Compton Saçılması ve de Broglie Dalga Boyu

Öğrenme çıktıları

Bu konunun soruları MEB öğretim programındaki şu öğrenme çıktılarını ölçer.

• FİZ.12.4.2Fotoelektrik etkinin bağlı olduğu koşullar ve foton kavramına ilişkin tümevarımsal akıl yürütebilme

  • c) Fotoelektrik etki ve foton kavramı arasındaki ilişkiyi geneller.

Bu konuda neler var?

• Compton Saçılması
• Compton ve Fotoelektrik Olaylarının Benzerlikleri
• Işığın İkili Doğası
• Madde ve Dalga İlişkisi

1. Kolay

   1Karanlık bir odada Sinan, bir lazer ışığını çok dar bir yarıktan geçirip duvara düşürüyor. Duvarda yarık genişliğinde tek bir ince çizgi yerine, ortada geniş ve parlak, iki yanda giderek sönükleşen aydınlık ve karanlık saçaklar görüyor. Sinan'ın gözlediği olay ve bu olayı açıklayan ışık modeli hangisinde doğru verilmiştir?

   • AA) Kırınım; tanecik modeli
   • BB) Fotoelektrik olay; tanecik modeli
   • CC) Compton saçılması; tanecik modeli
   • DD) Kırılma; dalga modeli
   • EE) Kırınım; dalga modeli
   Cevabı göster

   Doğru cevap: E) Kırınım; dalga modeli

   Işığın dar bir yarıktan geçerken yayılması ve aydınlık–karanlık saçaklar oluşturması kırınımdır; saçaklar dalgaların üst üste binmesiyle oluştuğu için ancak dalga modeliyle açıklanır. Kırınımı tanecik modeliyle açıklamaya çalışmak, ışığın düz çizgide giden tanecikler olarak tek bir çizgi oluşturması beklentisiyle çelişir.

   Hata mı var? Düzeltme öner

2. Kolay

   21924'te Louis de Broglie, ışığın tanecik gibi davranabildiği gibi elektron gibi parçacıkların da dalga gibi davranabileceğini öne sürdü. Fizik öğretmeni bu öneriyi, fotonun momentumu ile dalga boyu arasındaki p = h / λ ilişkisinden yola çıkarak anlatıyor. De Broglie'ye göre m kütleli, v hızıyla hareket eden bir parçacığın dalga boyu hangi bağıntıyla bulunur? (h: Planck sabiti)

   • AA) λ = h · m · v
   • BB) λ = m · v / h
   • CC) λ = h / (m · v)
   • DD) λ = h · v / m
   • EE) λ = h / (m · v²)
   Cevabı göster

   Doğru cevap: C) λ = h / (m · v)

   Parçacığın momentumu p = m · v olduğundan λ = h / p = h / (m · v) bulunur. λ = h / (m · v²) biçimi, momentum ile kinetik enerjiyi karıştırmaktan doğar.

   Hata mı var? Düzeltme öner

3. Kolay

   31927'de yapılan bir deneyde, nikel kristaline gönderilen elektron demetinin X-ışınlarına benzer biçimde belirli yönlerde yoğunlaşan bir kırınım deseni oluşturduğu gözlendi. Bu sonuç, hareket eden parçacıklara bir dalganın eşlik ettiği fikrini doğruladı. Hareket eden parçacıklara eşlik eden bu dalgaya ne ad verilir?

   • AA) Madde dalgası
   • BB) Elektromanyetik dalga
   • CC) Mekanik dalga
   • DD) Ses dalgası
   • EE) Şok dalgası
   Cevabı göster

   Doğru cevap: A) Madde dalgası

   De Broglie'nin öngördüğü, hareket eden parçacığa eşlik eden dalgaya madde dalgası denir; dalga boyu λ = h / (m · v)'dir. Elektromanyetik dalga sanmak, elektronun yüklü olmasından kaynaklanır; oysa madde dalgası yüksüz parçacıklarda da vardır.

   Hata mı var? Düzeltme öner

4. Kolay

   4Arthur Compton 1923'te, grafit bir hedefe gönderdiği X-ışınlarının bir kısmının saçıldıktan sonra farklı bir dalga boyuyla algılandığını ölçtü. Saçılma sırasında X-ışını fotonları hedefteki serbest elektronlara çarparak onları harekete geçiriyordu. Saçılan X-ışını fotonlarının dalga boyu nasıl değişir?

