Fizik ders notları

[uNdéb@H]

ASİTLER VE BAZLAR

ASİTLER
Asitler kimyada önemli bir bileşik sınıfını oluştururlar.Asit-latince anlamına gelen asidus kelimesinden alınmıştır.Günlük gıda maddelerinin bir çoğunda asit vardır.Canlı organizmaların hayatsal faaliyetlerinde asitlerin önemi büyüktür.Mide özsuyu besinlerin sindirimi için %0,4 oranında hidroklorik asit içerir.Proteinlerin oluşumunda amino asitlerin önemi tartışılmaz bir gerçektir.Genel olarak asitler;inorganik ve organik asitler olarak iki gruba ayrılırlar.Yapısında karbon elementi bulunmayan asitlere inorganik aitler ,karbon elementi kullanılarak oluşturulan asitlere ise organik asitler denir.



ASİTLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ
-Asitlerin tadları ekşidir.Örnek olarak;sirkedeki asetik asit ekşi elmada ki malik asit , limondaki sitrik asit ve askorbik asit(C Vitamini),yoğurt suyundaki laktik asit, meşrubat ve kolalardaki karbonik asit sayılabilir.Ancak her asitin tadına bakamayız.Çünkü asitlerden bazıları parçalayıcı bazıları da zehirlidir.

-Asitler yakıcı özelliğe sahiptir.Asitlerin bu özelliği her asitte aynı şekilde olmaz.Örneğin Hno3 deriye döküldüğünde proteinlerle tepkimeye girer.H2SO4 ise hücre suyunu çekerek yakma etkisi gösterir.

-Asit suda çözüldüğünde ne kadar fazla iyon oluşuyorsa,iletkenlik o kadar fazla olur .Kuvvetli asitlerde iletkenlik fazla zayıf asitlerde ise azdır.

-Asitler mavi turnusol kağıdını kırmızıya çevirir.Turnusol kağıtları indikatör boyası emdirilmiş kağıtlardır.İndikatör boyaları ise ortamın asidik veya bazik olmasına göre renk değiştiren maddelerdir.Örneğin bir indikatör olan metil oranj asitler kırmızı renge döner.

-Asitlerin genel olarak yapılarında proton bulunur.Ancak yapılarında hdrojen bulunan tüm maddeler asit değildir.MC 1 kuvvetli bir asit olmasına karşın nh3 baz özelliği gösterir.CH+ ise asit ve baz karakteri göstermez.

-Bazlarda birleşerek tuz ve su oluştururlar.Kimyada bu tepkimelere nötrleşme tepkimesi denir.

[BAZ+ASİT à TUZ+SU]
NaOH + Hcı > Nac I + h20
2KOH + H2SO 4 + K2SO4 + 2H2 O

Ca(OH)2 + H2SO 4 - CASO4 + 2H2 O



- Metal oksitlerde(Bazik oksitlerle)birleşerek tuzları yaparlar.

METAL OKSİT + ASİT à TUZ+SU

Na2O + 2hcI >> 2NacI + H2 O
CaO + H2SO4 >> CASO4 + H 2O

K2O + H2CO 3 >>K2CO3 + H 2 O

CUO + 2HNO3>>CU(NO 3)3 + H 2O


- Asitlerin metaller ile olan tepkimeleri , metallerin aktifliğine göre değerlendirilir.Metallerin aktiflik sırası

K , Na , Ca , Mg , Al , Zn , Fe
Aktifliği hidrojenden fazla olan metaller
Cu , Ag , Hg, Au, Pt
Aktifliği hidrojenden az olan metaller (şeklindedir)

a) Aktifliği hidrojenden fazla olan metaller seyreltik asitler ile H 2 gazı oluşturacak şekilde tepkime verirler.

METAL+ASİT à TUZ + H2 GAZI



Mg + 2Hcı à MgCI2 + H2

Zn+2Hcı à ZnCI2+H2



b) Aktifliği hidrojenden az olan metallere HCI ve seyreltik H2SO4 etki etmez.



Cu+HCI à Tepkime gerçekleşmez.

Cu+H2SO4 àTepkime gerçekleşmez.

Ag+HCI àTepkime gerçekleşmez.



c)Aktifliği hidrojenden az olan metallere HCI ve seyreltik H2SO4 tepkime verir.Bu tür tepkimelerden H 2 yerine SO2 oluşur.



Cu+2H2+SO4 àCuSo4+So2+2h30

Derişik

Zn+2H2SO4 àZnSo4+SO2+2H2O

Derişik

d)Aktifliği hidrojenden az olan metallere HNO3'ün etkisi ise seyreltik ve derişik olmasına bağlı olarak değişir.HNO 3;Cu Hg ve Ag'' etki eder.Pt ve Au ''a etki etmez.

Cu+4HNO3 à Cu(NO3)+2NO2+2H3O

Derişik

3Cu+8HNO3-3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Seyreltik



-- Asitlerin ametallere etkisi ise genellikle derişik durumunda olabilir.

C+4HNO3 à CO2+4NO2+2H20

(Derişik)



C+2H2SO2 à CO2+2SO2+2H20

(Derişik)



S+4HNO3_SO2+4NO2+2H2O oluşur

(Derişik)



Na2CO3+H2SO2-Na2SO4+H2O+CO2



Ca(HCO3)2 + 2HCI – CACI2 +2H2O+2CO2



n Ametal oksitlerin (CO 2, SO2, SO 3, N2O5, P2O5 gibi) sulu çözeltileri asit özelliği gösterir.Ametal oksitlere asit oksitlerde denir.

ASİT OKSİT +SU àASİT

CO2+ H2 O àH2CO3

SO2+ H2O àH2SO3



SO3 + H2o à H2SO4

N2O5 + H2 O à 2HNO3



ÖRNEK

1) Asitlerin tadları ekşidir.Aşağıdaki çözeltilerden hangisinde asit bulunmaz?

A)Portakal suyu B) Limonata C) Vişne suyu

D)Sirke E) Sabunlu su



Çözüm:

Verilen ilk dört örneğin tadları ekşidir.Bu maddelerde asit vardır.Sabunla suyun tadı acıdır.Yapısında asit yoktur. CEVAP: E





2)Aşağıdakilerden hangisi asit özelliklerinden değildir?



A)Sulu çözeltileri elektrik akımını iletir.



B)Kırmızı turnusol kağıdını mavi renge dönüştürürler.



C)Seyreltik çözeltilerin tadı ekşidir.



D)Bazlarda tuz oluştururlar.

CEVAP:B



DİĞER REAKSİYONLAR



Üç tür genel reaksiyondan başka sık karşılaşılan bir takım özel reaksiyonlar da vardır.Bunlar yukarıdaki reaksiyon türlerinden birine benzese de özel hali ile bilinirler.



1. Metallerin Asitlerle Reaksiyonu



Metallerin asitlerle reaksiyonundan tuz oluşur,hidrojen gazı açığa çıkar.Mesela , Al metalinin HCI ile reaksiyonundan AICI 3 tuzu oluşurken , hidrojen gazı açığa çıkar.



Metal + Asit à Tuz + Hidrojen gazı



Al(k) + 3HCI (suda) à AICI3(suda)+ 3/2H2(g)



Soy metallerin dışında ki metaller hidrojenden daha aktiftir.Bu yüzden burada Al metali Al+3c

Yükseltilirken bileşik haline geçerken asit katyonu olan H+ iyonu H2'ye indirgenmektedir.

Metallerin asitlerle reaksiyonlarına aşağıdaki örnekler verilebilir.



Zn(k) + 2HCI(suda) à ZnCI2 (suda) + H2(g)



2Na(k) + 2HCI(suda) à 2NACI (suda) + H2(g)



Mg(k) + H2SO4 (suda) à MgSO4(k) + H2(g)



Fe(k) + 2HNO3(suda) à Fe(NO3)2(suda)+H2(g)



2) Soy ve yarı soy metallere (Cu- Hg- Ag- Pt- Au) oksijensiz asitler etki etmezler.

Cu+HCI à Reaksiyon vermez

Ag+HCI à Reaksiyon vermez

3)Yarı soy metallere (Cu-Hg-Ag) yükseltgen özellik gösteren asitler etki ederler.H 2SO4 ve HNO3 yükseltgen özellik gösteren iki önemli asittir.Bunların yarı soy metallere etkisinden tuz,oksit ve su oluşur.

