Hızı
■
Su Dalgası Modeli
■
Elektromanyetik Spektrum
■
X-Işınları
■
Işıma Çeşitleri
■
Mikro Dalgalar
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi çok iyi çalışarak verilen kavramları öğreniniz. Ünite sonundaki soruları
yanıt-layınız. Güçlük çektiğinizde ünitenin ilgili bölümünü yeniden okuyun.
■
Üniteyi çalışırken her bölümü birkaç cümleyle özetlemeye çalışın ve yaptığınız özeti ünitenin sonundaki özetle karşılaştırın.
1. GİRİŞ
Dalgaların temel belirgin özellikleri, elektromanyetik dalgaların ve sesin anlaşılması bu ünitede incelenecektir. Bir dalganın; dalgaboyu, frekansı ve hızı arasındaki ilişki tanıtılacaktır.
Yansıma ve kırılma olayları su dalga modeli ile açıklanacaktır. X-ışınlarının üretimi ve kullanımı yerleri üzerinde durulacaktır. Ayrıca, ışıma (radyasyon) çeşitleri arasında morötesi
(ultraviyole) ve kızılötesi (infrared) ışımalar anlatılacak, mikrodalgalar ve kullanım yerleri
tanıtılacaktır.
2. DALGALARIN ÖZELLİKLERİ
Bir okyanusta veya bir denizdeki dalgaları hiç seyrettiniz mi? Su yukarı ve aşağı doğru hareket ederken, dalgalar ileri doğru yol alırlar. Herbir dalga bir noktadan geçerken, su yukarı ve
aşağı doğru hareket eder. Dalga boşlukta ve madde içinde yayılabilen ritmik bir olaydır.
Bir iple yaratılan dalga, bir tepe ve bir vadiye sahiptir. Tepeye karın, vadiye ise çukur
adı verilir (Şekil.1). Her dalga belli bir dalgaboyuna sahiptir. Bir karından bir karına olan toplam mesafeye bir dalgaboyu adı verilir. Aynı şekilde bir çukurdan, diğerine olan mesafede aynıdır.
y
(m)
Tepe
Dalga boyu
A
Genlik
t(s)
Genlik
-A
Dalga boyu
Vadi
Şekil 1. Bir dalga ve özellikleri
Genlik, bir dalganın normal konumundan yükselme ve alçalma mesafesidir. Uzanımın
en büyük ve en küçük olduğu konumlar diye de tarif edilebilir. Genlik, dalgayı ortaya çıkaran
enerjinin miktarına bağlıdır. Dalganın enerjisi artarken, genlik de artar. Örneğin, bir havuza
- 78 -
küçük bir taş yerine, büyük bir kaya parçası atarsanız meydana gelen dalga büyük olur. Bu
durumda genlik artar.
Su veya bir iple teşkil edilen dalgalara enine dalgalar denir. Enine bir dalgada, madde dalganın yayılma yönüne dik bir yönde titreşir. Titreşim, çok hızlı bir şekilde ileri geri hareket etmek demektir. Bir su dalgasında, dalga su boyunca ilerler. Su molekülleri aşağı yukarı titreşirler.
3. BİR DALGANIN FREKANSI VE HIZI
Tüm dalgalar belli bir frekansa sahiptir. Frekans, bir saniyede belli bir noktadan geçen dalgaların sayısıdır. Şimdi, bir havuza bir çakıl atalım. 15 saniyede bir kayayı geçen su
çırpıntısı üç dalga tepesi meydana getirmiş olsun. Frekans nedir? Dalganın frekansı 15 saniyede üç dalgadır. Bu, her saniye başına 0,2 dalga demektir.
3 dalga = 0,2 dalga
15 saniye
saniye
Verilen bir noktayı bir saniyede geçen dalga sayısı artıkça, frekansda artar. Bir köprü
ayağında dikilip alttan geçen su dalgalarını gözlediniz mi? Dalganın uzunluğu arttıkça, verilen bir noktadan geçiş süresi de artar. Dalga kısaldıkça, verilen bir noktadan geçiş süresi de
azalır.
Maddenin ileri geri hareketine titreşim hareketi denir. Bu hareketi, lastik bir bandı gerip onu
bir parmağınızla çekerseniz görebilirsiniz. Bu titreşim ileri geri bir harekettir. Lastik bandın
titreşimi, sudaki bir dalgaya benzer. Lastik banddaki titreşimler, sudaki dalgalardan çok daha hızlıdır. Bir titreşimin frekansı, hertz adı verilen bir birimle ölçülür. Bir hertz (Hz), bir
dalganın her saniyede bir devir veya bir titreşim yapmasıdır. Örneğin, bir tür diyapozon ile
çıkarılan sesin frekansı 256 hertz dir. Bir diyapozon bir saniyede 256 kez titreşim yapar.
Doğal alarak, bu olayı gözle görmek mümkün değildir. Bunun yerine sadece sesi duyulur.
Bir dalganın frekansı ve dalgaboyu arasında bir ilişki vardır. Bir dalganın boyu artarsa, frekansı azalır. Uzun dalgalar düşük bir frekansa, kısa dalgalar ise yüksek bir frekansa sahiptir.
Bir dalganın hızı, dalganın frekansı ve dalgaboyuna bağlıdır. Bir dalganın hızını aşağıdaki
denklem ile hesaplayabiliriz.
- 79 -
Hız = Dalgaboyu x Frekans
v=l xf
Örneğin, yukarıda bahsedilen diyapozonun frekansı 256 hertz'di. Diyapozon tarafından
meydana getirilen ses dalgasının dalgaboyu 1,3 metredir. Bu takdirde ses dalgasının hızı;
v = 1,3 m x 256 Hz = 332,8 m/s
dir. Hertz, saniyedeki titreşim sayısını gösteren bir birimdir. Dolayısıyla, ses hızı m/s cinsinden olur.
4. SU DALGASI MODELİ
Bir su tankındaki dalgalar; ses, ışık ve diğer enerji dalgalarının davranışını açıklamak için
kullanılabilir. Su dalgaları yansımayı göstermek üzere incelenebilir. Yansıma, bir dalganın
bir cisme çarpıp geri sıçraması demektir. Bir cisme gelip çarpan dalgalara gelen dalgalar
adı verilir. Sıçrayan dalgalara ise yansıyan dalgalar denilir (Şekil.2).
Normal
Gelme
açısı
Yansıma
açısı
gelen dalga
i
i
yansıyan
dalga
Tahta
engel
Şekil 2. Bir dalganın bir engelde yansıması
Kırınım ise dalgaların bükülmesidir. Su dalgaları bu olayı açıklayabilir. Bir su dalgası
sığ bir suya doğru ilerlerken, dalga boyu azalır. Dalgaların hızı azalır. Hızın, frekans ile dalgaboyunun çarpımına eşit olduğunu hatırlayalım. Bu durumda, frekans aynı kalırsa, dalgaboyu küçülür ve sonuçta hız azalır. Su dalgalarının hızı, derin sudan sığ suya geçişte
değişir.
Su dalgaları, sığ suya bir açıyla geçerlerse, dalgalar bükülür ya da kırınır. Kırınım daima bir
dalganın hızının azaldığı bölgeye doğrudur (Şekil.3).
- 80 -
Normal
Gelen
dalga
i
i
Yansıyan dalga
Hava
Su
r
Kırınan dalga
Şekil 3. Bir dalganın kırınımı ve yansıması
Herhangi bir türdeki dalga kırınıma uğrayabilir. Bir dalga bir ortamdan farklı bir ortama geçtiği takdirde, hızı değişir. Eğer bir dalga iki farklı ortamı ayıran sınıra bir açıyla yaklaşırsa,
kırınıma uğrar. Şekil 3'de görüldüğü gibi havadan suya geçen bir dalga kırınıma uğramıştır.
Havada daha hızlı hareket eden dalga, suya geçince hızını azaltmak zorundadır.
5. ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Her yanımız dalgalarla kaplıdır. Gözlerinizle ışık dalgalarını ve su dalgalarını da görebilirsiniz. Görünmeyen dalgalar da vardır. Örneğin; radyo, radar, kızılötesi, x-ışını ve gama ışını
dalgaları görünmezler. Kızılötesi dalgalar, radyasyon (ışıma) enerjisidir. Gama ışınları bir
tür nükleer ışımadır.
Yukarıda söylenen her tipteki dalganın farklı bir dalgaboyu ve frekansı vardır. Bu dalgaların
tamamı aynı hızla hareket ederler. Eğer dalgalar, dalgaboyu ve frekanslarına göre düzenlenirse, elektromanyetik spektrum (tayf) elde edilmiş olur. Bunlara niçin elektromanyetik
denilmektedir? Elektromanyetik spektrumdaki dalgalar, elektrik ve manyetizma ile elde edilebilirler.
Elektromanyetik spektrumu teşkil eden tüm dalgalar enine dalgalardır. Bu dalgalar, foton
adı verilen paketler veya küçük demetler halinde taşınırlar. Foton, ışıma dalga enerjisi
taşıyan bir parçacıktır. En güçlü mikroskop ile bile görülemeyecek kadar küçüktür. Fotonlar
boşlukta saniyede 300000000 metre yol alırlar. Fotonlar o kadar çok hızlı hareket ederler ki
bunlar bir saniyede yeryüzü etrafında yedi kez dolanırlar. Elektromanyatik enerji fotonları
uzaydan geçebilirler. Işık ışınları ve görünmez ışıma ışınları da foton akımından ibarettir.
- 81 -
Elektromanyetik dalgaların bir boşlukta hareket etme yetenekleri, bunları su ve ses dalgalarından ayıran bir özelliktir.
Elektromanyetik ışımanın dalgaboyları 1010 metre ile (elektrik dalgaları) 10-16 metre (kozmik ışınlar) arasında değişir. Bundan dolayı, çok düşük elektromanyetik dalga frekansları
ile çok yüksek kozmik ışınların frekansları arasında frekanslar değişme gösterirler. En
yüksek frekanslı dalgalar, en büyük enerjiye sahiptirler (Şekil.4).
6. X-IŞINLARI
mor
Görünürkırmızı
ışık
Radyo dalgaları
Gama ışıması
x-ışınları
-14
10
-12
10
-10
10
Mor ötesi
-8
10
Kızılötesi
-6
10
-4
10
Mikrodalga TV Kısa
radar
FM dalga
-2
10
Dalgaboyu l
1 10
AM
10
10
2
10
4
6
(m)
Şekil 4. Elektromanyetik spektrum (tayf)
Önemli bir keşif 1895 yılında Alman Fizikçisi W.K.Röntgen tarafından yapılmıştı. İçerisindeki hava boşaltılmış olan bir cam tüpten yüksek elektrik akımı geçiren Röntgen, tesadüfen
çok önemli bir olaya tanık olmuştu. Tüp yakınında bulunan bir floresan ekran yeşilimsi bir
renkle parıldamaya başlamıştı. Floresan madde ışımaya maruz kalınca parıldamıştır.
Röntgen, cam tüpün bilinmeyen bir türde ışıma yaptığını görmüş ve ışımaya X-ışınları adını
vermiştir. "X" bilinmeyen anlamına gelmekteydi. Yapılan deneyler, elektronların cam gibi bir
katı maddeye çarptıklarında, elektron demetinin X-ışınları ürettiğini göstermiştir.
