T.C. ANADOLU ÜN İVERS İTES İ YAYINLARI NO: 674

Aç ıköğretim Fakültesi Yay ınlar ı No: 331

TEMEL FİZİK

Yazarlar

Prof. M. Selami KILIÇKAYA

Editör

Yrd. Doç. Dr. Ali CEMALCILAR

ANADOLU ÜNİVERSİTESİAçıköğretim Fakültesi

Bu kitabın basım, yayım ve satış haklarıAnadolu Üniversitesi'ne aittir.

"Uzaktan Öğretim" tekniğine uygun olarak hazırlanan bu kitabın bütün hakları saklıdır.

İlgili kuruluştan izin almadan kitabın tümü ya dabölümleri 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 reproducedor 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.........................................................................................................VIÜNİTE 1 : FİZİĞE GİRİŞ

1. GİRİŞ ...................................................................................................... 22. FİZİĞİN YÖNTEMLERİ............................................................................ 23. DENEYSEL FİZİK..................................................................................... 34. TEORİ VE KANUNLAR............................................................................. 35. ÖLÇÜM..................................................................................................... 46. UZUNLUK ÖLÇÜMÜ................................................................................ 47. HACİM ÖLÇÜMÜ..................................................................................... 58. AĞIRLIK VE KÜTLE ÖLÇÜMÜ................................................................. 69. SICAKLIK ÖLÇÜMÜ................................................................................. 6ÖZET.............................................................................................................. 6DEĞERLENDİRME SORULARI..................................................................... 7

ÜNİTE 2 : KUVVET VE İŞ1. GİRİŞ ...................................................................................................... 102. KUVVET........... ...................................................................................... 103. İŞ............................................................................................................. 104. BASİT MAKİNALAR........................................................... .................... 115. KALDIRAÇLAR............................................................... ........................ 126. MEKANİK FAYDA................. .................................................................. 127. MAKARALAR........................................................................................... 138. EĞİK DÜZLEM.........................................................................................149. VERİM......................................................................................................1410.GÜÇ......................................................................................................... 15ÖZET............................................................................................................. 16DEĞERLENDİRME SORULARI....................................................................16

ÜNİTE 3 : HAREKET1. GİRİŞ ...................................................................................................... 192. AĞIRLIK VE KÜTLE................................................................................ 19

- I -

3. ÇEKİM KUVVETİ................................................................................... 204. HIZ VE SÜRAT................................... .................................................. 205. ORTALAMA HIZ..................................................................................... 216. İVME....................................................................................................... 227. ENERJİ................................................................................................... 22ÖZET............................................................................................................ 23DEĞERLENDİRME SORULARI.................................................................. 24

ÜNİTE 4 : DİNAMİK1. GİRİŞ .................................................................................................... 272. BİRİNCİ HAREKET KANUNU................................................................ 273. İKİNCİ HAREKET KANUNU................................................................... 274. ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU.............................................................. 285. SERBEST DÜŞME................................................................................. 296. EĞİK ATIŞ.............................................................................................. 307. EĞRİSEL HAREKET.............................................................................. 308. MOMENTUM.......................................................................................... 31ÖZET........................................................................................................... 31DEĞERLENDİRME SORULARI.................................................................. 32

ÜNİTE 5 : MADDENİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ1. GİRİŞ .................................................................................................... 352. MADDE.................................................................................................. 353. MADDENİN HALLERİ............................................................................ 35

4. FİZİKSEL ÖZELLİKLER........................................................................ 365. YOĞUNLUK.......................................................................................... 366. FİZİKSEL DEĞİŞİMLER........................................................................ 38ÖZET.......................................................................................................... 39DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 39

ÜNİTE 6: ISI1. GİRİŞ.................................................................................................... 422. ENERJİ................................................................................................. 423. SICAKLIK VE ISI.................................................................................. 42

- I I -

4. ÖZGÜL ISI........................................................................................... 435. ISI ÖLÇÜMÜ.......................................................................................... 446. ERİME VE BUHARLAŞMA.................................................................... 457. GENLEŞME........................................................................................... 468. GAZLAR................................................................................................. 46ÖZET........................................................................................................... 48DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 48

ÜNİTE 7: ISI VE KULLANIMI1. GİRİŞ..................................................................................................... 512. ISININ HAREKETİ................................................................................. 513. YALITIM................................................................................................. 524. SOĞUTMA SİSTEMLERİ...................................................................... 535. ISITMA SİSTEMLERİ............................................................................ 536. ATIK ISI................................................................................................. 54ÖZET.......................................................................................................... 55DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 55

ÜNİTE 8: ELEKTRİK1. GİRİŞ..................................................................................................... 592. ELEKTRİK YÜKÜ.................................................................................. 593. İLETİM................................................................................................... 604. AKIM...................................................................................................... 615. POTANSİYEL FARKI............................................................................ 626. DİRENÇ VE OHM KANUNU................................................................. 637. DEVRELER........................................................................................... 648. GÜÇ...................................................................................................... 64ÖZET.......................................................................................................... 65DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 66

ÜNÜTE 9 : ELEKTRİK VE KULLANIMI1. GİRİŞ..................................................................................................... 692. MIKNATISLAR...................................................................................... 69

- I I I -

3. AKIM VE MANYETİK ALANLAR.......................................................... 704. AMPERMETRE VE VOLTMETRE......................................................... 705. JENERATÖR VE ALTERNATİF AKIM................................................... 716. DOĞRULTUCULAR............................................................................... 727. YÜKSELTİCİLER................................................................................... 728. KATOD-IŞINI TÜPÜ............................................................................... 739. TELEVİZYON......................................................................................... 73ÖZET........................................................................................................... 74DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................. 74

ÜNİTE 10: DALGALAR1. GİRİŞ..................................................................................................... 782. DALGALARIN ÖZELLİKLERİ................................................................ 783. BİR DALGANIN FREKANSI VE HIZI.................................................... 794. SU DALGASI MODELİ.......................................................................... 805. ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM...................................................... 816. X-IŞINLARI........................................................................................... 827. IŞIMA ÇEŞİTLERİ................................................................................ 838. MİKRODALGALAR.............................................................................. 84ÖZET........................................................................................................ 85DEĞERLENDİRME SORULARI............................................................... 85

ÜNİTE 11: IŞIK VE RENK1. GİRİŞ................................................................................................... 882. IŞIK...................................................................................................... 883. AYNALAR VE YANSIMA..................................................................... 884. KIRINIM............................................................................................... 905. PRİZMALAR........................................................................................ 926. RENK................................................................................................... 927. POLARİZE IŞIK................................................................................... 948. GİRİŞİM............................................................................................... 95ÖZET......................................................................................................... 96DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................ 96

- IV-

ÜNİTE 12: SES1. GİRİŞ.................................................................................................... 1002. SIKIŞTIRMA DALGALARI.................................................................... 1003. SESİN HIZI........................................................................................... 1014. SESİN ÖZELLİKLERİ........................................................................... 1025. GİRİŞİM................................................................................................ 1036. DOPPLER ETKİSİ................................................................................ 1047. AKUSTİK.............................................................................................. 1048. GÜRÜLTÜ............................................................................................ 105ÖZET......................................................................................................... 106DEĞERLENDİRME SORULARI................................................................ 106

ÜNİTE 13: RADYOAKTİFLİK VE NÜKLEER ENERJİ1. GİRİŞ................................................................................................... 1092. RADYOAKTİF ELEMENTLER............................................................. 1093. RADYOAKTİF ATOMLAR.................................................................... 1094. NÜKLEER RADYASYON.................................................................... 1105. BOZUNMA VE YARI-ÖMÜR............................................................... 1116. RADYASYON TARANMASI................................................................ 1127. RADYASYON SAYAÇLARI................................................................ 1128. FİSYON (BÖLÜNME)......................................................................... 1139. FÜZYON (KAYNAŞMA)..................................................................... 114ÖZET...................................................................................................... 115DEĞERLENDİRME SORULARI............................................................. 116

YARARLANILAN VE BAŞVURULABİLECEK KAYNAKLAR.................. 118ÜNİTELERDEKİ DEĞERLENDİRME SORULARININ DOĞRU YANITLARI............................................................................................. 119TRİGONOMETRİK 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 dona-tılmaları kaçınılmaz bir görevdir.

Elinizdeki kitap, Anadolu Üniversitesi Açıköğretim Fakültesinin Sağlık Personeli ÖnlisansProgramları 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 veRenk, Ses, Radyoaktiflik ve Nükleer Enerji'dir.

Şüphesiz çok geniş konuları içeren Fizik biliminin tamamını bu kapsamdaki bir kitapta ver-mek mümkün değildir.

Uzaktan öğretim, yüzyüze eğitimden farklı özellikler gösterir. Bunlardan birisi, sınıfta veri-len derste öğrenci, anlayamadığı bir konuyu anında öğretmenine sorup öğrenebilir. Uzak-tan öğretimde buna olanak yoktur. Çünkü, elinizde sadece bir kitap, karşınızda TV vardır.

Elinizdeki kitaptaki üniteler, uzaktan öğretimde basılı malzemenin taşıması gereken ortaközellikler doğrultusunda düzenlenmiştir. Her ünite belirli biçimsel özellikler taşımaktadır.Sözgelimi önce ünitenin amaçları ile bizi bu amaçlara ulaştıracak içerik belirtilmiştir. Ardın-dan konunun işlenmesine geçilmiştir. Konu içinde size yer yer sorular yöneltilmiştir. Ünitesonunda konunun kısa bir özeti ile kendinizi değerlendirme soruları bulunmaktadır.Fizikdersinde bazı konular size TV kanalıyla aktarılacaktır. Diğerlerini ise kendiniz çalışmak su-retiyle öğreneceksiniz. Anlamadığınız konuları ve kafanızda beliren şüpheli kavramları bizeyazınız veya en yakınınızda bulunan fizikçilere sorunuz.

Saygıdeğer sağlık personeli arkadaşlarımıza şimdiden başarılar diler, bu programın hazır-lanmasında emeği geçen herkese teşekkür ederiz.

- VI -

NASIL ÇALIŞALIM?

Çalışırken aşağıdaki önerileri gözönünde bulundurursanız daha başarılı olacağınız inan-cındayız.

Ders çalışmanızı bir programa bağlayınız. Çalışırken meşgul edilmeyeceğiniz bir or-tam ve zaman seçiniz.

Çalışırken yanınızda kağıt ve kalem bulundurunuz. Unutmayınız ki Fizik dersi yazarakve çizerek çalışmayı gerektirir.

Her ünitenin ilk sayfasında ünitenin amaçları ve ünitenin çalışılmasına ilişkin önerileryer almaktadır. Önce bunları dikkatle okuyunuz. Sizden beklenen ön bilgilerin neler ol-duğunu ve size hangi bilgilerin verileceğini öğreniniz.

Her ünitenin sonunda "değerlendirme soruları" yer almaktadır. Bu soruları cevapla-maya geçmeden önce üniteyi kavradığınızdan emin olunuz.

Ünitelerde verilen örnekleri meslektaşlarınızla tartışınız.

Değerlendirme sorularını cevaplandırırken hiçbir kaynaktan yararlanmayınız. Ver-diğiniz cevapları kitabınızın sonunda verilen doğru cevaplarla karşılaştırınız.

Doğru cevap sayınız yeterli değilse veya bazı problemleri çözemiyorsanız, üniteninilgili yerlerini veya tümünü yeniden çalışınız. Unutmayınız ki kendinizi değerlendirecekkişi yine sizsiniz.

Ünitelerde aktarılan bilgilerin birbirlerinin tamamlayıcısı olduklarını düşünerek, birüniteyi kavramadan ötekine geçmeyiniz.

Çalışmalarınızın başarılı olmasını dilerim.

Editör

Yrd.Doç.Dr. Ali CEMALCILAR

- VII -

ÜNİTE 1

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, fiziğin çalışma konularını, deneysel fiziğin yöntemlerini, teori ve kanunları, fizikte ölçmeyi ve çeşitli ölçme yöntemlerini kavrayacaksınız.

Giriş Fiziğin Yöntemleri Deneysel Fizik Teori ve Kanunlar Ölçüm Uzunluk Ölçümü Hacim Ölçümü Ağırlık ve Kütle Ölçümü Sıcaklık Ölçümü Özet Değerlendirme Soruları

Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Zorluk çekiyorsanız lütfen yeniden üniteyedönünüz.

Ünite içindeki örnekleri sakin bir ortamda birkaç defa okuyun. Ünitelere ilişkin çevrenizdeki kitaplıklardaki kaynaklara da ulaşmalısınız.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Fiziğe Giriş

1. G İR İŞ

Madde ve enerjinin incelenmesi fiziksel bilimlerin temelini oluşturur. Madde, evrende yerkaplayan ve onu teşkil eden nesnelere verilen isimdir. Örneğin, vücudunuz, elinizdeki bu ki-tap ve üzerinde çalıştığınız masa birer maddedir. Uzayda yer kaplayan ve bir kütleye sahipolan her şey maddedir. Fizikte metallerin, suyun ve havanın özelliklerini öğreneceksiniz.Özellik, bir maddenin ne şekilde davranışta bulunacağını belirler. Sertlik, elmasa hasbir 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 bunlarenerjinin değişik şekilleridir. Madde ve enerji birbiriyle yakından ilgilidir. Enerjiye sahipolan herhangi birşey kendisini veya başka birşeyi hareket ettirebilir. Örneğin, vücutsıcaklığınızı bir termometre ile ölçebilirsiniz. Vücudunuzdaki ısı enerjisi, termometredekisıvının yükselmesine yol açar.

Vücudunuzda enerj iy i sağ layan nedir?

2. FİZ İĞİN YÖNTEMLER İ

Fizikte çeşitli yöntemler, kavramları geliştirmek ve test etmek için kullanılırlar. Bir bilimadamı çeşitli gözlemler yapar, kavramları önerir, teste tabi tutar ve bunlardan sonuçlarçıkarır.

Gözlem fiziğin temelidir. Örneğin, gökyüzüne bakıyorsunuz. "Gökyüzü bulutludur" diyor-sunuz. Bu ifade bir gözlemdir. Gözlem yapabilmek için özel gereçler sıkça kullanılırlar. Bun-lar 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. Hipotezönerilir 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, bilimadamı güneşli bir günde 25 adet güvercini aynı noktadan bıraksın. Kaç adet güvercinin tek-rar yuvasına döneceğini beklesin. Bundan sonra, yine 25 adet güvercin bulutlu bir gündeaynı yerden bırakılsınlar. Yine, bilimci ne kadar güvercinin döneceğini beklesin. Güneşligünde 25 güvercinin tamamının yuvaya döndüğünü tesbit etsin. Bulutlu günde ise sadece10 güvercin dönmüş olsun.

- 2 -

?

Bilim adamı, bunun üzerine güvercinlerin yollarını bulmakta güneşi izledikleri sonucunavarmaktadır. Varılan sonuç gözleme dayanan bir yargı olmaktadır. Bununla beraber, so-nuç doğru olmayabilir. Belki de bir fırtına sürünün bulutlu bir günde yuvaya dönüşünü engel-lemiş olabilir.

Sabahleyin uyandığınızda güneşli bir günle karşılaşıyorsunuz. Buradan günün çok güzelgeçeceği sonucunu çıkarabilirsiniz. Vardığınız bu yargı gözleme dayanmaktadır. Yargınızdoğru veya yanlış olabilir.

Gerçek uygulamada, bilimsel yöntemler kesin sayılmazlar. Başarılı bilim adamlarınınçalışması bunun adım adım bir işlem olmadığını ortaya koymuştur. Hüner, şans, denemeyanılma ve zekice tahminde bulunma hepsi birden bunda önemli rol oynar.

3. DENEYSEL F İZ İK

Fizikte daima deney yapılarak sonuca varılır. Yapılan çalışmaların kayıtları daima hassasolarak 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 mey-dana 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 ol-sun. 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. TEOR İ VE KANUNLAR

Bilimsel bir teori, gözlemlere ve deneylere dayanan bir açıklamadır. Örneğin, kuşlar uçar-ken yollarını nasıl bulduklarına ait çeşitli teoriler mevcuttur. Bunlardan birisi, kuşların yerinmanyetik alanını kullandıklarını ileri sürmektedir. Diğer bir teoriye göre, kuşlar güneş ta-rafından yönlendirilmektedir. Uzun yol kateden kuşlar ise yıldızlar tarafından yönlendirilmişolabilirler.

- 3 -

Teoriler ve kanunlar değiştirilebilirler. Bunlar sıkça teste tabi tutulurlar. Yeni bir gözlem birteorinin veya kanunun yanlışlığını ortaya çıkarırsa, teori ya değiştirilir veya ortadankaldırılır. Örneğin, bir zamanlar bu bir kanundu: Madde ne yaratılabilir ne de yok edilebilir.Yeni gözlemler bu ifadenin doğru olmadığını ortaya çıkarmıştır. Bazı şartlar altında maddeenerjiye dönüşebilir.

5. ÖLÇÜM

Ölçme bilimin temel bir parçasıdır. Sayılar ve birimler ölçüm yapmak için kullanılırlar. Bazışeylerin ölçümünde kullanılan sayılar ve birimler hakkında halihazırda bazı bilgilerinizvardır.

Şimdi, herhangi bir şeyin uzunluğunu ne şekilde ölçebileceğinizi düşününüz. Bir cetvele ih-tiyaç duyduğunuzu hemen anlıyorsunuz. Herhangi bir şeyi elinize geçirip onun uzunluğunubir cetvel olarak kullanabilirsiniz. Uzun mesafeleri ölçmek için ayakkabınızın uzunluğunubir ölçek olarak alabilirsiniz.

Ölçtüğünüz uzunluğun 25 ayak uzunluğunda olduğunu kabul edelim. Aynı ölçümü başka-larına yaptıralım. Onlar aynı sonucu verebilecekler mi? Ölçüm yaptırdığımız kimselerinayak uzunlukları oldukça farklı olabilir. Kullanılır olmakla birlikte, ölçüm biriminiz pratik sayı-lamaz. Pratik ölçümler yapabilmek için, bir ölçme standardı kullanılmalıdır. Standart iseölçüm yapan bir kimsenin kullandığı sabit bir niceliktir.

Çoğu kimselerin kullandığı birimler sistemi metrik sistemdir. Tüm ülkelerdeki bilim adam-ları çalışmalarında bu birimleri kullanmaktadırlar. Yeryüzündeki tüm bilim adamları diğerle-rinin ölçümlerini bu şekilde anlayabilir. Metrik sistemin modern şekli ise Uluslararası Birim-ler 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 ka-dardır. Metre eşit 100 parçaya ayrılmıştır. Herbir parçaya santimetre (cm) denir. Yani, birmetrede yüz santimetre vardır.

- 4 -

Daha küçük bir birim ise milimetredir (mm). Bir metrede 1000 milimetre, bir santimetredeise 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 çarpmayapılacaktır. Örneğin, 945 milimetre 94,5 cm veya 0,945 m.dir.

Karayol lar ındaki h ız l imit i nedir? (90 km/saat)

7. HAC İM ÖLÇÜMÜ

Hacim birimi genel olarak; uzunluk, genişlik ve yükseklik ölçümü gerektirir. Hacim birimleri

uzunluk birimlerinden türetilebilir. Metreküp (m3) bir hacim birimidir. Ancak, metreküp çokbüyük bir hacim ölçüsüdür. Pratikte daha küçük hacim ölçüleri kullanılır. Litre (L) bunlardanbirisidir. 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 ölçeklisilindirik camdan yapılmışlardır. Bu tür bir silindirik ölçek kabındaki sıvı seviyesi, o sıvınınhacmini gösterir. (Şekil.1)'de görüldüğü gibi sıvı yüzeyi eğridir. Sıvının hacmini okurken,eğrinin taban düzeyi okunmalıdır.

- 5 -

?

50

40

30

20

10

Şekil 1. Sıvı ölçek kabı.

40 ml.

25 cmx25 cm x 5 cm ebad ında bir kab ın alabi leceğ i suyun hacmi

nedir? (3125 cm3)

8. AĞ IRLIK 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) kütlebirimidir. Kilogram, gram (g) adı verilen 1000 eşit parçaya ayrılmıştır. Bir kağıt kıskacı yak-laşık 1 gramdır. Bir mililitre su, oda sıcaklığında bir gram kütleye sahiptir.

Kütle, bir terazi ile ölçülebilir. Kütlesi bilinmeyen bir cisim terazinin bir kefesine, bilinen kütle-ler ise diğer kefeye konulur. İki kefe dengeye gelince, bilinen kütleler cismin kütlesini vermişolur.

9. SICAKLIK ÖLÇÜMÜ

Günlük hayatta sıcaklık ölçümü, Celcius sıcaklık ölçeği ile ölçülür. Hava tahminlerindekullanılan sıcaklık dereceleri, Celcius derecesi cinsinden verilir. Bu sıcaklık ölçeği, suyundonma ve kaynama noktasına göre düzenlenmiştir. Suyun donma noktası O°Cdir. Suyunkaynama noktası ise 100°C dir. 0-100°C arası eşit olarak derecelendirilir. Sıvılı bir termo-metre çevre sıcaklığı ile değişme gösterir. Vücut sıcaklığını ölçen termometreler bu esasagöre çalışır. Normal bir insanın vücut sıcaklığı 36°Cdir. Hastalanınca vücut sıcaklığı yük-selir.

Fizik madde ile enerji ilişkisini inceleyen bir bilimdir. Hipotez gözlem ve gerçeklere dayanıla-rak önerilir. Hipotezler, teoriler ve bilimsel kanunlar deneylerle test edilirler. Ölçüm için met-rik veya SI sistemi kullanılır. Metrik sistemde birimler on ve onun üst veya alt katlarıyladönüştürülürler. Ağırlık bir cisme yerçekiminin etkisidir. Kütle ise cisimdeki madde mik-tarıdır. Celcius sıcaklık ölçeği, suyun donma ve kaynama noktasına göre ayarlanmıştır.

- 6 -

?

Özet

1. 3,2 m. cm cinsinden yazıldığında aşağıdakilerden hangisine eşit olur?

A) 0,32 B) 32 C) 320 D) 0, 032 E) 3200

2. Mili öntakısı aşağıdakilerden hangisidir?

A) 1 B) 10 C) 100 D)1/100 E) 1/1000

3. Kilo öntakısı aşağıdakilerden hangisidir?

A) 10000 B) 1000 C) 100 D) 10 E) 1

4. Bir cm3 aşağıdakilerden hangisine eşittir?

A) mililitre B) litre C) kilogram D)kilometre E) gram

5. Litre ne ölçüsüdür?

A) uzunluk B) alan C) hacim D) ağırlık E) kütle

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 D) 10 E) 15

- 7 -

Değerlendirme Soruları

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 D) 600 E) 650

- 8 -

ÜNİTE 2

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, kuvvet ve iş kavramlarını, basit makinaları, kaldıraçları, mekanik fayda kavramını, makaraları, eğik düzlemi, mekanik verimi, güç kavramlarını öğreneceksiniz.

Giriş Kuvvet İş Basit Makinalar Kaldıraçlar Mekanik Fayda Makaralar Eğik Düzlem Verim Güç Özet Değerlendirme Soruları

Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Soruları yanıtlayınız, Birim sistemlerini yenidengözden geçiriniz.

Ünite işlenirken verilen örnekleri dikkatle inceleyin. Verilen örneklere benzerlerini siz bu-lun.