Yarı soy metal + Yükseltgen asit à Tuz + oksit + su



Asit olarak derişik HNO3 asidi kullanıldığında NO2 gazı açığa çıkar , tuz ve su oluşur.HNO3 deki azot indirgenirken , metal yükseltgenir.



Ag(k)2HNO3(suda) Derişik AgNo3(Suda) No2(g) + H2O(s)

Cu(k)+ 4HNO3(SUDA) Derişik Cu(NO3)2(suda)+ 2NO2(g) + 2H2O(s)





Seyreltik HNO3 asidi kullanıldığında ise NO gazı açığa çıkar.Gümüş ve bakırın seyreltik nitrik asitle reaksiyonları aşağıda verilmiştir.



Ag(k)+4hno3(suda) à 3 AgNO3 + NO (g) 2H2O(s)



3cu(k)+HNO3(suda) à 3 Cu (NO3 )2 + 2NO(g) + 4h2O(s)



4) Altın (Au) be platin (Pt) tam soy metaldir.Bunlar asitlerle hidrojen çıkışı ile reaksiyona girmediği gibi yükseltgen özellik gösteren asitler de reaksiyon vermez.



Altına yalnızca kral suyu denilen (3HCI+HNO2) karışımı etki eder.

Au(k)+HCI(suda)+HNO3 à AuCI3 + NO(g)+ 2HO(s)



METALLERİN BAZLARLA REAKSİYONU


Genelde metaller bazlarla reaksiyon vermezler.Ancak amfoter metal olarak bilinen Al, Zn , Sn, Pb , Cr gibi metaller derişik kuvvetli baz çözeltileriyle reaksiyon verirler.Reaksiyon sonucunda hidrojen gazı açığa çıkar.



Amfoter metal + Baz à Tuz+ hidrojen gazı



Al(K)+ NaOH(suda) à Na3 AlO3 + H2 (g)



Zn(k)+ NaOH(suda) à Na2ZnO2 + H2 (g)



Amfoter metallerin oksit ve hidroksit bileşikleri de amfoter özellik gösterirler.Bunların kuvvetli bazların derişik çözeltileri ile reaksiyonundan ise tuz ile su oluşur.

[uNdéb@H]

Işığın Hızı

Gökteki bir jet uçağının gürültüsünü işitip, elimizde olmadan sesin geldiği yöne doğru baktığımız olmuştur. Uçağı sesin geldiği noktadan çok daha ileride görmüşüzdür. Uçağın gerçek yerini kestirirken kulaklarımızdan çok gözlerimizi inanırız. Niçin gözlerimize inandık? O kadar uzaktan sesin bize ulaşması için epeyce zaman geçeceğini, ayrıca ışığın sesten çok hızlı yayıldığını biliyoruz. Uçağın, gördüğümüz noktadan daha geride olabileceğini düşünmedik, çünkü ışığın gerçekten çok hızlı yayıldığına inanırız. Galileo ışığın hızını ölçmek için sesin hızını ölçmekte kullandığına benzer bir yöntem önermişti. Bu yöntemde; iki adam, ölçülmüş bir uzaklığın birer ucunda, ellerinde örtülü birer fenerle dururlar. Birinci adam fenerinin örtüsünü kaldırırken bir kronometreyi işletir, ikinci adam birincinin fenerinden gelen ışığı gördüğü anda kendi fenerini açar. Birinci adam bu sefer ikincinin fenerinden gelen ışığı görür görmez kronometreyi durdurur. Galileo bu metotla ışığın birinci adamdan ikincisine gidip gelmesi için geçen zamanı ölçmeyi ummuştu. Işık pek hızlı yayıldığını için bu metotla ışık hızı ölçülemedi. Fakat, bu deney büsbütün başarısız sayılmazdı. Bu deney ışık hızının kısa uzaklıklarda, o zamanın kaba kronometreleriyle ölçülemeyecek derecede büyük olduğunu açıkça gösterir.

Işık hızının sonlu olduğu hakkındaki ilk kanıt, 1676 yılında Olaf Roemer tarafından, Jüpiter gezegeninin uydularının hareketinin gözlenmesi sonucunda elde edildi. Bu uydular her dönüşte bir defa Jüpiterin gölgesinde kaybolup yine görünür. Uydulardan herhangi birinin iki ardışık tutulması arasındaki zaman onun bir dönme süresidir. Bu dönme sürelerinin sabit olmadığı gözlenmişti. Periyotlar (uyduların dönme süreleri), Yerküre Güneş çevresindeki yörüngesinde Jüpiterden uzaklaşırken büyük; Yer Jüpitere yaklaşırken ise biraz küçük görünüyordu. Remer şöyle düşündü: Yerküre jüpiterin uydularının hareketlerini etkilemez; fakat Yer Jüpiterden uzaklaşırken uydunun ardışık iki tutulmasından kurtulduğu anlarda Yerküreye gelen ışık. Yerküreye ulaşıncaya kadar daha fazla yol alır. Fazladan alınacak yolun yine fazladan zaman gerektirmesi, ışığın bir anda yayılmadığını, ışık hızının sonlu olduğunu gösterir.Bu, Roemer'in büyük katkısı idi. Bununla beraber o zaman, ışık hızının sayısal değeri iki nedenden dolayı kesinlikle hesaplanamadı. Birinci neden, Roemer ışığın Yerkürenin yörüngesini geçme zamanını hatalı ölçülmüştü, ikinci neden de Yerkürenin yörüngesinin çapı kesinlikle bilinmiyordu.

Tutulma zamanındaki gecikmelerin daha sonraki ölçüleri ışığın Yer yörüngesini geçme süresinin 16 dak 20 s olduğunu gösterdi. Yerin Güneşten ortalama uzaklığı 1,47 X 1011 m olarak bilinir. O halde,, ışığın hızı

C = 2 X 1,47 X 1011 m / 980 s = 3,00 X 106 m/s bulunur.
Yorum
ışık hızının ölçüm deneyleri fazlalaştır

[uNdéb@H]

Işık Dalgaları

Galile, ışık hızını saptanması problemini formülleştirdi; ama çözmedi. Bir problemin formüllleştirilmesi, çoğu zaman, problemin yalnız bir matematik ya da deney ustalığı sorunu olan çözümünden daha önemlidir. Yeni sorular, yeni olanaklar ortaya koymak, eski problemlere yeni bir açıdan bakmak, yaratıcı hayalgücünü gerektirir ve bilimde gerçek ileremeye damgasını vurur.

Galile'nin İki Yeni Bilim'inde, öğretmen ile öğrencileri arasında, ışık hızı üzerine şöyle bir konuşma geçer:

"SAGREDO: Peki ama, bu ışık çabukluğunun ne çeşit ve ne kadar büyük bir çabukluk olduğunu düşünmeliyiz? Ani ya da pek birdenbire midir, yoksa öbür hareketler gibi o da zaman mı gerektirmektedir? Bunu deneyle saptayabilir miyiz?

"SIMPLICO: Günlük yaşantı, ışığın yayılmasının birdenbire olduğunu göstermektedir; çünkü çok uzağımızda ateşlenen bir topun önce alevini görürüz ve bu, hiç zaman almaz; oysa topun sesi ancak oldukça önemli bir zaman aralığından sonra kulağımıza ulaşır.
"SAGREDO: Evet ama Simplico, kimsenin yadırgamadığı bu yaşantıdan benim çıkarabildiğim tek şey, bize ulaşan sesin ışıktan daha yavaş yol aldığıdır; bu, bana ışığın gelişinin apansız olup olmadığını ya da son derece çabuk geliyorsa, yine de zaman alıp almadığını öğretmiyor.
"SALVIATI: Bunun ve buna benzer başka küçük gözlemlerin pek az kanıtlayıcı olması, birinde aydınlanmamın, yani ışığın yayılmasının, gerçekten birdenbire olup olmadığını kesinlikle saptamak için bir yöntem düşünmeme yol açtı."

Salviati'nin önerdiği deney tekniği ile, yani Galile zamanında ışığın hızını, anlatılan şekilde ölçmek olanağı pek azdı. Süredurum İlkesi, enerjinin korunumu yasası, yalnızca önceden çok iyi bilenen deneyler üzerinde yeni ve özgün bir biçimde düşünmekle bulunmuştur.

Galilei'nin, yaptığı deneyin tek kişi ile daha kolay ve eksiksiz yapılabileceğini görmemiş olmasının insanı şaşırttığını söyleyebiliriz. Belirli bir uzaklıkta duran arkadaşının yerine bir ayna koyabilirdi ve ayna, işareti alır almaz kendiliğinden geri gönderirdi.