X-ışınları, bir X-ışın tüpü içinde üretilebilir. X-ışın tüpü yüksek voltajlı bir katod-ışını tüpüdür.
İçerisinde bir metal hedef ve bir metal filaman vardır (Şekil.5). Elektronlar metal hedefe
çarptıkları zaman, X-ışınları metal tarafından salınırlar.
- 82 -
kılıf
anot
tungsten
hedef
pencere
x- ışınları
elektronlar
metal filaman
katod
Şekil 5. X-ışınlarının üretimi
X-ışınları ne şekilde üretilir? Hareketli bir elektronun kinetik enerjisi vardır. Yüksek hıza sahip bir elektron tungstene çarpınca bir tungsten atomu ile çarpışır. Elektron durdurulana kadar birçok atomla çarpışmak zorunda kalabilir. Elektronun durdurulması sırasında kaybedilen kinetik enerjinin bir kısmı X-ışınlarına dönüşür. Gerçekten, kinetik enerjinin yüzde biri
veya daha az kısmı X-ışını ışımasına, geri kalan kısım ise ısı enerjisine dönüşür.
Vücudunuzun her hangi bir kısmı bir doktor veya dişçi tarafından X-ışınlarına maruz
bırakıldı mı? Tüm elektromanyetik ışıma gibi, X-ışınları ışık hızı ile hareket ederler. Xışınları bütün maddelerden geçebilir. Ancak, tüm maddeler, gazlarda dahil olmak üzere, Xışınlarını bir dereceye kadar soğurabilir (yutabilir). Soğurma miktarı, maddenin yoğunluğuna bağlıdır. Örneğin, kemik etten daha çok soğurma yapar. Kurşun, aluminyumdan daha fazla soğurur.
7. IŞIMA ÇEŞİTLERİ
A) Morötesi ışıma (ultraviyole ışıma) veya kısaca UV, güneş ışığında vardır. Güneş ışığı
vücudumuza çarptığında, UV ışıması derimizde D vitamini üretir. D vitamini sağlıklı kemikler ve dişler için gereklidir. Bazı yiyecekler, UV ışınlarına maruz bırakılırsa D vitamini içerikleri artış gösterir. Örneğin, süt içerisindeki D vitaminini arttırmak için UV lambasından çıkan
ışınlara tutulur.
UV ışıması mikropları öldürür. Bu sebeple, hastanelerin ameliyat odalarında mikropları yok
- 83 -
etmek için UV lambaları kullanılır. UV ışıması görünmez olup, dalgaboyu görünür ışığınkinden daha da azdır. Elektromanyetik tayfta, görünür ışığa komşu olan UV, mor ışığın altında
görünür bölgeye yakındır. UV ışıması, floresan bir madde ile aranabilir. Işımaya tabi olan
floresan madde parıldamaya başlar ve ışık çıkarır. UV ışımasının bu özelliğinden dolayı bazen ona "siyah ışık" adı verilir. UV ışımasına aşırı maruz kalma zararlı olabilir. Güneşte aşırı
derecede kalmak deri kanserine yol açabilir.
B) Kızılötesi ışıma (infrared ışıma) veya kısaca IR, eşyaları kurutmakta veya ısıtmakta kullanılır. Örneğin, endüstride boya kurutulmasında IR lambaları kullanılır. Bir restorandaki
pişmiş yemekler IR lamba ile sıcak tutulabilir. Sıcak cisimler IR ışınları yayarlar. Bundan dolayı askeri amaçla, ısı kaynağı arayan füzeler geliştirilmiştir. Bu füzeler, hedeflerini onların
yaydıkları IR ışınlarını aramak suretiyle vururlar. IR ışıması aynı zamanda tümörlerin aranmasında da kullanılır.
IR ışıması da görünmez olup, görünür ışıktan daha büyük bir dalgaboyuna sahiptir. Elektromanyetik tayfta, görünür ışık bandının kırmızı ucundan sonra yer alır. IR ışıması soğurulduğunda ısı yayar. Aşırı ısı ise doku yanmasına yol açabilir. IR ışımasını aramanın bir yolu
özel olarak yapılmış ve IR'ye hassas filmler kullanmaktadır.
IR ışıması endüstride bilinmeyen maddelerin tayininde kullanılır. Bir madde IR ışınlarına
maruz bırakılırsa, madde içindeki atomlar titreşmeye başlarlar. Maddedeki her bir bileşiğin
titreşimleri bir makina tarafından kaydedilen bir spektrum (tayf) meydana getirir. Her bileşiğin kendine has parmak izi gibi bir IR tayfı vardır. Petroldeki bileşiklerden çoğu bu yolla
belirlenmiştir.
8. MİKRODALGALAR
Mikrodalgalar çok kısa radyo dalgalarıdır. Elektromanyetik tayfta bunlar basit radyo dalgaları ile IR dalgaları arasında yer alırlar. Mikrodalga ışınları yağmur, sis ve kirli hava içinden
geçebilirler. Bunlar, bu yüzden iletişimde kullanılırlar. Örneğin, telefon tesislerinin çok zor
olarak kurulabileceği dağlık arazilerde haberleşme mikrodalgalarla (telsiz telefon) sağlanır.
Bir mikrodalga fırınında çok kuvvetli bir mikrodalga ışın demeti yayan bir elektronik tüp
vardır. Soğurulduğu takdirde, ışıma yiyecek içerisindeki moleküllerin titreşmesine yol açar.
Yiyeceğin kinetik enerjisi artar. Yiyeceğin sıcaklığı artar ve böylece pişmesi sağlanır. Mikrodalgalar doğrudan doğruya yiyecek tarafından soğurulur. Mikrodalgalar yiyeceğin kabına
nüfuz edemez. Cam veya kağıt pişirme kapları kullanılır, çünkü bunlar mikrodalgaları
- 84 -
doğrudan geçirirler. Metal kaplar ise kullanılmaz çünkü bunlar mikrodalgaları yansıtırlar.
Mikrodalga fırını ile pişirmek gaz veya elektrikle pişirmekten çok daha süratlidir. Mikrodalga
fırını, insanları ışımadan korumak için bir kalkan içine alınmıştır. Mikrodalga ışınları zararlı
olup, insanları hasta edebilir.
Özet
Dalgalar uzay ve madde içinde yol alabilirler. Titreşimler, ses dalgaları üretebilirler. Her dalganın bir frekansı, genilği ve dalgaboyu vardır. Su dalgaları bir dalga leğeni veya tankında
incelenebilir. Elektromanyetik tayftaki dalgalar, elektrik ve magnetizma ile üretilebilir. Işık,
radyo, televizyon ve X-ışınları elektromanyetik tayfın bir parçasıdır.
1. Aşağıdakilerden hangisi bir dalga frekansının birimidir?
A) m/s
B) s
D) m/s2
E) s2
C) Hz
2. Işığın boşlukta yayılma hızı (m/s cinsinden) nedir?
A) 3.108
B) 3.109
D) 3.107
E) 3.1012
C) 3.1010
3. Dalgaların meydana getirebileceği en önemli iki fiziksel olay aşağıdakilerden hangisidir?
A) frekans-dalgaboyu
B) yansıma-kırılma
D) ışıma-frekans
E) enerji-dalgaboyu
C) genlik-enerji
4. Aşağıdakilerden hangi gözle görülür bir ışıktır?
A) kızılötesi (IR)
B) morötesi (UV)
D) sarı ışık
E) mikrodalga
- 85 -
C) X-ışını
5. Elektromanyetik enerjiyi taşıyan parçacığın adı nedir?
A) elektron
B) proton
D) fonon
E) foton
C) megaton
6. X-ışınları aşağıdakilerden hangisi tarafından en çok soğurulabilir?
A) et
B) kemik
D) kurşun
E) demir
C) aluminyum
7. UV ışınının dalgaboyu, görünür ışığınkinden daha kısadır. Bu duruma UV ışınının
frekansı, görünür ışığınkine kıyasla nasıldır?
A) büyüktür
B) küçüktür
D) yaklaşıktır
E) birşey söylenemez
C) aynıdır
8. Sıcak cisimler aşağıdaki ışınlardan hangisini yayarlar?
A) X-ışınları
B) UV
D) mikrodalga
E) radar
C) IR
9. Bir dalganın hızını bulmak istiyoruz. Dalga kaynağı saniyede 300 titreşim yapıyor ve
dalgaboyu ise 0,5 m dir. Buna göre, dalganın hızı (m/s) nedir?
A) 300
B) 600
D) 150
E) 900
C) 1500
10. Işığın hızı boşlukta 3.108 m/s dir. Dalga boyu 3.10-8 m olan bir UV ışığının frekansı
(Hz) nedir?
A) 1012
B) 1016
D) 10
E) 9
- 86 -
C) 1010
ÜNİTE
11
Işık ve Renk
Amaçlar
■
ışık kavramını,
■
aynalar ve yansımayı,
■
ışığın kırınımını,
■
prizmaları,
■
renk kavramını,
■
ışığın polarizasyonunu,
■
girişim olayını öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Işık
■
Aynalar ve Yansıma
■
Kırınım
■
Prizmalar
■
Renk
■
Polarize Işık
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu üniteyi çalışmadan önce, bundan önceki ünitedeki kavramları yeniden gözden geçiriniz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Soruları yanıtlarken gerekiyorsa ünitede verilen bilgi ve örneklere yeniden bakınız.
1. GİRİŞ
Bu ünitede elektromanyetik spektrumun (tayfın) görünür ışık kısmı üzerinde durulacaktır.
Işık, yaşayan tüm canlılar için vazgeçilmez bir şeydir. Aynalarda yansıma olayı açıklanacak, prizmalardaki kırılma olayı incelenecektir. Daha sonra renk olayı üzerinde durulacaktır. Asal renkler hakkında bilgi verilecektir. Polarize ışık ve girişim olayı, ışığın dalga
özelliklerini vurgulamak üzere tanıtılacaktır.
2. IŞIK
Güneşsiz ve ışıksız bir hayatın ne olabileceğini hiç düşündünüz mü? Dünyamız tasavvur
edemeyeceğiniz bir şekilde olabilirdi. Yeşil bitkileri olmayan bir dünya düşünmeye çalışın.
Bu bitkiler fotosentez olayı yardımıyla besin temini hususunda ışığa ihtiyaç duyarlar. Küçük
ölçekte ışık üretebiliriz. Ancak bu yaşamamız için gerekli olan besinleri yetiştirmemize ne
derecede yeterli olabilecektir? Işık denilince aklımıza daima onsuz göremeyeceğimiz şeyler gelir. Güneşin doğal ışığı olmaksızın yeryüzünde bir hayatı düşünmek bile istemeyiz.
Görünür ışık, elektromanyetik spektrum (tayf) un küçük bir kısmıdır. Elektromanyetik spektrumun diğer dalgaları gibi ışık fotonlardan yapılmıştır.
Fotonun çok küçük bir ışıma enerjisi paketi olduğunu hatırlayınız. Işık, boşlukta diğer ışıma
enerjileri gibi saniyede 300 000 000 metre yol alır. Elektromanyetik spektrumun diğer dalgalarının aksine, ışığı görebiliriz.