Üniteyi çalışırken kaynakçada belirtilen kaynaklardan en az birine ulaşmaya çalışınız.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Kuvvet ve İş

1. GİRİŞ

Bu ünitede fizikte ve günlük hayatta sıkça karşımıza çıkan kuvvet kavramı üzerinde durula-caktır. Kuvvetin etkisiyle ortaya çıkan iş kavramı tanıtılacaktır. Ayrıca, basit ve bileşik maki-nalar yoluyla bu kavramlar pekiştirilecektir. Mekanik fayda, sürtünme, güç ve verim üzerin-de örnekler verilecektir.

2. KUVVET

Bir futbol topuna vurunuz, bir basket topunu fırlatınız. Tahta bir çerçeveye çivi çakınız. Her-bir durumda bir cisim hareket etmiştir. Bir cismi harekete geçirmek için kuvvet gerekmekte-dir. Kuvvet bir itme veya çekmedir.

Bir kuvvet daima bir harekete sebep olabilir mi? Üzerinde çalıştığınız masaya bastırın veya-hut odanızın duvarını kuvvetlice itiniz. Masa veya duvar hareket edebilir mi? Ellerinizin avuçiçlerini birlikte bastırıp, kuvvetlice itiniz. Eğer zıt kuvvetler birbirini dengeliyorsa elleriniz hiç-bir surette hareket etmeyecektir. Dengelenmiş demek kuvvetlerin eşit fakat birbirlerinezıt yönde olduklarını belirtir. Dengelenmemiş demek kuvvetlerden birinin diğerinden dahabüyük olmasını gösterir. Hareket, zıt kuvvetlerin dengelenmediği durumda ortaya çıkar.Masanızı ittiğinizde, masanın da sizi eşit bir kuvvetle ittiğini düşünebilirsiniz. Zıt kuvvetlerdengelenmiştir, öyle ki masa hareketsiz halde kalır.

Bir cismi harekete geçirecek olan kuvvet hesaplanabilir. Kuvvetin şiddeti harekete geçirile-cek cismin kütlesiyle ivmesine bağlıdır. Masayı harekete geçirmek, bir kitabı hareket ettir-mekten daha zordur. Zira, kitabın kütlesi daha azdır. Kuvvet birimi newton (N) olup, F harfiile gösterilir.

3. İŞ

Çim biçmek bir iştir. Bir arabayı yıkamak ve ağırlık kaldırmak ta işe bir örnektir. Fizikte iseişin kesin bir tanımı vardır. İş, kuvvet ile bunun etkisiyle hareket eden bir cismin aldığı yolunçarpımıdır.

İş = Kuvvet x Yol

W = F x D

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 newtonlukkuvvetin etkisiyle 1 metrelik taşınan bin sandık üzerinde yapılan iş ise 10 jul'dür.

100 newtonluk bir kuvvet in etkisiyle beton bir blok 1,5 m hareketett i r i l iyor . Yap ı lan iş nedir?

W = F x D

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 kolaykılar. Bir ağaç dikmek üzere bir çukur kazdığınızı düşünelim. Parmaklarınızla bu işi başara-bilir misiniz? Bir kürekle bu işi kolayca halledebilirsiniz. Kürek basit bir makinaya çok iyi birörnek teşkil eder. Altı çeşit basit makina vardır: Kaldıraç, makara, çıkrık, eğik düzlem, vidave nacak.

Bazı makinalar işi kolaylaştırır zira bunlar uygulanan kuvvetin şiddetini arttırırlar. Örneğin,bir tornavida buna bir örnektir. Bir makinanın bir kuvveti artırma miktarına mekanik faydadiyoruz. Bir makinanın faydası daima birden büyük değildir. Bazen kuvvetten sağlanan ka-zanç, 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 kuv-vettir, çalışan bir makinayı yavaşlatır ve yıpranmasına yol açar. Şayet ellerinizi birbirinesürterseniz, ellerinizin ısındığını hissedersiniz. Bu ısı sürtünme sonucu ortaya çıkmaktadır.Bir makina çalıştığında da benzer tarzda bir ısı ortaya çıkar. Sürtünme daima işi ısıyadönüştürür. 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 arttıra-cak şekilde yapılmamış ise, hareket çok zorlaşır ve kayma meydana gelir. Buzlu yollardazincir takılması bu yüzden zorunlu olmaktadır.

- 11 -

?

5. KALDIRAÇLAR

Kaldıraç sabit bir nokta etrafında serbestçe dönebilen bir çubuktur. Kaldıracın dönmenoktasına destek adı verilir. Bir kaldıraç yapılan işi kolaylaştırılabilir. Bir etki kuvveti kaldıra-ca uygulanınca karşı tepki kuvveti yenilebilir.

Üç tip kaldıraç vardır. Bu sınıflandırma, desteğin tepki ve etki kuvvetinin konumuna göreyapılır. Birinci sınıf kaldıraçta destek, etki ve tepki kuvvetleri arasında kalır. İkinci sınıf kaldı-raçta, tepki kuvveti etki ve destek arasındadır. Üçüncü sınıf kaldıraçta ise, etki, destek vetepki arasındadır (Şekil.2).

Bir kaldıraçta iki kısım vardır: Etki ve yük kolu. Etki kolu, destekden etki kuvvetine olanuzaklıktır. Yük kolu ise destekten yüke kadar olan uzaklıktır. Yük ise kaldıracın kaldıra-cağı ağırlıktır. Örneğin, 1000 newtonluk bir kayayı kaldıran kaldıracın yükü bu kayanınağırlığıdır.

6. MEKANİK FAYDA

Bir kaldıracın mekanik faydası denilince, o kaldıracın tatbik edilen bir kuvvetle, kaldırdığıyük arasındaki kıyaslama akla gelir. Bir makina uygulanan 10 newtonluk kuvvetle 100 new-tonluk bir kuvvet meydana getirsin. Bu makina uygulanan kuvveti 10 kat artırmıştır. Mekanikfayda 100N/10N = 10 olmaktadır.

Bir kaldıracın mekanik faydası onun etki ve yük kollarına bağlı olmaktadır. Uzun bir etki koluyanında kısa bir yük kolu yüksek bir mekanik fayda sağlar. Bir kaldıracın mekanik faydasıbulunurken;

M.F. = Mekanik fayda =

- 12 -

Tepki (yük)

Destek

Et-ki

yük

Destek Destek

yük Et-ki

1 nci 2 nci 3 ncüŞekil 2. Kaldıraç türleri

Etki koluYük kolu

Et-ki

Bir otomobi l last ik jant sökücüsünün etki kolu 45 cm ve yük kolu

ise 9 cm dir . Bunun mekanik faydas ı nedir?

7. MAKARALAR

Makara basit bir makinadır. Cisimleri hareket ettirmekte ve iş yapmakta kullanılır. Bir maka-ra gerçek bir kaldıraç türüdür. Tek bir noktaya tespit edilebilir veya hareketli olabilir.

Makara bir kuvvetin yönünü değiştirmek suretiyle işi kolaylaştırabilir. Örneğin, sabit bir ma-karadan geçirilen bir ip vasıtasıyla bir yükü kaldırabilirsiniz. Siz yerde kalırken ağır yük ip çe-kildikçe yukarı doğru kaldırılmış olur. Sabit bir makara ile, etki kuvveti bir yönde uygulanmışolur. Yük ise zıt yönde hareket eder.

İki veya daha fazla makara birlikte kullanılarak bir yükü kaldırmak için gerekli kuvvetazaltılmış olur. Bir makaralar takımının mekanik faydası yükü taşıyan iplerin veya sicimlerinsayısına eşittir (Şekil. 3.).

Gerçekte, mekanik fayda yükü tartan iplerin sayısından daha azdır. Sürtünme ve ipteki ge-rilmeler, mekanik faydayı azaltır.

- 13 -

M.F. = Etki koluYük kolu

= 45 cm9 cm

= 5

.

KUVVET

YÜK

M.F = 1

.

KUVVET

YÜK

M.F = 2

YÜK

M.F = 2

.

KUVVET. .

Şekil 3. Çeşitli makaralar ve mekanik faydalar.

?

8. EĞİK DÜZLEM

Bir rampa ve merdiven basamakları bir eğik düzlemin en iyi örneklerini teşkil eder. Eğik birdüzlem, cisimleri yükseltmeğe yarayan yatık bir yüzeydir. Eğik düzlem kullanılarak vedaha az bir kuvvet sarfedilerek bir yük kaldırılabilir. Ancak, bu yükü doğrudan yukarı kaldı-rmakta alınan mesafeden daha uzun bir yol takip edilmiş olur (Şekil.4).

(Şekil.4) te görülen eğik düzlem üzerinde 120 N luk bir kuvvetle 5 m yol alınarak eğik düzle-min üst ucuna yük taşınmış olur. Diğer yandan, 200 N'luk yük daha büyük bir kuvvetledoğrudan bir makara ile yukarı 3 m kaldırılmış olur.

Gerçek durumda sürtünme kuvveti de gözönüne alınmalıdır. Bu durumda sürtünme kuvve-tini 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 uzunluğuarttıkça 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 mut-laka bir iş yapmak zorundasınız. Makina bu işi daha kullanışlı bir işe dönüştürür. Bunu ya-parken de kuvvetin şiddetini, yolunu ve hareket doğrultusunu değiştirir.

Bir makinadan elde edilen kullanışlı iş daima verilen işten daha küçüktür. Niçin? Verilen işinbir kısmı sürtünmeyi yenmekte kullanılır. Alınan işin verilen işe oranı, bir makinanın verimi

- 14 -

F5m

3m

4m

3m

200N

200N

Şekil 4. Eğik düzlemde yükün taşınması ve doğrudan yukarı kaldırılması.

olarak tanımlanır. Yüksek verim, verilen işin çoğunun makina tarafından kullanışlı işedönüştürülmesi demektir. Düşük verim, verilen işin bir kısmının kaybolduğunu ve kullanışlıbir işe dönüştürülemediğini gösterir. Verim daha ziyade yüzde olarak ifade edilir.

Bir makinanın verimini nasıl arttırabilirsiniz? Verim sürtünme azaltılmak suretiyle arttırılabi-lir. Zımparalama veya yağlama bir yüzeyi parlatır ve sürtünmeyi azaltır. Gresleme veyayağlama suretiyle makinaların çoğunda sürtünme azaltılır. Bisiklet tekerlekleri veya diğermakinalardaki bilya yatakları yağlanarak sürtünme azaltılır.

Verimi artırmak suretiyle doğal kaynakların korunması önemli bir adım sayılır, verim arttık-ça 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 de-nir. Örneğin, büyük bir motor, küçük bir motordan daha güçlüdür. Büyük motor daha az za-manda bir işi yapabilir, işi yaparken daha az zaman kullanılması daha çok gücün sarfedil-diğini gösterir. Güç birimi Watt (W) dır. Bir watt her saniye başına bir jul'lük iş yapıldığınıgösterir. Güç birimi (Watt = J/s) olup, buhar makinasını icat eden James Watt'ın adı veril-miştir. Bir makinanın gücünü bulmak için:

Pratikte güç birimi olarak beygir gücü (= horsepower) kullanılır. Bu birim bir atın yapacağıişe göre tanımlanmıştır. Bir beygir gücü 746 Watt'a eşittir.

Bir tak ım makaralar kul lanmak suret iy le 900 N' luk bir kay ık kald ır -ı lmak isteniyor. Kay ık 50 saniyede 2 metre kald ır ı lm ış t ır . Harcanan

güç kaç watt ' t ır .

- 15 -

?

Verim yüzdesi = Alınan işVerilen iş

x 100

Güç (watt) = İş (jul)Zaman (s)

; P = Wt

W = FxD

W = 900Nx2m = 1800J

Bir kuvvetin etkisiyle bir cisim hareket ettirilirse iş yapılmış olur. Makinalar işi kolayca yapa-bilmek için icad edilmişlerdir. Bunlar uygulanan kuvvetin şiddetini, yönünü veya yolunudeğiştirebilir. Makinalar işi yapacak kuvveti daha az bir gayret sarfetmekle yapmamızısağlayabilirler. Basit makinalar altı çeşittir. Bunlar; kaldıraç, makara, çıkrık, eğik düzlem,nacak ve vidadır. Bir makinadan alının iş daima verilen işten daha azdır. Birim zamandayapılan 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 kJcinsinden 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 wattcinsinden nedir?

A) 80 B) 100 C) 120 D) 140 E) 160

- 16 -

Özet

Değerlendirme Soruları

P = Wt

= 1800 J50 s

= 36 W

4. Bir makara sisteminde 1000 N luk bir yük 3 iple tartılmaktadır. Buna göre bu siste-min mekanik faydası nedir?

A) 0 B) 1 C) 2D) 3 E) 4

5. Aşağıdakilerden hangisi hareketi engelleyici tarzdadır?

A) mekanik fayda B) iş C) güç D) ağırlık E) sürtünme kuvveti

6. Birinci sınıf kaldıraçlarda aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) etki-destek-tepki B) tepki-etki-destek C) etki-tepki-destekD) etki-tepki-etki E) destek-etki-tepki

7. Eğik yüzeyi 13m ve yüksekilği 5m olan bir eğik düzlemin tabanı 12m dir. Bu eğikdüzlemin mekanik faydası aşağıdakilerden hangisidir?

A) 12/13 B) 13/12 C) 12/5D) 5/12 E) 5/13

8. Bir dakikada 3000 Jul'lük iş yapılırsa watt cinsinden güç ne olur?

A) 3000 B) 30 C) 300D) 500 E) 50

9. Kuvvet birimi aşağıdakilerden hangisidir?

A) newton B) jul C) wattD) newton metre E) kilogram

10. Bir sandık sağa doğru 500 N, sola doğru 300 N'luk bir kuvvetle çekiliyor. Net kuvvetve hareket yönü nedir?

A) 200 N; sola B) 200 N; sağa C) 800 N; solaD) 800 N; sağa E) 200 N; yukarı

- 17 -

ÜNİTE 3

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, hareket kavramını, hareketi doğuran kuvvetleri, hız kavramını, ivme kavramını, enerji kavramını, hareket ile enerji arasındaki ilişkiyi öğreneceksiniz.

Giriş Ağırlık ve Kütle Çekim Kuvveti Hız ve Sürat Ortalama Hız İvme Enerji Özet Değerlendirme Soruları

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.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Hareket

1.G İR İŞ

Bu üniteye yerçekiminin cisimlerin ağırlığına etkisi ile başlanılacaktır. Cisimlerin hareketi ileilgili kavramlar üzerinde durulacaktır. Sürat, hız ve ivme kavramları geliştirilecektir. Enerji-nin hız, kütle ve cisimlerin konumları ile ilişkileri incelenecektir. Bu ünite, bize daha öncekiünitede öğrendiğimiz kuvvet kavramının tüm hareketlerin başlaması veya durdurulması hu-susunda ne derece etkin olduğunu yeniden vurgulayacaktır.

2. AĞ IRLIK 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 yeredüştüğünü göreceksiniz. Cisimlerin yere düşmesi yerin onlara bir kuvvet etki ettirdiğinigösterir. Bu kuvvete yerçekimi diyoruz. Yerçekimi bütün cisimlere etki eder. Yerçekimi kuv-veti ağırlık ile ölçülür. Bir cismin ağırlığı yaylı terazi ile ölçülür. Ağırlık birimi newtondur.

Kütle, ağırlıktan farklıdır. Kütle, bir cismin madde miktarını nicelik olarak gösterir. Bütünmaddelerin kütlesi vardır. Bir cismin kütlesi değişmez. Bununla beraber, bir cismin ağırlığıdeğişebilir. Çekim kuvetinde meydana gelebilecek bir değişme ağırlıkta bir değişmeye yolaçar. 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. Kütlenizyerde ve Ayda aynı kalacaktır. Yerde birbirini dengeleyen iki kütle Ayda da bu dengeyi koru-yacaktır.

Yüryüzünde ağırlık, bulunulan konumla değişebilir. Yeryüzü tam bir küre değildir. Yeryüzükutuplarda basık, ekvatorda ise şişiktir. Ekvatordan yerin merkezine olan uzaklık, kuzeykutbundan yerin merkezine olan uzaklıktan 20 km daha fazladır. Yerin merkezinden uzak-laşan bir cisme etki eden yerçekimi kuvveti azalır. Kuzey kutbunda 600 newton gelen birşahıs, ekvatorda 597 newton çeker. Kuzey kutbundan ekvatora doğru hareket eden bir cis-min ağırlığı yüzde 0,5 yani binde beş oranında azalır.

Ağırlık değişmesini yüzmek üzere denize daldığınızda çok iyi hissedebilirsiniz. Suyun kal-dırma kuvveti sizi yukarı doğru kaldırırken, ağırlığınızdaki azalmayı hissetmeniz doğaldır.

- 19 -

3. ÇEK İM KUVVET İ

Serbest bırakılan cisimler yere doğru düşerler. Yerçekimi cisimleri yere doğru çeker. Ancak,çekim kuvveti sadece yerin bir özelliği değil tüm maddelerin bir özelliğidir. Evrendeki herbircisim 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 dahaküçük bir kuvvetle çekim uygular.

Bir cismin kütlesi ne kadar artarsa çekim gücü de o derece artar. Örneğin, yeryüzü, yüzeyin-de bulunan bir cisme Ayın kendi yüzeyinde bulunan bir cisme uygulandığı kuvvetten dahabüyük bir çekim kuvveti uygular. Yerin kütlesi Ayın kütlesinden daha büyüktür. İki cisimarasındaki mesafe arttıkça aralarındaki çekim kuvveti de gittikçe azalır. Mesafe iki kat artar-sa, 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 sü-ratini belirler. Sürat birim zamanda bir cismin aldığı yoldur. Sürat denklemi;

Sürat birimi olarak kilometre bölü saat veya metre bölü saniye kullanılır. Sürat, yol ve zamangibi iki fiziksel kavramın birbirlerine oranıdır. Örneğin, nabız atışınız, kalbinizin dakikadakaç atış yaptığını gösteren bir orandır. Otomobillerin sürati km/saat cinsinden verilir. Sa-bit sürat, süratin değişmediğini ifade eder. Örneğin, bir otomobil saatte 50 km 'lik sabit birsüratle yol alsın. Bu otomobil ilk saatte 50 km yol alır. İkinci saatte ise yine 50 km yol alır. İkisaatlik toplam sürede 50 + 50 = 100 km yol alır. Her saatte 50 km yol aldığında, otomobil sa-bit bir sürati korur.

Fizikte sürat, bir cismin ne şekilde hızlı hareket ettiğini gösterir. Hız ise, hem sürati hemde yönü birlikte gösteren bir kavramdır. Örneğin, bir uçak kuzey kutbuna doğru yol alsın. Buuçağın sürati 220 km/saat 'tir. Hızı kuzeye doğru 220 km/saat tir. Hız kavramında mutlakayön belirtilmelidir.

- 20 -

Sürat = YolZaman

s = dt

Ş imşek çak ış ından sonra duyulan gök gürültüsü sesi 330 m/s l ik

sürat le yay ı l ıyor. 1320 m l ik yolu ne kadar sürede kateder?

5. ORTALAMA HIZ

Otomobiller, kamyonlar, trenler ve bisikletler çok uzun bir süre sabit süratle hareket ede-mezler. Hareket eden herhangi bir cismin sürati hareketi boyunca artabilir veya azalabilir.Bu türdeki bir hareketi ortalama hız cinsinden tanımlamak daha uygun düşer.

Şekil 1. 'deki otomobil trafik ışığına yakalanmadan 15 saniyede 600 m yol almıştır. O halde

bu zaman aralığında ortalama hızı:

olmuştur.

Şekil 2. deki otomobil ise trafik lambasına iki kez yakalanmış ve 30 saniyede 600 m yolalmıştır. Bu durumda ortalama hızı:

olur.

- 21 -

s = dt

veya t = ds

= 1320 m330 m/s

= 4 s

ortalama hız = toplam yoltoplam zaman

v = dt

200

05 10 15 t(s)

d(m)

600

400

200

0

d(m)

600

400

Şekil 1. Sabit hızlı bir hareket

(v = 40 m/s )Şekil 2. Bir trafik lambasına yakalanan

otomobilin hareketi (v = 20 m/s )

v 1 = 600/15 = 40 m/s

v 2 = 60030

= 20 m/s

5 10 15 t(s) 5 10 15 20 25 30 t(s)

?

6. İVME

İvme, süratin veya hızın değişim oranıdır. İvme bir kuvvetle ortaya çıkar. Örneğin, bisikleti-nizin tekerlek kuvveti yol üzerinde bisikletinizin ivmelenmesine yol açar. Bir cisim ivmelen-diğinde 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 birsürede, otomobil 50 km bölü saatlik bir hıza erişir. Daha sonra otomobil hızını 90 km/saat 'liklimit hızına arttırabilir. Bu hız sabit bir hız olup, zamanla değişmez (Şekil 3).

Hızın zamanla artmasının aksine eksilmesi de söz konusu olabilir. Örneğin, normal hızla gi-den bir otomobilin kırmızı ışığı görünce durması sırasında yaptığı hareket, hızın zamanlaazalmasına bir örnek teşkil eder. Bu durumda, otomobil frenine basmak suretiyle hız za-manla yavaşlatılır ve ivme aksi yönde ortaya çıkar. Azalan ivme, otomobilin zaman içindeyavaşlayıp, durmasını sağlar.

7. ENERJ İ

Enerji iş yapabilme yeteneğidir. Enerji'ye sahip olan bir cisim, bir yol boyunca bir kuvvet etkiettirme yeteneğine sahiptir. Örneğin, yerde yuvarlanan bir top bu etkiye sahiptir. Enerji me-kanikte iki türe ayrılabilir: Hareket enerjisi ve durum enerjisi.

Hareket halindeki herhangi bir cismin kinetik enerjisi vardır. Bir cismin sahip olduğu ki-netik enerji, cismin kütlesi ve hızına bağlıdır. Bu ilişki,

şeklinde ifade edilebilir.

- 22 -

0

V(km/h)

90

50

20 40 60 80 100 120 140 t(s)

Şekil 3. Hız - zaman grafiği

K.E = 12

m v2

20 40 60 80 100 120 140 t(s)

Bu durumda 90 km/saat hızla hareket eden bir otomobil ile bir tren düşünelim. Kütlesi çokbüyük olan trenin kinetik enerjisi otomobilinkinden daha büyüktür. Aynı şekilde, kütleleriaynı iki otomobil ele alalım. Bunlardan birisi 90 km/saat, diğeri ise 40 km/saat hızla hareketetsinler. Hızı büyük olanın kinetik enerjisi daha büyük olacaktır.

Hareketsiz duran bir cismin de enerjisi vardır. Bu enerji cismin konumuna bağlıdır. Yerdenbir metre yükseğe kaldırılan bir cismi ele alalım. Bu cismin yere göre bir enerjisi vardır. Buenerjiye, 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. Yayserbest bırakılınca önünde bulunan bir cismi hızla attırabilir. Yayın esneklik potansiyelenerjisi;

ile verilir. Burada k yayın esneklik sabiti (N/m) ve x ise sıkışma veya uzama miktarıdır.