Işık hızını, ilk olarak ve yalnız yeryüzündeki olanaklardan yararlanarak yaptığı deneylerle saptayan Fizeau, aşağı yukarı iki yüz elli yıl sonra, işte bu ilkeyi kullandı. Roemer, ışık hızını daha önce, ama daha az tam olarak, gökbilimsel gözlemlerle saptamıştı.

Aşırı bir yük olduğu için, ışık hızının, ancak Yer ile Güneş Sistemi'nin diğer gezegenleri arasındaki uzaklıklarla bir tutulabilen uzaklıklar kullanılarak ya da çok geliştirilmiş bir deney tekniği ile ölçülebileceği bellidir. Birinci yöntem, Roemer'inki, ikincisi Fizeau'nunki idi.

Bu ilk deneylerin yapıldığı günlerden beri, ışık hızını gösteren o çok önemli sayı, kesinliği gittikçe artarak birçok kez saptandı. Yüzyılımızda, Michelson, bu amaçla pek ince bir teknik geliştirdi. Bu deneylerin sonuçları kısaca şöyle özetlenebilir: Işığın boşluktaki hızı, yaklaşık olarak, saniyede 300.000 kilometredir (saniyede 186.000 mil).

1675'te Danimarkalı Christensen Roemer (1644-1710) ışığın hızını ölçtü.
1678'de yine Danimarkalı Christian Huygens ise (1629-1695) Işığın Dalga Kuramı'nı ortaya attı.

[uNdéb@H]

Çekirdekte saklı güç


Hava, su, dağlar, hayvanlar, bitkiler, vücudunuz, oturduğunuz koltuk, kısacası en ağırından en hafifine kadar gördüğünüz, dokunduğunuz, hissettiğiniz her şey atomlardan meydana gelmiştir. Seyrettiğiniz bu bilgisayar ekranını milyarlarca atomdan oluşmaktadır. Atomlar öyle küçük parçacıklardır ki, en güçlü mikroskoplarla dahi bir tanesini görmek mümkün değildir. Bir atomun çapı ancak milimetrenin milyonda biri kadardır.

Bu küçüklüğü bir insanın gözünde canlandırması pek mümkün değildir. O yüzden bunu bir örnekle açıklamaya çalışalım:

Elinizde bir anahtar olduğunu düşünün. Kuşkusuz bu anahtarın içindeki atomları görebilmeniz mümkün değildir. Atomları mutlaka görmek istiyorum diyorsanız, elinizdeki anahtarı dünyanın boyutlarına getirmeniz gerekecektir. Elinizdeki anahtar dünya boyutunda büyürse, işte o zaman anahtarın içindeki her bir atom bir kiraz büyüklüğüne ulaşır ve siz de onları görebilirsiniz. (1)
Yine bu küçüklüğü kavrayabilmek ve her yerin nasıl atomlarla dolu olduğunu görebilmek için bir örnek daha verelim:
Tek bir tuz tanesinin tüm atomlarını saymak istediğimizi düşünelim. Saniyede bir milyar (1.000.000.000) tane sayacak kadar hızlı olduğumuzu da varsayalım. Bu dikkate değer beceriye karşın, bu ufacık tuz tanesi içindeki atom sayısını tam olarak tesbit edebilmek için beşyüz yıldan fazla bir zamana ihtiyacımız olacaktır. (2)

Peki bu kadar küçük bir yapının içinde ne vardır?
Bu derece küçük olmasına rağmen atomun içinde evrende gördüğümüz sistemle kıyaslanabilecek kadar kusursuz, eşsiz ve kompleks bir sistem bulunmaktadır.

Her atom, bir çekirdek ve çekirdeğin çok uzağındaki yörüngelerde dönüp-dolaşan elektronlardan oluşmuştur. Çekirdeğin içinde ise proton ve nötron ismi verilen başka parçacıklar vardır.

Çekirdek, atomun tam merkezinde bulunmaktadır ve atomun niteliğine göre belirli sayılarda proton ve nötrondan oluşmuştur. Çekirdeğin yarıçapı, atomun yarıçapının onbinde biri kadardır. Rakam olarak verirsek; atomun yarıçapı 10 -8 (0,00000001) cm, çekirdeğin yarıçapı ise 10-12 (0,000000000001) cm kadardır. Dolayısıyla çekirdeğin hacmi, atomun hacminin 10 milyarda biri eder.



Çekirdek, proton ve elektronlardan oluşan atomun her parçasını üçlü bir kuark grubu meydana getirir. Üçlü kuark grubu ve merkezinde bulunan iplikçikler.



Bu büyüklüğü (daha doğrusu küçüklüğü) yine gözümüzde canlandıramayacağımıza göre, kiraz örneğimizden devam edebiliriz. Biraz önce bahsettiğimiz gibi elinizdeki anahtarı dünya boyutlarına getirdiğinizde ortaya çıkan kiraz büyüklüğündeki atomların içinde çekirdeği arayalım. Ama bu arayış boşunadır, çünkü böyle bir ölçekte bile çok daha küçük olan çekirdeği gözlemleme olanağımız kesinlikle yoktur. Gerçekten bir şey görebilmek istiyorsak yeniden ölçü değiştirmek gerekecektir. Atomumuzu temsil eden kiraz yeniden büyüyüp iki yüz metre yüksekliğinde kocaman bir top olmalıdır. Bu akıl almaz boyuta karşın atomumuzun çekirdeği yine de çok küçük bir toz tanesinden daha iri bir duruma gelmeyecektir. (3)

Öyle ki, çekirdeğin 10-13 cm olan çapı ile, atomun 10-8 cm olan çapını kıyasladığımızda şöyle bir sonuç ortaya çıkar: Atomu bir küre şeklinde kabul ederek bu küreyi tamamen çekirdekle doldurmak istediğimiz takdirde bu iş için 10 15 (1.000.000.000.000.000) atom çekirdeği gerekecektir.(4)

Ancak bundan daha şaşırtıcı bir durum vardır: Boyutları atomun 10 milyarda biri olmasına rağmen, çekirdeğin kütlesi atomun kütlesinin % 99.95'ini oluşturmaktadır. Peki bir şey nasıl olur da bir yandan kütlenin yaklaşık tamamını oluştururken, diğer yandan da hemen hemen hiç yer kaplamaz?

Bunun sebebi şudur: Atomun kütlesini oluşturan yoğunluk tüm atoma eşit olarak dağılmamıştır, yani atomun bütün kütlesi atomun çekirdeğinde birikmiştir. Diyelim ki, sizin 10 milyar metrekarelik bir eviniz var ve bu evin tüm eşyasını 1 metrekarelik bir odada toplamanız gerekiyor. Bunu yapabilir misiniz? Tabii ki yapamazsınız. Ancak atom çekirdeği dünyada eşi-benzeri olmayan çok büyük bir güçle bunu yapabilmektedir. Bu gücün kaynağı evrendeki dört temel kuvvetten biri olan "Güçlü Nükleer Kuvvet"dir.

Bu kuvvetin doğadaki kuvvetlerin en güçlüsü olarak, bir atomun çekirdeğini bir arada tuttuğundan, onu dağılmaktan kurtardığından bahsetmiştik. Çekirdekteki protonların hepsi pozitif yüklüdür ve elektromanyetik kuvvet nedeniyle birbirlerini iterler. Fakat güçlü nükleer kuvvet onların itme gücünden 100 kat daha büyük olduğundan, elektromanyetik kuvvet etkisiz hale gelir. Böylece protonlar bir arada tutunabilirler.

Kısacası gözle göremeyeceğimiz kadar küçük bir atomun içinde, birbiriyle etkileşim halinde iki büyük kuvvet bulunur. Bu kuvvetlerin hassas değerleri sayesinde çekirdek bir bütün olarak kalabilir.

Atomun boyutlarını ve evrendeki atom sayısını dikkate aldığımızda, ortada muazzam bir denge ve tasarım olduğunu görmemek mümkün değildir. Öyle ki, evrendeki temel kuvvetlerin çok özel bir biçimde, büyük bir ilimle ve kudretle yaratıldığı çok açıktır. İnkarcıların bu yaratılışı gözardı edebilmek için sığındıkları tek yol, tüm bunların "tesadüfler" sonucu oluştuğunu iddia etmekten öteye gidememektedir. Oysa olasılık hesapları evrendeki dengelerin "tesadüfen" oluşma ihtimalinin "sıfır" olduğunu bilimsel olarak kanıtlamaktadır. Tüm bunlar, Allah'ın varlığının ve kusursuz yaratışının apaçık delilleridir.