   • AA) Azalır.
   • BB) Değişmez.
   • CC) Sıfır olur.
   • DD) Önce artar, sonra azalır.
   • EE) Artar.
   Cevabı göster

   Doğru cevap: E) Artar.

   Foton, enerjisinin bir kısmını elektrona aktarır; enerjisi ve frekansı azalır, E = h · c / λ olduğundan dalga boyu artar. Dalga boyunun azalacağını düşünmek, enerji ile dalga boyu arasındaki ters orantıyı doğru orantı sanmaktan kaynaklanır.

   Hata mı var? Düzeltme öner

5. Kolay

   5Fizik dersinde fotoelektrik olay ile Compton saçılması karşılaştırılıyor. İki olay arasındaki temel fark aşağıdakilerden hangisidir?

   • AA) Fotoelektrikte foton soğurulur, Compton'da serbest elektrondan saçılır.
   • BB) Fotoelektrikte foton saçılır, Compton'da serbest elektronca soğurulur.
   • CC) Fotoelektrik dalga modeliyle, Compton tanecik modeliyle açıklanır.
   • DD) Fotoelektrikte enerji korunmaz, Compton'da enerji korunur.
   • EE) Fotoelektrikte X-ışını, Compton'da radyo dalgası kullanılır.
   Cevabı göster

   Doğru cevap: A) Fotoelektrikte foton soğurulur, Compton'da serbest elektrondan saçılır.

   Fotoelektrik olayda foton metaldeki bağlı elektronca soğurulur; Compton olayında ise foton serbest elektrona çarpıp soğurulmadan saçılır. İki olay da tanecik modeliyle açıklanır.

   Hata mı var? Düzeltme öner

6. Kolay

   6De Broglie, hareket eden her parçacığa bir dalganın eşlik ettiğini öne sürdü. Örneğin hızla hareket eden bir elektrona eşlik eden bu dalgaya ne ad verilir?

   • AA) Ses dalgası
   • BB) Elektromanyetik dalga
   • CC) Su dalgası
   • DD) Madde dalgası
   • EE) Deprem dalgası
   Cevabı göster

   Doğru cevap: D) Madde dalgası

   Hareketli parçacığa eşlik eden dalgaya madde dalgası (de Broglie dalgası) denir. Bu dalga elektromanyetik dalgadan farklıdır; ışık gibi elektrik ve manyetik alan titreşiminden oluşmaz.

   Hata mı var? Düzeltme öner

7. Kolay

   71923'te yapılan Compton deneyinde, yüksek enerjili fotonlar karbon hedefteki serbest elektronlara gönderilmiş ve saçılan fotonlar incelenmiştir. Bu deneyde hedefe gönderilen ışınım türü hangisidir?

   • AA) Radyo dalgası
   • BB) Kızılötesi ışın
   • CC) X-ışını
   • DD) Mikrodalga
   • EE) Görünür ışık
   Cevabı göster

   Doğru cevap: C) X-ışını

   Compton deneyinde yüksek enerjili X-ışını fotonları kullanılmıştır. Radyo dalgalarının fotonları, serbest elektronla bu şekilde ölçülebilir bir saçılma oluşturacak enerjiden çok uzaktır.

   Hata mı var? Düzeltme öner

8. Kolay

   8Compton saçılması bir esnek çarpışma olarak modellenir. Bu çarpışmada foton ve elektrondan oluşan sistem için hangi nicelikler korunur?

   • AA) Yalnız fotonun dalga boyu
   • BB) Yalnız fotonun frekansı
   • CC) Enerji ve momentum
   • DD) Yalnız elektronun hızı
   • EE) Fotonun enerjisi ve frekansı
   Cevabı göster

   Doğru cevap: C) Enerji ve momentum

   Compton saçılmasında sistemin toplam enerjisi ve momentumu korunur. Fotonun enerjisi, frekansı ve dalga boyu ise çarpışma sonrasında değişir.

   Hata mı var? Düzeltme öner

9. Kolay

   9Polarize güneş gözlükleri, ışığın belirli bir doğrultuda titreşen kısmını geçirerek parlamayı azaltır. Işığın kutuplanması (polarizasyon) hangi modelle açıklanır?