Ağırlık yerçekiminin etkisinde bulunan bir cisme uyguladığı kuvvettir. Kütle ise bir cisimdebulunan madde miktarıdır. Kütle çekim ile değişme göstermez. Sürat, birim zamanda alınanyoldur. Hız ise belli bir yöndeki sürattir. İvme, hızda zamanla meydana gelen değişmeyigösterir. Kuvvetin etkisiyle hareket başlar veya durur. Hareket halindeki bir cismin enerjisi-ne kinetik enerji denir. Bir cismin konumu veya durumundan dolayı sahip olduğu enerjiye isepotansiyel enerji denir.

- 23 -

P .E = 12

k x2

Özet

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? (Ayınçekim 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. Oto-mobilin 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 ne-dir?

A) 500 B) 1000 C) 2500 D) 3000 E) 5000

- 24 -

Değerlendirme Soruları

8. 500 kg kütleli bir cisim yerden 8 m yüksekte bulunuyor. Cismin potansiyel enerjisi julcinsinden 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 potansi-yel enerji nedir?

A) 1 B) 10 C) 0,5 D) 25 E) 5

10. Enerji birimi aşağıdakilerden hangisidir?

A) watt B) jul C) newton D) kg.m E) m2/s

- 25 -

ÜNİTE 4

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, Newton'un hareket kanunlarını, serbest düşmeyi, eğik atışı, merkezkaç kuvvetini, momentum kavramlarını öğreneceksiniz.

Giriş Birinci Hareket Kanunu İkinci Hareket Kanunu Üçüncü Hareket Kanunu Serbest Düşme Eğik Atış Eğrisel Hareket Momentum Özet Değerlendirme Soruları

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 kezdaha okuyun.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Dinamik

1. GİR İŞ

Bu ünitede kuvvetin, hız ve hareket halindeki cisimlerin yönleri üzerindeki etkileri tartışıla-caktır. Dinamiğin temel kanunları üzerinde durulacaktır. Newton'un üç adet temel hareketkanunu incelenecektir. Bunlar, dinamiğin temelini teşkil ederler. Serbest düşen cisimlerinhareketi incelenecektir. Eğik atış, eğrisel hareket tasvir edilecektir. Ayrıca, hareket eden bircismin; kütlesi, hızı ve momentumu arasındaki ilişki ortaya konulacaktır.

2. B İR İNC İ HAREKET KANUNU

Bir otomobilde gitmektesiniz. Sürücü aniden frene basıyor. Vücudunuz hareket etmek iste-yecektir. Hareketli bir cismi harekete devam ettirmeye çalışan etkiye atalet adı veriyo-ruz. Yukarıdaki örnekte otomobil durmaya başlasa bile, atalet yüzünden vücudunuz hare-ketini devam ettirecektir. Emniyet kemerinizin çekmesi sebebiyle vücudunuz ileri doğru ha-reketten alıkonacaktır. Şayet emniyet kemeriniz bağlı değilse yaralanabilirsiniz veya inci-nebilirsiniz. Vücudunuz ileri doğru hareketine devam etmek suretiyle sizde cama çarpabilir-siniz. Atalet aynı zamanda duran bir cismin hareketsiz kalma eğilimidir. Hareketsiz haldeduran bir cisim üzerine bir kuvvet uygulanmadığı sürece hareketsiz kalacaktır.

Newton (1642-1727), cisimlerin nasıl hareket edeceklerini açıklayan üç adet kanun ifadeetmiştir. Buna göre birinci kanun şöyle ifade edilebilir: Hareket halindeki bir cisim veyadurmakta olan bir cisim, üzerine herhangi bir kuvvet uygulanmazsa durumunu ay-nen koruyacaktır. Yani, duran bir cisim durmaya devam edecektir. Hareketi başlatmak ve-ya durdurmak için bir kuvvet gerekecektir.

Hareket halindeki bir cisim bu halini korumak isteyecektir.Hareket halindeki bir cismin hızınıveya yönünü değiştirmek için bir kuvvet gereklidir. Örneğin, hareket halindeki bir otobüsteayakta gidiyorsunuz. Otobüsün aniden durduğunu kabul edelim. Hareketsiz halde duranvücudunuz öne doğru fırlayacaktır. Duran bir otobüsün aniden harekete geçtiğini düşüne-lim. Şimdi de vücudunuz arkaya doğru yıkılacaktır. Bu iki durum, birinci hareket kanunundoğal bir sonucudur.

3. İK İNC İ HAREKET KANUNU

Yerde duran bir futbol topuna tekme atınız. Top'un kısa mesafede yerden ayrılmadığınıdüşünürsek, 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 ha-reket edecektir. Bir futbol maçında kale atışı yapan bir oyuncu, ne kadar kuvvetli vurursavursun topu santra çizgisinden çok uzağa atamaz. Aynı şeyi bir çocuğa yaptırın. Onun atışı10 m yi geçemez.

Newton'un ikinci hareket kanunu şöyle ifade edilir: Bir cismin ivmesi, o cisme tatbik edi-len kuvvetin şiddeti arttıkça, artış gösterir. Yani, cismin kütlesi arttıkça o cismi ivmelen-dirmek 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 metrebölü 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 kuvvet le f ır lat ı l ıyor. Topunkazanacağ ı ivme nedir?

F = ma

4. ÜÇÜNCÜ HAREKET KANUNU

Oturduğunuz masanın üstüne mümkün olduğu kadar kuvvetlice bastırınız. Hatta istiyor-sanız 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 -

?

a = Fm = 50 N

0,5 = 100 m / s2

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 iseöne 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 temsileder.

5. SERBEST DÜŞME

On katlı bir binanın tepesinden bir ping-pong topu ile bir futbol topunu aynı anda serbestbırakalım. Hangi top aşağıya ilk önce düşer? Çoğu kimse, daha ağır olan futbol topunun ilkönce düşeceğini sanır. Ancak, bu durum hiçte böyle değildir. Hava sürtünmesini gözönünealmazsak her iki topta aynı anda yere düşerler.

İtalyan fizikçisi Galileo (1564-1642), düşen cisimlerin aynı anda yere düşeceğiniöngörmüştür. Yaptığı bir seri deneyler sonucunda, düşen cisimlerin kütlelerine bakıl-maksızın 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 sonun-da 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 = g t 2

ile gösterebiliriz.

Hava sürtünmesi etkisiyle karşı yönde bir hava direnç kuvveti oluşur. Yerçekimi kuvvetiylebu kuvvetin eşit olduğu anda, düşen cismin hızı sabit hale gelir. İşte bu sabit kuvvete li-mit hız adı verilir. Buna örnek olarak, uçaktan atlayan bir paraşütçünün, paraşütünün açılmasından bir müddet sonra sabit bir hızla yavaş yavaş yere doğru süzülmesini göstere-biliriz.

- 29 -

12

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 bileşkesi-ne yani birarada bulunmasına eğik atış diyoruz. Örneğin, yerde duran bir futbol topuna birfutbolcunun vurduğunu varsayalım. Top yatayla belli bir açı yaparak havaya yükselir. Dahasonra kavisli bir yol çizerek yere düşer (Şekil. 1).

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 doğrudüşmesi sağlanır. Uçaktan bir hedefe atılan bir bomba içinde pilot gerekli önlemi almak zorundadır.

7. EĞR İSEL HAREKET

Hızla kavisli bir yola giren otomobilde iseniz ne tür bir kuvvet hissediyorsunuz? Vücudunuzyana 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 merke-zine doğru yöneliktir. Kavisli bir yola girilince, otomobil lastikleri merkezcil kuvvet sebebiyleiçeri doğru çekilir. Otomobil kavisli yola çok hızlı girerse atalet sebebiyle, dışarı doğrufırlatılır.

Trafik güvenliği açısından kavisli yollar eğimli olarak yapılırlar. Böylece lastik ve yol arasın-da sürtünme artar. Kavisli yola giren otomobil yinede belirtilen hız kısıtlamasına uymak zorundadır.

- 30 -

B

V

0

y

x = sabit

A

c x

.

Şekil 1. Eğik atış hareketi.

C

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. Aynıhızla hareket eden bir otomobil ile bir kamyonun momentumları, bunların kütlelerinin farklıolması sebebiyle aynı değildir. Kütlesi büyük olan kamyonun momentumu daha büyüktür.

Hareket eden bir cisim hızını değiştirirse momentum kazanır veya kaybeder. Momentumunkorunumu ilkesine göre, momentum ne yaratılabilir ne de yok edilebilir. Bir cisim mo-mentum 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 koru-numu her ikisinde de geçerlidir.

Atalet, duran bir cismin durması veyahut hareket halindeki bir cismin hareketini muhafazaetmesi temayülüdür. Bir cismi harekete geçirmek veya durdurmak için bir kuvvet gereklidir.Hareketin hızını veya yönünü değiştirmek için yine bir kuvvet gereklidir. Hız artışı veyaazaltması cismin kütlesine ve uygulanan kuvvete bağlıdır. Her bir etki için eşit ve zıt yöndebir 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 cismimerkeze doğru çeken bir merkezcil kuvvet vardır. Hareket halindeki herbir cismin momen-tumu vardır. Momentum, cismin kütlesiyle hızına bağlıdır.

- 31 -

Özet

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 olurD) artar E) birşey söylenemez

- 32 -

Değerlendirme Soruları

7. Newton'un birinci hareket kanununa göre, hareketli her cismin

A) ivmesi vardır B) hızı vardırC) yönü vardır D) momentumu vardırE) 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 D) 6 E) 9

- 33 -

ÜNİTE 5

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, maddeyi yakından tanıyacak, maddenin hallerini bilecek, maddenin fiziksel özelliklerini öğrenecek, fiziksel değişmeleri kavrayacaksınız.

Giriş Madde Maddenin Halleri Fiziksel Özellikler Yoğunluk Fiziksel Değişmeler Özet Değerlendirme Soruları

Bu ünitede geçen kavramları iyice öğreniniz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Ünitelerdeki bilgiler birbirlerini tamamlandığından, önceki üniteyi kavramadan diğerine

geçmeyin.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Maddenin Fiziksel Özellikleri

1. GİRİŞ

Bu ünitede madde üzerinde durulacaktır. Maddenin dört hali tanıtılacaktır. Maddenin fizik-sel özellikleri ve fiziksel değişmeler kavrandıktan sonra, maddeye daha başka bir gözle ba-kabileceksiniz. Maddenin kimyasal özelliklerini ve kimyasal değişmeleri kimya dersleriniz-de kavrayacaksınız. Bu ünitedeki öğrendiklerinizle birlikte kimyada öğrendikleriniz madde-yi 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 bulundurduğumaddenin 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 maddelerinbir özelliğidir. Banyo küvetine girdiğimizde, vücudumuz suyu itecektir. Küvetteki su seviyesiyükselecektir. 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. Maddeninher bir hali özel bir takım özelliklere sahiptir. Bir katının belli bir şekli ve hacmi vardır. Buz birkatıdır. Tuz, aluminyum ve karbon diğer katı madde örnekleridir.

Bir sıvı belli bir şekle sahip değildir. Bir cam bardağa su doldurduğumuzu düşünelim. Suiçinde bulunduğu kabın şeklini alır. Su, civa ve benzin sıvı örnekleridir. Sıvıların belli bir hac-mi vardır.

Bir gazın belli bir şekli ve hacmi yoktur. Bir balona hava dolduralım. Sıkıştırmak suretiyle ba-lonun şeklini değiştirebiliriz. Uygulanan kuvveti artırmak suretiyle balon, çeşitli yönleredoğru şekil alabilir. Hava yeni bir şekli kaplar. Bir balondan havanın kaçmasına imkan verir-seniz, havanın hacmi artış gösterir. Daha küçük bir hacme gazı pompalamak suretiylesıkıştırmak mümkündür. Hava gibi bir gaz daima içinde bulunduğu kabın şeklini alır. Baskettopu 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. An-cak, bir gazdan farklı olarak plazma elektrik yüklüdür. Bilim adamları maddenin bu hali üze-rinde hâlâ çalışmaktadırlar. Sadece plazma halinde bulunan nükleer reaksiyonlar vardır.Bu reaksiyonlar önemli bir enerji kaynağı olabilir. Bu enerji elektrik enerjisine dönüştürülebi-lir.

4. FİZİKSEL ÖZELLİKLER

Şimdi elimizde dört adet test tüpü olsun. Her bir test tüpü bir sıvı ile doldurulsun. Birincitüpteki sıvı mavi renklidir. İkinci test tüpündeki sıvı kötü bir kokuya sahiptir. Üçüncü testtüpüne atılan ufak bir çelik bilya yüzmektedir. Dürdüncü tüpü elinize aldığınızda içindekisıvının kolayca buharlaştığını tespit ediyorsunuz. Bu sıvılardan herhangi birinin su olup ol-madığını nasıl tayin edebilirsiniz?

Bir sıvının su olup olmadığını anlamanın yolu, sıvının özelliklerini su ile kıyaslamaktır. Sunormalde mavi renkli midir? Kokusu kötü müdür? Çelik bir bilya suda yüzer mi? Kolaylıklabuharlaşabilir mi? Bu özelliklere fiziksel özellikler denir. Maddenin fiziksel özelliği sadecemaddenin kendisine bağlıdır.

Fiziksel özellikler arasında hal, renk, tat, koku, donma noktası ve kaynama noktası sayılabi-lir. Bu özellikler, maddenin kimyasal yapısını değiştirmeksizin gözlemlenebilir.

Maddenin fiziksel özelliklerini hergün farkında olmaksızın gözlemlersiniz. Basketbol oynar-ken ne tür bir ayakkabı giyilir? Bale dansı yapılırken ne tür bir ayakkabı giyilir? Fiziksel özel-liği bakımından her tür ayakkabı o özel faaliyete uygun olmak zorundadır.

Maddenin bazı fiziksel özelliklerini sıralamak istersek: yoğunluk, parlaklık, dövülebilirlik, ısıliletkenlik, renk, koku, tat, elektriksel iletkenlik, şekil, donma noktası, kaynama noktası vb.

5. YOĞUNLUK

Yoğunlukta fiziksel bir özelliktir. Yoğunluk, birim hacimdeki madde miktarıdır. Kübik santi-

metre 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 ha-

cimdeki kütle miktarı olduğundan;

formülü ile bulunabilir.

Dikdörtgen şekl indeki bir nesnenin boyut lar ı 3cmx2cmx1cm dir .Küt lesi 4g olan bu nesnenin yoğunluğu nedir?

V = axbxc = 3x2x1 = 6cm3

bulunur.

Tablo.1- Bazı Yaygın Maddelerin Yoğunlukları (g/cm3)

Madde YoğunlukHidrojen 0,00009Oksijen 0,0013Su 1,0Şeker 1,6Sofra tuzu 2,2Kuvartz 2,6Aluminyum 2,7Demir 7,9

- 37 -

?

Yoğunluk = KütleHacim

D =mV

2cm

3cm

1 cm

D =mV

D = 4g6cm

3 = 23

= 0,67 g/cm3

Bakır 8,9Kurşun 11,3Civa 13,6Altın 19,3

6. FİZİKSEL DEĞİŞİMLER

Bir cam levha kırıldığı zaman, camın ebadı değişir. Ancak, kırılmış cam parçaları, ilk camlevhanın cam özelliklerini hâlâ taşırlar. Tahtadan yapılmış bir raf veya sandalye de hâlâ tah-tanın 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. Suyukaynattığımız zaman, su sıvı halden gaz haline geçiş yapar. Kaynama noktası, bu olayıngerçekleştiği sıcaklık derecesidir. Erime ise katı halden sıvı hale geçiş durumudur. Eri-me noktası, bu olayın gerçekleştiği sıcaklık derecesidir. Bir sıvı donduğu zaman katı haledönüşür. Bu sıcaklık derecesine donma noktası denir. Su, donma noktasında buzadönüşür.

Kaynama ve donma noktaları bir maddenin belirli fiziksel özellikleridir. Bilinmeyen madde-ler bu sıcaklık dereceleri ile tanınabilirler. Bilinmeyen maddelerin kaynama ve donma nok-taları, bilinen maddelerinki ile kıyaslanabilirler.

Su buharı gaz halinde bulunan sudur. Bir gaz alçak sıcaklıklarda soğutulursa sıvı halinedönüşür. Bu hal değişimine yoğuşma adı verilir. Bir ayna yüzeyine sıcak havaüfürdüğümüzde su buharının yoğuştuğunu görebiliriz.

Basınç değişmesi ile hal değişikliği söz konusu olabilir. Karlı bir havada avucunuzda karto-pu yapın. Elinizin sıkıştırması ve sıcaklığı ile karın eridiğini hissedebilirsiniz. Elinizinbaskısını yani basıncı ortadan kaldırırsanız su tekrardan buza dönüşür.

Tablo.2- Bazı Maddelerin Donma ve Kaynama Noktaları (°C)

Madde Donma Noktası Kaynama NoktasıKarbondioksit -56,57 -78,47Kurşun 327,4 1751,0Civa -38,8 356,5Oksijen -218,8 -182,9Sofra tuzu 808,0 1473,0Su 0,0 100,0

- 38 -

Bir yer işgal eden ve kütlesi olan herşeye madde diyoruz. Madde; katı, sıvı, gaz ve plazmaolmak üzere dört değişik halde bulunabilir. Fiziksel bir özellik, maddenin kendine bağlı birözelliktir. Fiziksel bir değişme maddenin şekil, ebad ve halini değiştirebilir. Yoğunluk, birimhacimdeki madde miktarına verilen isimdir. Birimi g/cm3 tür.

1. Aşağıdakilerden hangisi bir fiziksel özellik değildir?

A) yoğunluk B) renk C) koku D) tat E) yanma

2. Civa bir metal olmasına rağmen aşağıdaki hallerden hangisinde bulunur?

A) katı B) sıvı C) gazD) karışım E) plazma

3. Aşağıdakilerden hangisi belli bir şekle sahiptir?

A) plazma B) karışım C) katıD) sıvı E) gaz

4. Güneş yüzeyi aşağıdaki hallerden hangisidir?

A) katı B) sıvı C) gazD) plazma E) akışkan

5. Aşağıdakilerden hangisi fiziksel bir özellik değildir?

A) yanma noktası B) kaynama noktası C) donma noktasıD) erime noktası E) buharlaşma noktası

- 39 -

Özet

Değerlendirme Soruları

6. 230 gram kütleli sıvı yağın hacmi 250 cm3 tür. Buna göre yağın yoğunluğu nedir?

A) 0,86 B) 0,90 C) 1,08D) 1,04 E) 0,92

7. Boyutları 2cmx3cmx4cm olan bir bir tahta blok 48 gramdır. Tahtanın yoğunluğu ne-dir?

A) 2,0 B) 0,5 C) 1,0D) 1,5 E) 1,6

8. Kenarı 10 cm olan bir teneke su ile dolduruluyor. Bu kaptaki suyun kütlesi kaç kilog-ramdır?

A) 0,5 B) 1,0 C) 2,0D) 1,5 E) 2,5

9. Sıcak bir gaz soğutulduğunda meydana gelen fiziksel değişmeye ne denilir?

A) donma B) erime C) yoğuşmaD) buharlaşma E) kaynama

10. Oda sıcaklığında hava hangi halde bulunur?

A) plazma B) katı C) sıvıD) gaz E) buhar

- 40 -

ÜNİTE 6

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, enerji kavramını, sıcaklık ve ısıyı, özgül ısıyı, ısı ölçümünü, erime ve buharlaşmayı, genleşmeyi, gazları öğreneceksiniz.

Giriş Enerji Sıcaklık ve Isı Özgül Isı Isı Ölçümü Erime ve Buharlaşma Genleşme Gazlar Özet Değerlendirme Soruları

Bu ünitedeki kavramları iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Sorularıyanıtlarken aceleci davranmayın.

Ünite işlenirken verilen örnekleri dikkatli okuyun. Verilen örneklere benzerlerini siz bulun.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Isı

1. GİR İŞ

Bu ünitede enerjinin korunumu ilkesinin doğal uzanımları üzerinde durulacaktır. Enerji birşekilden diğerine dönüştürülebilir. Isı da bir nevi enerjidir. Sıcaklık ve ısı arasındaki fark üze-rinde durulacaktır. Farklı cisimlerin ısı soğurma kabiliyetleri bir hal değişikliği esnasındaenerji salınmasına veya yutulmasına sebep olur. Cisimlerin ısı ile genleşme veya büzülme-leri kinetik teori yardımıyla açıklanacaktır. Bir gazın sıcaklığı, basıncı ve hacmi arasındakiilişki anlatılacaktır.

2. ENERJ İ

Enerji iş yapabilme yeteneğidir. Mekanikte iki tür enerji olduğunu daha önce görmüştük.

Bunlar kinetik ve potansiyel enerjilerdir. Enerji bir şekilden diğerine dönüştürülebilir. Potan-

siyel 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 yapıl-

malıdır. Top yükselirken yere göre potansiyel enerjisi bir artış gösterir. Ne kadar çok yüksel-

tilirse, potansiyel enerjisi o derece büyük olur. Topun 10 m. yükseklikteki potansiyel enerji-

si, 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 orta-

lama kinetik enerjilerinin bir ölçüsüdür. İki madde, ancak sahip oldukları parçacıkların kine-

tik 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 par-çacık-ların toplam kinetik enerjisine o maddenin iç enerjisi veyahut ısısı denir. Bir mad-denin iç enerjisi, o maddenin kütlesine olduğu kadar sıcaklığına da bağlıdır. Şimdi bir yüzmehavuzu ve bir bardak su ele alalım. Herbirindeki suyun sıcaklık derecesi aynı olsun. Hangisidaha çok ısı enerjisine sahiptir? Yüzme havuzundaki suyun kütlesi daha fazladır. Kütlesidaha büyük havuzda daha çok sayıda su parçacıkları vardır. Çok sayıda parçacık ise dahaçok toplam kinetik enerjiye sahiptir. Beşinci kesimde, ısı enerjisini hesaplarken sıcaklık de-

recesi 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 olmadığınıgösterir. Örneğin, buzlu su kabına bir termometre daldıralım. Termometredeki cıva yüksek-liği düşecektir. Kaynayan suya aynı termometre daldırılırsa bu kez civa sütunu hızla yükse-lir. Termometre, kaynayan sudan ısı kazanmıştır. Isı yüksek sıcaklık bölgelerinden alçaksıcaklık bölgelerine doğru akar.

4. ÖZGÜL ISI

Sıcaklık ve ısı birbiriyle ilgilidir. Bir maddenin iç enerjisi artınca onun parçacıkları daha hızlıhareket 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 derecearttırmak 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 gramdemirin 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 )

5. ISI ÖLÇÜMÜ

Bir maddenin ısı enerjisindeki değişmeler ölçülebilir. Isı enerjisindeki değişmeyi bulmakiçin, maddenin kütlesi ile sıcaklığını ölçeriz. Bundan sonra, madde ısıtılır veya soğutulur.Daha sonra son sıcaklık ölçümü yapılır. Maddenin özgül ısısını kullanarak, madde tarafın-dan alınan veya verilen ısı enerjisini bulabiliriz. Isıdaki bu değişme, sıcaklık farkının, kütle veözgül ısı ile çarpımına eşit olur.

∆H= ∆t x m x cp

∆ (delta) değişiklik demektir.

10 graml ık su, 5°C den 20°C ye kadar ıs ı t ı lm ış t ır . Su taraf ından

al ınan ıs ıy ı hesaplay ın ız?

∆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 birkalorimetre kabına atalım. Sıcak cisimden, daha soğuk olan suya ısı akışı olacaktır. Birazbeklenirse termometrede yükselme durur ve denge sıcaklığına kavuşulur. Yukarıdaki ısıenerjisi denklemi kullanılarak, metalin özgül ısısı deneysel olarak bulunur (Şekil. 1).