3. AYNALAR VE YANSIMA
Bir aynaya baktığınız zaman, kendi görüntünüzü görürsünüz. Aynada bir görüntü meydana
gelir, çünkü ışık düz bir doğru boyunca yayılır. Işık, yüzünüzden aynaya oradan da tekrar
kendi gözlerinize yansır.
Düzlem ayna, düz ve pürüzsüzdür. Ayna genelde arkası gümüş bir sırla kaplanmış olan bir
cam panodan yapılır. Aynanın düz yüzeyi bir ışık demetinin geri yansımasına yol açar. Aynaya gelen ışının, gelme açısı yansıma açısına eşittir.
Beton bir zemin, çimli bir bahçe veya bir tuğla örülü duvarda hiçbir zaman bir görüntü meydana gelmez. Işık böyle yüzeylerden birçok yönlerde yansıma yapar. Yansıyan ışık hiçbir
şekle sahip değildir ve bir görüntü meydana getiremez.
- 88 -
Bir aynadaki yansımanıza baktığınızda, görüntünüzün aynanın arkasından geldiği hissine
kapılabilirsiniz.
Görüntü, sizin aynaya olan uzaklığınız kadar geriden geliyor gibi görünür. Bir düzlem aynada meydana gelen görüntüye zahiri görüntü adı verilir. Görmenize rağmen, zahiri bir
görüntü gerçekte mevcut değildir. Sadece varmış gibi gözükür (Şekil 1).
Parabolik bir ayna eğri bir aynadır. Parabolik aynalar, fenerlerde veya otomobil farlarında
yansıtıcı olarak kullanılırlar. Bu tür aynalar özel amaçla yapılmışlardır.
Parabolik bir aynanın yüzeyi aynen bir parabol yüzeyi gibidir. Aynanın merkezinden itibaren
çizilen eksene asal eksen adı verilir. Parabolik aynanın asal eksenine paralel gelen ışınlar,
aynanın önünde ortak bir noktaya doğru yansırlar. Bu noktaya asal odak noktası denir. Aynanın merkezinden asal odak noktasına olan uzaklığa ise odak uzaklığı adı verilir (Şekil
2).
DÜZLEM AYNA
A
A
Cisim
Zahiri görüntü
B
B
Odak uzaklığı
=•
Şekil 1. Düzlem ayna
A
Cisim
B
Gerçek
görüntü
B
F
A
Şekil 2. Parobolik (çukur) ayna
Çukur bir aynada teşkil olunan bir gerçek görüntü, aynanın önünde meydana gelir. Gerçek
bir görüntü düz bir yüzey veya ekran üzerinde gösterilebilir. Zahiri bir görüntü ise herhangi
bir ekran veya yüzeye alınamaz. Çukur bir ayna hem zahiri hem de gerçek bir görüntü mey- 89 -
dana getirebilir. (Şekil 2) de görülen cisim, ayna ile odak arasına konulursa görüntü zahiri
olur.
4. KIRINIM
Bir yüzme havuzunun dibinde bir bozuk para görmüş olduğunuzu kabul edelim. Onu havuzdan çıkarmak isteyin. Nereye doğru hedef alacaksınız? Bozuk paraya hedef almayın. Bozuk paradan yansıyan ışık ışınları, gözünüze doğru gelirken bükülürler, ışık ışınları, sudan
havaya geçerken bükülürler. Işık ışınlarının bükülmesine kırınım denilir. Kırınım ışık
ışıklarının yönünü değiştirir, Kırınım olayı, sizin paranın yerini kestirmekte güçlük çektiğinizi
izah eder. Para için dalış yaparsanız, paranın önüne doğru atlamanız gerekir.
Kırınım olayı, ışık hızındaki bir artma veya eksilme sebebiyle ortaya çıkar. Işığın hızı, şeffaf
(ışığı geçirgen) bir maddeden diğerine geçerken değişir. Örneğin, ışık bir açıyla havadan
cama girsin, ışığın hızı azalır ve kırınıma uğrar. Kırılma indisi, bir maddenin ışığı ne derecede kırdığını belirtir. Işık hızındaki değişme ne kadar büyükse, kırınım indisi de o kadar
büyük olur (Tablo 1).
TABLO 1
Bazı Maddelerin Kırınım İndisleri ve Işık Hızları
Madde
Kırınım indisi
Işık hızı (m/s)
hava
1.00
3,00x108
su
1,33
2,23x 108
etanol
1,36
2,21x 108
gliserin
1,47
2,04x 108
cam
1,50
2,00x 108
elmas
2,42
1,24x 108
Kırınan bir ışın tarafından teşkil edilen açıları bulmak için, geçirgen yüzeye bir dik çizilir. Bu
çizgiye normal adı verilir. Şeffaf bir yüzeye bir ışık bir açıyla düştüğü zaman hızı azalırsa,
ışık normale doğru bükülür (kırınır).
Örneğin, ışık havadan cama geçerse, ışık normale doğru yaklaşır. Şeffaf bir yüzeye bir ışık
bir açıyla düştüğü zaman hızı artarsa, ışık normaldan uzaklaşarak bükülür (kırınır).
- 90 -
Örneğin, ışık camdan havaya çıkarsa, ışık normalden uzaklaşarak kırınmaya uğrar (Şekil
3.)
normal
Gelen
ışın
i
Kırınan
ışın
r
hava
cam
hava
cam
i
r
Gelen
ışın
Kırınan
ışın
i> r
i < r
(a)
(b)
Şekil 3. Kırınım olayı: (a) havadan cama (b) camdan havaya geçiş.
?
Havadan suya gelen bir ışık normalle 60o lik açı yapmaktadır. Suya
giren bu ışık normalde kaç derecelik açı yaparak kırınmaya uğrar?
Havanın kırınım indisi n1 = 1,00
Suyun kırınım indisi n1 = 1,33 alınabilir. Bu olayı Snell yasası ile çözebiliriz.
Snell yasası;
n1 sin q
1
= n2 sin q
2
(1) sin 60o = 1,33 sin q
0,866 = 1,33 sin q
sin q
2
2
2
= 0,866/1,33 ﬁ
q
2
= 40,6o
bulunur.
- 91 -
5. PRİZMALAR
Bir prizma, şeffaf bir malzemeden yapılmış ve iki düz yüzeyi birbirine bir açı yapan bir
gereçtir. Ön görünüşü üçgen olan prizmaya giren bir ışık ışını değişmeye uğrar. Işık bir girişte bir de çıkışta kırınıma uğrar. Her iki kırınım da aynı yönde olur (Şekil 4).
i
r
r
Şekil 4. Bir prizmaya giren ışığın kırınımları
Beyaz ışık, bir renkler karışımıdır. Beyaz ışık bir prizmadan geçirilince, renklerine ayrılır.
Prizmaya giren beyaz ışın demeti, bir renkler bandına ayrışır. Bu renkler sırasıyla mor, mavi, yeşil, sarı, portakal ve kırmızıdır. Bir prizmada teşekkül eden renkler bandına,
görünür ışık tayfı adı verilir.
?
Bir cam prizmada ışık tayfı nasıl meydana gelmektedir?
Beyaz ışık, bir gökkuşağının farklı renklerine sahiptir. Herbir ışığın rengi cam içinde diğerlerinden çok az farklı olan bir kırınım indisine sahiptir.
Işık, prizmanın bir eğik yüzünden girdiği zaman kırınmaya uğrar. Işık aynı yönde iki kez
kırınmaya uğrar. Bu olay bir girişte, bir de çıkışta olur. Her renk farklı olarak kırınıma uğrar.
Örneğin, kırmızı ışık en az kırınıma, mor ışık en fazla kırınıma uğrar. Kırınımın bir sonucu
olarak, tüm renkler ayrılırlar. Gök cisimleri ve yıldızlardaki elementler ortaya koydukları tayf
ile belirlenebilirler.
6. RENK
Işığın her rengi farklı bir dalgaboyu ve frekansa sahiptir. Bir ışığın frekansı onun rengini belirler. Frekans, bir ışık dalgasının fiziksel bir özelliğidir. Renk, gözlerinize ışık olarak girdiği
zaman bu gözleriniz ve beyninizin algıladığı bir histir. Görünür tayfın her rengi, kendine
- 92 -
mahsus bir dalgaboyuna sahiptir.
Işık dalgaları, radyo ve televizyon dalgaları ile kıyaslandığında çok kısa dalgaboylarına sahiptir. Mor ışığın dalgaboyu 0,00004 cm'dir. Tayfın öbür ucunda daha uzun dalgaboylu
kırmızı ışık vardır. Bir kırmızı ışığın dalgaboyu 0,00007 cm'dir. Kısa dalgaboylu ışık dalgaları yüksek frekanslıdır (Tablo 2.).
TABLO -2
Renk ve Dalgaboyu
mor......................................kısa dalgaboylu dalgalar
mavi
yeşil
l
sar
portakal
kırmızı...............................uzun dalgaboylu dalgalar
?
Bir insan renkleri nasıl görebilir?
İnsan gözündeki sinirler, üç çeşit renk alıcılarına sahiptir. Bu alıcılar; kırmızı, mavi ve yeşil
ışık dalgaları ile uyarılırlar. Herhangi bir renk, bu renklerin uygun oranlarda karıştırılması ile
elde edilebilir. Böylece, bir kimsenin gördüğü renkler, gözlerine giren kırmızı, mavi ve yeşil
ışığın oranları ve miktarlarına bağlı olur.
Kırmızı, mavi ve yeşil ışığın asal renkleri olarak bilinir. Bunlar eşit miktarlarda karıştırılırsa
beyaz ışık meydana gelir.
?
Bir elma niçin kırmızıdır? Bir ayva neden sarı renge sahiptir?
Bu cisimler geçirgen değildir. Bunlar ışığı yansıtırlar. Gördüğümüz renk, yansıyan renkli
ışığın türüne bağlıdır.
Bir ayvanın, kabuk molekül yapısı ile bir elmanınki birbirinden farklıdır. Beyaz ışık bir ayvaya
çarptığı zaman, ayvanın parçacıkları yeşil ve kırmızıyı yansıtıp, maviyi soğuracaktır (yutacaktır). Sonuçta ayva sarıdır. Bir elmanın parçacıkları ise kırmızı ve biraz da yeşili yansıtacak ancak maviyi yutacaktır.
- 93 -
?
Gözümüz bir cismin yansıttığı rengi nasıl algılamaktadır?
Gözlerimizdeki renk alıcılarına koni adı verilir. Üç çeşit koni vardır. Herbiri ya kırmızı, ya mavi veya yeşil ışığa karşı duyarlıdır. Bir ayvanın sarı rengini görmek için, kırmızı ve yeşil koniler uyarılır. Beyniniz bu mesajı sarı olarak okur. Bu renk karışımı bir renkli televizyondakine
benzer bir işlemdir. Renkli bir televizyonun ekranı küçücük noktalarla kaplıdır. Herbir nokta,
daha küçük noktalar yığınıdır. Her yığında; bir kırmızı, bir mavi ve bir de yeşil nokta vardır.