Rabbim, ilim bakımından her şeyi kuşatmıştır. Yine de öğüt alıp-düşünmeyecek misiniz? (Enam Suresi, 80)

Dipnotlar

1 Jean Guitton, Tanrı ve Bilim, Simavi Yayınları, 1993, s. 62
2Jean Guitton, Tanrı ve Bilim, Simavi Yayınları, 1993, s. 62
3 Jean Guitton, Tanrı ve Bilim, Simavi Yayınları, 1993, s. 62
4Ümit Şimşek, Atom, Yeni Asya Yayınları, s.7

[uNdéb@H]

GÜNEŞ PİLLERİ( FOTOVOLTAİK PİLLER )


Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2- 0,4 mm arasındadır.

Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir.

Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.

Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur.

GÜNEŞ PİLLERİNİN YAPISI
VE ÇALIŞMASI

Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir.

Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır. En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir. Silisyum'un dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. Bu nedenle V. grup elementlerine "verici" ya da "n tipi" katkı maddesi denir.

P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron olduğu için kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yük taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de "p tipi" ya da "alıcı" katkı maddeleri denir.

P ya da n tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur. N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler çoğunluk taşıyıcısıdır. P ve n tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel bakımdan nötrdür. Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir. PN eklem oluştuğunda, n tipindeki çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar. Bu olay her iki tarafta da yük dengesi oluşana kadar devam eder. PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N bölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine "geçiş bölgesi" ya da "yükten arındırılmış bölge" denir. Bu bölgede oluşan elektrik alan "yapısal elektrik alan" olarak adlandırılır. Yarıiletken eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Bu dönüşüm iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hol çiftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır.





Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur. Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluşur. Bu olay, pn eklem güneş pilinin ara yüzeyinde meydana gelmiş ise elektron-hol çiftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu şekilde güneş pili, elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneş pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun pil yüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri oluşturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar.

TÜRKİYE'DE GÜNEŞ ENERJİSİ

GÜNEŞ ENERJİSİ POTANSİYELİ
Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti 1311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir. Aylara göre Türkiye güneş enerji potansiyeli ve güneşlenme süresi değerleri ise Tablo-1'de verilmiştir.



Tablo-1 Türkiye'nin Aylık Ortalama Güneş Enerjisi Potansiyeli
Kaynak: EİE Genel Müdürlüğü

AYLAR
AYLIK TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ

(Kcal/cm2-ay) (kWh/m2-ay)
GÜNEŞLENME SÜRESİ

(Saat/ay)

OCAK
4,45
51,75
103,0

ŞUBAT
5,44
63,27
115,0

MART
8,31
96,65
165,0

NİSAN
10,51
122,23
197,0

MAYIS
13,23
153,86
273,0

HAZİRAN
14,51
168,75
325,0

TEMMUZ
15,08
175,38
365,0

AĞUSTOS
13,62
158,40
343,0

EYLÜL
10,60
123,28
280,0

EKİM
7,73
89,90
214,0

KASIM
5,23
60,82
157,0

ARALIK
4,03
46,87
103,0

TOPLAM
112,74
1311
2640

ORTALAMA
308,0 cal/cm2-gün
3,6 kWh/m2-gün
7,2 saat/gün




Türkiye'nin en fazla güneş enerjisi alan bölgesi Güney Doğu Anadolu Bölgesi olup, bunu Akdeniz Bölgesi izlemektedir. Güneş enerjisi potansiyeli ve güneşlenme süresi değerlerinin bölgelere göre dağılımı da Tablo- 2' de verilmiştir.

Ancak, bu değerlerin, Türkiye'nin gerçek potansiyelinden daha az olduğu, daha sonra yapılan çalışmalar ile anlaşılmıştır. 1992 yılından bu yana EİE ve DMİ, güneş enerjisi değerlerinin daha sağlıklı olarak ölçülmesi amacıyla enerji amaçlı güneş enerjisi ölçümleri almaktadırlar. Devam etmekte olan ölçüm çalışmalarının sonucunda, Türkiye güneş enerjisi potansiyelinin eski değerlerden %20-25 daha fazla çıkması beklenmektedir.

EİE'nin ölçü yaptığı 8 istasyondan alınan yeni ölçümler ve DMİ verileri yardımı ile 57 ile ait güneş enerjisi ve güneşlenme süreleri değerleri hesaplanarak bir kitapçık halinde basılmıştır.

Tablo-2 Türkiye'nin Yıllık Toplam Güneş Enerjisi Potansiyelinin Bölgelere Göre Dağılımı
Kaynak: EİE Genel Müdürlüğü

BÖLGE
TOPLAM GÜNEŞ ENERJİSİ

(kWh/m2-yıl)
GÜNEŞLENME SÜRESİ (Saat/yıl)

G.DOĞU ANADOLU
1460
2993

AKDENİZ
1390
2956

DOĞU ANADOLU
1365
2664

İÇ ANADOLU
1314
2628

EGE
1304
2738

MARMARA
1168
2409

KARADENİZ
1120
1971




GÜNEŞ ENERJİSİ KULLANIMI
Güneş Kollektörleri

Türkiye'de güneş enerjisinin en yaygın kullanımı sıcak su ısıtma sistemleridir.Halen ülkemizde kurulu olan güneş kollektörü miktarı 2001 yılı için 7,5 milyon m 2 civarındadır. Çoğu Akdeniz ve Ege Bölgelerinde kullanılmakta olan bu sistemlerden yılda yaklaşık 290 bin TEP ısı enerjisi üretilmektedir. Sektörde 100'den fazla üretici firmanın bulunduğu ve 2000 kişinin istihdam edildiği tahmin edilmektedir. Yıllık üretim hacmi 750 bin m² olup bu üretimin bir miktarı da ihraç edilmektedir. Bu haliyle ülkemiz dünyada kayda değer bir güneş kollektörü üreticisi ve kullanıcısı durumundadır.

Güneş kollektörlerinin ürettiği ısıl enerjinin birincil enerji tüketimimize katkısı yıllara göre aşağıda yer almaktadır.

Yıl
Güneş Enerjisi Üretimi (bin TEP )

1998
210

1999
236

2000
262

2001
290




Güneş Pilleri – Fotovoltaik Sistemler

Güneş pilleri, halen ancak elektrik şebekesinin olmadığı, yerleşim yerlerinden uzak yerlerde ekonomik yönden uygun olarak kullanılabilmektedir. Bu nedenle ve istenen güçte kurulabilmeleri nedeniyle genellikle sinyalizasyon, kırsal elektrik ihtiyacının karşılanması vb. gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Ülkemizde halen telekom istasyonları, Orman Genel Müdürlüğü yangın gözetleme istasyonları, deniz fenerleri ve otoyol aydınlatmasında kullanılan güneş pili kurulu gücü 300kW civarındadır.

DİĞER KURUMLARIN ÇALIŞMALARI
Güneş enerjisi araştırma ve geliştirme konularında EİE'nin yanında Tübitak Marmara Araştırma Merkezi ve üniversiteler (Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü, Muğla Üniversitesi, ODTÜ, Kocaeli Üniversitesi, Fırat Üniversitesi) çalışmalar yapmaktadır.

Güneş enerjisi verilerinin ölçülmesi konusunda Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü faaliyet göstermektedir. EİE de 1991 yılından bu yana kendi güneş enerjisi gözlem istasyonları kurmaktadır.

Güneş enerjisi ile ilgili standartlar hazırlanması konusunda Türk Standartları Enstitüsü;

- TS 3680 -Güneş Enerjisi Toplayıcıları-Düz

- TS 3817 - Güneş Enerjisi - Su Isıtma Sistemlerinin Yapım, Tesis ve İşletme Kuralları

konulu standartları hazırlamıştır. EİE bu standartların hazırlanmasında görev aldığı gibi, ısıl performans testlerini de gerçekleştirmektedir.

GÜNEŞ KOLLEKTÖRLÜ SICAK SU SİSTEMLERİ

Güneş kollektörlü sıcak su sistemleri, güneş enerjisini toplayan düzlemsel kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı
borular, pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluşmaktadır.