- 44 -

?

su ...................... 4,18 demir................... 0,45aluminyum ........ 0,92 bakır ................... 0,38karbon ............... 0,71 civa .................... 0,14

Alınan veyaverilen ısı = Sıcaklık

değişimi x Kütle x Özgül ısı

6. ER İME VE BUHARLAŞMA

Şimdi içinde buz bulunan bir kabın sıcaklığını ölçelim. Buzun sıcaklığı -20°C olsun. Bundansonra buzu hafif ateşte ısıtalım ve her 30 saniyede sıcaklığını ölçelim. Aldığımız sıcaklık derecelerini zamana karşı bir grafikle gösterelim (Şekil. 2).

Birkaç dakika sonra, sıcaklık artışı durur. Sadece buzun eridiğini farkedebiliriz. Buzun eri-mesi sona erdikten sonra sıcaklık yeniden artmaya başlar. Buz erirken verilen ısının hepsi,suyu buz (katı) halde tutan kuvvetleri yenmek ve parçalamak için harcanmıştır. Buzun eri-me noktası sıfır derece Celcius'tur. Bu derecede, bir gramlık su (buz) 334 Jul'luk enerji ola-

- 45 -

Metal

Yalıtkan

Termometre

İç kap

Karıştırıcı

m

Su

Şekil 1. Kalorimetre

140

100

60

20

-200 5 10 15 Zaman (dak)

Sıcaklık ( C)

Şekil 2. Sabit ısıda sıcaklık artışı

rak katı halden sıvı hale geçer. Katı halden sıvı hale geçiş için gerekli olan enerjiye suyun gi-zil ergime ısısı denir.

Suyu ısıtmaya devam edelim ve grafiği çizelim. Sıcaklık 100 dereceye ulaşınca, artış yeni-den durur. Şimdi, su kabını bir kapakla kapatalım. Bu durumda sıcaklığın tekrar artışı içinuzunca bir zaman beklemek zorundasınız. Bu zaman sırasında su buhara dönüşmüştür.Suyu katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerjiden daha fazla bir enerjiyesıvı-gaz dönüşümü için ihtiyaç duyulacaktır. Bir gramlık suyu sıvı halden gaz halinedönüştürmek için 2260 Jul'lük enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerjiye buharlaşma ısısı adı veri-lir.

Bir sıvı gaza dönüşürken ısı enerjisi alır. Aynı şekilde, bir katı sıvıya dönüşürse yine ısı ener-jisi alacaktır. Hal değişikliği sırasında sıcaklık sabit kalır. Bir gaz bir sıvıya yoğuşurken ısıkaybeder veya ısı verir. Aynı şekilde, katılaşan bir sıvı sahip olduğu enerjiyi kaybeder. Heriki durumda da sıcaklık değişmesi olamaz.

7. GENLEŞME

Bir madde ısıtıldığında, maddenin parçacıklarının kinetik enerjisi artar. Enerjileri arttıkçaparçacıklar daha hızlı hareket ederler. Parçacıklar hızlı hareket ederlerken, birbirleriyle çokşiddetli şekilde çarpışırlar. Bu sık ve şiddetli çarpışmalar parçacıkları birbirlerinden uzağaitebilir. Madde içinde itilen parçacıklar sebebiyle, maddenin hacmi artar. Madde genleş-meye uğrar.

Köprülerin çoğunda köprü ile yol yatağı arasında açıklık bırakılır. Yazın sıcaklık artışındaasfalt 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 seviyesidepo 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 pompa-landığında, hava sıkıştırılmıştır ve hava daha küçük bir hacme zorlanmıştır. Lastik içerisin-

- 46 -

deki gaz parçacıkları kinetik enerjiye sahiptirler. Bunlar sürekli hareket halindedirler. Bunlarhareket 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 parçacık-larının kinetik enerjisi artar ve daha hızlı hareket ederler. Böylelikle, lastik duvarlarına par-çacıklar daha sık ve daha büyük bir kuvvetle çarparlar. Toplam kuvvet artınca, basınçtaartmış olur. Bir lastikteki basıncı artırmanın diğer bir yolu da içine daha çok hava pompala-maktır. Daha fazla sayıda parçacığın lastik duvarlarına çarpması basıncın artması demek-tir. Lastik içindeki havanın basıncı, dış hava basıncından daha fazladır. Sıcak bir günde çokuzak mesafe giden bir otomobilin lastiğini ele alalım. Lastiğe ne olabilir? Lastik büyük birolasılıkla patlayabilir.

Hava basıncı, barometre adı verilen bir gereçle ölçülür. Basınç birimi paskal (Pa)dır. Denizseviyesinde 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, basınçartınca bir gazın hacmi azalır. Bir gazın parçacıkları birbirlerine yakın olmaları artanbasınç sebebiyle ortaya çıkar. Böylece, hacim azalmış olur.

Şayet bir gaz üzerindeki basınç azalırsa, gaz genleşecektir. Bir soda şişesinin kapağını ani-den açalım. Karbondioksit gazı hemen dışarı çıkar. Şişenin kapağı açılır açılmaz gazbasıncı azalır. Bir gaz daha küçük bir hacme sıkıştırılabilir. Aynı gaz daha büyük bir hacmedoldurmak üzere genleşebilir.

Gazlarla ilgili diğer bir bağıntı Charles kanunu ile ifade edilir: Basınç değişmediği takdir-de, 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, gazbunları yıkabilir. Hacimde bir artış sözkonusudur. Örneğin, balondaki hava ısıtılınca, balongenleşir.

- 47 -

Enerji bir şekilden diğerine dönüşebilir. Bir maddeyi oluşturan parçacıkların ortalama kine-tik enerjisine sıcaklık denir. Isı enerjisi, bir maddenin parçacıklarının toplam kinetik enerjisi-dir. Özgül ısı, bir maddenin ısı soğurma kabiliyetini gösterir. Isı enerjisindeki değişme;sıcaklık, kütle ve özgül ısının kullanılmasıyla hesaplanabilir. Bir madde hal değiştirirken, ısıenerjisi soğurulur. Maddenin genleşmesi, parçacıklarının kinetik enerjilerinin artmasıyüzündendir. Parçacıklar birbirlerinden uzaklaşacak şekilde hareket ederler. Bir gazın hac-mi, basıncı ve sıcaklığı arasında bir ilişki vardır. Bu ilişki Boyle ve Charles kanunları olarakbilinir.

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 D) 16780 J E) 17020 J

- 48 -

Değerlendirme Soruları

Özet

4. Aşağıda verilen tüm maddeler aynı kütleye sahiptirler. Hepsinin sıcaklığını 50°Cartır-mak istiyoruz. En fazla ısıyı hangisi alacaktır? Özgül ısı değerleri parantez içindeverilmiştir.

A) aluminyum (0,92) B) demir (0,45) C) bakır (0,38)D) civa (0,14) E) karbon (0,71)

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 su-

ya 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 D) azalır E) artar

- 49 -

ÜNİTE 7

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, ısının yayılma çeşitlerini ve yalıtımı, iletim, taşıma ve ışımayı, ısıtma ve soğutma sistemleri, atık ısı kavramlarını öğreneceksiniz.

Giriş Isının Hareketi Yalıtım Soğutma Sistemleri Isıtma Sistemleri Atık Isı Özet Değerlendirme Soruları

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 incele-yin.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Isı ve Kullanımı

1. GİR İŞ

Bu ünitede, önceki ünitede öğrendiğiniz ısı kavramını günlük hayata uygulayarak kullanmasahalarını 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 sağla-nabilir.

2. ISININ HAREKET İ

Isı üç yolla hareket edebilir; iletim, taşınım ve ışıma. Metal bir kaşığı sıcak bir çorba içerisinebıraktığınızda kaşığın ısındığını farkedersiniz. Isı, kaşığın ucundan yukarıya doğru hareketeder. Isının yüksek sıcaklık bölgelerinden düşük sıcaklık bölgelerine hareket ettiğini hatır-layalım. Isı kaynağına yakın olan parçacıkların kinetik enerjisi daha büyüktür. Bunlar kay-naktan uzak olan parçacıklara nazaran çok hızlı hareket ederler. Enerjinin kaşıktan yukarıdoğru hareketi kinetik enerji transferi ile mümkün olmaktadır. Parçacıklar birbirlerine çarp-tıkça kinetik enerji transfer edilmiş olur. Bu tarzdaki ısı hareketine iletim adı verilir. İle-tim olayında, enerji parçacıktan parçacığa hareket eder. Isı, katılar, sıvılar ve gazlariçerisinden iletilebilir. Sıvı ve gaz parçacıkları birbirlerinden uzakta olmalarından dolayı ısıyıbir katı kadar kolaylıkla iletemezler.

Taşınım ise sıvılarda ve gazlarda ısının hareketidir. Sıvılar ve gazlar ısıtıldığında gen-leşirler. Bunların yoğunlukları azalır. Yoğunluğu azalan madde yükselir ve ısıyı taşıyanakım meydana getirirler. Örneğin, bir su kabı alttan bir alevle ısıtılsın. Kabın tabanındaki suısınır ve yoğunluğu azalır. Daha az yoğun olan su yukarı doğru çıkar ve beraberinde ısıtaşır. Rüzgarlar ve okyanus akımları, taşınım yoluyla ısı taşıyan gaz ve sıvı kümeleridir.

Taşınım ve iletimde ısı transferi için parçacıkların hareketine ihtiyaç duyulur. Işıma (rad-

yasyon) 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 so-ba 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 ederekoda içerisinde dolaşmaya başlar.

3. YALITIM

Isı enerjisi, yüksek sıcaklık bölgelerinden düşük sıcaklık bölgelerine doğru taşınır. Bazenbu ısı akışını durdurmak veya kontrol altına almak isteyebiliriz. Isı hareketini yalıtım yoluylakontrol edebiliriz. Yalıtım, ısının kolayca akışını fazlaca engelleyemez.

S ıcak bir günde pikniğe gidiyorsunuz. Beraberinizde götürdüğünüz buzun er imesini nas ı l önleyeceksiniz?

Buzu ısıtan tecrit etmeniz gerekir. Buzu ya bir buz kutusunda veyahut termos içinde muha-faza etmeniz gerekir. Buz kutusunun etrafı plastik köpükle kaplanmıştır. Köpüklü maddeısıyı kolay kolay geçirmez. Bu köpüklü madde içinde hava bulunduran kabarcıklardanyapılmıştır. 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 kap-layabiliriz. Metalin parlayan yüzeyleri gelen ışıma enerjisini yansıtırlar.

Tüm bu yalıtımlar buzun saatlerce erimeden durmasını sağlarlar. Bazı şeyleri sıcak tutmakiçin de yalıtım yapılır. Soğuk bir kış gününde termos içerisinde çay veya kahve gibi sıcakiçecekler korunabilir. Evlerimizde yalıtım, enerji tasarrufu için yapılır. Yalıtım suretiyle evi-mizin çok sıcak veya çok soğuk olması önlenebilir.

Evlerde yalıtım yapmanın bir yolu, duvarlar ve çatıda inşaat sırasında izocam gibi cam yünükullanmaktadır. Bu cam yünü denilen madde, birbirine çok sıkı şekilde paketlenmiş olancam yünü elyaflarından yapılmıştır. Elyaflar arasında hava boşlukları vardır. Ancak ne havane de cam ısıyı iyi iletemezler. Taşınım olayı için hava boşluğu çok küçüktür. Duvarların veçatının yalıtılmasıyla bir evdeki ısı kaybı en aza indirgenebilir.

Çatı ve duvarlara ilaveten, kapılar ve pencereler de yalıtılmalıdır. Bunları yalıtmanın bir yo-lu, yalıtkan şeritler kullanmaktır. Bu yalıtkan şeritler dış hava ile taşınım yapabilecek havaakımını keserler. Ayrıca, pencerelerde çift cam kullanmak ve ısıcam adı verilen özel camlarkullanmak çok yerinde olacaktır.

- 52 -

?

4. SOĞUTMA S İSTEMLER İ

Buz, soğuk içeceklerde, piknik termosu ve kutularda kullanılır. Buz aynı zamanda yiyecek-lerin korunmasında da kullanılır. Buzun erirken ısı soğurması sebebiyle etrafını soğutmasıdoğaldır. Buz erirken, bir gramı 334 jul'lük bir enerji soğurur. Bu değer buzun gizil erime ısısıolarak ta bilinir.

Buharlaşma süreci, bir soğutma sistemi olarak kullanılabilir. Buharlaşma esnasında birsıvı, ısı soğurur (yutar). Sıvıdaki parçacıkların ortalama kinetik enerjisi artar. Sıvı yüzeyin-de, 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 soğutu-cular, soğutma sistemlerinde freon kullanırlar. Bir gramlık freon bileşiği (CCl2F2), buhar-

laşmak için 167 jul'lük enerji soğurmak zorundadır.

Bir soğutucuda, freon depodan yüksek bir basınçla çıkar. Borulardan geçerken freongazının basıncı düşer. Bu düşük basınçta freon, borular içerisinde buharlaşabilir. Freon bu-harlaşırken etrafından ısı soğurur. Sonuçta etrafı soğuyacaktır. Freon gazı buharlaşırkenkazandığı ısıyı kaybedebileceği bir yere doğru pompalanmış olur. Freon sıvıya dönüşür.Bundan sonra yine depoya geri pompalanır.

Bir soğutucudaki otomatik defrost (karlanmayı önlemek) ünitesi buharlaşmayı kullanarakçalışır. Bu sistemde, kompresörden çıkan sıcak gaz, buzlanmayı eritmekte kullanılır. Eri-yen buzlanma suları kompresöre yakın bir yere toplanıp taşınır. Kompresörden alınan ısı,suyu buharlaştırır.

5. ISITMA SİSTEMLER İ

Evleri ve konutları ısıtmak için birkaç sayıda sistem mevcuttur. Bunlardan birisi bir sıcak susistemi (kalorifer) dir. Bu sistemde bir fırın, bir kazan ve radyatör vardır. Kazan ve fırın genel-de bodrum katta bulunur. Fırında, kömür, fuel-oil veya doğal gaz yakılarak kazanda bulu-nan su ısıtılır. Su yaklaşık olarak 82°C ye kadar ısıtılır.

Taşınım yoluyla sıcak su odalarda bulunan radyatörlere taşınır. Radyatörlere gelen sıcaksu, 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 suluısıtma sistemlerinde fırından alınan ısı, odadaki havaya transfer edilmiş olur.

Buharlı ısıtma sistemi, bir sıcak sulu ısıtma sisteminin geliştirilmiş halidir. Bir buharlı ısıtmasisteminde, su basınç altında kaynayana dek ısıtılır. Sıcak su yerine, sistemde sıcak buhardolaştırılır. Yoğuşan buhar tekrardan kazana geri döner.

Bir gram buhar suya yoğuştuğunda, 2260 jul'luk ısı enerjisi açığa çıkar. Suyun yoğuşmaısısı gram başına 2260 jul'dür. Bu değer aynı zamanda buharlaşma ısısına eşittir. Şayet 10gram buhar yoğunlaşırsa, 22600 jul'lük bir ısı açığa çıkar. Buhar radyatörleri, sıcak su rad-yatörlerine nazaran daha fazla enerji açığa çıkarırlar. Buharla aynı ısıyı verecek olan sıcaksu miktarı 50 kez daha fazladır.

Diğer bazı ısıtma sistemleri güneş enerjisini kullanırlar. Güneşli ısıtma sisteminde geniş si-yah metal levhalar vardır. Gün ışığı levhaları ısıtır. Levha üzerindeki cam veya plastik örtühavaya ısı kaybını önler. Levhaların üzerinde su taşıyan borular yerleştirilmiştir. Sıcak lev-halar, boru içindeki suyu ısıtırlar. Bir pompa vasıtasıyla ısınan su evin veya diğer kullanmayerlerine taşınmış olur.

Bunun yanında güneş enerjisiyle çalışan ve buhar elde eden sistemler de vardır. Bu yolla el-de edilen buhar yine radyatörlerde dolaştırılır ve ısı taşınım yoluyla ısıtma bölgesinde kul-lanılmış olur.

Ayrıca, jeotermal kaynaklarından doğal olarak alınan sıcak su yine buharlaştırılarak konut-larda, seralarda ve diğer ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılabilir. Güneş enerjisi temiz birenerji kaynağıdır. Çevreyi kirletmez. Ayrıca 5-10 yıl içerisinde kendisini amortize eder. Ya-ni, yakıttan sağlanan tasarruf ile yapılan masraflar karşılanmış olur.

6. ATIK ISI

Makinalar, fırınlar, elektrik lambaları ve sobalar ısı yayarlar. Kullandığımız enerjinin çoğu-ışık, elektrik, kimyasal enerji, mekanik enerji- sonuçta ısıya dönüşür. Hergün kullandığımızenerjiden arta kalan ısıdır. Bu ısının çoğu kaybedilir. Isı önce atmosfere oradan da uzaya gi-der. Havadaki atık ısı, bazı şehirlerdeki havayı değiştirmiştir. Bu şehirlerde eskisine göredaha az yağmur ve kar yağar. Ayrıca, çevredeki yerler kışın kadar soğuk olmazlar.

Elektrik enerji santralleri su kullanarak önce onu buhara sonra elektriğe döndürürler. Çoğuendüstriyel kuruluşlar da makinaları soğutmak üzere su kullanırlar. Fabrikalardan çıkansıcak 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 sadece30 dakika ve 25°C de ise yalnız 12 saat canlı kalabilir. Isıl kirlenme sıcaklık artışı ile çevre-nin atık su ile kirlenmesi olayıdır. Atık suyun; deniz, göl ve nehirlere boşaltılması ısıl kirlen-me sebebidir.

Soğutma kuleleri ısıl su kirlenmesine bir çözüm olabilir. Bir fabrikadan çıkan sıcak su, soğutma kulesinden geçerken hava ile soğutularak ısısını kaybeder. Suyun hava ilesoğutulmasından sonra, en yakındaki bir su kaynağına boşaltılır. Suyun sıcaklığı giderildiğiiçin çevredeki suyun canlı varlıklara bir zararı olmayacaktır. Suyun ısıl kirlenmesi artıksözkonusu değildir. Aşırı ısı havaya terkedilmiştir.

Isı atılmayıp faydalı olarak nasıl kullanılır? Atık ısınının kullanım alanlarından birisi denizsuyunun arıtılmasıdır. Tuzlu deniz suyu ısıtılıp, buharlaştırılır. Buharlaştırılmış suyun içeri-sinde tuz yoktur. Bu su buharı önce soğutulup, daha sonra saf su elde etmek üzere yoğuştu-rulur. Bu su içme, yıkama ve sulama amacıyla kullanılabilir. Isının bir kısmı da binalarıısıtmakta kullanılabilir. Başka bir kullanım alanı da seralardır.

Isı üç yolla taşınabilir; ışıma, iletim ve taşınım. Yalıtım yoluyla ısınının hareketi kontrol altınaalınabilir. Buharlaştırma bir soğutma işlemi olarak kullanılabilir. Isıtma sistemleri, yukarıdabahsedilen üç yöntemi kullanarak ısıtma sağlayabilirler. Isıl kirlenme, atık suyun çevresıcaklığını 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 -

Özet

Değerlendirme Soruları

2. Ateşte pişen bir yemek tenceresi içinde ısı hangi yolla yayılır?

A) iletim B) taşınım C) ışımaD) atık su E) hepsi birden

3. Buharlaşma olayı sonunda bir sistemde ne yapılabilir?

A) ışıma B) taşınma C) ısıtmaD) soğutma E) iletim

4. Yalıtım vasıtasıyla ısı ne yapılabilir?

A) soğutma B) ışıma C) iletimD) taşıma E) kontrol

5. Atık su aşağıdaki işlerden hangisini yapamaz?

A) yalıtım B) deniz suyu arıtımı C) sera ısıtılmasıD) bina ısıtılması E) ısıl kirlilik

6. Kullandığmız tüm enerji sonunda aşağıdakilerden hangisine dönüşür?

A) yalıtım B) buharlaşma C) ısıD) elektrik E) atık su

7. Soğutucularda kullanılan en yaygın gaz aşağıdakilerden hangisidir?

A) hava B) freon C) karbondioksitD) metan E) hidrojensülfür

- 56 -

8. Aşağıdakilerden hangisi iyi bir iletkendir?

A) camyünü B) köpüklü madde C) bakırD) su E) hava

9. Evinizde kullandığınız yalıtıma ait aşağıdakilerden hangisi bir örnek olamaz?

A) duvarlar B) pencereler C) çatıD) 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 -

ÜNİTE 8

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, enerji kavramının, elektrik ve etkilerine ne şekilde uygulanabileceğini kavrayacak, elektrik akımını, elektrik devrelerini, potansiyel farkını, ohm konununu öğreneceksiniz.

Giriş Elektrik Yükü İletim Akım Potansiyel Farkı Direnç ve Ohm Kanunu Devreler Güç Özet Değerlendirme Soruları

Bu üniteyi iyice çalışınız. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız. Ünite içindeki örneklerin benzerlerini siz bulmaya çalışın. Bilginin kalıcı olmasının ancak

bu yolla gerçekleşebileceğini unutmayın.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Elektrik

1. GİRİŞ

Bu ünitede, maddenin elektriksel bir yapıya sahip olduğu incelenecektir. Elektrostatik alankavramını ve bu alanı meydana getiren elektrik yüklerini tanıyacaksınız. Pozitif ve negatifelektrik yükleri vardır. Benzer yükler, birbirlerini iterler, zıt yükler ise birbirlerini çekerler.Elektrik yüklerinin hareketiyle akım meydana gelir. Elektrik alanı içerisinde bir yüküntaşınması bir iş gerektirir. Birim yük başına yapılan iş elektrik potansiyeli adını alır. Elektrikakımının iletkenlerden geçmesi zordur. Bu zorluğa iletkenin direnci adı verilir. Akım, potan-siyel ve direnç arasındaki ilişki Ohm kanunu ile belirlenir. Elektrik devreleri, dirençlerinve üreteçlerin bağlanmalarına göre; seri, paralel ve karmaşık olmak üzere üçe ayrılır. Elekt-rik enerjisi bir iletkende ısı enerjisine dönüşür. Bu bakımdan her elektriksel gerecin bir gücüvardır.

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 birelektrik yüküne sahiptir.

Bir elektrik yüküne ne sebep olmaktadır? Tüm madde, yüklü parçacıklar bulunduran atom-lardan yapılmıştır. Atomlardaki iki tür yüklü parçacık proton ve elektrondur. Bir proto-nun yükü pozitif, elektronunki ise negatiftir. Elektronlar hareket edebilir. Bunların hareketisebebiyle cisimler yüklü hale gelirler. Bir nesne sürtüldüğü zaman, o elektron kazanabilirveya kaybedilebilir. Sonuç olarak o nesne bir yük kazanır. Eğer o nesne elektronları ka-zanmış ise, negatif bir yüke eğer elektronları kaybetmiş ise, pozitif bir yüke sahip olacaktır.

Bir cam çubuk ipeğe sürtüldüğünde, cam çubuk ipeğe elektronlarından verir. Böylece ipeknegatif, cam çubukta pozitif bir yüke sahip olur. Cam ve ipek birbirini çeker. Zıt yükler birbi-rini çekerler (Şek.1).