Bu noktalar, ekranda renkli resmi göstermek üzere çeşitli kombinezonlarda ışık yayarlar.
7. POLARİZE IŞIK
Polarize ışık özel bir filtre (süzgeç) den ışık geçirmek suretiyle elde edilebilir. Polarize ışık
öyle bir ışıktır ki dalgalar belli bir düzgün desende titreşirler. Polarize ışığı bloke eden güneş
gözlükleri özel filtreler ihtiva ederler. Parlak güneşli bir günde gözlükler parıldamayı önlerler. Parlak yüzeylerden yansıyan parıldama genelde polarize olmuş bir ışıktır.
Işığın enine dalgalardan oluştuğunu düşünelim. Polarize ışık filtresi, aynı düzlemde titreşen
dalgaların geçişlerine izin verir (şekil 5).
Düşey filtre
Polarize
ışık
Düşey filtre
Yatay filtre
Işık
geçemez
Şekil 5. Polarize edici filtre sadece kendine paralel gelen ışını geçirir.
- 94 -
Filtre sonsuz sayıda paralel yarıklardan oluşmuştur.Yarıklarla aynı düzlemde titreşen ışık
dalgaları oradan geçebilir. Yarıklarla aynı düzlemde titreşmeyen ışık ya yansıtılır ya da tutulur. Filtreden geçen ışık, yalnızca bir düzlemde titreşim yapar. Bu ışığa polarize olmuş ışık
adı verilir.
Polarize filtreler fotoğrafçılıkta ve çeşitli mühendislik dallarında kullanılırlar. Kameraya giren ışık şiddetini kontrol ederler. Ayrıca, bir cisme etki eden gerilme kuvvetlerini tesbit işinde
kullanılabilir. Örneğin, bir uçağın herhangi bir kısmındaki gerilmeyi bulmakta kullanılabilir.
8. GİRİŞİM
1801 yılında İngiliz fizikçisi Young, ışıkla bir deney gerçekleştirmiştir. Yaptığı deneyde Young, ışığı dar bir yarıktan geçirmiştir. Yarıktan geçen ışık yayılmış olup, daha sonra önde
bulunan yanyana iki yarıktan geçmiştir. Bu iki yarık, ilk yarıktan aynı uzaklıkta bulunmaktadır. Işık yine yarıklardan geçerek yayılmaya uğramıştır. Young, yaptığı deney sonunda
geçen ışığın, bir seri aydınlık ve karanlık bantlardan (saçaklar) oluştuğunu gözlemlemiştir
(Şekil 6).
Çift yarık
ekran
parlak
Tek yarık
parlak
Işık
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
parlak
Şekil 6. Young girişim olayı ve ışık şiddeti (parlak ve karanlık bölgeler)
Aydınlık ve karanlık saçaklar girişim (enterferans) olayının bir sonucudur. Aydınlık saçaklarda, dalgalar aynı fazdadır. Bunlar ışığı üstüste bindirerek daha parlak hale getirirler. Ekranda ışığı doğrudan görmeyen merkezi aydınlık saçak çok ilginçtir. Karanlık saçaklarda
ise, dalgalar aynı fazda değildir. Bu bakımdan, dalgalar birbirlerinin etkilerini yok ederler ve-
- 95 -
ya yıkarlar. Böylece oralarda karanlık oluşur.
Bir prizmada olduğu gibi, bir kırınım ağı vasıtasıyla bir renk tayfı elde etmek mümkündür.
Ancak, kırınım ağı ışığın kırınımı olayı ile bir renk tayfı ortaya koyamaz. Bunun yerine renkler girişim ile ayrılırlar. Kırınım ağı bir cam veya plastik parçası olup birçok paralel yarıklardan oluşmuştur. Örneğin, 2,5 cm'lik bir parçada 25000 kadar yarık bulunabilir. Bu yarıklar,
cam üzerinde elmas bir iğne ile çalışan bir makina ile yapılabilirler. Beyaz ışık, kırınım
ağının yarıklar arasından geçerken girişim olayı meydana gelir. Bu girişim olayı, ışığın farklı
dalgaboylarının kuvvetlenmesine ya da yokedilmesine yol açabilir. Ortaya çıkan sonuç ise
bir renk tayfıdır.
Özet
Görünür ışık, foton adı verilen, küçücük ışıma enerji paketlerinden oluşmuştur. Aynalarla
görüntüler teşkil edilebilir. Işık, şeffaf bir cisme geçerken kırınıma uğrar. Beyaz ışık, bir tayfa
ayrılabilecek olan renkler karışımından oluşmuştur. Bir cismin rengi, yansıttığı ışığın rengine bağlıdır. Polarize ışık, aynı düzlemde titreşim yapan dalgalardan oluşmuştur. Bir kırınım
ağından geçen ışık dalgalarının girişimi, bir renk tayfı meydana getirir.
1. Elektromanyetik enerjiyi taşıyan aşağıdakilerden hangisidir?
A) madde
B) parçacık
D) foton
E) frekans
C) dalgaboyu
2. Bir düzlem aynaya bakıyorsunuz. Görüntünüz aynanın neresinde teşekkül eder?
A) önünde
B) arkasında
D) altında
E) yüzeyinde
- 96 -
C) üstünde
3. Bir ayna üzerine düşen ışığı ne yapar?
A) büker
B) geçirir
D) kırar
E) soğurur
C) yansıtır
4. Aşağıdaki cisimlerden hangisinin kırılma indisi en büyüktür?
A) elmas
B) cam
C) hava
D) su
E) zeytinyağı
5. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En az kırınıma uğrayan ışık
aşağıdakilerden hangisidir?
A) mor
B) sarı
D) yeşil
E) kırmızı
C)mavi
6. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En çok kırınıma uğrayan ışık
A) mavi
B) mor
D) sarı
E) yeşil
C) kırmızı
7. Bir elmanın kırmızı görünmesinin sebebi aşağıdakilerden hangisidir?
A) Elma kırmızı ışığı yutar.
B) Elma kırmızı ışığı kırar.
C) Elma kırmızı ışığı yansıtır.
D) Elma kırmızı ışığa duyarlıdır.
E) Elma kırmızı ışığa duyarsızdır.
8. Asal ışık renkleri karıştırılınca hangi ışık oluşur?
A) kırmızı
B) yeşil
D) mavi
E) beyaz
C) sarı
- 97 -
9. Havadan cama geçen ışın 450 lik açıyla geliyor. Kırınım açısı nedir?
(nh a v a = 1; nc a m = 1,50; sin 450 = 0,7)
A) 300
B) 27,80
D) 28,70
E) 900
C) 450
10. Camdan suya geçen bir ışın demeti normalle 300 lik açı yapıyor. Kırınım açısı nedir?
(nc a m = 1,50; ns u = 1,33 ve sin 300 = 0,5)
A) 300
B) 600
D) 900
E) 43,40
C) 34,30
- 98 -
ÜNİTE
12
Ses
Amaçlar
■
sıkıştırılmış dalgaları,
■
ses ve sesin hızını,
■
sesin özelliklerini,
■
girişim olayını,
■
Doppler olayını,
■
akustik kavramlarını,
■
gürültüyü öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
Giriş
■
Sıkıştırma Dalgaları
■
Sesin Hızı
■
Sesin Özellikleri
■
Girişim
■
Doppler Etkisi
■
Akustik
■
Gürültü
■
Özet
■
Öneriler
■
Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.
■
Ünite içindeki örnekleri, deneyleri birkaç defa okuyun. Konuyu daha iyi kavramanız için
bunun gerekli olduğunu unutmayın.
1. GİRİŞ
Bu ünitede sıkışma dalgalarının özellikleri üzerinde durulacaktır. Bu özellikler, sesin ne
şekilde meydana getirildiği konusunda bize yardımcı olacaklardır. Sesin özellikleri arasında şiddeti ve tınısı tartışılacaktır. Ses dalgalarının girişimi ve Doppler etkisi bu ünitede işlenecektir. Akustik (ses bilimi) ve sesin meydana getirdiği gürültünün insan sağlığı üzerindeki
etkisi tartışılacaktır.
2. SIKIŞTIRMA DALGALARI
Dalgalar, uzun bir helezonik yayla, yayın ucundaki bazı sargıları sıkıştırmak ve serbest
bırakmak suretiyle elde edilebilir. Yayın parçaları ritmik olarak ileri geri hareket ederler. Bazen, dalgadaki maddesel parçacıklar birlikte sıkıştırılmış olur. Bazen de bunlar daha uzağa
doğru hareket ederler. Bu türdeki bir dalgaya sıkıştırma dalgası adı verilir (Şekil 1).
Şekil 1. Helezonik bir yayda sıkıştırma dalgasının meydana gelişi.
Bir sıkıştırma dalgasında madde, dalganın titreşim doğrultusunda titreşim yapar. Bir ses
dalgası sıkıştırma dalgasına örnektir. Böyle bir dalgaya boyuna dalga denir.
Helezonik bir yayda bir dalganın ilerlemesi sırasında bir kısım sıkışır ve diğer bir kısım ise
gevşer. Yay sargılarının sıkıştığı bölgeye sıkışma alanı denir. Yay sargılarının gevşediği
yerlere ise atma alanı denir. Yayın tümü, dalga yay boyunca ilerlerken ileri geri hareket
eder.
Ses dalgaları, boyuna dalgalar olup, sıkıştırma dalgaları ile de temsil edilebilir. Dalganın
üstte kalan kısmı sıkışmayı, altta kalan kısmı ise gevşemeyi gösterir. Sıkıştırma dalgalarının dalga boyu, bir sıkışmadan diğerine olan uzaklık olarak tanımlanabilir (Şekil.2).
- 100 -
Sıkıştırma
dalga boyu
Gevşeme
Şekil 2. Ses dalgasının bir sıkıştırma dalgasıyla temsili.
Ses dalgaları, bir zil veya bir ses çatalı gibi bir kaynağın titreşimi ile ortaya çıkar. Bir kişi konuştuğu zaman, ses tellerinin titreşimi ile ses dalgaları oluşur. Ses dalgaları titreşim ile ortaya çıkan sıkıştırma dalgalarıdır. Ses dalgaları hava veya diğer maddesel ortamlarda hareket edebilir. Ses dalgaları boşlukta hareket edemez. Ses kaynaklarından çıkan ses dalgaları kulak veya diğer gereçlerle duyulabilir.
Farklı frekanslardaki ses dalgaları farklı dalgaboylarına sahiptirler. Frekans artarken, dalgaboyu azalır. Etrafımızda bir çok ses dalgaları vardır. Bunlardan bazılarını duyamayız.
Çoğu kimse frekansları 20 ile 20000 arasında olan ses dalgalarını duyabilir. Bu frekans
aralığının üstünde olan seslere ses ötesi (ultrasonik) denir. Ultrasonik sesler insanlar tarafından duyulamaz. Bazı hayvanlar, örneğin bir köpek frekansları 25000'e varan sesleri
işitebilir.
3. SESİN HIZI
Ses boşlukta veya uzayda ilerleyemez. Sesin yol alabilmesi için bir ortam gereklidir. Ses
dalgaları, madde parçacıklarının ileri geri hareketleri olan titreşimler ile meydana gelirler.