Güneş Kollektörlü Sıcak Su Sistemi

Güneş kollektörlü sistemler tabii dolaşımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Her iki sistem de ayrıca açık ve kapalı sistem olarak dizayn edilirler.

Tabii Dolaşımlı Sistemler: Tabii dolaşımlı sistemler ısı transfer akışkanının kendiliğinden dolaştığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarıda olması gerekmektedir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk (ağır) su kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu olay sonunda depodaki su ısınmış olur. Tabii dolaşımlı sistemler daha çok küçük miktarda su ihtiyaçları için uygulanır. Deponun yukarıda bulunması zorunluluğu nedeniyle büyük sistemlerde uygulanamazlar. Pompa ve otomatik kontrol devresi gerektirmediği için pompalı sistemlere göre biraz daha ucuzdur.

Pompalı Sistemler: Isı transfer akışkanının sistemde pompa ile dolaştırıldığı sistemlerdir. Deposunun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su hatlarındaki direncin artması sonucu tabii dolaşımın olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulmasının zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuştur.

Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalışırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkışına yerleştirilen diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10 oC daha sıcak olması durumunda pompayı çalıştırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 oC olduğunda ise pompayı durdurur. Pompa ve otomatik kontrol devresinin zaman zaman arızalanması nedeniyle işletilmesi tabii dolaşımlı sistemlere göre daha zordur.

Açık Sistemler: Açık sistemler kullanım suyu ile kollektörlerde dolaşan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılırlar.

Kapalı Sistemler: Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir eşanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karşı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise eşanjör nedeniyle daha düşüktür.

DÜZLEMSEL GÜNEŞ KOLLEKTÖRLERİ
Düzlemsel güneş kollektörleri, güneş enerjisinin toplandığı ve herhangi bir akışkana aktarıldığı çeşitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. Düzlemsel güneş kollektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boşluk, kollektörün en önemli parçası olan absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve yukardaki bölümleri içine alan bir kasadan oluşmuştur (Şekil-2).


Düzlemsel Güneş Kollektörü

Üst örtü: Kollektörlerin üstten olan ısı kayıplarını en aza indirgeyen ve güneş ışınlarının geçişini engellemeyen bir maddeden olmalıdır. Cam, güneş ışınlarını geçirmesi ve ayrıca absorban plakadan yayınlanan uzun dalga boylu ışınları geri yansıtması nedeni ile örtü maddesi olarak son derece uygun bir maddedir. Bilinen pencere camının geçirme katsayısı 0.88'dir. Son zamanlarda özel olarak üretilen düşük demir oksitli camlarda bu değer 0.95 seviyesine ulaşmıştır. Bu tür cam kullanılması verimi % 5 mertebesinde arttırır.

Absorban Plaka : Absorban plaka kollektörün en önemli bölümüdür. Güneş ışınları, absorban plaka tarafından yutularak ısıya dönüştürülür ve sistemde dolaşan sıvıya aktarılır.

Absorban plaka tabanda ve üstte birer manifold ile bunların arasına yerleştirilmiş akışkan boruları ve yutucu plakadan oluşur. Yutucu plaka ışınları yutması için koyu bir renge genellikle siyaha boyanmıştır. Kullanılan boyanın yutma katsayısının (absorptivite) yüksek uzun dalga boylu radyasyonu yayma katsayısının (emissivite) düşük olması gerekmektedir. Bu nedenle de bu özelliklere sahip seçici yüzeyler kullanılmaktadır. Mat siyah boyanın yutuculuğu 0. 95 gibi yüksek bir rakam iken yayıcılığı da 0.92 gibi istenmeyen bir değerdedir. Yapılan seçici yüzeylerde yayma katsayısı 0.1'in altına inmiştir. Seçici yüzey kullanılması halinde kollektör verimi ortalama % 5 artar.

Absorban plaka, borular ile sıkı temas halinde olmalıdır. Alüminyumda olduğu gibi, akışkan borularının kanatlarla bir bütün teşkil etmesi en iyi durumdur. Bakır ve sacda bu mümkün olmadığı için akışkan boruları ile plakanın birbirine temas problemi ortaya çıkmaktadır. Bu problem ya tamamen yada belli aralıklarla lehim veya kaynak yapmakla çözülebilir.

[uNdéb@H]

Kuantum Fiziği


Yüzyılımızın başında ortaya atılan iki teori, fizik ve felsefe dünyamızı çok derinden etkiledi. Bunlar kuantum ve rölativite teorileriydi. Rölativite, tek başına kendi yolunda yürüyen bir adamın ürünüyken, kuantum teorisi birçok kişinin katkılarıyla oluşmuştu: Planck, Einstein, Bohr, De Broglie, Schroedinger, Heisenberg, Dirac ve Paui gibi... Ve her birine bu katkılarından dolayı Nobel ödülü verilmişti.


Otuz yıl kadar süren bir arayışın sonunda da kuantum mekaniği denilen yeni bir bilim felsefesi doğdu. Kısaca tanımlamak gerekirse, atom altı parçacıklarının fizksel yapılarını ( Konum, momentum,...gibi), matematiksel bazı denklemlerle açıklama sistematiğidir.Burada araya girerek yazıda geçecek ve okuyucuların yabancı olduğu bazı fiziksel tabirlere kısa bir açıklama getirelim:


Dalga boyu; belli bir anda, bir dalga tepesinden en yakın dalga tepesine olan mesafedir. Elektromanyetik Spektrumu oluşturan gama, X, mor ötesi, görünen ışık ve kızıl ötesi ışınlarıyla, mikro dalgalar, radyo, radar ve televizyon dalgalarının farklı özellikler göstermesi, sadece aralarındaki dalga boyu farkı nedeniyledir. Bu ise, elektromanyetik dalgaları taşıyan foton adını verdiğimiz parçacıkların ihtiva ettiği enerji miktarına bağlıdır. Fotonun enerjisi ne kadar fazla ise, dalga boyu (iki dalga tepeciği arasındaki mesafe ) o kadar kısa, frekansı ise ( Bir saniyede belli bir yerden geçen dalga sayısı ) o kadar fazladır.
Her şey Max Planck (1858-1947)'in 1900'de Kara Cisim radyasyonu üzerine çalışırken ışığın "kuantum" dediği enerji paketçiklerinden oluştuğunu bulmasıyla başladı. Bulduğu formül, ışık enerjisinin dalga paketleri halinde aktarıldığını ifade ediyordu.
Planck'ın yetkin örnek olarak aldığı Kara Cisim üzerindeki kuramsal çalışması 1900'de yayımlandı. Çalışmanın dayandığı temel düşünce şuydu : Madde, çeşitli frekansları paketler halinde bulunduran ve bu frekansları yayan bir kaynaktı. Gerçi bu düşüncenin yürürlükteki kurama ters düşen yanı yoktu : Ne var ki, Planck aynı zamanda madde dediğimiz kaynaktan çıkan frekansların sürekli değil de paketçikler şeklinde salındığı görüşünü ileri sürdü. Klasik fizik ise, enerjinin paketler şeklinde değil de sürekli bir akıntı (su dalgası gibi) olduğunu düşünüyordu.


____________ klasik fizik
_ _ _ _ _ _ _ _ Kuantum fiziği


Radyasyonun tanecik görünümünün daha basit bir örneği foto elektrik olayıdır. Einstein 1905 yılında yayımladığı makalelerinden birinde bu konuyu açıklıyordu. Fotoelektrik olayını basit olarak şöyle izah edebiliriz: Metal bir yüzeye düşürülen ışık, yüzeyden elektron koparır. Koparılan elektron, devrede bir akım meydana getirir. Fizikçiler, bu elektronun hızının şiddetinden bağımsız olmasını anlayamıyorlardı. Kopan elektronun hızı, ışığın rengine yani dalga boyuna bağlı olmalıydı.
Einstein, ışığın aslında dalga olmayıp fotonlardan, yani kuantum paketçiklerinden oluştuğunu öne sürerek sonuca açıklama getirdi. Buna göre metal yüzeyden kopan elektronun hızı, kuantum paketçiğinin enerjisine veya frekansına bağlıdır. Işığın şiddetini artırmak, sadece kuantum paketçiklerini artırmak anlamına geliyordu. Dolayısıyla, ışığın şiddetini artırmak, yüzeyden koparılan elektron miktarını çoğaltır fakat, elektronun yüzeyden ayrılma hızına etki edemezdi.