Bir plastik çubuk ile yünlü kumaşı sürterseniz, yün ve plastik çubuk zıt elektrik yükleri kaza-nırlar. Sonuçta, bunlar birbirlerini çekerler. Plastik çubuk, yünden elektronları kazanır.Böylece çubuk negatif yüklü hale geçer. Yün elektronları kaybettiğinden, pozitif yüklü halegelir.

Benzer yükler birbirlerini iterler. İki adet yüklü cam çubuk birbirlerini iter, çünkü her ikisidepozitif bir yüke sahiptir. İki plastik çubukta birbirlerini iterler. Bunların ikisi de bir negatif yükesahiptir. 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 adıverilir.

Statik elektrik, bir yerde toplanan elektrik yüküdür. Bu yük hareketsiz, durgun elektriktir. Birkurutucudan çamaşırları çıkarırken statik elektrik örneklerini görebilirsiniz. Örneğin, yünlübir çorap veya süveter, pamuklu elbiselere yapışmış olabilir. Bu değişik özellikteki ku-maşlar, kurutucu içerisinde birbirlerine sürtünmek suretiyle elektrik yükü kazanmışlardır.

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 birstatik 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 biranahtar ile dokunun. Şimdi, kapı tokmağı ile anahtar ucu arasında bir kıvılcım atlamasımeydana gelir. Elektronlar anahtardan geçip, statik bir kıvılcıma yol açarlar. Elektronlarınbir 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 ol-maz. Çünkü tahta elektriği iletmez. Elektriği iletmeyen bir malzemeye yalıtkan adı veri-lir. Plastik, kauçuk ve cam üç tür yalıtkan malzemedir.

- 60 -

Camçubuk

İpek

Camçubuk

+++

+ +

İpek

Önce SonraŞekil 1. Statik elektriğin meydana gelişi

Statik elektrik üretecine Van de Graaff, jenaratörü adı verilir.

Statik elektrik yükünün varlığı elektroskop adı verilen bir gereç ile aranabilir. Elektros-kopta cam kap içerisinde bir metal çubuk vardır. Metal çabuğun ucunda alt kısımda iki metalyaprak vardır. Yüklü bir nesne elektroskopa dokunursa, yapraklar açılır. Benzer yükler yap-rakların açılmasına sebep olur. Nötral yani yüksüz bir cisim dokunduğunda ise yapraklaraçıl-mazlar (Şek.2).

4. AKIM

Akım, bir iletken içindeki yük hareketidir. Bir Van de Graaff jeneratörünün ürettiği akımsaniyenin bir kesri kadar sürer. Akım sabit değildir. Bir küçük ampulu yakmak için, sabit birakım 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. Asit-ler, bazlar ve tuzlar suda çözünürlerse, iyonlar meydana gelir. Her iyon ya pozitif ya da ne-gatif yüklüdür. Eriyik, eşit sayıda pozitif ve negatif yüklere sahiptir (Şek.3).

- 61 -

+ ++ +

+ +

+++

+++

Camçubuk

Şekil 2. Elektroskop

Gözeneklikap

Cu Cl2

CuZnZn Cl2

Şekil 3. Yaş Pil

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 yükleyüklerler.

(c) Bakırklorür eriyiğindeki serbest bakır iyonları, bakır çubuk ile etkileşip ondan elektronalırlar,

Cu++ + 2e- Cu

Yukarıdaki işlemler devamlı tekrarlanır. Elektronlar telden geçerler. Elektronların akışı vehareketli iyonlar elektrik akımını meydana getirirler. Akımın kesilmesi, telin herhangi bir pla-ka ile temasının kesilmesi ile gerçekleşir.

Bir kuru pil de aynen yaş pile benzer. Bunda, çinko bir silindirik kılıf içerisinde bir karbon çu-buk vardır. Nemli bir kimyasal karışım aradaki boşluğu doldurur. Bu kimyasal hamule(karışım) çinko ile reaksiyona girer ve elektronları serbest hale getirir. Bu elektronlar bir ilet-ken vasıtasıyla karbon çubuğa geçerler.

Elektronlar bir yönde ilerlerler. Elektronlar yüklü parçacıklardır. Elektrik akımı yüklerin hare-ketinden 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 geçme-sidir.

5. POTANSİYEL FARKI

Bir bataryanın pozitif ve negatif uçları arasında bir potansiyel farkı vardır. Bu aynen, bir ma-sanın yüzeyi ile döşeme arasındaki potansiyel enerji farkına benzemektedir. Potansiyelenerjideki bu fark, bir yükü taşımakta yapılan iştir. Kuvvet, pozitif ve negatif yükler arasında-ki çekimdir. Potansiyel farkı volt cinsinden ölçülür (V). Bir volt, bir kulonluk yükün taşınma-sıyla yapılan bir jul'lük iştir. Potansiyel farkına aynı zamanda voltaj denilir.

Masada duran bozuk bir parayı kenardan itersek, yere doğru düşer. Düşerken havada biryol çizer. Bir elektronun yolu ile iletkendir. Bir bataryanın uçları arasına bir iletken bağlanır-sa, akım geçişi başlar. Örneğin, 1,5 voltluk bir pile elektrik ampülü bağlayalım. Akımın yoluampul 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 ilet-kenden elektronların ne zorlukla geçtiklerinin bir ölçüsüdür. Direnç, ohm (Ω) cinsindenölçülür.

Farklı malzemeler, farklı dirençlere sahiptir. Örneğin, bir metrelik alüminyum telin direnci3,44 ohm'dur. Benzer bir bakır telin direnci ise 2,09 ohm'dur. 100 watt'lık bir lambanın diren-ci 140 ohm'dur.

Tablo 1- Bazı Metallerin Direnci (Ω/m)

Metal Direnç

Gümüş 1,98Bakır 2.09Altın 2,96Aluminyum 3,44Prinç 8,50Nikel 9,48Demir 12,1Kalay 14,0Kurşun 26,7

Hacmine göre büyük bir dirence sahip olan bir iletkene rezistör adı verilir. Örneğin, 1000ohm'luk bir karbon rezistörün uzunluğu bir cm'den daha azdır. Karbonlu dirençler radyo, te-levizyon ve bilgisayarlarda kullanılırlar.

Akım bir dirençten geçerken elektronlar enerji kaybederler. Elektronlar bir dirençten geçer-ken iş yaparlar. Bu iş ısıya dönüşür. Potansiyel farkı, akım ve direnç arasındaki ilişki OhmKanunu olarak bilinir. Ohm kanununa göre; Akım, potansiyel farkının dirence oranıdır.

12 V' luk bir bataryan ın uçlar ı aras ına 100 ohm'luk bir direnç

bağ lan ırsa, te lden geçen ak ım nedir?

- 63 -

?

Akım (amper) = Voltaj (volt)Direnç (ohm)

, I = VR

7. DEVRELER

Elektronların iletkenlerinden geçmesi için meydana getirilen yola, devre adı verilir. İkitemel devre çeşidi vardır. Bunlardan birisi seri devredir (Şek.4a). Bu devrede, her yerdengeçen akım şiddeti aynıdır. Eğer devre kesilirse, heryerdeki akım aniden durur. Anahtar,devreleri açıp kapayan bir gereçtir. Bir devre açıkken hiçbir akım yoktur. Seri bir devredekianahtar, devreyi açıp kapamaya yarar.

Diğer devre türüne paralel devre adı verilir (Şek.4b). Bu devrede, iki veya daha fazla kolvardır. Herbir koldaki voltaj (gerilim) aynıdır. Kollardan birisi açıldığı zaman, akım diğer kol-dan geçmeye devam eder.

8. GÜÇ

Elektrik lambasının düğmesi açılır açılmaz, elektrik gücü harcanmaya başlanır. Elektrikleçalışan herşey güç harcar. Güç, birim zamanda yapılan iş demektir. Bir devrede harcanangüç, kaynağın gerilimi ile kaynağın ürettiği akımın çarpımına eşittir.

Güç = Gerilim x Akım

P = V.I

- 64 -

I = VR

= 12V100Ω

= 0,12 A

+

R2

R

R

1

3

I+

V RR R1 2 3

IIII 1 2 3

Şekil 4a. Seri devre Şekil 4b. Paralel devre

Watt = JulKulon

X KulonSaniye

= JulSaniye

V

Güç birimi jul/saniye olup, watt (W) olarak bilinir.

Tablo 2. Bazı Lambaların Gücü ve Direnci

Gücü (W) Direnci (ohm)

100 14075 19060 24040 33020 740

12 volt luk bir bataryan ın ürett iğ i ak ım 0,33 Amperdir . Devrede

harcanan güç nedir?

P = V.I

P = (12 V) x (0,33 A) = 4 W

bulunur.

Bazı nesneler sürtünmeden dolayı bir statik elektrik yükü toplarlar. Bir iletkendeki hareketliyükler akım teşkil ederler. Potansiyel farkı veya gerilim, elektronların hareketini sağlayankuvveti sağlar. Elektronların hareketi için iletkenlerin direnciyle zorlanır. Ohm kanunu;akım, gerilim ve direnç arasındaki bağıntıdır. Akım, elektrik devrelerinden geçer. Seri ve pa-ralel olmak üzere iki tür devre vardır.

- 65 -

Özet

?

1. Benzer yükler birbirlerini ne yaparlar?

A) çekerler B) iterler C) birşey yapmazlar D) hareket ettirirler E) yok ederler

2. Farklı yükler birbirlerini ne yaparlar?

A) iterler B) yok ederler C) çekerlerD) birşey yapmazlar E) hareket ettirirler

3. Aşağıdakilerden hangisi Ohm kanununu en iyi ifade eder?

A) V = I2 R B) V = I/R C) V = R/ID) V = IR E) V = I R 2

4. Üç adet 1,5 V'luk pil seri bağlanıyor. Meydana gelen bataryanın voltajı nedir?

A) 1,5 V B) 3,0 V C) 6,0 VD) 4,5 V E) 9,0 V

5. İki adet 20 ohm luk direnç seri bağlanırsa, meydana gelen eşdeğer direnç kaçohm'dur?

A) 10 B) 5 C) 30D) 20 E) 40

6. İki adet 60 ohm luk direnç paralel bağlanıyor. Eşdeğer direnç kaç ohm dur?

A) 10 B) 30 C) 60D) 120 E) 40

- 66 -

Değerlendirme Soruları

7. 9 V'luk bir bataryanın uçları arasına 18 ohm luk bir direnç bağlanıyor. Devreden ge-çen akım kaç amperdir?

A) 2 B) 1 C) 0,5D) 3 E) 4

8. Elektriksel gücü temsil eden formül aşağıdakilerden hangisidir?

A) I2 V B) I/V C) V2 ID) V/I E) VI

9. 12 V'luk bir batarya 10 ohm luk bir dirence seri olarak bağlanıyor. Harcanan güç wa-at cinsinden nedir?

A) 120 B) 14,4 C) 144D) 12 E) 1,2

10. 60 V'luk bir kaynak 120 watt'lık bir lambayı yakıyor. Çekilen akım ve harcanan güçsırasıyla nedir?

A) 0,82 A; 42W B) 0,35 A; 20W C) 0,52 A; 28WD) 0,43 A; 26W E) 0,47 A; 31 W

- 67 -

ÜNİTE 9

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, magnetizmayı ve mıknasları, elektrik akımını ve manyetik alanları, elektrik ölçü aletlerini, jenaratör ve alternatif akımı, doğrultucuları, yükselticileri, katod ışınları tüpünü öğreneceksiniz.

Giriş Mıknatıslar Akım ve Manyetik Alanlar Ampermetre ve Voltmetre Jenaratör ve Alternatif Akım Doğrultucular Yükselticiler Katod-Işını Tüpü Televizyon Özet Değerlendirme Soruları

Bu üniteyi çalışmadan önce, bir önceki üniteyi iyice gözden geçiriniz. Ünite sonundaki so-ruları yanıtlayınız.

Bu ünitede yazılanlar, ancak konunun genel çerçevesini verebilir. Ayrıntılar için kay-nakçada belirtilen eserlere başvurmalısınız.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Elektrik ve Kullanımı

1. GİRİŞ

Mıknatısların özellikleri ve manyetik alanlar bu ünitede ele alınacaktır. Elektrik ölçü aletle-rinden ampermetre, voltmetre yapımı ve kullanımı anlatılacaktır. Üzerinden akım geçen birtelin etrafında bir manyetik alan meydana gelir. Hareketli bir manyetik alan da telde bir akımmeydana getirir. Alternatif akım ve onu meydana getiren jenaratör incelenecektir. Ayrıca,elektrik devrelerinde kullanılan doğrultucu, yükseltici, katod-ışını tüpü ve televizyon üzerin-de durulacaktır.

2. MIKNATISLAR

Elektrik ile ilgili gereçlerin nasıl çalıştıklarını anlamak, mıknatısların ve manyetik alanlarınnasıl olduklarını anlamakla başarılabilir.

İğne pusula, bir destek üzerine oturtulmuş olan ince bir mıknatıstır. Bu destek, mıknatısınserbestçe dönmesini sağlar. Bir mıknatısın iki kutbu vardır. Daima manyetik kuzeye yöne-len ve onu gösteren kutba, kuzey kutup denir. Diğer kutba ise güney kutup adı verilir(Şekil.1).

Şekil 1. Bir çubuk mıknatısın kutupları

Elektrik yüklerinde olduğu gibi; benzer kutuplar birbirlerini iter farklı kutuplar ise birbirlerini-çekerler.

Bir mıknatıs, diğer mıknatıslara ve mıknatıslanabilecek maddelere bir kuvvet uygular. Herbir mıknatısın etrafında kuzey kutuptan güney kutba yönelecek şekilde bir kuvvet alanımevcuttur. 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 mıknatıslana-bilir ve manyetik özelliklerini uzunca süre koruyabilirler. Mıknatıslar alaşımlardan da yapıla-bilirler ancak ilgili alaşım yukarıda adı geçen metallerden en az birisini bulundurmalıdır. Çu-buk bir mıknatıs ve atnalı mıknatıs, kalıcı mıknatıslardır.

- 69 -

N SKuzey Güney

3. AKIM VE MANYETİK ALANLAR

Manyetik alanlar sadece kalıcı mıknatıslara mahsus değildir. Akım taşıyan bir telin civarın-da da bir manyetik alan yaratılır. Kalıcı mıknatıslarda olduğu gibi, elektrik akımlarının alan-ları da kuzeyden güneye yönelmiştir. Manyetik alanlı bir bobin aynen kalıcı mıknatıslarınyaptığı gibi, diğer mıknatısları çeker veya iter. Mıknatısların ve bobinlerin etrafında yarattığımanyetik alanlar ve bunların etkileri, mıknatısları elekronikte önemli bir yere getirir.

Manyetik alanların etkilerine bir örnek olarak, bir elektrik motorunu gösterebiliriz. Bir elektrikmotorunda, bir şaft etrafında bir akım teli sarılıdır. Bu akım teli (bobin) mıknatısın kutuplarıarasında bulunmaktadır. Bobinden bir akım geçtiğinde, etrafında bir manyetik alan meyda-na gelir. İki alanın etkisi bobini döndürmek yönündedir. Aynı sonuç, mıknatısı şaft üzerineyerleştirip üzerine bir akım teli (bobin) sarmak suretiyle de elde edilebilir. İki manyetik alandönmeye yol açar zira her durumda alanlar birbirlerini iterler.

Bir bobin ile bir mıknatısın kullanıldığı diğer bir gereç ise elektrik metre (ölçü) dir. Akımıölçen 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 cin-sinden bir ampermetre ile ölçülür. Voltmetre ise volt cinsinden potansiyel farkını ölçer.

Ampermetre ve voltmetrenin temel yapım esasları aynıdır. Herbirisi bir magnetik alan içeri-sinde bulunan bir bobin bulundurur. Bir ampermetre veya voltmetre bir devreyebağlandığında, bobinden bir akım geçer. Akım bobinden geçerken bir göstergeyi hareketettirir ve ölçek üzerinde bir yere getirir. Ölçekli göstergede amper ve volt cinsinden sayılarvardır. Sivri uçlu göstergede devreden geçen akımı veya devrenin iki noktası arasındaki po-tansiyel farkını gösterir.

Ampermetre ve voltmetre arasındaki en büyük fark, bunların dirençleridir. Ampermetre bo-binini teşkil eden tellerin direnci çok düşüktür. Böylece, ampermetre içinde geçen devreakımının tamamı buradan geçer. Voltmetre için bunun tersi geçerlidir.Voltmetrenin yüksekbir direnci vardır. Bir devreye bağlandığı takdirde, voltmetreden çok az bir akım geçer. Volt-metre bobininden geçen akım miktarı gerilim (voltaj) ile orantılıdır. Voltaj artarken, bobinde-ki akım da artar.

- 70 -

Ayrıca, bir ampermetre ilgili ölçüm yerine seri bağlanır. Voltmetre ise ölçüm yerine paralelbağlanmak zorundadır (Şekil. 2).

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 sa-ralım. Buradan bir akım elde edilir. Aynı şey, bir mıknatısı bir tel içinde döndürdüğümüzdede meydana gelir. Bir tel boyunca bir manyetik alan hareket ederse, telde bir akım oluşur.Bu şekilde akım üreten gerece jeneratör adı verilir (Şekil 3).

Bobin veya mıknatıs döndürülürse, telde (bobinde) bir noktadaki magnetik alan yön değişti-rir. Alanın yön değiştirmesi, akımın yön değiştirmesine sebep olur. Magnetik alan süreklişekilde yön değiştirdiğinden, akım da sürekli olarak yön değiştirir. Bu şekilde yön değiştiren

- 71 -

+ -

V

R

II

+ -

V

V AR

Şekil 2. Bir ampermetre ve voltmetrenin bir devreye bağlanışı.

Teller

FırçalarŞaft

N

S

Mıknatıs

Şekil 3. Jeneratörün temel parçaları

değişken akıma alternatif akım (AC) denir. Alternatif akım; evde, okulda ve işyerlerindekullanılan akımdır. Doğru akım (DC) yön değiştirmeyen bir akımdır (Şekil 4.).

6. DOĞRULTUCULAR

Konutlarda kullanılan elektriğin alternatif akım olmasına karşın, bazı ev aletlerininçalışması için doğru akıma ihtiyacı vardır. Stereo müzik aletleri, televizyonlar ve diğer bazımutfak gereçleri doğru akımla çalışırlar. Dolayısıyla, alternatif akımı doğru akıma çevirecekbir mekanizma olmalıdır. Bir doğrultucu bu işi başarabilir. Doğrultucu, akımı tek yöndegeçiren bir alettir. Tek yönde akan bir akım ise doğru akımdır. Doğrultucu, bir alternatif akımdevresine bağlanır. Akım, doğrultucu içinden geçerken, doğru akıma çevrilir. Doğrultucu-lar, televizyon gibi onu doğrudan kullanan gereçlerin içerisinde bulunan aletlerdir ve televiz-yon devresinin vazgeçilmez bir parçasıdır.

7. YÜKSELTİCİLER

Genellikle tiyatro, müzik ve sinema salonu gibi yerlerde sanatçıların seslerini arkalarda otu-ranların kolayca duyabilmeleri için bir ses düzeneği yapılır. Mikrofona seslenen bir sa-natçının sesi önce yükselticiye gider. Buradaki ses dalgası, elektronik dalgaya dönüşür veyükseltilir. Daha sonra ise anfilere (hoparlörlere) gelen elektrik dalgaları yükseltilmiş şekil-de ses dalgalarına dönüşürler. Yükselticinin görevi küçük bir sinyali büyülterek daha büyükbir sinyale dönüştürmektir.

Yükselticiler (amplifikatörler) tranzistör'ler kullanılarak yapılırlar. Bir devreyebağlandığında bir tranzistörün içinden akım geçer. Giriş sinyali, akımın geçişini kontroleder. Giriş sinyalinde meydana gelen küçük değişmeler, akımın geçişinde büyük değişme-

- 72 -

I

I

I

t

I

I

t

+

-( AC ) ( DC )

Şekil 4. Alternatif akım (AC) ve doğru akım (DC)

lere yol açar. Bu büyük değişmeler çıkış sinyalidir.

Bir yükselticinin çıkış sinyali yeteri kadar büyük değilse daha da yükseltilebilir. Bir yükseltici-nin çıkışı, diğer bir yükselticinin girişi olabilir. Bu işlem sinyal istenen düzeye ulaşana kadardevam edebilir. Her yükseltici bir yükselme safhasıdır. Yükselticiler çoğu elektrikle çalışangereçlerde bulunur: Örneğin, radyolar, televizyonlar ve müzik setleri vb.

8. KATOD-IŞINI TÜPÜ

Katod ışını tüpü, bir giriş sinyalinin resmini gösteren bir elektronik gereçtir. Televizyon resimtüpleri 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 çarpanelektronların sayısını, elektronların akışını kontrol ederek belirler. Bir tür katod-ışınıtüpünde dört adet elektrik yüklü levha, ekran üzerinde elektronların hangi noktaya düşecek-lerini kontrol eder. Elektron demeti de yüklü olduğundan, bu levhaların alanları ile etkilenir.Alanların değişmesi, elektron demetinin yönünü değiştirir. Elektron demeti ekranı hızla ta-rarken 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 tüpünüçalıştırmak için yüksek gerilimlere ihtiyaç duyulur. 20000 voltluk bir potansiyel farkı gerekli-dir. Yanlış kullanıldığı takdirde, bu gerilim öldürücü olabilir.

9. TELEVİZYON

Bir televizyonda yukarıda bahsettiğimiz aletlerin çoğu vardır. Şehir elektrik şebekesinebağlı bir televizyon setinde ilk önce bir doğrultucu vasıtasıyla alternatif akım, doğru akımaçevrilir. Televizyonun diğer parçaları elektronik olarak doğru akımla çalışırlar.

Bir antenden alınan sinyal, ilk önce birinci yükseltme bölmesine gelir. Gelen sinyalde iki te-mel kısım vardır; ses ve resim. Birinci yükseltme bölümünden sonra, ses ve resim sinyalleriayrılırlar. Ses sinyali yükseltilir ve spikere (hoparlör) gider. Resim sinyali ise katod-ışınınagirmeden önce yükseltilir. Resim sinyali, katod-ışın tüpünün giriş sinyalidir (Şekil 5).

- 73 -

Renkli bir televizyonun resim tüpünde elektronların çarpmasıyla ışık veren üç malzemevardır. Herbir malzeme farklı bir renk verir: Kırmızı, mavi ve yeşil. Bu malzemeler üçgenselnoktalar şeklinde düzenlenmiştir. Noktalar çok küçük olduğundan, verilen ışığın renklerikarışmış gibi görünürler. Sonuçta bu üç ana renge ilaveten çok farklı renkler görebiliriz.

Mıknatıslar, diğer mıknatıslara bir kuvvet etki ederler. Akım bir manyetik alan yaratabilir.Mıknatıslar manyetik alan oluşturmaları sebebiyle elektronikte önemli bir yer tutarlar. Am-permetre ve voltmetre aynı temel yapıdaki elektrik ölçü aletleridir. Alternatif akım zamanlayönünü değiştiren bir akımdır. Bir doğrultucu, alternatif akımı doğru akıma çevirir. Biryükseltici küçük bir elektrik sinyalini alarak büyültebilir. Bir katod-ışın tüpü, bir sinyalin res-mini gösterebilir. Televizyon günlük hayatımızın vazgeçilmez bir elektronik gerecidir.