Ses dalgaları, katılarda sıvı ve gazlara göre daha hızlı hareket ederler.
Sesin havadaki yayılma hızı 332 m/s dir. Ses, sıcak havada soğuk havaya nazaran daha
hızlı hareket eder. Sıcaklıktaki bir derece artışa karşın 0,6 m/s lik bir hız artışı görülür. 20°C
de ses, havada 344 m/s hızla hareket eder. Bazı ortamlarda sesin yayılma hızı Tablo-1'de
görülmektedir.
- 101 -
Tablo-1
Çeşitli Ortamlarda (0°C de )Sesin Yayılma Hızı (m/s)
Hava
332
Su
1454
Tahta
3828
Demir
5103
Taş
5971
Sesin hızı, bir ses dalgasının dalgaboyunu hesaplamakta kullanılabilir. Dalgaboyunu bulmak için, hızı frekansa bölmek gerekir. Denklem şöyledir:
Dalgaboyu =
Hız
Frekans
l =v
f
?
20°C sıcaklıkta frekansı 43 Hz olan bir ses dalgasının dalgaboyunu
bulunuz. 20°C de sesin havada yayılma hızı 344 m/s dir.
l = v = 344 m/s = 8m
f
43 Hz
bulunur.
4. SESİN ÖZELLİKLERİ
Sesin üç fiziksel özelliği vardır. Yükseklik, şiddet ve tını. Sesin yüksekliği, frekansı ile
gösterilir. Frekansı yüksek seslere ince (tiz), frekansı düşük seslere kalın (pes) sesler denir.
Bazı sesler o kadar yüksektir ki bunlar kulakları incitebilir. Sesin şiddeti, ses dalgalarının
genliği ile belirlenir. Ses dalgalarının genliği arttıkça, sesin yüksekliği artar. Ses şiddeti desibel (dB) cinsinden ölçülür. Kulakta bir rahatsızlık yapan sesin şiddeti 120 dB 'dir. He- 102 -
men hemen duyulamayacak bir sesin şiddeti ise 0 dB 'dir. İnsan kulağı 20-20000 Hz lik seslere duyarlıdır. Frekansı 30 Hz 'den az ve 15000 Hz'den fazla olan seslerin duyulması sesin
şiddeti ve yüksekliğine bağlıdır.
Sesin tınısı ise onu tanıtan bir özelliğidir. Örneğin, bir çocuk sesinin tınısı genelde bir yetişkinin sesinin tınısından daha büyüktür. Müzik ölçeğinde herbir nota farklı bir tınıya sahiptir.
Sesin tınısı da yine frekansa bağlı bir özelliktir. Yüksek tınılı seslerin frekansı da büyüktür.
Örneğin, bir piyano ile keman aynı notayı çaldıklarında kulağımızda uyandırdıkları duygular
farklıdır. Bunu keman ile piyanonun verdiği seslerin tınıları farklıdır şeklinde ifade ederiz.
Sesin tınısı, ses kaynağının yapısını belirleyen bir özelliktir.
5. GİRİŞİM
İki veya daha fazla ses dalgaları arasındaki girişim, sesin şiddetinin artmasına veya azalmasına yol açabilir. Bir ses dalgasının bir seri sıkışma veya gevşemelerden ibaret olduğunu
hatırlayalım. İki dalga girişim yaparsa, her dalganın sıkışma ve gevşemeleri birbiriyle birleşme yapar. Sıkışmalar ve gevşemeler birbirleriyle çakışırlarsa, girişim yapıcı olur. Yapıcı
girişim genliği arttırır ve sesin şiddeti artış gösterir.
Yokedici girişim ise bir dalganın sıkışması ile diğer bir dalganın gevşemesi birleştiği zaman
meydana gelir. Yokedici girişim genliği azaltır ve sesin şiddetinin azalmasına yol açar.
Girişim, frekansları çok az farklı olan iki ses çatalının aynı anda titreştirilmesiyle duyulabilir.
Girişim olayı, çatalların sesinin şiddet bakımından bazen artış bazen de zayıflama göstermelerine yol açacaktır. Sonuçta ses sürekli vurular halinde duyulur (Şekil.3).
Ses çatalları
Vuru deseni
Şekil 3. İki ses dalgasının girişimi ve vuru.
- 103 -
6. DOPPLER ETKİSİ
Tını ve frekans birbiriyle ilgilidir. Bir sesin tınısı frekansı ile belirlenir. Frekans arttıkça, tını da
artar. Tınıda bir değişme Doppler etkisi yapabilir. Doppler etkisi, dalga kaynağının hareketi ile ortaya çıkan dalga frekansındaki değişmedir.
Örneğin, bize doğru yaklaşan bir polis otosunun sireninin sesi tını yönünden artış gösterir.
Niçin? Polis otosu yaklaşırken, hareketi siren dalgalarını sıkıştırır. Bu sıkıştırma yüksek bir
frekansa ve yüksek bir tınıya yol açar. Otomobil bizi geçip, uzaklaştığı takdirde duyduğumuz sesin tınısı azalır. Ses dalgaları şimdi daha yavaşlamıştır. Dalgaların hem frekansı hem de tınısı azalmıştır.
Doppler etkisi, gözlemci ses kaynağına doğru hareket ederse yine ortaya çıkar. Bir tren geçitine doğru yaklaşan bir trende bulunuyorsunuz. İkaz zillerinin sesi tını bakımından
değişme gösterir. Tınıdaki artış, dalga frekansının artması ve dalgaboyunun azalması demektir. Doppler etkisinin günlük hayattaki bir uygulaması ise karayollarında seyir eden
araçların hı-zını tespit eden radarlı hız kontrol cihazıdır. Radar dalgaları hareket halindeki
bir araca doğ-ru gönderilir ve araçtan yansıyan dalgalar bir alıcıya ulaşır. Radar dalgalarının frekansındaki değişmeler alıcıya doğru hareket eden araçtan ileri gelmektedir. Frekanstaki bu değişme radar alıcısı tarafından hıza dönüştürülür. Bu yolla, hız limitini aşan
araçların tespiti mümkün olmaktadır.
7. AKUSTİK
Akustik (sesbilimi) sesi inceler. Bunlar arasında gürültüye yol açan titreşimlerin ve
gürültünün kontrolü de vardır. Akustik ile uğraşan bilimadamları ve mühendisler, sesi ve insan işitmesini incelerler. Farklı nesnelerin sesle ne şekilde etkilendiklerini de araştırırlar.
Mühendisler, uygun seste iletişim sistemleri ve binaları tasarımda bulunurlar. Zararlı
yüksek seslerden insanları koruma yollarını bulurlar. Tüm çalışmalar insanların duymak istemedikleri zararsız seslere yöneliktir.
Gürültüyü kontrol etmenin bir yolu, gürültü kaynağını daha sessiz hale getirmektir. Gürültü
ile çalışan bir serinletici yanında hiç bulundunuz mu? Düşük hızda dönen büyük bir pervane, yüksek hızda dönen küçük bir pervaneden daha az gürültü çıkarır. Gürültü, bir yerden
diğer bir yere geçmesini önlemekle azaltılabilir. Gürültü gelen bir odanın kapısını hiç kapattığınız oldu mu? Böyle yapmakla, perdeler ve akustik gereçler sesi soğururlar (yutarlar).
Yansımış bir sesi işitirseniz buna yankı (akis) adı verilir. Geniş bir odayı uygun bir şekilde
- 104 -
döşemekle yankılar giderilebilir. Bir sesten sonra saniyenin 1/20 si kadar bir süre içinde kulağınıza ulaşan bir yankı hiçbir problem yaratmaz. Zaman aralığı uzadığı takdirde, yankı sinirlendirici olabilir. Rahatsız edici diğer bir ses de çoklu yankıdır. Reverberasyon adı verilen
bu ses, yansımış birçok seslerin birleşip, yavaş yavaş sönümlenmesidir. Bir müzik salonunda bunlar bir saniyeden fazla sürmemelidir. Uzun perdelerin asılması, döşeme ve koltukların, duvarların yumuşak malzemelerden yapılması yankıları ve reverberasyonları azaltır.
Çünkü ses daha kolaylıkla yutulmuş olur.
8. GÜRÜLTÜ
Çeşitli türde kirlenme kaynakları biliyoruz. Örneğin, sigara, çöp, zararlı kimyasal maddeler,..vb. Ancak, şimdiye kadar gürültü kirliliği diye birşey duydunuz mu? Bu günün dünyasında, insanları kızdıran ve hoş olmayan bir sürü ses çeşitleri vardır. Sizi ençok hangi ses rahatsız etmektedir?
Ses eşyalara zarar verebilir. Bir jet uçağının alçaktan uçmasıyla evlerin pencereleri kırılabilir. Meydana gelen şiddetli ses dalgaları pencere camlarını titreştirip, zorlayabilir. Bu zorlama sonucunda kırılmalar olabilir.
Yüksek sesler tarafından ortaya çıkarılan basınç değişmeleri bir kimsenin kulaklarının iç
kısımlarına etki edebilir. Sonuçta, kulaklar hassas işitemezler. Genellikle bu durum kısa
sürebilir ve kulak tekrar normal işitme durumuna dönebilir. Ancak, yüksek sesli gürültü uzun
zaman alırsa, bir işitme kaybı sözkonusu olabilir. Kalıcı bir zarar ise, yüksek sesli gürültü
kaynağı uzunca bir zaman aralığında etkili olursa tekrar ortaya çıkabilir. Bu tür gürültünün
fazla olduğu yerlerde çalışanlar kulaklık takmak suretiyle, kulaklarını koruyabilirler.
Örneğin, havaalanında çalışan teknisyenler gibi.
70 desibelin üstündeki sesler işitme kayıplarına yol açabilir. 100 desibel civarında sürekli
aşırı sese maruz kalmak, sürekli bir işitme kaybına yol açabilir. Gürültü, insan vücudunda
başka etkilerde yapabilir. Bu etkiler arasında şunları saymak münkündür; solunum ve kalp
atış hızında değişmeler, kan basıncındaki bir artış, sindirim sisteminde değişmeler,...vb.
Çok fazla gürültü insanları sinirli yapabilir. Ayrıca, yorgunluk ve başağrısı gibi rahatsızlıklara, iştahsızlığa yol açabilir. Bazı doktorlara göre aşırı gürültünün insan vucudundaki etkileri,
kalp rahatsızlığı, ülser ve sindirim bozukluklarıdır.
Bu sebeple, gürültü ile mücadele etmek yararlı bir davranıştır. Hastanelerde ilk girişte bizi
gürültüye karşı uyaran resmi hatırladınız mı?
- 105 -
Özet
Ses dalgaları titreşimle ortaya çıkan sıkıştırma dalgalarıdır. Ses boşlukta hareket edemez.
Bir sesin tınısı onun frekansına bir sesin şiddeti ise, ses dalgasının genliğine bağlıdır. Ses
dalgaları arasındaki girişim, sesin şiddetinin artmasına veya azalmasına yol açar. Bir ses
kaynağı hareket halinde ise, sesin tınısı değişir. Binalar ve iletişim sistemleri sesi azaltmak
üzere tasarlanmışlardır. Akustik, sesbilimi demektir. İnsanları hasta eden gürültü kaynaklarından arınmak zorundayız.