   • AA) Yalnız tanecik modeliyle
   • BB) Atom modeliyle
   • CC) Madde dalgası modeliyle
   • DD) Dalga modeliyle
   • EE) Bohr modeliyle
   Cevabı göster

   Doğru cevap: D) Dalga modeliyle

   Kutuplanma, girişim ve kırınım ışığın dalga modeliyle açıklanır. Fotoelektrik olay ve Compton saçılması ise tanecik modeliyle açıklanan olaylardır.

   Hata mı var? Düzeltme öner

10. Kolay

    10Bir Compton saçılması deneyinde gelen X-ışını fotonunun enerjisi 50 keV, saçılan fotonun enerjisi 45 keV olarak ölçülüyor. Enerjinin korunumuna göre saçılan elektronun kazandığı kinetik enerji kaç keV'tur?

    • AA) 95
    • BB) 5
    • CC) 45
    • DD) 50
    • EE) 0,9
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) 5

    Enerji korunur: E = E' + Ee, yani Ee = 50 − 45 = 5 keV'tur. 95 keV, iki enerjinin toplanmasıyla bulunan ve korunumu bozan bir sonuçtur.

    Hata mı var? Düzeltme öner

11. Kolay

    11Bir fotonun momentumu 1 · 10⁻²⁷ kg · m/s'dir. Fotonun enerjisi E = p · c bağıntısıyla bulunabilir. Bu fotonun enerjisi kaç joule'dür? (c = 3 · 10⁸ m/s)

    • AA) 3,3 · 10⁻³⁶
    • BB) 3 · 10⁻²⁷
    • CC) 1 · 10⁻¹⁹
    • DD) 3 · 10⁻³⁵
    • EE) 3 · 10⁻¹⁹
    Cevabı göster

    Doğru cevap: E) 3 · 10⁻¹⁹

    E = p · c = 1 · 10⁻²⁷ · 3 · 10⁸ = 3 · 10⁻¹⁹ J'dür. 3,3 · 10⁻³⁶ sonucu, momentumun c'ye bölünmesinden gelir.

    Hata mı var? Düzeltme öner

12. Kolay

    12Bir parçacık hızlandırıcısında bir elektronun momentumu adım adım artırılıyor. De Broglie bağıntısına göre elektronun dalga boyu nasıl değişir?

    • AA) Artar.
    • BB) Değişmez.
    • CC) Önce artar, sonra azalır.
    • DD) Azalır.
    • EE) Sıfır olur.
    Cevabı göster

    Doğru cevap: D) Azalır.

    λ = h / p bağıntısına göre dalga boyu momentumla ters orantılıdır; momentum arttıkça dalga boyu azalır. Ancak hiçbir zaman sıfır olmaz.

    Hata mı var? Düzeltme öner

13. Kolay

    13Compton, X-ışını fotonlarının serbest elektronlardan saçıldıktan sonra dalga boylarının arttığını ölçtü ve bu artışın her ölçümde aynı olmadığını gördü. Kitaba göre dalga boyundaki artış neye bağlıdır?

    • AA) Hedefin rengine
    • BB) Deneyin yapıldığı saate
    • CC) Saçılma açısına
    • DD) Elektronun yüküne
    • EE) Ortamın sıcaklığına
    Cevabı göster

    Doğru cevap: C) Saçılma açısına

    Compton, saçılan fotonun dalga boyundaki artışın saçılma açısına bağlı olduğunu gözlemledi. Elektronun yükü bütün elektronlar için aynı olduğundan farklı ölçümleri açıklayamaz.

    Hata mı var? Düzeltme öner

14. Kolay

    14Momentumu 3,31 · 10⁻²⁴ kg · m/s olan bir elektronun de Broglie dalga boyu kaç metredir? (h = 6,62 · 10⁻³⁴ J · s)

    • AA) 5 · 10⁻¹¹
    • BB) 2 · 10¹⁰
    • CC) 2,2 · 10⁻⁵⁷
    • DD) 5 · 10⁹
    • EE) 2 · 10⁻¹⁰
    Cevabı göster

    Doğru cevap: E) 2 · 10⁻¹⁰

    λ = h / p = 6,62 · 10⁻³⁴ / 3,31 · 10⁻²⁴ = 2 · 10⁻¹⁰ m'dir. 2,2 · 10⁻⁵⁷ sonucu, h ile p'nin bölünmek yerine çarpılmasından gelir.

    Hata mı var? Düzeltme öner

15. Kolay

    15Compton saçılmasında fotonlar elektronlara çarpıp bilardo topları gibi enerji ve momentum aktararak saçılır. Compton olayı ışığın hangi modelini destekler?