1. Bir mıknatısın etrafındaki alan hangisidir?

A) elektrik B) yerçekimi C) manyetik D) potansiyel E) kinetik

- 74 -

Katodışıntüpü

Resimyükselticisi

İlk yükseltici

Ses yükseltici

Spiker (hoparlör)

Anten

Şekil 5. Bir televizyonun çalışma şeması

Özet

Değerlendirme Soruları

2. İçinden akım geçen bir telin etrafındaki manyetik alan, telin yakınına konulan bir pu-sula iğnesini ne yapar?

A) çeker B) saptırmaz C) iterD) saptırır E) birşey yapmaz

3. Ampermetre ile ne ölçülür?

A) akım şiddeti B) voltaj C) potansiyelD) güç E) direnç

4. Voltmetre ile ne ölçülür?

A) güç B) manyetizma C) akımD) direnç E) potansiyel

5. Aşağıdakilerden hangisi ile kalıcı bir mıknatıs yapılamaz?

A) karbon B) kobalt C) alaşımD) nikel E) demir

6. Alternatif akımı doğru akıma çeviren gerece ne denir?

A) ampermetre B) voltmetre C) vatmetreD) doğrultucu E) jenaratör

7. Tranzistörler bir TV'de ne işe yararlar?

A) doğrultucu B) yükseltici C) voltmetreD) potansiyel kesici E) direnç

8. Bir televizyon resim tüpünün diğer adı nedir?

A) doğrultucu B) yükseltici C) voltmetreD) ampermetre E) katod-ışın

- 75 -

9. Bir ampermetrenin iç direnci, devre direnci ile kıyaslandığında;

A) eşittir B) yakındır C) küçüktürD) büyüktür E) kıyaslanamazlar

10. Bir voltmetre ölçüm yapılacağı yere nasıl bağlanır?

A) seri B) seri-paralel-seri C) karışıkD) paralel E) paralel-seri-paralel

- 76 -

ÜNİTE 10

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, dalgaların özelliklerini, bir dalganın frekansını, hızını, su dalgası modelini, elektromanyetik spektrumu (tayf), x-ışınlarını, çeşitli ışıma çeşitlerini, mikrodalgaları öğreneceksiniz.

Giriş Dalgaların Özellikleri Bir Dalganın Frekansı ve Hızı Su Dalgası Modeli Elektromanyetik Spektrum X-Işınları Işıma Çeşitleri Mikro Dalgalar Özet Değerlendirme Soruları

Bu üniteyi çok iyi çalışarak verilen kavramları öğreniniz. Ünite sonundaki sorularıyanıt-layınız. Güçlük çektiğinizde ünitenin ilgili bölümünü yeniden okuyun.

Üniteyi çalışırken her bölümü birkaç cümleyle özetlemeye çalışın ve yaptığınız özeti üni-tenin sonundaki özetle karşılaştırın.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Dalgalar

1. GİRİŞ

Dalgaların temel belirgin özellikleri, elektromanyetik dalgaların ve sesin anlaşılması bu üni-tede incelenecektir. Bir dalganın; dalgaboyu, frekansı ve hızı arasındaki ilişki tanıtılacaktır.Yansıma ve kırılma olayları su dalga modeli ile açıklanacaktır. X-ışınlarının üretimi ve kul-lanımı yerleri üzerinde durulacaktır. Ayrıca, ışıma (radyasyon) çeşitleri arasında morötesi(ultraviyole) ve kızılötesi (infrared) ışımalar anlatılacak, mikrodalgalar ve kullanım yerleritanıtılacaktır.

2. DALGALARIN ÖZELLİKLERİ

Bir okyanusta veya bir denizdeki dalgaları hiç seyrettiniz mi? Su yukarı ve aşağı doğru hare-ket ederken, dalgalar ileri doğru yol alırlar. Herbir dalga bir noktadan geçerken, su yukarı veaşağı 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 çukuradı verilir (Şekil.1). Her dalga belli bir dalgaboyuna sahiptir. Bir karından bir karına olan top-lam mesafeye bir dalgaboyu adı verilir. Aynı şekilde bir çukurdan, diğerine olan mesa-fede aynıdır.

Genlik, bir dalganın normal konumundan yükselme ve alçalma mesafesidir. Uzanımınen büyük ve en küçük olduğu konumlar diye de tarif edilebilir. Genlik, dalgayı ortaya çıkaranenerjinin miktarına bağlıdır. Dalganın enerjisi artarken, genlik de artar. Örneğin, bir havuza

- 78 -

y(m)

t(s)

Dalga boyu

Dalga boyuTepe

Vadi

Genlik

Genlik

A

-A

Şekil 1. Bir dalga ve özellikleri

küçük bir taş yerine, büyük bir kaya parçası atarsanız meydana gelen dalga büyük olur. Budurumda genlik artar.

Su veya bir iple teşkil edilen dalgalara enine dalgalar denir. Enine bir dalgada, madde dal-ganın yayılma yönüne dik bir yönde titreşir. Titreşim, çok hızlı bir şekilde ileri geri hareket et-mek demektir. Bir su dalgasında, dalga su boyunca ilerler. Su molekülleri aşağı yukarı tit-reşirler.

3. BİR DALGANIN FREKANSI VE HIZI

Tüm dalgalar belli bir frekansa sahiptir. Frekans, bir saniyede belli bir noktadan geçen dal-gaların sayısıdır. Şimdi, bir havuza bir çakıl atalım. 15 saniyede bir kayayı geçen suçırpıntısı üç dalga tepesi meydana getirmiş olsun. Frekans nedir? Dalganın frekansı 15 sa-niyede üç dalgadır. Bu, her saniye başına 0,2 dalga demektir.

Verilen bir noktayı bir saniyede geçen dalga sayısı artıkça, frekansda artar. Bir köprüayağında dikilip alttan geçen su dalgalarını gözlediniz mi? Dalganın uzunluğu arttıkça, veri-len bir noktadan geçiş süresi de artar. Dalga kısaldıkça, verilen bir noktadan geçiş süresi deazalır.

Maddenin ileri geri hareketine titreşim hareketi denir. Bu hareketi, lastik bir bandı gerip onubir parmağınızla çekerseniz görebilirsiniz. Bu titreşim ileri geri bir harekettir. Lastik bandıntitreşimi, sudaki bir dalgaya benzer. Lastik banddaki titreşimler, sudaki dalgalardan çok da-ha hızlıdır. Bir titreşimin frekansı, hertz adı verilen bir birimle ölçülür. Bir hertz (Hz), birdalganın her saniyede bir devir veya bir titreşim yapmasıdır. Örneğin, bir tür diyapozon ileçıkarılan 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, fre-kansı azalır. Uzun dalgalar düşük bir frekansa, kısa dalgalar ise yüksek bir frekansa sahip-tir.

Bir dalganın hızı, dalganın frekansı ve dalgaboyuna bağlıdır. Bir dalganın hızını aşağıdakidenklem ile hesaplayabiliriz.

- 79 -

3 dalga15 saniye

= 0,2 dalgasaniye

Hız = Dalgaboyu x Frekans

v = l x f

Örneğin, yukarıda bahsedilen diyapozonun frekansı 256 hertz'di. Diyapozon tarafındanmeydana 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 cinsin-den olur.

4. SU DALGASI MODELİ

Bir su tankındaki dalgalar; ses, ışık ve diğer enerji dalgalarının davranışını açıklamak içinkullanılabilir. Su dalgaları yansımayı göstermek üzere incelenebilir. Yansıma, bir dalganınbir cisme çarpıp geri sıçraması demektir. Bir cisme gelip çarpan dalgalara gelen dalgalaradı verilir. Sıçrayan dalgalara ise yansıyan dalgalar denilir (Şekil.2).

Kırınım ise dalgaların bükülmesidir. Su dalgaları bu olayı açıklayabilir. Bir su dalgasısığ bir suya doğru ilerlerken, dalga boyu azalır. Dalgaların hızı azalır. Hızın, frekans ile dal-gaboyunun çarpımına eşit olduğunu hatırlayalım. Bu durumda, frekans aynı kalırsa, dalga-boyu küçülür ve sonuçta hız azalır. Su dalgalarının hızı, derin sudan sığ suya geçiştedeğişir.

Su dalgaları, sığ suya bir açıyla geçerlerse, dalgalar bükülür ya da kırınır. Kırınım daima birdalganın hızının azaldığı bölgeye doğrudur (Şekil.3).

- 80 -

gelen dalga

yansıyandalga

Normal Gelmeaçısı

Yansımaaçısı

Tahtaengel

i

i

Şekil 2. Bir dalganın bir engelde yansıması

Herhangi bir türdeki dalga kırınıma uğrayabilir. Bir dalga bir ortamdan farklı bir ortama geç-tiği 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 görebilirsi-niz. Görünmeyen dalgalar da vardır. Örneğin; radyo, radar, kızılötesi, x-ışını ve gama ışınıdalgaları görünmezler. Kızılötesi dalgalar, radyasyon (ışıma) enerjisidir. Gama ışınları birtür nükleer ışımadır.

Yukarıda söylenen her tipteki dalganın farklı bir dalgaboyu ve frekansı vardır. Bu dalgalarıntamamı aynı hızla hareket ederler. Eğer dalgalar, dalgaboyu ve frekanslarına göre düzenle-nirse, elektromanyetik spektrum (tayf) elde edilmiş olur. Bunlara niçin elektromanyetikdenilmektedir? Elektromanyetik spektrumdaki dalgalar, elektrik ve manyetizma ile elde edi-lebilirler.

Elektromanyetik spektrumu teşkil eden tüm dalgalar enine dalgalardır. Bu dalgalar, fotonadı verilen paketler veya küçük demetler halinde taşınırlar. Foton, ışıma dalga enerjisitaşıyan bir parçacıktır. En güçlü mikroskop ile bile görülemeyecek kadar küçüktür. Fotonlarboşlukta saniyede 300000000 metre yol alırlar. Fotonlar o kadar çok hızlı hareket ederler kibunlar bir saniyede yeryüzü etrafında yedi kez dolanırlar. Elektromanyatik enerji fotonlarıuzaydan geçebilirler. Işık ışınları ve görünmez ışıma ışınları da foton akımından ibarettir.

- 81 -

Normal

Yansıyan dalga

Gelen dalga

ii

HavaSu

Kırınan dalgar

Şekil 3. Bir dalganın kırınımı ve yansıması

Elektromanyetik dalgaların bir boşlukta hareket etme yetenekleri, bunları su ve ses dalga-larından ayıran bir özelliktir.

Elektromanyetik ışımanın dalgaboyları 1010 metre ile (elektrik dalgaları) 10-16 metre (koz-mik ışınlar) arasında değişir. Bundan dolayı, çok düşük elektromanyetik dalga frekanslarıile çok yüksek kozmik ışınların frekansları arasında frekanslar değişme gösterirler. Enyüksek frekanslı dalgalar, en büyük enerjiye sahiptirler (Şekil.4).

6. X-IŞINLARI

Önemli bir keşif 1895 yılında Alman Fizikçisi W.K.Röntgen tarafından yapılmıştı. İçerisinde-ki hava boşaltılmış olan bir cam tüpten yüksek elektrik akımı geçiren Röntgen, tesadüfençok önemli bir olaya tanık olmuştu. Tüp yakınında bulunan bir floresan ekran yeşilimsi birrenkle parıldamaya başlamıştı. Floresan madde ışımaya maruz kalınca parıldamıştır.Röntgen, cam tüpün bilinmeyen bir türde ışıma yaptığını görmüş ve ışımaya X-ışınları adınıvermiştir. "X" bilinmeyen anlamına gelmekteydi. Yapılan deneyler, elektronların cam gibi birkatı 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 hedefeçarptıkları zaman, X-ışınları metal tarafından salınırlar.

- 82 -

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 1 10 10 10 102 4 6

10 10 10 10 10 10 10

x-ışınları

Gama ışıması

Mor ötesi

mor kırmızıGörünür ışık

Kızılötesi Mikrodalga TV Kısa radar FM dalga AM

Radyo dalgaları

l Dalgaboyu (m)

Şekil 4. Elektromanyetik spektrum (tayf)

X-ışınları ne şekilde üretilir? Hareketli bir elektronun kinetik enerjisi vardır. Yüksek hıza sa-hip bir elektron tungstene çarpınca bir tungsten atomu ile çarpışır. Elektron durdurulana ka-dar birçok atomla çarpışmak zorunda kalabilir. Elektronun durdurulması sırasında kaybedi-len kinetik enerjinin bir kısmı X-ışınlarına dönüşür. Gerçekten, kinetik enerjinin yüzde biriveya 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 maruzbırakıldı mı? Tüm elektromanyetik ışıma gibi, X-ışınları ışık hızı ile hareket ederler. X-ışınları bütün maddelerden geçebilir. Ancak, tüm maddeler, gazlarda dahil olmak üzere, X-ışınlarını bir dereceye kadar soğurabilir (yutabilir). Soğurma miktarı, maddenin yoğun-luğuna bağlıdır. Örneğin, kemik etten daha çok soğurma yapar. Kurşun, aluminyumdan da-ha fazla soğurur.

7. IŞIMA ÇEŞİTLERİ

A) Morötesi ışıma (ultraviyole ışıma) veya kısaca UV, güneş ışığında vardır. Güneş ışığıvücudumuza çarptığında, UV ışıması derimizde D vitamini üretir. D vitamini sağlıklı kemik-ler ve dişler için gereklidir. Bazı yiyecekler, UV ışınlarına maruz bırakılırsa D vitamini içerik-leri artış gösterir. Örneğin, süt içerisindeki D vitaminini arttırmak için UV lambasından çıkanışınlara tutulur.

UV ışıması mikropları öldürür. Bu sebeple, hastanelerin ameliyat odalarında mikropları yok

- 83 -

pencerex- ışınları

kılıf

anot

tungstenhedef

elektronlar

metal filamankatod

Şekil 5. X-ışınlarının üretimi

etmek için UV lambaları kullanılır. UV ışıması görünmez olup, dalgaboyu görünür ışığınkin-den daha da azdır. Elektromanyetik tayfta, görünür ışığa komşu olan UV, mor ışığın altındagörünür bölgeye yakındır. UV ışıması, floresan bir madde ile aranabilir. Işımaya tabi olanfloresan madde parıldamaya başlar ve ışık çıkarır. UV ışımasının bu özelliğinden dolayı ba-zen ona "siyah ışık" adı verilir. UV ışımasına aşırı maruz kalma zararlı olabilir. Güneşte aşırıderecede kalmak deri kanserine yol açabilir.

B) Kızılötesi ışıma (infrared ışıma) veya kısaca IR, eşyaları kurutmakta veya ısıtmakta kul-lanılır. Örneğin, endüstride boya kurutulmasında IR lambaları kullanılır. Bir restorandakipişmiş yemekler IR lamba ile sıcak tutulabilir. Sıcak cisimler IR ışınları yayarlar. Bundan do-layı askeri amaçla, ısı kaynağı arayan füzeler geliştirilmiştir. Bu füzeler, hedeflerini onlarınyaydıkları IR ışınlarını aramak suretiyle vururlar. IR ışıması aynı zamanda tümörlerin aran-masında da kullanılır.

IR ışıması da görünmez olup, görünür ışıktan daha büyük bir dalgaboyuna sahiptir. Elektro-manyetik tayfta, görünür ışık bandının kırmızı ucundan sonra yer alır. IR ışıması soğurul-duğunda ısı yayar. Aşırı ısı ise doku yanmasına yol açabilir. IR ışımasını aramanın bir yoluözel olarak yapılmış ve IR'ye hassas filmler kullanmaktadır.

IR ışıması endüstride bilinmeyen maddelerin tayininde kullanılır. Bir madde IR ışınlarınamaruz bırakılırsa, madde içindeki atomlar titreşmeye başlarlar. Maddedeki her bir bileşiğintitreşimleri bir makina tarafından kaydedilen bir spektrum (tayf) meydana getirir. Her bi-leşiğin kendine has parmak izi gibi bir IR tayfı vardır. Petroldeki bileşiklerden çoğu bu yollabelirlenmiştir.

8. MİKRODALGALAR

Mikrodalgalar çok kısa radyo dalgalarıdır. Elektromanyetik tayfta bunlar basit radyo dalga-ları ile IR dalgaları arasında yer alırlar. Mikrodalga ışınları yağmur, sis ve kirli hava içindengeçebilirler. Bunlar, bu yüzden iletişimde kullanılırlar. Örneğin, telefon tesislerinin çok zorolarak kurulabileceği dağlık arazilerde haberleşme mikrodalgalarla (telsiz telefon) sağlanır.

Bir mikrodalga fırınında çok kuvvetli bir mikrodalga ışın demeti yayan bir elektronik tüpvardır. Soğurulduğu takdirde, ışıma yiyecek içerisindeki moleküllerin titreşmesine yol açar.Yiyeceğin kinetik enerjisi artar. Yiyeceğin sıcaklığı artar ve böylece pişmesi sağlanır. Mikro-dalgalar doğrudan doğruya yiyecek tarafından soğurulur. Mikrodalgalar yiyeceğin kabınanüfuz 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. Mikrodalgafırını, insanları ışımadan korumak için bir kalkan içine alınmıştır. Mikrodalga ışınları zararlıolup, insanları hasta edebilir.

Dalgalar uzay ve madde içinde yol alabilirler. Titreşimler, ses dalgaları üretebilirler. Her dal-ganın bir frekansı, genilği ve dalgaboyu vardır. Su dalgaları bir dalga leğeni veya tankındaincelenebilir. 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 C) Hz D) m/s2 E) s2

2. Işığın boşlukta yayılma hızı (m/s cinsinden) nedir?

A) 3.108 B) 3.109 C) 3.1010

D) 3.107 E) 3.1012

3. Dalgaların meydana getirebileceği en önemli iki fiziksel olay aşağıdakilerden hangi-sidir?

A) frekans-dalgaboyu B) yansıma-kırılma C) genlik-enerjiD) ışıma-frekans E) enerji-dalgaboyu

4. Aşağıdakilerden hangi gözle görülür bir ışıktır?

A) kızılötesi (IR) B) morötesi (UV) C) X-ışınıD) sarı ışık E) mikrodalga

- 85 -

Özet

Değerlendirme Soruları

5. Elektromanyetik enerjiyi taşıyan parçacığın adı nedir?

A) elektron B) proton C) megatonD) fonon E) foton

6. X-ışınları aşağıdakilerden hangisi tarafından en çok soğurulabilir?

A) et B) kemik C) aluminyumD) kurşun E) demir

7. UV ışınının dalgaboyu, görünür ışığınkinden daha kısadır. Bu duruma UV ışınınınfrekansı, görünür ışığınkine kıyasla nasıldır?

A) büyüktür B) küçüktür C) aynıdırD) yaklaşıktır E) birşey söylenemez

8. Sıcak cisimler aşağıdaki ışınlardan hangisini yayarlar?

A) X-ışınları B) UV C) IRD) mikrodalga E) radar

9. Bir dalganın hızını bulmak istiyoruz. Dalga kaynağı saniyede 300 titreşim yapıyor vedalgaboyu ise 0,5 m dir. Buna göre, dalganın hızı (m/s) nedir?

A) 300 B) 600 C) 1500D) 150 E) 900

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 C) 1010

D) 10 E) 9

- 86 -

ÜNİTE 11

Giriş Işık Aynalar ve Yansıma Kırınım Prizmalar Renk Polarize Işık Özet Değerlendirme Soruları

Bu üniteyi çalışmadan önce, bundan önceki ünitedeki kavramları yeniden gözden geçiri-niz. Ünite sonundaki soruları yanıtlayınız.

Soruları yanıtlarken gerekiyorsa ünitede verilen bilgi ve örneklere yeniden bakınız.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Işık ve Renk

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, ışık kavramını, aynalar ve yansımayı, ışığın kırınımını, prizmaları, renk kavramını, ışığın polarizasyonunu, girişim olayını öğreneceksiniz.

1. GİR İŞ

Bu ünitede elektromanyetik spektrumun (tayfın) görünür ışık kısmı üzerinde durulacaktır.Işık, yaşayan tüm canlılar için vazgeçilmez bir şeydir. Aynalarda yansıma olayı açıklana-cak, prizmalardaki kırılma olayı incelenecektir. Daha sonra renk olayı üzerinde durula-caktır. Asal renkler hakkında bilgi verilecektir. Polarize ışık ve girişim olayı, ışığın dalgaözelliklerini vurgulamak üzere tanıtılacaktır.

2. IŞ IK

Güneşsiz ve ışıksız bir hayatın ne olabileceğini hiç düşündünüz mü? Dünyamız tasavvuredemeyeceğiniz bir şekilde olabilirdi. Yeşil bitkileri olmayan bir dünya düşünmeye çalışın.Bu bitkiler fotosentez olayı yardımıyla besin temini hususunda ışığa ihtiyaç duyarlar. Küçükölçekte ışık üretebiliriz. Ancak bu yaşamamız için gerekli olan besinleri yetiştirmemize nederecede yeterli olabilecektir? Işık denilince aklımıza daima onsuz göremeyeceğimiz şey-ler gelir. Güneşin doğal ışığı olmaksızın yeryüzünde bir hayatı düşünmek bile istemeyiz.

Görünür ışık, elektromanyetik spektrum (tayf) un küçük bir kısmıdır. Elektromanyetik spekt-rumun diğer dalgaları gibi ışık fotonlardan yapılmıştır.

Fotonun çok küçük bir ışıma enerjisi paketi olduğunu hatırlayınız. Işık, boşlukta diğer ışımaenerjileri gibi saniyede 300 000 000 metre yol alır. Elektromanyetik spektrumun diğer dalga-larının 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. Ay-

naya gelen ışının, gelme açısı yansıma açısına eşittir.

Beton bir zemin, çimli bir bahçe veya bir tuğla örülü duvarda hiçbir zaman bir görüntü mey-

dana 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 hissinekapılabilirsiniz.

Görüntü, sizin aynaya olan uzaklığınız kadar geriden geliyor gibi görünür. Bir düzlem ayna-da meydana gelen görüntüye zahiri görüntü adı verilir. Görmenize rağmen, zahiri birgörüntü gerçekte mevcut değildir. Sadece varmış gibi gözükür (Şekil 1).

Parabolik bir ayna eğri bir aynadır. Parabolik aynalar, fenerlerde veya otomobil farlarındayansıtıcı olarak kullanılırlar. Bu tür aynalar özel amaçla yapılmışlardır.

Parabolik bir aynanın yüzeyi aynen bir parabol yüzeyi gibidir. Aynanın merkezinden itibarençizilen 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. Ay-nanın merkezinden asal odak noktasına olan uzaklığa ise odak uzaklığı adı verilir (Şekil2).

Şekil 1. Düzlem ayna

Şekil 2. Parobolik (çukur) ayna

Çukur bir aynada teşkil olunan bir gerçek görüntü, aynanın önünde meydana gelir. Gerçekbir görüntü düz bir yüzey veya ekran üzerinde gösterilebilir. Zahiri bir görüntü ise herhangibir ekran veya yüzeye alınamaz. Çukur bir ayna hem zahiri hem de gerçek bir görüntü mey-

- 89 -

A

B

A

B Cisim Zahiri görüntü

DÜZLEM AYNA

Odak uzaklığı

A

B

A

B F

Cisim

Gerçekgörüntü

= •

dana getirebilir. (Şekil 2) de görülen cisim, ayna ile odak arasına konulursa görüntü zahiriolur.