1.
Bir ses dalgası aşağıdakilerden hangisi ile temsil edilebilir?
A) enine-sıkışma
B) boyuna-titreşme
D) enine elektromanyetik
E) boyuna-sıkışma
C) enine-titreşme
2. Bir ses dalgasının frekansı arttıkça, dalgaboyu ne olur?
A) eşitlenir
B) eşitlenemez
D) azalır
E) değişmez
C) artar
3. Bir ses dalgasının frekans birimi aşağıdakilerden hangisidir?
A) m/s
B) 1/s
D) m/s2
E) s2
C) s/m
4. Sesin hızı aşağıdaki ortamlardan hangisinde en fazladır?
A) demir
B) hava
D) uzay
E) boşluk
- 106 -
C) su
5. Aşağıdaki frekans aralıklarından Hz olarak hangisi kulağımıza en uygun olanıdır?
A) 20-20000
B) 20-20000
D) 20-2000000
E) 20-200
C) 20-200000
6. Kulakta rahatsızlık yaratacak olan ses şiddeti kaç desibel (dB) 'dir?
A) 70
B) 100
D) 60
E) 20
C) 120
7. Ses dalgalarının girişimi ile ortaya çıkan olay aşağıdakilerden hangisidir?
A) frekans
B) dalgaboyu
D) reverberasyon
E) vuru
C) yankı
8. 20°C de havada 256 Hz'lik bir frekansla yol alan ses dalgasının dalgaboyu (m) nedir? (sesin bu sıcaklıkta yayılma hızı 344 m/s dir).
A) 344
B) 324
D) 1,34
E) 88064
C) 0,74
9. 20°C de havada 6 m ' lik dalgaboyuna sahip olan bir ses dalgasının frekansı (Hz)
nedir? (sesin hızı 344 m/s alınacaktır).
A) 1,74
B) 57,3
D) 344
E) 340
C) 2064
10. Bir ses kaynağı size doğru hareket ediyor. Duyacağınız sesin tınısı ne olur?
A) artar
B) azalır
D) etkilenmez
E) yankılanır
- 107 -
C) değişmez
ÜNİTE
13
Radyoaktiflik ve Nükleer Enerji
Amaçlar
■ radyoaktif elementleri tanıyacak,
■ radyoaktif atomları,
■ nükleer ışımayı,
■ bozunma ve yarı ömrü kavrayacak,
■ radyasyonun nasıl tarandığını,
■ radyasyon sayaçlarını,
■ fisyon (bölünme) olayını,
■ füzyon (kaynaşma) olayını öğreneceksiniz.
İçindekiler
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
Giriş
Radyoaktif Elementler
Radyoaktif Atomlar
Nükleer Radyasyon
Bozunma ve Yarı Ömür
Radyasyonun Taranması
Radyasyon Sayaçları
Fisyon (Bölünme)
Füzyon (Kaynaşma)
Özet
Öneriler
■
■
■
Bu ünitedeki kavram ve olayları iyice öğreniniz. Ünite sonundaki soruları yazılı olarak
yanıtlayınız.
11. ve 12. üniteleri bir kez daha gözden geçirin.
Ünite içindeki örneklerin benzerlerini siz bulun.
1. GİRİŞ
Bu ünitede radyoaktiflik olayı işlenecektir. Radyasyon (ışıma) çeşitleri üzerinde durulacaktır. Radyoaktif atomların davranışları incelenecektir. Radyoaktif atomların bozunmaları
ve yarı ömür kavramları yanında radyasyon tarama yöntemleri ve nükleer reaksiyonları da
incelenecektir. Ayrıca, atomların bölünmesi ile ortaya çıkan fisyon (bölünme) ve füzyon
(kaynaşma) olayları konusunda bilgi verilecektir.
2. RADYOAKTİF ELEMENTLER
Bazı atomlar çekirdeklerinden görünmez radyasyon (ışıma) yayarlar. Bu atomlar radyoaktiftirler. Radyasyon yayıldıkça, element farklı bir element haline dönüşür. Yeni bir element
oluşunca, bozunma meydana gelir. Bozunma, bir atomun çekirdeğinin nükleer parçacıklar
kaybetmesi demektir. Radyoaktiflik 1896 yılında Fransız bilim adamı Henry Becquerel tarafından keşfedilmiştir. Karanlık bir odada bulunan masa çekmecesinde bulunan bir fotoğraf levhası üzerine biraz uranyum tuzu bırakmıştı. Fotoğraf levhasının developmanını yaptıktan sonra hayretler içerisinde kalmıştı. Çünkü uranyum tuzunun izi fotoğrafta çıkmıştı.
Uranyum görünmez bir radyasyon yaymış ve bu da fotoğraf levhası üzerine onun resmini
çıkarmıştır. Uranyum radyoaktif bir elementtir.
1898 yılında, Marie ve Pierre Curie iki yeni radyoaktif element keşfetmişlerdir. Bu elementlerin atom sayısı 83 ' ten büyüktür. Bununla beraber, daha hafif elementlerin doğal izotopları
da radyoaktiftir. İzotop, aynı elementin farklı sayıda nötron bulunduran atomlarıdır.
Örneğin, potasyum ve karbonun herbiri radyoaktif izotoplara sahiptir. Yapay elementler
ise laboratuvar veya nükleer reaktörlerde elde edilirler. Bunlar doğal olarak bulunmazlar.
Atom sayıları 93 ve 105 arasındaki elementler, yapay elementlerdir. Örneğin, plütonyum
yapay bir elementtir. Tüm yapay elementler radyoaktiftirler.
3. RADYOAKTİF ATOMLAR
Bazı elementlerin radyoaktif atomları doğada bulunurlar. Radyoaktif bir atoma nüklit
adı verilir. Radyoaktif atomlar, laboratuvarda elementlerin nötronlar ve yüklü parçacıklarla
bombardıman edilmesiyle elde edilebilir. Niçin bazı atomlar radyoaktiftir? Hafif bir elementin kararlı olup olmaması, çekirdeğindeki protonların ve nötronların sayısına bağlıdır. Bir
atomdaki protonların nötronlara oranı yaklaşık olarak eşitse, bu atomun çekirdeği
kararlıdır. Kararlı bir atomun çekirdeği radyoaktif değildir. Karbon - 12 kararlı bir atoma
- 109 -
örnektir. 6 adet proton ve altı tane de nötronu vardır. Karbon - 12'de protonların nötronlara
oranı 1:1 dir. Protonlara göre bir atom çekirdeğinde çok sayıda nötron varsa, element ve
izotopu radyoaktif olabilir. Karbon - 14 altı proton ve sekiz nötrona sahiptir. Bu izotop radyoaktiftir. Bilinen çoğu elementlerin radyoaktif atomları vardır.
Yapay radyoaktif atomların birçok pratik kullanımı vardır. Kobalt - 60 gibi radyoaktif bir
atomdan çıkan radyasyon kanser tedavisinde kullanılır. Yüksek enerjili radyasyon kanserli
hücreleri öldürür. Radyoaktif atomlar aynı zamanda bir bitki veya hayvan vücudundaki bir
elementi izlemekte kullanılır. Bir elementin yolunu izlemek suretiyle, bir kimse onun vücutta
nasıl kullanıldığını öğrenebilir.
Bir bitki etrafındaki toprağa yerleştirilen fosfor-32, bitki tarafından emilir. Bitki içindeki fosfor32 nin hareketi bir Geiger sayacı ile takip edilebilir. Bu gereç radyasyonu taramakta kullanılır. Radyoaktif bir atom izlenebilir. Bundan dolayı ona "etiketli atom" adı verilir. Yaydığı
radyasyon, onun izlenmesini sağlayan bir etiket olmaktadır.
Radyoaktif atomlar, organlardaki hastalıklar ve tümörlerin bulunması için kullanılırlar. Çok
az bir miktar kana karıştırılır ve onu kanla hasta organa taşır. Sağlıklı bir organ ile hasta bir
organın yaydıkları ışımalar kıyaslanarak bir sonuca varılabilir.
4. NÜKLEER RADYASYON
Radyoaktif bir elementin çekirdeği kararsızdır. Çekirdekte bir değişme olursa bu radyasyon
olarak yayılır. Çekirdekten yayılan üç tür radyasyon vardır. Bunlar alfa parçacıkları, beta
parçacıkları ve gama ışınlarıdır.
Herbir alfa parçacığı, içerisinde iki proton ve iki nötron bulunan bir helyum çekirdeğidir.
Yükü pozitiftir. Ancak, madde içerisine nüfuz edecek derecede güce sahip değildir. Bir alfa
parçacığı, ince bir kağıt parçası ile durdurulabilir. Alfa parçacıklarının çoğu birkaç cm yol
aldıktan sonra durdurulur.
Beta parçacıkları ise pozitif veya negatif yüklü elektronlardır. Bunlara pozitron ya da elektron da denilir. Beta parçacıkları, alfa parçacıklarından daha hızlı hareket edip, daha uzağa
gidebilirler. Beta parçacıklarının etkileme gücü, alfa parçacıklarından 100 kez daha fazladır. Bununla beraber, beta parçacıkları 1 cm kalınlığındaki bir aluminyum tabaka ile durdurulabilirler.
Her beta parçacığı olası bir X - ışınları üreticisidir. X - ışınları yavaşlatılmış beta parçacıkları
ile üretilebilir. Yavaşlarken kinetik enerji kaybeden bir elektron, X- ışını radyasyonu ve ısı
- 110 -
enerjisi yayar. Hareketli negatif yük yavaşlatılınca, yeniden radyasyon yayılır.
Gama ışınları, kısa dalgaboylu ve yüksek frekanslı enerji dalgalarıdır. Gama dalgaboyları
X- ışını dalgaboylarından daha kısadır. En önemlisi de, gama ışınları yüksüz parçacıklardır.
Gama ışınları fotonlar veya enerji demetlerinden oluşmuştur. Bunlar ışık hızıyla hareket
ederler. Gama ışınları, hem alfa hem de beta parçacıklarından daha delicidir. Gama
ışınlarını durdurmak için kurşun veya beton gibi çok yoğun ve sert malzemeler gerekir.
5. BOZUNMA VE YARI-ÖMÜR
Radyoaktif bir atom çekirdeğinden radyasyon yayarken, başka bir elementin atomuna
dönüşebilir. Uranyum-238 bir seri bozunmaya uğrayıp, sonuçta kurşuna dönüşen bir radyoaktif elementtir. Kurşun-206 kararlı olup, radyoaktif değildir. Uranyumu kurşuna
dönüştüren nükleer reaksiyonlar, çok sayıda radyoaktif element meydana getirirler.
Nükleer değişmeler, kimyasal ve fiziksel değişmelerden tamamıyla farklıdır. Sıcaklık ve
basınç, kimyasal ve fiziksel değişmeleri etkiler. Bununla beraber, nükleer değişim hızı,
sıcaklık veya basınçtaki bir değişme ile etkilenemez.