Böylece Einstein, ışığın bir dalga olmayıp, parçacıklar (fotonlar) topluluğu olması gerektiğini öne sürdü.Işığın parçacık gibi davranabileceğinin kesin delili, 1922'de Compton tarafından bulundu. Compton, yaptığı deneyde, fotonun momentumu varmış gibi parçacık hareketi yaptığını gözlemledi.Newton zamanından beri girişim ve kırınım deneyleri, ışığın dalga karakterinde olması gerektiğini söylüyordu.Işığın, parçacık yapısında yani enerji paketçikleri (kuantumlar) cinsinden olaylar henüz açıklanamamıştı.Görünürdeki bu çelişki, dalga-parçacık ikilemi olarak bilinir. Modern yoruma göre her iki karakter de doğrudur: Işık bazı olaylarda dalga, bazı olaylarda da parçacık gibi davranır. Ama iki karakteri de aynı anda gösteremez.Bu gelişmelerden sonra sıra, klasik fiziğin açıklamada yetersiz kaldığı atom yapısına gelmişti. Danimarkalı bilim adamı Niels Bohr (1885-1963) 1913' te atom yapısına ilişkin günümüzde de kabul edilen bir teori oluşturdu. Bu teori, Planck'ın orjinal kuantum teorisi, Einstein'in ışığın foton kuramı ve Rutherford'un atom modellerinin fikirlerinin bir birleşimidir.


Bohr teorisinin varsayımları şunlardır:
1) Elektron, protonun etrafında Coulomb (+ yükün – yükü çekmesi) çekim kuvvetinin etkisi altında, dairesel bir yörüngede hareket eder.
2) Elektron atom etrafında belirli yörüngelerde bulunur. Bu yörüngeler çeşitli enerji seviyelerdir. Bir üst yörüngeye geçmek için enerjiye ihtiyaç duyulur, alt seviyeye geçmek için de dışarıya enerji verilir.
3) Elektron ancak, enerjisi E1 olan kararlı bir durumdan, daha düşük enerjili bir E2 durumuna geçiş yaptığında enerji farkıyla orantılı bir enerji yayınlar.


Bohr'un teorisi, hidrojen atomunda ve hidrojene benzeyen bir kez iyonlaşmış iyon ile iki kez iyonlaşmış lityum gibi iyonlarda başarıyla uygulandı. Bununla birlikte, teori daha karmaşık atomların ve iyonların spektrumlarını doğru olarak tanımlayamazdı.Atomik sistemlerin yeni mekaniğine doğru ilk cesur adım, 1923 yılında Louis Victor De Broglie tarafından atıldı. De Broglie, doktora tezinde, fotonların dalga ve tanecik özelliklerine sahip olmalarından dolayı, belki bütün madde biçimlerinin tanecik özellikleri olduğu kadar, dalga özelliklerine de sahip olacakları tezini ileri sürdü. O zaman için hiçbir deneysel doğrulanması olmayan bu öneri, oldukça büyük, devrimci bir düşünce idi. De Broglie'ye göre elektronlar, hem tanecik hem dalga olarak ikili bir doğaya sahiptirler. Her elektrona, ona uzayda yol gösteren veya "yörünge çizen" bir dalga eşlik ediyordu. De Broglie bu savı ile 1929 yılında Nobel ödülü aldı.


Schrödinger, 1926 yılında "Schrödinger Dalga Denklemi" olarak izah ettiği elektron dalgalarını eski fizikçilerin aşina olduğu su ve ses dalgalarının denklemleri gibi matematiksel bir denklemle ifade etti. Bu nedenle Schrödinger'in dalga mekaniği, Max Planck ve de Broglie gibi fizikçiler tarafından hüsn-ü kabul gördü. Schrödinger, Kuantumun dışladığı neden-sonuç bağını dalga denklemi yardımıyla ortadan güya kaldırıyordu. Ona göre elektronların bir durumdan bir başka duruma ani değişimlerinin sebebini. Elektron geçişlerini bir keman telinin titreşimleri gibi, bir notadan diğerine geçiş olarak yorumladı.Paul Adrian Maurica Dirac (1902-1984),1926' da özel rölativite kavramlarından yararlanarak. Schröndinger dalga denklemini değişik biçimde ortaya koydu. Dirac'ın fiziğe ikinci önemli katkısı, 1928'de özel rölativite teorisini kuantum mekaniği ile uyuşturması olmuştur.


1927'de , Werner Heisenberg (1901-1976) ilk kez bir parçacığın konumunu ve momentumunu aynı anda son derece doğrulukla belirlemenin olanaksız olacağını öne sürdü. Bu demektir ki, bir parçacığın tam konumunu ve tam momentumunu aynı anda ölçmek fiziksel olarak olanaksızdır.
Örneğin elektronu ele alalım. Çekirdek etrafında hızı en az, 10^10 cm/sn içinde tanımlanmalıdır. Aksi halde, atomun çekiminden kurtulup dışarıya fırlayacaktır. Bu, elektronun konumunda yaklaşık 10^-8cm.lik bir belirsizliğe denk gelir. Bu ise atomun toplam boyutudur. Elektron, atom etrafında o derece yayılmıştır ki, yörüngenin kalınlığı atomun yarı çapına eşit olur. Yani, elektron aynı anda çekirdeğin her tarafında bulunabilir. (Dünyanın, Güneşin hemen dibinden şimdiki yörüngesine kadar bütün alanlarda bulunma ihtimali gibi) Bu durum, "fiziksel olarak şu cisim çoğunlukla burada,ama kısmen orada, ara sıra da uzakta..." gibi ifadelerin kullanılmasını gerektirir. Neticede, Kuantum fiziği tek ve kesin bir sonu değil, birtakım olası sonuçlar öngörür ve her birinin ne kadar mümkün olduğunu söyler.
Fizikçi Nick Herbert, dünyayı "sadece baktığımız zaman madde görüntüsü veren, aslında durmaksızın akan bir dalga çorbası" olarak ifade etmektedir. Midas'ın dokunduğu her şeyi altın yapan elleri gibi...
John Wheler " Bizler sadece gözlemci değiliz, olanları anlatma hakkımız olduğu gibi, oluşturan da yine bizleriz." der. Ve " Olanlarla olacakları bizler gözlem aletlerimizle belirlemekteyiz" diyen Bohr'a hak verir.
Kuantum fiziğinin felsefe ve teknoloji hayatımıza katmış olduğu farklılıkları da gelecek yazımızda irdeleyeceğiz...
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hilbert Uzaylarının bazılarında zaman yoktur, bazılarında zaman tegettir. Bir diğerinde zaman ileri akarken, başkasında geriye doğru akmaktadir. Zaman alternatif akım gibi bir ileri bir geri osilasyonik çalışır. Örneğin, orada insan yaşlı doğar sonra gittikce gençleşir.



Şu sırada belli bir toleransa ihtiyacım var. Çünkü, ele aldıgım konunun ana teması "Belirsizlik ilkesi"dir.

Eski bir devlet adamı için beceriksizliğini ifade eden bir söz vardır; "iki işi birarada yapamazdı" derler. Örneğin, hem çiklet çiğneyip hem yürüyemezdi.

Gerçi bu kadar beceriksizliğin mubalaga edilmiş şeklidir. Bir yandan konuşur bir yandan da otomobil kullanabiliriz. Ama bir kitaptan not alırken aynı anda mektup yazamayız, iki ayrı dili konuşan iki kişi arasında tercumanlık yapan biri aynı anda şarkı söyleyemez. Örnekler pek çoktur, en akılli yaratık "insan"dan söz ediyoruz. Fakat aşagı doğru inildiğinde, atomlara gelince durum değişmektedir. Atomik ve subatomik partiküller aynı anda pekçok şeyi yapabilecek evrensel Zeka ya sahiptirler.

Kuantum mikrofiziginden önce, Klasik Fizik zamanında, Comogenesis yani evrenin kökeni ve gelişimi ile ilgili teoriler, günümüzdeki kadar gelişmemişti. Bugün ise Kuantumcular artık gözlenemez evrenlerin içinde adeta evlerindeymiş gibi davranmaktadırlar.

KUANTUM kelimesi Latincede "Nicelik", kuantum olaylarında ise "parcacık" anlamındadır.

Alman Fizikci Makx Planck 1900 yılında bir teori ortaya koydu. KUANTUM TEORİSİ. Buna gore enerji, düz ve sürekli değil; kesik, kopuk, ardışık, noktasal paketciler halinde yayılıyordu. Planck bu düşünceyi bir sabitle "Planck sabiti", "h" ile fiziğe kazandırdı.