4. KIRINIM

Bir yüzme havuzunun dibinde bir bozuk para görmüş olduğunuzu kabul edelim. Onu havuz-dan çıkarmak isteyin. Nereye doğru hedef alacaksınız? Bozuk paraya hedef almayın. Bo-zuk paradan yansıyan ışık ışınları, gözünüze doğru gelirken bükülürler, ışık ışınları, sudanhavaya geçerken bükülürler. Işık ışınlarının bükülmesine kırınım denilir. Kırınım ışıkışıklarının yönünü değiştirir, Kırınım olayı, sizin paranın yerini kestirmekte güçlük çektiğiniziizah 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 havadancama girsin, ışığın hızı azalır ve kırınıma uğrar. Kırılma indisi, bir maddenin ışığı ne dere-cede kırdığını belirtir. Işık hızındaki değişme ne kadar büyükse, kırınım indisi de o kadarbüyük 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. Buçizgiye 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 ışıkbir açıyla düştüğü zaman hızı artarsa, ışık normaldan uzaklaşarak bükülür (kırınır).

- 90 -

Örneğin, ışık camdan havaya çıkarsa, ışık normalden uzaklaşarak kırınmaya uğrar (Şekil3.)

Şekil 3. Kırınım olayı: (a) havadan cama (b) camdan havaya geçiş.

Havadan suya gelen bir ış ık normal le 60o l ik aç ı yapmaktad ır . Suya

giren bu ış ık normalde kaç derecel ik aç ı yaparak k ır ınmaya uğrar?

Havanın kırınım indisi n1 = 1,00

Suyun kırınım indisi n1 = 1,33 alınabilir. Bu olayı Snell yasası ile çözebiliriz.

Snell yasası;

n1 sin q1 = n2 sin q2

(1) sin 60o = 1,33 sin q2 0,866 = 1,33 sin q2

sin q2 = 0,866/1,33 fi q2 = 40,6o

bulunur.

- 91 -

Gelenışın

normal

havacam

rKırınanışın

i > r (a)

Gelenışın

havacam

r

i < r (b)

Kırınanışın

i

i

?

5. PR İZMALAR

Bir prizma, şeffaf bir malzemeden yapılmış ve iki düz yüzeyi birbirine bir açı yapan birgereçtir. Ön görünüşü üçgen olan prizmaya giren bir ışık ışını değişmeye uğrar. Işık bir gi-rişte bir de çıkışta kırınıma uğrar. Her iki kırınım da aynı yönde olur (Şekil 4).

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, ma-vi, yeşil, sarı, portakal ve kırmızıdır. Bir prizmada teşekkül eden renkler bandına,görünür ışık tayfı adı verilir.

Bir cam prizmada ış ık tayf ı nas ı l meydana gelmektedir?

Beyaz ışık, bir gökkuşağının farklı renklerine sahiptir. Herbir ışığın rengi cam içinde diğerle-

rinden 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 be-

lirler. 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 -

r ri

?

mahsus bir dalgaboyuna sahiptir.

Işık dalgaları, radyo ve televizyon dalgaları ile kıyaslandığında çok kısa dalgaboylarına sa-hiptir. Mor ışığın dalgaboyu 0,00004 cm'dir. Tayfın öbür ucunda daha uzun dalgaboylukırmızı ışık vardır. Bir kırmızı ışığın dalgaboyu 0,00007 cm'dir. Kısa dalgaboylu ışık dalga-ları yüksek frekanslıdır (Tablo 2.).

TABLO -2

Renk ve Dalgaboyu

mor......................................kısa dalgaboylu dalgalarmaviyeşilsar lportakalkırmızı...............................uzun dalgaboylu dalgalar

Bir insan renkler i nas ı l görebi l i r?

İnsan gözündeki sinirler, üç çeşit renk alıcılarına sahiptir. Bu alıcılar; kırmızı, mavi ve yeşilışık dalgaları ile uyarılırlar. Herhangi bir renk, bu renklerin uygun oranlarda karıştırılması ileelde edilebilir. Böylece, bir kimsenin gördüğü renkler, gözlerine giren kırmızı, mavi ve yeşilışığın oranları ve miktarlarına bağlı olur.

Kırmızı, mavi ve yeşil ışığın asal renkleri olarak bilinir. Bunlar eşit miktarlarda karıştırılırsabeyaz ışık meydana gelir.

Bir e lma niçin k ırm ız ıd ır? Bir ayva neden sar ı renge sahipt i r?

Bu cisimler geçirgen değildir. Bunlar ışığı yansıtırlar. Gördüğümüz renk, yansıyan renkliışığın türüne bağlıdır.Bir ayvanın, kabuk molekül yapısı ile bir elmanınki birbirinden farklıdır. Beyaz ışık bir ayvayaçarptığı zaman, ayvanın parçacıkları yeşil ve kırmızıyı yansıtıp, maviyi soğuracaktır (yuta-caktır). Sonuçta ayva sarıdır. Bir elmanın parçacıkları ise kırmızı ve biraz da yeşili yansıta-cak ancak maviyi yutacaktır.

- 93 -

?

?

Gözümüz bir c ismin yans ı t t ığ ı rengi nas ı l a lg ı lamaktad ır?

Gözlerimizdeki renk alıcılarına koni adı verilir. Üç çeşit koni vardır. Herbiri ya kırmızı, ya ma-vi veya yeşil ışığa karşı duyarlıdır. Bir ayvanın sarı rengini görmek için, kırmızı ve yeşil koni-ler uyarılır. Beyniniz bu mesajı sarı olarak okur. Bu renk karışımı bir renkli televizyondakinebenzer 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. POLAR İZE IŞ IKPolarize ışık özel bir filtre (süzgeç) den ışık geçirmek suretiyle elde edilebilir. Polarize ışıköyle bir ışıktır ki dalgalar belli bir düzgün desende titreşirler. Polarize ışığı bloke eden güneşgözlükleri özel filtreler ihtiva ederler. Parlak güneşli bir günde gözlükler parıldamayı önler-ler. Parlak yüzeylerden yansıyan parıldama genelde polarize olmuş bir ışıktır.

Işığın enine dalgalardan oluştuğunu düşünelim. Polarize ışık filtresi, aynı düzlemde titreşendalgaların geçişlerine izin verir (şekil 5).

- 94 -

?

Düşey filtre

Polarize ışık

Düşey filtre

IşıkgeçemezYatay filtre

Şekil 5. Polarize edici filtre sadece kendine paralel gelen ışını geçirir.

Filtre sonsuz sayıda paralel yarıklardan oluşmuştur.Yarıklarla aynı düzlemde titreşen ışıkdalgaları oradan geçebilir. Yarıklarla aynı düzlemde titreşmeyen ışık ya yansıtılır ya da tutu-lur. Filtreden geçen ışık, yalnızca bir düzlemde titreşim yapar. Bu ışığa polarize olmuş ışıkadı verilir.

Polarize filtreler fotoğrafçılıkta ve çeşitli mühendislik dallarında kullanılırlar. Kameraya gi-ren ışık şiddetini kontrol ederler. Ayrıca, bir cisme etki eden gerilme kuvvetlerini tesbit işindekullanılabilir. Örneğin, bir uçağın herhangi bir kısmındaki gerilmeyi bulmakta kullanılabilir.

8. GİR İŞİM

1801 yılında İngiliz fizikçisi Young, ışıkla bir deney gerçekleştirmiştir. Yaptığı deneyde Yo-ung, ışığı dar bir yarıktan geçirmiştir. Yarıktan geçen ışık yayılmış olup, daha sonra öndebulunan yanyana iki yarıktan geçmiştir. Bu iki yarık, ilk yarıktan aynı uzaklıkta bulunmak-tadır. Işık yine yarıklardan geçerek yayılmaya uğramıştır. Young, yaptığı deney sonundageçen ışığın, bir seri aydınlık ve karanlık bantlardan (saçaklar) oluştuğunu gözlemlemiştir(Şekil 6).

Şekil 6. Young girişim olayı ve ışık şiddeti (parlak ve karanlık bölgeler)

Aydınlık ve karanlık saçaklar girişim (enterferans) olayının bir sonucudur. Aydınlık saçak-larda, dalgalar aynı fazdadır. Bunlar ışığı üstüste bindirerek daha parlak hale getirirler. Ek-randa ışığı doğrudan görmeyen merkezi aydınlık saçak çok ilginçtir. Karanlık saçaklardaise, dalgalar aynı fazda değildir. Bu bakımdan, dalgalar birbirlerinin etkilerini yok ederler ve-

- 95 -

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

parlak

Işık

Tek yarık

Çift yarık ekran

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 renk-ler girişim ile ayrılırlar. Kırınım ağı bir cam veya plastik parçası olup birçok paralel yarıklar-dan 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, kırınımağının yarıklar arasından geçerken girişim olayı meydana gelir. Bu girişim olayı, ışığın farklıdalgaboylarının kuvvetlenmesine ya da yokedilmesine yol açabilir. Ortaya çıkan sonuç isebir renk tayfıdır.

Görünür ışık, foton adı verilen, küçücük ışıma enerji paketlerinden oluşmuştur. Aynalarlagörüntüler teşkil edilebilir. Işık, şeffaf bir cisme geçerken kırınıma uğrar. Beyaz ışık, bir tayfaayrılabilecek olan renkler karışımından oluşmuştur. Bir cismin rengi, yansıttığı ışığın rengi-ne bağlıdır. Polarize ışık, aynı düzlemde titreşim yapan dalgalardan oluşmuştur. Bir kırınımağından geçen ışık dalgalarının girişimi, bir renk tayfı meydana getirir.

1. Elektromanyetik enerjiyi taşıyan aşağıdakilerden hangisidir?

A) madde B) parçacık C) dalgaboyuD) foton E) frekans

2. Bir düzlem aynaya bakıyorsunuz. Görüntünüz aynanın neresinde teşekkül eder?

A) önünde B) arkasında C) üstündeD) altında E) yüzeyinde

- 96 -

Özet

Değerlendirme Soruları

3. Bir ayna üzerine düşen ışığı ne yapar?

A) büker B) geçirir C) yansıtırD) kırar E) soğurur

4. Aşağıdaki cisimlerden hangisinin kırılma indisi en büyüktür?

A) elmas B) cam C) havaD) su E) zeytinyağı

5. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En az kırınıma uğrayan ışıkaşağıdakilerden hangisidir?

A) mor B) sarı C)maviD) yeşil E) kırmızı

6. Bir prizmadan geçen beyaz ışık renklerine ayrılıyor. En çok kırınıma uğrayan ışıkaşağıdakilerden hangisidir?

A) mavi B) mor C) kırmızıD) sarı E) yeşil

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 C) sarıD) mavi E) beyaz

- 97 -

9. Havadan cama geçen ışın 450lik açıyla geliyor. Kırınım açısı nedir? (nh a v a = 1; nc a m = 1,50; sin 450= 0,7)

A) 300 B) 27,80 C) 450

D) 28,70 E) 900

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 C) 34,30

D) 900 E) 43,40

- 98 -

ÜNİTE 12

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, sıkıştırılmış dalgaları, ses ve sesin hızını, sesin özelliklerini, girişim olayını, Doppler olayını, akustik kavramlarını, gürültüyü öğreneceksiniz.

Giriş Sıkıştırma Dalgaları Sesin Hızı Sesin Özellikleri Girişim Doppler Etkisi Akustik Gürültü Özet Değerlendirme Soruları

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.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Ses

1. GİR İŞ

Bu ünitede sıkışma dalgalarının özellikleri üzerinde durulacaktır. Bu özellikler, sesin neşekilde meydana getirildiği konusunda bize yardımcı olacaklardır. Sesin özellikleri arasın-da şiddeti ve tınısı tartışılacaktır. Ses dalgalarının girişimi ve Doppler etkisi bu ünitede işle-necektir. Akustik (ses bilimi) ve sesin meydana getirdiği gürültünün insan sağlığı üzerindekietkisi tartışılacaktır.

2. SIKIŞTIRMA DALGALARI

Dalgalar, uzun bir helezonik yayla, yayın ucundaki bazı sargıları sıkıştırmak ve serbestbırakmak suretiyle elde edilebilir. Yayın parçaları ritmik olarak ileri geri hareket ederler. Ba-zen, dalgadaki maddesel parçacıklar birlikte sıkıştırılmış olur. Bazen de bunlar daha uzağadoğru hareket ederler. Bu türdeki bir dalgaya sıkıştırma dalgası adı verilir (Şekil 1).

Bir sıkıştırma dalgasında madde, dalganın titreşim doğrultusunda titreşim yapar. Bir sesdalgası sıkıştırma dalgasına örnektir. Böyle bir dalgaya boyuna dalga denir.

Helezonik bir yayda bir dalganın ilerlemesi sırasında bir kısım sıkışır ve diğer bir kısım isegevşer. Yay sargılarının sıkıştığı bölgeye sıkışma alanı denir. Yay sargılarının gevşediğiyerlere ise atma alanı denir. Yayın tümü, dalga yay boyunca ilerlerken ileri geri hareketeder.

Ses dalgaları, boyuna dalgalar olup, sıkıştırma dalgaları ile de temsil edilebilir. Dalganınüstte kalan kısmı sıkışmayı, altta kalan kısmı ise gevşemeyi gösterir. Sıkıştırma dalga-larının dalga boyu, bir sıkışmadan diğerine olan uzaklık olarak tanımlanabilir (Şekil.2).

- 100 -

Şekil 1. Helezonik bir yayda sıkıştırma dalgasının meydana gelişi.

Ses dalgaları, bir zil veya bir ses çatalı gibi bir kaynağın titreşimi ile ortaya çıkar. Bir kişi ko-nuştuğu zaman, ses tellerinin titreşimi ile ses dalgaları oluşur. Ses dalgaları titreşim ile orta-ya çıkan sıkıştırma dalgalarıdır. Ses dalgaları hava veya diğer maddesel ortamlarda hare-ket edebilir. Ses dalgaları boşlukta hareket edemez. Ses kaynaklarından çıkan ses dalga-ları kulak veya diğer gereçlerle duyulabilir.

Farklı frekanslardaki ses dalgaları farklı dalgaboylarına sahiptirler. Frekans artarken, dal-gaboyu azalır. Etrafımızda bir çok ses dalgaları vardır. Bunlardan bazılarını duyamayız.Çoğu kimse frekansları 20 ile 20000 arasında olan ses dalgalarını duyabilir. Bu frekansaralığının üstünde olan seslere ses ötesi (ultrasonik) denir. Ultrasonik sesler insanlar ta-rafından duyulamaz. Bazı hayvanlar, örneğin bir köpek frekansları 25000'e varan sesleriişitebilir.

3. SES İN HIZI

Ses boşlukta veya uzayda ilerleyemez. Sesin yol alabilmesi için bir ortam gereklidir. Sesdalgaları, 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 dahahızlı hareket eder. Sıcaklıktaki bir derece artışa karşın 0,6 m/s lik bir hız artışı görülür. 20°Cde ses, havada 344 m/s hızla hareket eder. Bazı ortamlarda sesin yayılma hızı Tablo-1'degörülmektedir.

- 101 -

Sıkıştırma

dalga boyu

Gevşeme

Şekil 2. Ses dalgasının bir sıkıştırma dalgasıyla temsili.

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 bul-mak için, hızı frekansa bölmek gerekir. Denklem şöyledir:

20°C s ıcakl ıkta frekans ı 43 Hz olan bir ses dalgas ın ın dalgaboyunu

bulunuz. 20°C de sesin havada yay ı lma h ız ı 344 m/s dir .

bulunur.

4. SES İN ÖZELLİKLER İ

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 de-

sibel (dB) cinsinden ölçülür. Kulakta bir rahatsızlık yapan sesin şiddeti 120 dB 'dir. He-

- 102 -

?

Dalgaboyu = HızFrekans

l = vf

l = vf

= 344 m/s43 Hz

= 8m

men hemen duyulamayacak bir sesin şiddeti ise 0 dB 'dir. İnsan kulağı 20-20000 Hz lik ses-

lere 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 yetişki-nin 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 duygularfarklıdır. Bunu keman ile piyanonun verdiği seslerin tınıları farklıdır şeklinde ifade ederiz.Sesin tınısı, ses kaynağının yapısını belirleyen bir özelliktir.

5. GİR İŞİM

İki veya daha fazla ses dalgaları arasındaki girişim, sesin şiddetinin artmasına veya azal-masına yol açabilir. Bir ses dalgasının bir seri sıkışma veya gevşemelerden ibaret olduğunuhatırlayalım. İki dalga girişim yaparsa, her dalganın sıkışma ve gevşemeleri birbiriyle bir-leşme yapar. Sıkışmalar ve gevşemeler birbirleriyle çakışırlarsa, girişim yapıcı olur. Yapıcıgirişim genliği arttırır ve sesin şiddeti artış gösterir.

Yokedici girişim ise bir dalganın sıkışması ile diğer bir dalganın gevşemesi birleştiği zamanmeydana 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 göster-melerine yol açacaktır. Sonuçta ses sürekli vurular halinde duyulur (Şekil.3).

- 103 -

Ses çatalları

Vuru deseni

Şekil 3. İki ses dalgasının girişimi ve vuru.

6. DOPPLER ETK İS İ

Tını ve frekans birbiriyle ilgilidir. Bir sesin tınısı frekansı ile belirlenir. Frekans arttıkça, tını daartar. Tınıda bir değişme Doppler etkisi yapabilir. Doppler etkisi, dalga kaynağının hare-keti 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 birfrekansa ve yüksek bir tınıya yol açar. Otomobil bizi geçip, uzaklaştığı takdirde duy-duğumuz sesin tınısı azalır. Ses dalgaları şimdi daha yavaşlamıştır. Dalgaların hem fre-kansı hem de tınısı azalmıştır.

Doppler etkisi, gözlemci ses kaynağına doğru hareket ederse yine ortaya çıkar. Bir tren ge-çitine doğru yaklaşan bir trende bulunuyorsunuz. İkaz zillerinin sesi tını bakımındandeğişme gösterir. Tınıdaki artış, dalga frekansının artması ve dalgaboyunun azalması de-mektir. Doppler etkisinin günlük hayattaki bir uygulaması ise karayollarında seyir edenaraçların hı-zını tespit eden radarlı hız kontrol cihazıdır. Radar dalgaları hareket halindekibir araca doğ-ru gönderilir ve araçtan yansıyan dalgalar bir alıcıya ulaşır. Radar dalga-larının frekansındaki değişmeler alıcıya doğru hareket eden araçtan ileri gelmektedir. Fre-kanstaki bu değişme radar alıcısı tarafından hıza dönüştürülür. Bu yolla, hız limitini aşanaraçların tespiti mümkün olmaktadır.

7. AKUST İK

Akustik (sesbilimi) sesi inceler. Bunlar arasında gürültüye yol açan titreşimlerin vegürültünün kontrolü de vardır. Akustik ile uğraşan bilimadamları ve mühendisler, sesi ve in-san işitmesini incelerler. Farklı nesnelerin sesle ne şekilde etkilendiklerini de araştırırlar.Mühendisler, uygun seste iletişim sistemleri ve binaları tasarımda bulunurlar. Zararlıyüksek seslerden insanları koruma yollarını bulurlar. Tüm çalışmalar insanların duymak is-temedikleri zararsız seslere yöneliktir.

Gürültüyü kontrol etmenin bir yolu, gürültü kaynağını daha sessiz hale getirmektir. Gürültüile çalışan bir serinletici yanında hiç bulundunuz mu? Düşük hızda dönen büyük bir perva-ne, yüksek hızda dönen küçük bir pervaneden daha az gürültü çıkarır. Gürültü, bir yerdendiğer bir yere geçmesini önlemekle azaltılabilir. Gürültü gelen bir odanın kapısını hiç ka-pattığınız 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 ku-lağınıza ulaşan bir yankı hiçbir problem yaratmaz. Zaman aralığı uzadığı takdirde, yankı si-nirlendirici olabilir. Rahatsız edici diğer bir ses de çoklu yankıdır. Reverberasyon adı verilenbu ses, yansımış birçok seslerin birleşip, yavaş yavaş sönümlenmesidir. Bir müzik salonun-da bunlar bir saniyeden fazla sürmemelidir. Uzun perdelerin asılması, döşeme ve koltuk-ların, 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 madde-ler,..vb. Ancak, şimdiye kadar gürültü kirliliği diye birşey duydunuz mu? Bu günün dünyasın-da, insanları kızdıran ve hoş olmayan bir sürü ses çeşitleri vardır. Sizi ençok hangi ses ra-hatsız etmektedir?

Ses eşyalara zarar verebilir. Bir jet uçağının alçaktan uçmasıyla evlerin pencereleri kırılabi-lir. Meydana gelen şiddetli ses dalgaları pencere camlarını titreştirip, zorlayabilir. Bu zorla-ma sonucunda kırılmalar olabilir.

Yüksek sesler tarafından ortaya çıkarılan basınç değişmeleri bir kimsenin kulaklarının içkısımlarına etki edebilir. Sonuçta, kulaklar hassas işitemezler. Genellikle bu durum kısasürebilir ve kulak tekrar normal işitme durumuna dönebilir. Ancak, yüksek sesli gürültü uzunzaman alırsa, bir işitme kaybı sözkonusu olabilir. Kalıcı bir zarar ise, yüksek sesli gürültükaynağı uzunca bir zaman aralığında etkili olursa tekrar ortaya çıkabilir. Bu tür gürültününfazla olduğu yerlerde çalışanlar kulaklık takmak suretiyle, kulaklarını koruyabilirler.Örneğin, havaalanında çalışan teknisyenler gibi.

70 desibelin üstündeki sesler işitme kayıplarına yol açabilir. 100 desibel civarında sürekliaşırı sese maruz kalmak, sürekli bir işitme kaybına yol açabilir. Gürültü, insan vücudundabaşka etkilerde yapabilir. Bu etkiler arasında şunları saymak münkündür; solunum ve kalpatış hızında değişmeler, kan basıncındaki bir artış, sindirim sisteminde değişmeler,...vb.Çok fazla gürültü insanları sinirli yapabilir. Ayrıca, yorgunluk ve başağrısı gibi rahatsızlıkla-ra, 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 bizigürültüye karşı uyaran resmi hatırladınız mı?

- 105 -

Ses dalgaları titreşimle ortaya çıkan sıkıştırma dalgalarıdır. Ses boşlukta hareket edemez.Bir sesin tınısı onun frekansına bir sesin şiddeti ise, ses dalgasının genliğine bağlıdır. Sesdalgaları arasındaki girişim, sesin şiddetinin artmasına veya azalmasına yol açar. Bir seskaynağı hareket halinde ise, sesin tınısı değişir. Binalar ve iletişim sistemleri sesi azaltmaküzere tasarlanmışlardır. Akustik, sesbilimi demektir. İnsanları hasta eden gürültü kaynak-larından arınmak zorundayız.