Radyoaktif bir maddedeki atomların yarısının bozunması için gerekli süreye yarı ömür
adı verilir. Bir izotop için yarı-ömür bir saniyenin kesri kadar olabilir. Başka bir izotop için bu
binlerce yıl veya daha fazla olabilir. Örneğin, baryum-139'un yarılanma ömrü 86 dakikadır.
Şimdi, bir kurşun muhafaza içinde on gramlık saf baryum - 139 bulunduğunu kabul edelim.
86 dakika sonra, atomların yarısı bozunmuş olacaktır. Elimizde beş gram radyoaktif baryum -139 kalmış olacaktır. Bir başka 86 dakika sonra ise geri kalan baryum-139 atomlarının
yarısı daha bozunmuş olacaktır. Böylece geriye 2,5 gram baryum kalacaktır.
?
Bir elemente bozunduğu zaman ne olmaktadır?
Protonların sayısı değişince, element başka bir elemente dönüşecektir. Örneğin, Uranyum238 değişe değişe sonuçta kurşun - 206'ya dönüşür. Bu element kararlıdır.
Bazı radyoaktif elementlerin yarılanma ömrü, çok eski nesnelerin yaş tayininde kullanılır.
Örneğin, 5730 yıllık yarılanma ömrüne sahip olan karbon-14, bazı fosillerin yaş tayininde
kullanılır. Bir hayvan veya bitki canlı iken sabit bir karbon-14 düzeyini korur. Hayvan veya
bitki öldüğünde karbon-14 düzeyi zamanla azalacaktır.
- 111 -
Karbonla yaş tayininde, bir nesnenin küçük bir numunesi alınır. Karbon - 14 miktarı, yayılan
beta parçacıkları sayılarak ölçülür. Diğer radyoaktif elementler kullanarak nesnelerin yaşını
tayin etmek mümkündür.
6. RADYASYON TARANMASI
Alfa, beta ve gama ışınlarını beş duyu organımızla hissedemeyiz. Ancak, onların varlığını
aramak (taramak) mümkündür. Radyoaktiviteyi taramanın bir yolu elektroskop kullanmaktır. X- ışınları gibi, radyoaktif radyasyon madde de iyonlar meydana getirir. Bu iyonlar
yüklü bir elektroskopu yüksüzleştirir. Yük kaybı, radyasyon ile üretilen iyonların varlığından
ileri gelmektedir. Elektroskop civarındaki havada iyonlar oluşur ve bunlar elektroskopun topuzu (metal) tarafından çekilirler.
Negatif yüklü bir elektroskop, pozitif iyonları çeker. Elektroskop yüküne bağlı olarak ya
elektronlar kazanır veya kaybeder ve sonuçta nötral hale gelir. Yük kaybedilirken, elektroskopun yaprakları aşağı düşer. Radyasyon arttıkça, elektroskopun boşalması da daha hızlı
olur.
Radyoaktivite, bir bulut odasında da taranabilir. Bir bulut odası (sis odası) nükleer parçacıkları ararken orada bulut (sis) şeklinde izler bırakılır. Bir bulut (sis) izi, parçacığın izi boyunca
meydana gelen yoğunlaşmış su buharı çizgisidir. Bu aynen yüksekte uçan bir jetin subuharı
izine benzemektedir. Ayrıca, difüzyon sis odasında su buharı yerine kolayca buharlaşan alkol kullanılabilir.
Yüklü parçacıklar bir fotoğraf emülsiyonu ile de taranabilir. Emülsiyon, bir fotoğraf filmi
ve baskı kağıdında kullanılan kalın bir kaplama malzemesidir. Bu emülsiyon, AgBr, gümüş
bromür tanecikleri ihtiva eder. Buna bazen "donmuş sis odası" da denilir. Bu emülsiyon, gaz
veya sıvı yerine, katı bir maddedir. Buraya giren bir nükleer parçacık orada etkisini gösterir
ve izini fotoğraf filminde olduğu gibi görmek mümkün olur.
7. RADYASYON SAYAÇLARI
Bir Geiger sayacı bir elektrik akımı teşkili ile radyasyonu tarayabilir. Akım, Geiger-Müller
tüpü diye bilinen bir metal silindir içinde oluşur. Basıncı düşürülmüş argon veya helyum gazı
Geiger-Müller tüpü içinde bulunur. Tüpteki ince bir mika tabakası bir "pencere" oluşturur.
İnce tungsten tel, tüpün ekseni boyunca gerilmiştir. Tel ve metal silindir bir elektrik akımına
bağlanmıştır.
- 112 -
Silindirdeki gaz içinden radyasyon geçtiği takdirde, iyonlar oluşturulur. İyonlarda bir akım
meydana getirip kapalı bir devre kurar. Örneğin, mika cam içinden bir alfa parçacığı girdiği
zaman, gaz atomlarından birkaç sayıda elektronu serbest hale geçirir. Gaz atomları pozitif
yüklü iyonlar haline dönüşür. Bu pozitif iyonlar, tüpün negatif duvarına doğru çekilirler. Yani,
katoda doğru çekilirler. Serbest elektronlarda, tüpün merkezindeki pozitif tele doğru (anot)
çekilirler. Elektronların tele akışı bir akım flaşını dış devrede meydana getirir. Bu akım
yükseltilir, kayıt ve sayaç gereçlerine doğru beslenir (Şekil 1).
Sayaç
Sinyal
.
Argon gazı
Radyoaktif
numune
Geiger - Müller tübü
.
. .
.
.
. . ..
.
.. . . .
.
. .
.
Pencere
Duvar
Tungsten tel
Şekil 1 . Geiger-Müller sayacı
Küçük bir lamba ve hoparlör, Geiger sayacındaki sayaç gereci olarak vazife görür. Lambanın yanıp sönmesi veya hoparlördeki bir tıkırtı sesi, Geiger-Müller tüpüne girince duyulur.
Tıkırtıların ve lambaların yanıp sönme sayısı birim zamanda Geiger sayacın-da sayılır.
Böylece radyasyon şiddeti ölçülmüş olur.
8. FİSYON (BÖLÜNME)
Radyoaktif elementlerin kararlı bir element oluşturması işlemi sırasında bunlar birkaç sayıda farklı reaksiyonlara uğrayabilirler. Nükleer fisyon (bölünme) böyle bir reaksiyondur. Fisyon bölünme demektir. Atom sayısı 90 'dan büyük olan elementler fisyona uğrayabilirler.
Uranyum böyle bir elementtir. Nükleer fisyonda, bir atomun çekirdeği parçalanabilir. Uranyum -235 bir nötron bombardımına tutulursa, çekirdeği eşit olmayan iki çekirdeğe ayrılabilir.
Şayet uranyum - 236 teşkil eden bir nötron kazanılırsa, çekirdek parçalanacaktır. Uranyum
- 236 çok farklı fisyon ürünleri meydana getirmek üzere parçalanabilir. Bir reaksiyonda, baryum-144 ve kripton- 90 oluşur. İki nötron da serbest bırakılır. Bu olayın reaksiyonu şöyle
- 113 -
yazılabilir:
235
92U
+
1
0n
144
56Ba
+
90
36Kr
+2
1
0n
Uranyum atomlarının bölünmesi bir zincirleme reaksiyonla sonuçlanabilir. Nükleer bir zincirleme reaksiyon bir seri hızlı nükleer bölünmelerdir. Küçük bir uranyum nümunesi, milyarlarca atom bulundurur. Bir uranyum - 235 çekirdeği bir nötronla parçalanırsa, iki nötron
salınır. Bu iki nötron iki tane daha uranyum çekirdeğini parçalamakta kullanılır. Her çekirdek
iki tane daha nötron çıkarır. Bu nötronlar, dört adet çekirdek tarafından yakalanırlar ve bunların parçalanmasına yol açarlar. Çekirdeklerin bölünmesi ve nötronların salınması bir zincirleme reaksiyona sebep olur. Bir zincirleme reaksiyonda, her saniyede milyarlarca fisyon
reaksiyonları oluşabilir.
9. FÜZYÖN (KAYNAŞMA)
Radyoaktif elementlerin sebep olabileceği diğer önemli bir reaksiyon ise füzyondur.
Füzyon, iki çekirdeğin kaynaşarak bir çekirdek oluşturması olayıdır. Hidrojen gibi hafif
bir element füzyona uğrayabilir. Nükleer füzyon, nükleer fisyonun karşıtı bir olaydır. Küçük
kütleli elementler, büyük kütleli elementler teşkil etmek üzere birleşebilirler.
Hidrojen ve bunun izotopları, nükleer füzyon için hammadde olabilirler. Döteryum bir hidrojen izotopu olup çekirdeğinde bir proton ve bir nötron vardır. Tirityum ise hidrojenin bir izotopudur ancak çekirdeğinde bir proton iki tanede nötron vardır. Tirityum pahalı ve az bulunur.
Ancak, döteryum tedariki hemen hemen kısıtsızdır. Döteryum doğal olarak suda bulunur ve
elektroliz ile sudan ayrılabilir.
Nükleer füzyonun oluşabilmesi için 100 milyon derecelik bir sıcaklığa yaklaşılmalıdır.
Nükleer füzyona termonükleer bir reaksiyon adı verilir. Termo sıcaklık anlamına gelir. Termonükleer reaksiyonların bu dev sıcaklık derecelerinde atomlar artık mevcut olamazlar.
Atomlar elektronlarını kaybederler ve plazma haline dönüşürler. Plazma, maddenin
dördüncü halidir. Bu hal, çekirdekler ve serbest elektronlardan oluşur. Çekirdekler aralarında varolan itme kuvvetlerini yenecek derecede enerjiye sahiptirler.
Füzyon için gerekli sıcaklık şartları, güneşte ve yıldızlarda mevcuttur. Güneşin iç sıcaklığı
20 milyon °C civarındadır. Güneşte füzyon olayı bir seri karmaşık nükleer değişmelerle
meydana gelir. Örneğin, dört hidrojen çekirdeği kaynaşarak bir helyum çekirdeğini oluşturur.
- 114 -
Güneş devamlı suretle hidrojen yakarak onu helyuma dönüştürür. Füzyon (kaynaşma) esnasında oldukça büyük miktarda enerji açığa çıkar. Enerjinin ortaya çıkışı maddenin enerjiye dönüşmesi sonucudur. Oluşan helyum çekirdeği, onu meydana getiren dört hidrojen çekirdeğinden kütlece yüzde bir kadar daha azdır. Bu yüzde birlik kütle enerjiye dönüşür.
Nükleer füzyonun radyasyon enerjisi ve ışığı, güneşten yeryüzüne 150 milyon km' lik yol kateder. Ancak, yeryüzüne erişen toplam enerji, güneşin uzaya yaydığı toplam enerjinin ancak bir ya da iki milyarda biridir.