Newton'a göre ışık, 'Corppuscule' denilen madde akımıydı. Tanecikli bir yapıya sahipti. Maxwell ise ışıgın dalga davranışı gösterdiğini savunmaktaydı, Kuantum teorisi, fiziğin bu en büyük tartışmasını uzlaştırmış bulunmaktadır.

Kuantum olaylarında ışık, hem madde hemde dalga özelliği taşımaktaydı. Foton denilen maddeciğe, uzayda bir de dalgacık eşlik etmekteydi. Yani ışık, uzayda yol alırken bir dalga gibi, önüne engel çıkınca da aktif bir parçacık gibi davranmaktaydı. Aslında madde ile enerji farklı şeyler değildi. Madde yogun, enerji ise seyrek madde idi ve birbirine dönüşebilirlerdi.

Einstein'in ünlü denklemi E=m.c2 bunu anlatır, 'enerji, maddenin kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımına eşittir.'

Einstein, Lenard ve Comten, ışıgın tanecik yapısını soruştururken, Louis De Bruglie de dalgacıkların yapısını araştırmaya başladı. Broglie, atomaltı parçacıkların aynı zamanda dalga boyu olduğunu keşfetti. Elektron, Proton gibi parçacıklara bir dalga boyu eşlik etmekteydi. Hareket halindeki bu parçacıklar dalga davranışında bulunuyorlardı, yani titreşiyorlardı.

Riemann Tansörü (Big Bang Öncesi Hareketlilik). Birinci derecede
hacim koruyan "Gel-Git" şekil değiştirmelerini belirten kuram.


Kuantum Mekanigi, fiziği bu özel alanı "Bilgi teorisi" olarak da tanımlanmaktadır. Ancak bu düşünce, bu konudaki teknik ilerlemelerden kaynaklanmaktadır.

Kuantum Teorisi ile ortaya çıkan ilkelerden biri de 'Hilbert Uzayı' teorisidir, belli bir operatöre bağlantı olarak Kuantum Teorisinin matematiksel çercevesini ve dilini ifade eder. Diğer bir ilke ise Kuantum Dinamiği ilkesidir, Erwin Schrodinger bu denklemin kurucusudur.

Fizik tarihinde bazen bir fikiri ortaya atanların, sonraki gelişmelerden memmun olmadığı da görülmüştür. Örneğin Newton'un Girişim Halkaları deneyi, Faraday'ın kısmen kendi deneyimlerinden kaynaklanan "Maxwell Denklemleri"ni fazla matematiksel bulması gibi. Kuantum Mekaniğine temel katkıları olan birçok fizikci sonradan bu önemli teoriye cephe almışlardır.

1900'de "Enerji Kuantumu" fikrini ortaya atan Max Planck'ın bu girişimini çok beğenen Einstein işi biraz daha ileri götürerek Fotonları deklare etti. Fakat Planck, Einteins'in bu fikrini 1913'te hala kabul etmemişti.

Aslında, Einstein foton kavramını ortaya attıktan sonra Kuantum Teorisi şekil almaya başlamıştır.

Luis de Broglie "Parcacık-Dalgacık" dualitesi fikrini ortaya koyduktan sonra Max Planck da teorinin "Ihtimaller" cinsinden yorumunu yaptı. Niels Bohr "Objektif Gerçeklik" felsefesi görüşü ile teoriyi tanımladı ve Einstein, Podolsky, Rosen'in (EPR) makalesi yayınlandı. Bu makale, Kuantum serisinin şaşırtıcı yanlarını sergilemesi bakımından yararlı oldu. Buna rağmen; Louis De Broglie meşhur E= h.r (Parçacık eşittir Planck sabiti kare dalga frekansı) denklemiyle yeni bir yorum getirdi. Bu, Dalgalar Kuantumu teorisi, Kopenhag yorumunda yer aldığı Louis De Broglie bu teoiriye yeni bir yorum ileri sürdü. "Pilot Dalga" teorisi. Bu yorum Wolfgang Pauli tarafindan şiddetle eleştirildi. Daha sonra David Behrn 1950'lerde Pilot Dalga kavramını içeren ve yerel olmayan etkileşimleri ortaya koyan yeni bir teori geliştirdiyse de bu teori fazla ilgi görmedi.

Kopenhag ekolu fizikçilerinden Erwin Schrodinger, ozellikle birden fazla parçacık içeren problemlerin savunulmalarının imkansız olduğunu söyledi. Zira, iki parçacıklı problemlerde altı boyutlu bir uzay ortamı çıkıyordu, ve "YÜK" gibi gerçek bir fiziksel dağılımın böyle bir uzayda anlamı kalmıyordu.

Kuantum ile ilgili ilkeleri şöyle sıralayabiliriz;

* Her parcacık aynı zamanda Dalgacıktır:
Kuantum Teorileri evrende herşeyi parçacık olarak görür.

* Kuantum Durumu:
Evrene (Kuantum Durumu) ya da (Kuantum Davranışı) olarak bakabiliriz.

* Belirsizlik İlkesi:
Kuantum düzeyinde "ışık hızı" yasağı nedeniyle sistemlerin durumları belirlenemediğinden "Belirsizlik İlkesi" hakimdir.

* Üstüste gelme İlkesi:
Bir sistemdeki durumlar üstüste geldiğinde, başka yeni olasılıklar meydana gelir. Gizli değişkenler gibi.

* Nesnel Olasılık:
Yani herşey rastlantıdır.

* Correlation:
Tıpatıp davranış olgusu.

* Gecikmeli Secim:
Bu, beş boyutlu uzay-zaman kavramı kapsamındadır. Yalnız fotonlar değil, her parçacık (nötronlar, elektronlar, protonlar) tünel aracılığı ile (Parçacık-Dalgacık) özelliklerinden birini seçip kullanabilirler.

* Super İletken Halka:
Kuantlar arasındaki bir tünel ucu, parçacığın varlığını belirtir.

Kuantum teorisinin matematiksel değerlerini - "Kuantum Mekanigi" - kuranlar, teorik fizikci Paul Dirac ve Warner Heisenberg'dir. Ernest Rutherford'un ögrencisi olan Niels Bohr, modern fizikte kuantum durumlarının tutarlı ve kuramsal görünmelerini geliştirmiştir. Böylece, James Clark Maxvell'in ışığın elektromanyetik dalga olduğunu ileri sürüşünden bu yana, ışık ile madde etkileşmesinin kuantsal kuramı sonunda, ''Kuantum Elektrodinamiği'' gibi ilginç bir adla 1920'de geliştirildi.

Planck sabitinin altında bir mini uzay bulunmaktadır. "Hilbert Uzayı". Uzay ne kadar küçülürse enerji o kadar çoğalır. Fakat zaman etkisi de o derece azalır. Mini uzaylarda mesafe küçüldükçe enerji (Rezonans) sonsuz güce ulaşır. Bu güce Evrenimizin tohumudur denebilir.

Hilbert Uzayı, David Hilbert'in adına izafeten adlandırılmıştir. Soyut bir mekandır. Hiçlikten varlıga geçişte "t=e", ısının -10 43 derece ile - 10 32 derece arasında ortaya çıkmıştir. Bu aralıkta olup bitenleri bizlere Hilbert Uzayı açıklar. Teorik fizikciler bu zaman aralığına "Kuantum Gravite" adını vermişlerdi.

Hilbert Uzayı, Evrenin en küçük aralığıdır. Beşinci boyutun yer aldığı, soyut matematik uzay modellerinden en önde gelenidir. Bu uzay da, zaman ve bilinç gibi soyut boyutlar oluşur. Teorik Hilbert Uzayı asla Kuantlaşmaz. Oraya evrenimizi teşkil eden Tradyonların(madde parçacıklarının) negatifi olan Takyonlar hakimdir.

Hilbert Uzayı, aslında sayısız Hilbert Uzayları dizisidir. Henüz keşfedilmemiş, bilinmeyen varlıkların mekanı olduğu kabul edilir.

Bir Hilbert Uzayında zaman boyutu teget olabilir. İçine girilemezken bir diğerinde ise zaman uzunluk boyutu gibi yer alır.

Hilbert Uzayında zaman tersine akar. Orada geçmiş yaşanır. Çünkü matematiksel bir mekan olan Hilbert Uzayında negatif olasılıklar da yer alır.