1. Bir ses dalgası aşağıdakilerden hangisi ile temsil edilebilir?

A) enine-sıkışma B) boyuna-titreşme C) enine-titreşmeD) enine elektromanyetik E) boyuna-sıkışma

2. Bir ses dalgasının frekansı arttıkça, dalgaboyu ne olur?

A) eşitlenir B) eşitlenemez C) artarD) azalır E) değişmez

3. Bir ses dalgasının frekans birimi aşağıdakilerden hangisidir?

A) m/s B) 1/s C) s/mD) m/s2 E) s2

4. Sesin hızı aşağıdaki ortamlardan hangisinde en fazladır?

A) demir B) hava C) suD) uzay E) boşluk

- 106 -

Özet

Değerlendirme Soruları

5. Aşağıdaki frekans aralıklarından Hz olarak hangisi kulağımıza en uygun olanıdır?

A) 20-20000 B) 20-20000 C) 20-200000D) 20-2000000 E) 20-200

6. Kulakta rahatsızlık yaratacak olan ses şiddeti kaç desibel (dB) 'dir?

A) 70 B) 100 C) 120D) 60 E) 20

7. Ses dalgalarının girişimi ile ortaya çıkan olay aşağıdakilerden hangisidir?

A) frekans B) dalgaboyu C) yankıD) reverberasyon E) vuru

8. 20°C de havada 256 Hz'lik bir frekansla yol alan ses dalgasının dalgaboyu (m) ne-dir? (sesin bu sıcaklıkta yayılma hızı 344 m/s dir).

A) 344 B) 324 C) 0,74D) 1,34 E) 88064

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 C) 2064D) 344 E) 340

10. Bir ses kaynağı size doğru hareket ediyor. Duyacağınız sesin tınısı ne olur?

A) artar B) azalır C) değişmezD) etkilenmez E) yankılanır

- 107 -

ÜNİTE 13

Bu üniteyi çalıştıktan sonra, radyoaktif elementleri tanıyacak, radyoaktif atomları, nükleer ışımayı, bozunma ve yarı ömrü kavrayacak, radyasyonun nasıl tarandığını, radyasyon sayaçlarını, fisyon (bölünme) olayını, füzyon (kaynaşma) olayını öğreneceksiniz.

Giriş Radyoaktif Elementler Radyoaktif Atomlar Nükleer Radyasyon Bozunma ve Yarı Ömür Radyasyonun Taranması Radyasyon Sayaçları Fisyon (Bölünme) Füzyon (Kaynaşma) Özet Değerlendirme Soruları

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.

Amaçlar

İçindekiler

Öneriler

Radyoaktiflik ve Nükleer Enerji

1. GİR İŞ

Bu ünitede radyoaktiflik olayı işlenecektir. Radyasyon (ışıma) çeşitleri üzerinde durula-caktır. Radyoaktif atomların davranışları incelenecektir. Radyoaktif atomların bozunmalarıve yarı ömür kavramları yanında radyasyon tarama yöntemleri ve nükleer reaksiyonları daincelenecektir. Ayrıca, atomların bölünmesi ile ortaya çıkan fisyon (bölünme) ve füzyon(kaynaşma) olayları konusunda bilgi verilecektir.

2. RADYOAKT İF ELEMENTLER

Bazı atomlar çekirdeklerinden görünmez radyasyon (ışıma) yayarlar. Bu atomlar radyoak-tiftirler. Radyasyon yayıldıkça, element farklı bir element haline dönüşür. Yeni bir elementoluşunca, bozunma meydana gelir. Bozunma, bir atomun çekirdeğinin nükleer parçacıklarkaybetmesi demektir. Radyoaktiflik 1896 yılında Fransız bilim adamı Henry Becquerel ta-rafından keşfedilmiştir. Karanlık bir odada bulunan masa çekmecesinde bulunan bir fotoğ-raf levhası üzerine biraz uranyum tuzu bırakmıştı. Fotoğraf levhasının developmanını yap-tıktan sonra hayretler içerisinde kalmıştı. Çünkü uranyum tuzunun izi fotoğrafta çıkmıştı.Uranyum görünmez bir radyasyon yaymış ve bu da fotoğraf levhası üzerine onun resminiçıkarmıştır. Uranyum radyoaktif bir elementtir.

1898 yılında, Marie ve Pierre Curie iki yeni radyoaktif element keşfetmişlerdir. Bu element-lerin atom sayısı 83 ' ten büyüktür. Bununla beraber, daha hafif elementlerin doğal izotoplarıda radyoaktiftir. İzotop, aynı elementin farklı sayıda nötron bulunduran atomlarıdır.Örneğin, potasyum ve karbonun herbiri radyoaktif izotoplara sahiptir. Yapay elementlerise laboratuvar veya nükleer reaktörlerde elde edilirler. Bunlar doğal olarak bulunmazlar.Atom sayıları 93 ve 105 arasındaki elementler, yapay elementlerdir. Örneğin, plütonyumyapay bir elementtir. Tüm yapay elementler radyoaktiftirler.

3. RADYOAKT İF ATOMLAR

Bazı elementlerin radyoaktif atomları doğada bulunurlar. Radyoaktif bir atoma nüklitadı verilir. Radyoaktif atomlar, laboratuvarda elementlerin nötronlar ve yüklü parçacıklarlabombardıman edilmesiyle elde edilebilir. Niçin bazı atomlar radyoaktiftir? Hafif bir elemen-tin kararlı olup olmaması, çekirdeğindeki protonların ve nötronların sayısına bağlıdır. Biratomdaki protonların nötronlara oranı yaklaşık olarak eşitse, bu atomun çekirdeğikararlıdır. 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 nötronlaraoranı 1:1 dir. Protonlara göre bir atom çekirdeğinde çok sayıda nötron varsa, element veizotopu radyoaktif olabilir. Karbon - 14 altı proton ve sekiz nötrona sahiptir. Bu izotop radyo-aktiftir. Bilinen çoğu elementlerin radyoaktif atomları vardır.

Yapay radyoaktif atomların birçok pratik kullanımı vardır. Kobalt - 60 gibi radyoaktif biratomdan çıkan radyasyon kanser tedavisinde kullanılır. Yüksek enerjili radyasyon kanserlihücreleri öldürür. Radyoaktif atomlar aynı zamanda bir bitki veya hayvan vücudundaki birelementi izlemekte kullanılır. Bir elementin yolunu izlemek suretiyle, bir kimse onun vücuttanasıl kullanıldığını öğrenebilir.

Bir bitki etrafındaki toprağa yerleştirilen fosfor-32, bitki tarafından emilir. Bitki içindeki fosfor-32 nin hareketi bir Geiger sayacı ile takip edilebilir. Bu gereç radyasyonu taramakta kul-lanılır. Radyoaktif bir atom izlenebilir. Bundan dolayı ona "etiketli atom" adı verilir. Yaydığıradyasyon, onun izlenmesini sağlayan bir etiket olmaktadır.

Radyoaktif atomlar, organlardaki hastalıklar ve tümörlerin bulunması için kullanılırlar. Çokaz bir miktar kana karıştırılır ve onu kanla hasta organa taşır. Sağlıklı bir organ ile hasta birorganın yaydıkları ışımalar kıyaslanarak bir sonuca varılabilir.

4. NÜKLEER RADYASYON

Radyoaktif bir elementin çekirdeği kararsızdır. Çekirdekte bir değişme olursa bu radyasyonolarak yayılır. Çekirdekten yayılan üç tür radyasyon vardır. Bunlar alfa parçacıkları, betaparçacıkları 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 alfaparçacığı, ince bir kağıt parçası ile durdurulabilir. Alfa parçacıklarının çoğu birkaç cm yolaldıktan sonra durdurulur.

Beta parçacıkları ise pozitif veya negatif yüklü elektronlardır. Bunlara pozitron ya da elekt-ron da denilir. Beta parçacıkları, alfa parçacıklarından daha hızlı hareket edip, daha uzağagidebilirler. Beta parçacıklarının etkileme gücü, alfa parçacıklarından 100 kez daha faz-ladır. Bununla beraber, beta parçacıkları 1 cm kalınlığındaki bir aluminyum tabaka ile dur-durulabilirler.

Her beta parçacığı olası bir X - ışınları üreticisidir. X - ışınları yavaşlatılmış beta parçacıklarıile 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 dalgaboylarıX- ışını dalgaboylarından daha kısadır. En önemlisi de, gama ışınları yüksüz parçacıklardır.Gama ışınları fotonlar veya enerji demetlerinden oluşmuştur. Bunlar ışık hızıyla hareketederler. Gama ışınları, hem alfa hem de beta parçacıklarından daha delicidir. Gamaışınlarını 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 atomunadönüşebilir. Uranyum-238 bir seri bozunmaya uğrayıp, sonuçta kurşuna dönüşen bir rad-yoaktif elementtir. Kurşun-206 kararlı olup, radyoaktif değildir. Uranyumu kurşunadönüştüren nükleer reaksiyonlar, çok sayıda radyoaktif element meydana getirirler.

Nükleer değişmeler, kimyasal ve fiziksel değişmelerden tamamıyla farklıdır. Sıcaklık vebasınç, 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 ömüradı verilir. Bir izotop için yarı-ömür bir saniyenin kesri kadar olabilir. Başka bir izotop için bubinlerce 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 bar-yum -139 kalmış olacaktır. Bir başka 86 dakika sonra ise geri kalan baryum-139 atomlarınınyarısı daha bozunmuş olacaktır. Böylece geriye 2,5 gram baryum kalacaktır.

Bir e lemente bozunduğu zaman ne olmaktad ır?

Protonların sayısı değişince, element başka bir elemente dönüşecektir. Örneğin, Uranyum-

238 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, yayılanbeta parçacıkları sayılarak ölçülür. Diğer radyoaktif elementler kullanarak nesnelerin yaşınıtayin etmek mümkündür.

6. RADYASYON TARANMASI

Alfa, beta ve gama ışınlarını beş duyu organımızla hissedemeyiz. Ancak, onların varlığınıaramak (taramak) mümkündür. Radyoaktiviteyi taramanın bir yolu elektroskop kullan-maktır. X- ışınları gibi, radyoaktif radyasyon madde de iyonlar meydana getirir. Bu iyonlaryüklü bir elektroskopu yüksüzleştirir. Yük kaybı, radyasyon ile üretilen iyonların varlığındanileri gelmektedir. Elektroskop civarındaki havada iyonlar oluşur ve bunlar elektroskopun to-puzu (metal) tarafından çekilirler.

Negatif yüklü bir elektroskop, pozitif iyonları çeker. Elektroskop yüküne bağlı olarak yaelektronlar kazanır veya kaybeder ve sonuçta nötral hale gelir. Yük kaybedilirken, elektros-kopun yaprakları aşağı düşer. Radyasyon arttıkça, elektroskopun boşalması da daha hızlıolur.

Radyoaktivite, bir bulut odasında da taranabilir. Bir bulut odası (sis odası) nükleer parçacık-ları ararken orada bulut (sis) şeklinde izler bırakılır. Bir bulut (sis) izi, parçacığın izi boyuncameydana gelen yoğunlaşmış su buharı çizgisidir. Bu aynen yüksekte uçan bir jetin subuharıizine benzemektedir. Ayrıca, difüzyon sis odasında su buharı yerine kolayca buharlaşan al-kol kullanılabilir.

Yüklü parçacıklar bir fotoğraf emülsiyonu ile de taranabilir. Emülsiyon, bir fotoğraf filmive baskı kağıdında kullanılan kalın bir kaplama malzemesidir. Bu emülsiyon, AgBr, gümüşbromür tanecikleri ihtiva eder. Buna bazen "donmuş sis odası" da denilir. Bu emülsiyon, gazveya sıvı yerine, katı bir maddedir. Buraya giren bir nükleer parçacık orada etkisini gösterirve 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 akımmeydana getirip kapalı bir devre kurar. Örneğin, mika cam içinden bir alfa parçacığı girdiğizaman, gaz atomlarından birkaç sayıda elektronu serbest hale geçirir. Gaz atomları pozitifyüklü 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 akımyükseltilir, kayıt ve sayaç gereçlerine doğru beslenir (Şekil 1).

Küçük bir lamba ve hoparlör, Geiger sayacındaki sayaç gereci olarak vazife görür. Lam-banın 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 sayı-da farklı reaksiyonlara uğrayabilirler. Nükleer fisyon (bölünme) böyle bir reaksiyondur. Fis-yon bölünme demektir. Atom sayısı 90 'dan büyük olan elementler fisyona uğrayabilirler.Uranyum böyle bir elementtir. Nükleer fisyonda, bir atomun çekirdeği parçalanabilir. Uran-yum -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, bar-yum-144 ve kripton- 90 oluşur. İki nötron da serbest bırakılır. Bu olayın reaksiyonu şöyle

- 113 -

..

..

.

..

. .... ..

. . ...

Duvar

Sayaç

SinyalArgon gazı

Geiger - Müller tübü

.

Tungsten telPencere

Radyoaktifnumune

Şekil 1 . Geiger-Müller sayacı

yazılabilir:

Uranyum atomlarının bölünmesi bir zincirleme reaksiyonla sonuçlanabilir. Nükleer bir zin-cirleme reaksiyon bir seri hızlı nükleer bölünmelerdir. Küçük bir uranyum nümunesi, milyar-larca atom bulundurur. Bir uranyum - 235 çekirdeği bir nötronla parçalanırsa, iki nötronsalınır. Bu iki nötron iki tane daha uranyum çekirdeğini parçalamakta kullanılır. Her çekirdekiki tane daha nötron çıkarır. Bu nötronlar, dört adet çekirdek tarafından yakalanırlar ve bun-ların parçalanmasına yol açarlar. Çekirdeklerin bölünmesi ve nötronların salınması bir zin-cirleme reaksiyona sebep olur. Bir zincirleme reaksiyonda, her saniyede milyarlarca fisyonreaksiyonları oluşabilir.

9. FÜZYÖN (KAYNAŞMA)

Radyoaktif elementlerin sebep olabileceği diğer önemli bir reaksiyon ise füzyondur.Füzyon, iki çekirdeğin kaynaşarak bir çekirdek oluşturması olayıdır. Hidrojen gibi hafifbir element füzyona uğrayabilir. Nükleer füzyon, nükleer fisyonun karşıtı bir olaydır. Küçükkütleli elementler, büyük kütleli elementler teşkil etmek üzere birleşebilirler.

Hidrojen ve bunun izotopları, nükleer füzyon için hammadde olabilirler. Döteryum bir hidro-jen izotopu olup çekirdeğinde bir proton ve bir nötron vardır. Tirityum ise hidrojenin bir izoto-pudur ancak çekirdeğinde bir proton iki tanede nötron vardır. Tirityum pahalı ve az bulunur.Ancak, döteryum tedariki hemen hemen kısıtsızdır. Döteryum doğal olarak suda bulunur veelektroliz ile sudan ayrılabilir.

Nükleer füzyonun oluşabilmesi için 100 milyon derecelik bir sıcaklığa yaklaşılmalıdır.Nükleer füzyona termonükleer bir reaksiyon adı verilir. Termo sıcaklık anlamına gelir. Ter-monükleer reaksiyonların bu dev sıcaklık derecelerinde atomlar artık mevcut olamazlar.Atomlar elektronlarını kaybederler ve plazma haline dönüşürler. Plazma, maddenindördüncü halidir. Bu hal, çekirdekler ve serbest elektronlardan oluşur. Çekirdekler araların-da varolan itme kuvvetlerini yenecek derecede enerjiye sahiptirler.

Füzyon için gerekli sıcaklık şartları, güneşte ve yıldızlarda mevcuttur. Güneşin iç sıcaklığı20 milyon °C civarındadır. Güneşte füzyon olayı bir seri karmaşık nükleer değişmelerlemeydana gelir. Örneğin, dört hidrojen çekirdeği kaynaşarak bir helyum çekirdeğini oluştu-rur.

- 114 -

92235

U + 01n 56

144Ba + 36

90Kr + 2 0

1n

Güneş devamlı suretle hidrojen yakarak onu helyuma dönüştürür. Füzyon (kaynaşma) es-nasında oldukça büyük miktarda enerji açığa çıkar. Enerjinin ortaya çıkışı maddenin enerji-ye dönüşmesi sonucudur. Oluşan helyum çekirdeği, onu meydana getiren dört hidrojen çe-kirdeğinden 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 ka-teder. Ancak, yeryüzüne erişen toplam enerji, güneşin uzaya yaydığı toplam enerjinin an-cak bir ya da iki milyarda biridir.

Güneşte ve yıldızlarda füzyon olayının meydana geldiğini nasıl anlıyoruz? Güneş tarafın-dan yayılan ışık bir tayf teşkil etmek üzere kırınıma uğratılır. Bu tayfın analizi, güneşin kim-yasal yapısını ortaya çıkarır. Her element kendine mahsus bir tayfa sahiptir. Bir yıldızın kim-yasal yapısı bize onun yaşı hakkında bilgi verir. Çoğunlukla hidrojenden oluşan bir yıldızgenç 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. Güneşinkütlesinin yüzde doksan dokuzu hidrojen ve helyumdan oluşur. Nükleer reaksiyonlar yoluy-la daha fazla helyum ve diğer ağır elementler oluşturulacaktır. Bu işlemler yavaş yavaşoluşacağından güneşin bir beş milyar yıl daha yanmaya devam edeceği beklenmektedir.

Nükleer radyasyon, radyoaktif elementlerin çekirdekleri tarafından yayılır. Radyoaktifatomların çoğu doğada bulunur. Diğerleri ise laboratuvarda veya nükleer reaktörlerde ya-pay olarak yapılır. Bir alfa parçacığı, iki proton ve iki nötron bulunduran bir helyum çekir-değidir. 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 fo-tonlardır.

Yarı-ömür, radyoaktif bir maddenin bozunma hızını gösteren bir ölçüdür.

Radyasyon taraması bir elektroskop, Geiger sayacı, sis odası ve nükleer emülsiyonlasağlanır.

- 115 -

Özet

X- ışınları ve nükleer ışıma, maddede iyonlar üretir.

Fisyon, ağır atomların bölünerek iki eşit olmayan büyüklükte çekirdek meydana getirmesiolayıdır. Füzyon ise iki hafif elementin kaynaşarak bir element meydana getirmesidir.

1. Hafif elementler için proton - nötron oranı bire yaklaşınca, çekirdeğinin kararlı ol-ması aşağıdakilerden hangisidir?

A) artar B) azalır C) değişmezD) bire yaklaşır E) birden uzaklaşır

2. Aşağıdakilerden hangisi radyasyona karşı en iyi korunmayı sağlar?

A) aluminyum B) bakır C) kurşunD) demir E) tahta

3. İki protonla iki nötron bulunduran parçacığa ne ad verilir?

A) elektron B) pozitron C) betaD) alfa E) gama

4. Nükleer fisyon sırasında uranyumun kütlesi ne olur?

A) bölünür B) parçalanır C) değişmezD) artar E) azalır

5. Nükleer füzyon olayında iki veya daha fazla çekirdeğe ne olur?

A) parçalanırlar B) birleşirler C) bölünürlerD) azalırlar E) bozunurlar

- 116 -

Değerlendirme Soruları

6. Bir çekirdek içindeki parçacıkları bir arada tutan kuvvet aşağıdakilerden hangisidir?

A) nükleer B) elektrik C) manyetikD) çekim E) elektro-manyetik

7. Aşağıdakilerden hangisi U-235 çekirdeğine girerek zincirleme reaksiyonu başlatır?

A) alfa parçacığı B) beta parçacığı C) elektronD) nötron E) proton

8. Uranyum çekirdeği bozuna bozuna sonuçta hangi elemente dönüşür?

A) aluminyum B) plütonyum C) bizmutD) demir E) kurşun

9. Maddenin dördüncü hali aşağıdakilerden hangisidir?

A) fisyon B) füzyon C) plazmaD) uranyum E) nükleer çekirdek

10. Güneşte meydana gelen füzyon olayında tüketilen ve üretilen madde sırasıylaaşağıdakilerden hangisidir?

A) döteryum - hidrojen B) hidrojen - helyum C) helyum - hidrojenD) hidrojen - döteryum E) tirityum-döteryum

- 117 -

YARARLANILAN VE BAŞVURULABİLECEK KAYNAKLAR

BENDİCK, J. Measuring, F. Watts, New York, 1971.

DOMANİÇ, Fahri, AYGUN Erol ve Diğerleri. Fizik (Mekanik). Milli Eğitim Yayınevi, İstan-bul, 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 Mo-tion. 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, April1979.

-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 Tanjant Derece Radyan Sinüs Kosinüs Tanjant

0° 000 0.000 1.000 0.000 1° .017 .018 1.000 .018 46° 0.803 0.719 0.695 1.0362° .035 .035 0.999 .035 47° .820 .731 .682 1.0723° .052 .052 .999 .052 48° .838 .743 .669 1.1114° .070 .070 .998 .070 49° .855 .755 .656 1.1505° .087 .087 .996 .088 50° .873 .766 .643 1.1926° .105 .105 .995 .105 51° .890 .777 .629 1.2357° .122 .122 .993 .123 52° .908 .788 .616 1.2808° .140 .139 .990 .141 53° .925 .799 .602 1.3279° .157 .156 .988 .158 54° .942 .809 .588 1.376

10° .175 .174 .985 .176 55° .960 .819 .574 1.42811° .192 .191 .982 .194 56° .977 .829 .559 1.48312° .209 .208 .978 .213 57° .995 .839 .545 1.54013° .227 .225 .974 .231 58° 1.012 .848 .530 1.60014° .244 .242 .970 .249 59° 1.030 .857 .515 1.66415° .262 .259 .966 .268 60° 1.047 .866 .500 1.73216° .279 .276 .961 .287 61° 1.065 .875 .485 1.80417° .297 .292 .956 .306 62° 1.082 .883 .470 1.88118° .314 .309 .951 .325 63° 1.100 .891 .454 1.96319° .332 .326 .946 .344 64° 1.117 .899 .438 2.05020° .349 .342 .940 .364 65° 1.134 .906 .423 2.14521° .367 .358 .934 .384 66° 1.152 .914 .407 2.24622° .384 .375 .927 .404 67° 1.169 .921 .391 2.35623° .401 .391 .921 .425 68° 1.187 .927 .375 2.47524° .419 .407 .914 .445 69° 1.204 .934 .358 2.60525° .436 .423 .906 .466 70° 1.222 .940 .342 2.74726° .454 .438 .899 .488 71° 1.239 .946 .326 2.90427° .471 .454 .891 .510 72° 1.257 .951 .309 3.07828° .489 .470 .883 .532 73° 1.274 .956 .292 3.27129° .506 .485 .875 .554 74° 1.292 .961 .276 3.48730° .524 .500 .866 .577 75° 1.309 .966 .259 3.73231° .541 .515 .857 .601 76° 1.326 .970 .242 4.01132° .559 .530 .848 .625 77° 1.344 .974 .225 4.33133° .576 .545 .839 .649 78° 1.361 .978 .208 4.70534° .593 .559 .829 .675 79° 1.379 .982 .191 5.14535° .611 .574 .819 .700 80° 1.396 .985 .174 5.67136° .628 .588 .809 .727 81° 1.414 .988 .156 6.31437° .646 .602 .799 .754 82° 1.431 .990 .139 7.11538° .663 .616 .788 .781 83° 1.449 .993 .122 8.14439° .681 .629 .777 .810 84° 1.466 .995 .105 9.51440° .698 .643 .766 .839 85° .1.484 .996 .087 11.4341° .716 .658 .755 .869 86° 1.501 .998 .070 14.3042° .733 .669 .743 .900 87° 1.518 .999 .052 19.0843° .751 .682 .731 .933 88° 1.536 .999 .035 28.6444° .768 .695 .719 .966 89° 1.553 1.000 .018 57.2945° .785 .707 .707 1.000 90° 1.571 1.000 .000

- 121 -

∞