Güneşte ve yıldızlarda füzyon olayının meydana geldiğini nasıl anlıyoruz? Güneş tarafından yayılan ışık bir tayf teşkil etmek üzere kırınıma uğratılır. Bu tayfın analizi, güneşin kimyasal yapısını ortaya çıkarır. Her element kendine mahsus bir tayfa sahiptir. Bir yıldızın kimyasal yapısı bize onun yaşı hakkında bilgi verir. Çoğunlukla hidrojenden oluşan bir yıldız
genç bir yıldızdır. Bir yıldız yaşlandıkça hidrojeni azalır. Bazı yıldızlar yok olduğu zaman,
ağır elementler meydana getirirler. Bizim güneşimiz ikinci kuşak bir yıldızdır. Güneş,
yeryüzünde mevcut ağır elementlerden çoğunu az miktarda içinde bulundurur. Güneşin
kütlesinin yüzde doksan dokuzu hidrojen ve helyumdan oluşur. Nükleer reaksiyonlar yoluyla daha fazla helyum ve diğer ağır elementler oluşturulacaktır. Bu işlemler yavaş yavaş
oluşacağından güneşin bir beş milyar yıl daha yanmaya devam edeceği beklenmektedir.
Özet
Nükleer radyasyon, radyoaktif elementlerin çekirdekleri tarafından yayılır. Radyoaktif
atomların çoğu doğada bulunur. Diğerleri ise laboratuvarda veya nükleer reaktörlerde yapay olarak yapılır. Bir alfa parçacığı, iki proton ve iki nötron bulunduran bir helyum çekirdeğidir. Yükü pozitiftir.
Bir beta parçacığı, bir çekirdekten yayılan yüksek hızlı bir elektrondur. Pozitron pozitif,
elektron ise negatif yüklüdür. Gama ışınları, çoğu maddeyi delip geçen yüksek enerjili fotonlardır.
Yarı-ömür, radyoaktif bir maddenin bozunma hızını gösteren bir ölçüdür.
Radyasyon taraması bir elektroskop, Geiger sayacı, sis odası ve nükleer emülsiyonla
sağlanır.
- 115 -
X- ışınları ve nükleer ışıma, maddede iyonlar üretir.
Fisyon, ağır atomların bölünerek iki eşit olmayan büyüklükte çekirdek meydana getirmesi
olayıdır. Füzyon ise iki hafif elementin kaynaşarak bir element meydana getirmesidir.
1. Hafif elementler için proton - nötron oranı bire yaklaşınca, çekirdeğinin kararlı olması aşağıdakilerden hangisidir?
A) artar
B) azalır
D) bire yaklaşır
E) birden uzaklaşır
C) değişmez
2. Aşağıdakilerden hangisi radyasyona karşı en iyi korunmayı sağlar?
A) aluminyum
B) bakır
D) demir
E) tahta
C) kurşun
3. İki protonla iki nötron bulunduran parçacığa ne ad verilir?
A) elektron
B) pozitron
D) alfa
E) gama
C) beta
4. Nükleer fisyon sırasında uranyumun kütlesi ne olur?
A) bölünür
B) parçalanır
D) artar
E) azalır
C) değişmez
5. Nükleer füzyon olayında iki veya daha fazla çekirdeğe ne olur?
A) parçalanırlar
B) birleşirler
D) azalırlar
E) bozunurlar
- 116 -
C) bölünürler
6. Bir çekirdek içindeki parçacıkları bir arada tutan kuvvet aşağıdakilerden hangisidir?
A) nükleer
B) elektrik
D) çekim
E) elektro-manyetik
C) manyetik
7. Aşağıdakilerden hangisi U-235 çekirdeğine girerek zincirleme reaksiyonu başlatır?
A) alfa parçacığı
B) beta parçacığı
D) nötron
E) proton
C) elektron
8. Uranyum çekirdeği bozuna bozuna sonuçta hangi elemente dönüşür?
A) aluminyum
B) plütonyum
D) demir
E) kurşun
C) bizmut
9. Maddenin dördüncü hali aşağıdakilerden hangisidir?
A) fisyon
B) füzyon
D) uranyum
E) nükleer çekirdek
C) plazma
10. Güneşte meydana gelen füzyon olayında tüketilen ve üretilen madde sırasıyla
A) döteryum - hidrojen
B) hidrojen - helyum
D) hidrojen - döteryum
E) tirityum-döteryum
- 117 -
C) helyum - hidrojen
YARARLANILAN VE BAŞVURULABİLECEK KAYNAKLAR
BENDİCK, J. Measuring, F. Watts, New York, 1971.
DOMANİÇ, Fahri, AYGUN Erol ve Diğerleri. Fizik (Mekanik). Milli Eğitim Yayınevi, İstanbul, 1981.
DRAKE, S. Galileo and the Rolling Ball. Science Digest, Oct. 1978.
ERDİK, Enis, DOMANİÇ Fahri. (Çev.) Fiziğin Temelleri. Milli Eğitim Yayınevi, İstanbul,
1969.
ERTAŞ, İsmet. Denel Fizik Dersleri. Cilt I, Ege Üniversitesi, İzmir, 1975.
GARDNER, R, WEGSTER, D. A Book of Science Experiments and Puzzles About Motion. Doubleday and Co. N.Y, 1978.
HEİMLER, C.H, PRİCE, J. Focus on Physical Science. Charles E, Merril Publ, Co. Ohio,
1981.
KÖROĞLU, Hüseyin. Denel Fizik. Fen Yayınevi, Ankara, 1975.
MARTENS, A.E. Seeing Machines, Science Digest, May 1978.
SANALAN, Yalçın. PSSC Fiziği. Milli Eğitim Yayınevi, İstanbul, 1975.
TANNENBAUM, B.STİLLMAN, M. Understanding Sound. Mc. Graw-Hill, New York,
1973.
WEAVER, K.F. The Promise and Peril of Nuclear Energy. National Georaphic, April
1979.
-118 -
ÜNİTELERDEKİ DEĞERLENDİRME SORULARININ DOĞRU YANITLARI
ÜNİTE 1
ÜNİTE 2
ÜNİTE 3
ÜNİTE 4
1. C
1. A
1. B
1. D
2. E
2. B
2. C
2.E
3. B
3. C
3. D
3. A
4. A
4. D
4. E
4. B
5. C
5. E
5. A
5. C
6. D
6. B
6. B
6. D
7. E
7. D
7. C
7. E
8. A
8. E
8. D
8. A
9. B
9. A
9. E
9. B
10. C
10. B
10. A
10. C
ÜNİTE 5
ÜNİTE 6
ÜNİTE 7
ÜNİTE 8
1. E
1. C
1. C
1. B
2. B
2. A
2. B
2. C
3. C
3. B
3. D
3. D
4. D
4. A
4. E
4. D
5. A
5. D
5. A
5. E
6. E
6. E
6. C
6. B
7. A
7. B
7. B
7. C
8. B
8. C
8. C
8. E
9. C
9. A
9. E
9. B
10. D
10. E
10. B
10. D
-119 -
ÜNİTE 9
ÜNİTE 10
ÜNİTE 11
ÜNİTE 12
1. C
1. C
1. D
1. E
2. D
2. A
2. B
2. D
3. A
3. B
3. C
3. B
4. E
4. D
4. A
4. A
5. A
5. E
5. E
5. B
6. D
6. D
6. B
6. C
7. B
7. A
7. C
7. E
8. E
8. C
8. E
8. D
9. C
9. D
9. B
9. B
10. D
10. B
10. C
10. A
- 120 -
ÜNİTE 13
1. A
2. C
3. D
4. E
5. B
6. A
7. D
8. E
9. C
10. B
TRİGONOMETRİK FONKSİYONLAR ÇİZELGESİ
Açı
Açı
Derece Radyan
Sinüs
Kosinüs
000
.017
.035
.052
.070
.087
.105
.122
.140
.157
.175
.192
.209
.227
.244
.262
.279
.297
.314
.332
.349
.367
.384
.401
.419
.436
.454
.471
.489
.506
.524
.541
.559
.576
.593
.611
.628
.646
.663
.681
.698
.716
.733
.751
.768
.785
0.000
.018
.035
.052
.070
.087
.105
.122
.139
.156
.174
.191
.208
.225
.242
.259
.276
.292
.309
.326
.342
.358
.375
.391
.407
.423
.438
.454
.470
.485
.500
.515
.530
.545
.559
.574
.588
.602
.616
.629
.643
.658
.669
.682
.695
.707
1.000
1.000
0.999
.999
.998
.996
.995
.993
.990
.988
.985
.982
.978
.974
.970
.966
.961
.956
.951
.946
.940
.934
.927
.921
.914
.906
.899
.891
.883
.875
.866
.857
.848
.839
.829
.819
.809
.799
.788
.777
.766
.755
.743
.731
.719
.707
0°
1°
2°
3°
4°
5°
6°
7°
8°
9°
10°
11°
12°
13°
14°
15°
16°
17°
18°
19°
20°
21°
22°
23°
24°
25°
26°
27°
28°
29°
30°
31°
32°
33°
34°
35°
36°
37°
38°
39°
40°
41°
42°
43°
44°
45°
Tanjant
0.000
.018
.035
.052
.070
.088
.105
.123
.141
.158
.176
.194
.213
.231
.249
.268
.287
.306
.325
.344
.364
.384
.404
.425
.445
.466
.488
.510
.532
.554
.577
.601
.625
.649
.675
.700
.727
.754
.781
.810
.839
.869
.900
.933
.966
1.000
Derece
Radyan
46°
47°
48°
49°
50°
51°
52°
53°
54°
55°
56°
57°
58°
59°
60°
61°
62°
63°
64°
65°
66°
67°
68°
69°
70°
71°
72°
73°
74°
75°
76°
77°
78°
79°
80°
81°
82°
83°
84°
85°
86°
87°
88°
89°
90°
0.803
.820
.838
.855
.873
.890
.908
.925
.942
.960
.977
.995
1.012
1.030
1.047
1.065
1.082
1.100
1.117
1.134
1.152
1.169
1.187
1.204
1.222
1.239
1.257
1.274
1.292
1.309
1.326
1.344
1.361
1.379
1.396
1.414
1.431
1.449
1.466
.1.484
1.501
1.518
1.536
1.553
1.571
- 121 -
Sinüs Kosinüs
0.719
.731
.743
.755
.766
.777
.788
.799
.809
.819
.829
.839
.848
.857
.866
.875
.883
.891
.899
.906
.914
.921
.927
.934
.940
.946
.951
.956
.961
.966
.970
.974
.978
.982
.985
.988
.990
.993
.995
.996
.998
.999
.999
1.000
1.000
0.695
.682
.669
.656
.643
.629
.616
.602
.588
.574
.559
.545
.530
.515
.500
.485
.470
.454
.438
.423
.407
.391
.375
.358
.342
.326
.309
.292
.276
.259
.242
.225
.208
.191
.174
.156
.139
.122
.105
.087
.070
.052
.035
.018
.000
Tanjant
1.036
1.072
1.111
1.150
1.192
1.235
1.280
1.327
1.376
1.428
1.483
1.540
1.600
1.664
1.732
1.804
1.881
1.963
2.050
2.145
2.246
2.356
2.475
2.605
2.747
2.904
3.078
3.271
3.487
3.732
4.011
4.331
4.705
5.145
5.671
6.314
7.115
8.144
9.514
11.43
14.30
19.08
28.64
57.29
∞

fiz101u - WordPress.com

Transkript

Benzer belgeler

Türkçe Tanıtım dosyasını indirmek için tıklayınız.

Yeşil Binalar

Ben Rembrandt