Hilbert Uzaylarının bazılarında zaman yoktur, bazılarında zaman tegettir. Bir diğerinde zaman ileri akarken, başkasında geriye doğru akmaktadır. Zaman alternatif akım gibi bir ileri bir geri osilasyonik çalışır. Örneğin, orada insan yaşlı doğar sonra gittikçe gençleşir.

Hilbert Uzayının daha altında Süper Uzay bulunmaktadır. Sıfırdan küçük, tek boyut, tekillik bölgesidir. Süper Uzay, en büyükle en küçüğü birleştirebilir. Hilbert Uzayından başka en uzak ile en yakını birleştiren Kara Delik Uzayını da anlatır. Burada her şey hem gerçek hem sanaldır. Dün bugün yarın yoktur. Hepsi iç içedir. Işık hızı çok gerilerde kaldığı için burada zaman da yoktur.

Süper Uzayın kurgusu "geometro-dinamik"tir. İki tip ortak yasadan meydana gelmiştir. Kıpır kıpır kaynadığı için dinamiktir. Hiçbir şekilde biçimlenmediği için topolojiktir. Yani kaostur. Bu bir kuantum vakumunun topolojik durumunu ifade eder.

Evrenimiz, yaradılış patlaması sırasında, iki tip içerik ve tutarlılığa dönüşmüştür. Birincisi, maddi cisimler, ikincisi göremediğimiz kuvvet alanlarıdır. Büyük patlamada açıga çıkan toplam enerji de varlıklar ve alanlar olarak ikiye ayrılmıştır. İkincisi, yani alanlar, sanal evreni (soyut evreni) yapılandırmıştır. Bu durumda (parçacık-kuvvet) düalitesi sanal evrenlerde de mevcuttur.

Super Uzay Conandromu:

Evrenimizin dört temel kuvveti "big bang" sırasında bitişik ve tek kuvveti. Buna Aknokta adı verilmektedir. Bu tek parçacık, soğudukca ufalandı, super simetrik parçacıklara ayrıldı ve Süper uzay meydana geldi. Süper Uzay, aslında madde ile enerjiden oluşmuştur. Fakat Elektromanyetik olmadığı için ışımayan bir karanlık evrendir.

1933'lerde Fritz Zwicky galaksileri gözlerken, galaksilerin göründüğünden on kat daha kütleli ve ona eş değerde hızla seyrettiğini keşfetti. Galaksiler görüldüklerinin on katı kadar görünmeyen (karanlık maddeyi o kayıp kütleyi içlerinde barındırmaktaydı. Buna, daha bilinmedik, saptanamayan, sayılamıyan diğer kayıp kütleler dahil değildi.

Big Bang sırasında yaratılan bu Karanlık Madde çok garip bir karakter arz ediyordu. Fotino ve Aksiyom adı verilen parçacıklardan meydana gelmiş olan karanlık madde, çok yavaş hareket ediyordu. Bu yüzden de yakın zamanlara kadar fark edilmemiştir. Elektromanyetik özelliği olmayan, Süper Uzay imalatı bu karanlık maddeye Conandrom denmektedir.

Evren genişlerken karanlık madde birbiriyle etkileşmeye girişti ve kütlesini kazanmaya kenarlardan açılarak yeniden bağlanarak anafor hareketleri yapmaya başladı. Bu olaya "Süper Uzay Topolojisi" denilmektedir.

Fermion ve Bozonların dualitesi sonucu ortaya çıkan tek yapı çekim alanları ki bu Süper Simetridir, burada kuantlar noktalar halinde değil sonsuza dek uzayıp giden iplikçikler halindedir. Buna "Süper Sicim" durumu denmektedir. Bu görüşler sınanamaz, denenemez, çünkü evrenimizin dışındadır, yarı soyuttur. Bu yarı soyut mekan "O" vektörüdür ve aynı zamanda da Hilbert Uzayının merkezidir.

Karadeliğin çekim alanının ardında Süper Uzay vardır. Oradan Takyon Evrenine ulaşılır. Takyon Evreni "Öz Enerji" evrenidir. Orada parçacık namına hiçbir şey yoktur. Bir ucuna dokunulabilinse, aynı anda her tarafına dokunulmuş olur. Takyon Evreninin bir milimetre kübünün birbucuk trilyonda biri değerindeki parçacık, evrenimizi meydana getirmiştir.

Mutlak soğugun bir derece ötesi, takyonun en sıcak derecesidir. Bu durumda kütle sonsuzdur. Maddeyi enerjiye çevirerek kütlesini sonsuzdan sıfıra dönüştürür. Nötron yıldızının karadeliğe dönüşmesinin nedeni budur.

Takyonlar garip yaratıklardır. Gittikçe yavaşlayan, hız enerjisi aldıkca hareketsizleşen bir yapıdadır. Soyut bir takyon kayası düşünelim. Onu ittiğimizde hızlanmayacak, aksine gittikçe yavaşlayacaktır. Sonsuz bir güçle itilse bile yavaşlayıp duracaktır. Bu duruma kuantumda "ivmesizlik" denir.

Takyon Evreninde neler vardır?

Orada düş vardır, sevgi vardır, ilham vardır. Orada su da vardır. Anti hidrojen ve anti oksijenden kurulu su. Fakat bu suyu içtiğimizde oh demeye vakit bulamayız, çünkü hidrojen bombası gibi patlarız. Yasalar bu yöndedir.

Takyon evreninin parçacıklardan kurulu çok küçük sahalar olarak algılanması yanlıştır. Tam tersi orası engin ve sonsuzdur. Özgün ve özgürdür. Maddenin boyut değiştirdiği tekillik sahalarıdır.

Takyon Evreninde zaman yoktur. Orada sonsuzluk yaşanır.

Kuantum Teorisinde bir parçacığın çeşitli durumları vardır. Örneğin bir elektron birbirine benzeyen ama farklı rotalar çizer.

Zaman içinde geri gidebilseydik alternatif geçmişler bulabilir paralel evrenlerde dolaşabilirdik. Bir kimsenin geçmişini değiştirme imkanına sahip olabilirdik. Örneğin: Kennedy'i suikasttan kurtarabilirdik. Fakat bizim geçmişimizdeki Kennedy hala ölüdür.

Ailesi olmayan adam paradoksu çok ilginçtir. Zaman içinde geriye giden birisi annesini ve babasını, kendisi doğmadan önce öldürürse ne olacaktır? Öldürürse nasıl doğacaktır?

1963'te Yeni Zelandalı matematikci Roy Kerr, Einstein'in denklemini bir karadelikle bütünleştirdi. Zaman akışı karadeliklerle dolu idi. Orada bükülerek girdaplaşıyor yani dönmeye başlıyordu. Halkanın "Olay Ufkunun" hızı arttıkca da Schrodinger'in, "Santrifuj Gücü" teorisine göre zaman, çekim alanının gittikce artan gücü sonunda eziliyordu.Tam bu noktada uzay/zaman -bir iç uzay tüneli oluştururcasına- bükülerek girdaplaşıyordu. Meydana gelen tünelin içine girebilen birisi olmuyor, fakat başka bir alternatif evrene geçebiliyordu. Buna "Tırtıl Deliği" dendi. Daha sonraları Einstein'in denklemlerini çözmeye yönelik yüzlerce "Tırtıl Deliği" denklemi geliştirildi.

Tırtıl Delikleri, uzayın iki bölgesi arasında ilişki kurduğu gibi, iki zaman arasında da ilişkiyi sağlıyordu.

Tırtıl Delikleri, "Süper Sicim" durumu yani Süper Simetri çekim alanlarındaki kuantların iplikler halinde uzayda sonsuza dek uzamasının bir aksiyonu idi. Ve uzay-zaman bükülmelerinin tek sorumlusuydu.

Tırtıl Deliğine girebilen bir kişi, başka evrene ya da kendi evreninin çok uzak bir köşesine anında ulaşabilme imkanına sahip olabilir.

Süper Uzayın yaratıkları olan takyonlar işte böylesine birçok işi birden yapabilmekteler.


Solucan deliği teorisini göz önüne alırsak bu teoriyle galaksinin merkesinde olduğu varsayılan bir karadelik tekilliğinden geçerek galaksinin en dış spiralinde yer alan bir yıldız sistemine çok kısa zamanda geçilebileceğimiz düşüncesi ifade edilmektedir. Bu karadelik astronomik ölçekte bir solucan deliği tüneli olarak işlev görürür.