    • AA) Yalnız dalga modelini
    • BB) Mekanik dalga modelini
    • CC) Ses dalgası modelini
    • DD) Hiçbir ışık modelini
    • EE) Tanecik modelini
    Cevabı göster

    Doğru cevap: E) Tanecik modelini

    Compton olayında foton bir tanecik gibi enerji ve momentum aktarır; bu durum ışığın tanecik modelini destekler. Olay ışığın dalga modeliyle açıklanamamıştır.

    Hata mı var? Düzeltme öner

16. Kolay

    16Bir öğrenci, de Broglie'nin madde dalgasının ses dalgası gibi mekanik bir dalga ya da ışık gibi elektromanyetik bir dalga olduğunu düşünüyor. Kitaba göre madde dalgası için hangisi doğrudur?

    • AA) Yalnızca mekanik bir dalgadır.
    • BB) Mekanik ve elektromanyetik dalgalardan farklı bir dalgadır.
    • CC) Yalnızca elektromanyetik bir dalgadır.
    • DD) Hem mekanik hem elektromanyetik bir dalgadır.
    • EE) Yalnızca durgun parçacıklara eşlik eder.
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) Mekanik ve elektromanyetik dalgalardan farklı bir dalgadır.

    Madde dalgası, mekanik ve elektromanyetik dalgalardan farklı bir dalgadır ve hareket eden parçacığa eşlik eder. Durgun parçacığın momentumu sıfır olduğundan ona dalga boyu atanamaz.

    Hata mı var? Düzeltme öner

17. Kolay

    17Compton, deneyinde yüksek enerjili X-ışını fotonlarını karbon hedefteki serbest elektronlara gönderdi. Hesaplamalarda hedef elektron, çarpışmadan önce durgun kabul edilir. Kitaba göre serbest elektronun durgun kabul edilmesinin gerekçesi aşağıdakilerden hangisidir?

    • AA) Elektronun kütlesinin, fotonun kütlesinden çok büyük olması
    • BB) Elektronun atom çekirdeğine çok sıkı biçimde bağlı olması
    • CC) Elektronun enerjisinin, fotonun enerjisinden çok küçük olması
    • DD) Fotonun çarpışmada elektron tarafından soğurulması
    • EE) Elektronun elektrik yükünün çarpışmada sıfırlanması
    Cevabı göster

    Doğru cevap: C) Elektronun enerjisinin, fotonun enerjisinden çok küçük olması

    Compton deneyinde kullanılan X-ışını fotonlarının enerjisi çok yüksektir. Karbondaki serbest elektronun enerjisi, fotonun enerjisinin yanında çok küçük kaldığı için elektron çarpışmadan önce durgun kabul edilir. Fotonun kütlesi yoktur; hedef elektron serbesttir, çekirdeğe sıkıca bağlı değildir; Compton olayında foton soğurulmaz, saçılır.

    Hata mı var? Düzeltme öner

18. Kolay

    18Işığın doğası yüzyıllar boyunca tartışıldı. Newton yansıma ve kırılmayı tanecik modeliyle, Huygens ise aynı olayları dalga modeliyle açıkladı. Daha sonra bir bilim insanı, ışıkla yaptığı girişim deneyiyle ışığın dalga doğasını açıkça ortaya koydu. Bu bilim insanı aşağıdakilerden hangisidir?

    • AA) Thomas Young
    • BB) Albert Einstein
    • CC) Arthur Compton
    • DD) Louis de Broglie
    • EE) Max Planck
    Cevabı göster

    Doğru cevap: A) Thomas Young

    Thomas Young, ışıkla yaptığı girişim deneyiyle ışığın dalga doğasını açıkça ortaya koymuştur. Einstein ışığın foton adı verilen enerji paketlerinden oluştuğunu belirtmiş, Compton fotonların elektronlardan saçılmasını incelemiş, de Broglie parçacıkların da dalga özelliği gösterdiğini öne sürmüş, Planck ise ışıma enerjisinin kesikli olduğunu ileri sürmüştür.

    Hata mı var? Düzeltme öner

19. Orta

    19Elektron mikroskopları, görünür ışık yerine elektron demeti kullandıkları için ışık mikroskobundan çok daha küçük ayrıntıları gösterebilir. Bir araştırmacı, aynı hızla hareket eden bir elektron ile bir protonun de Broglie dalga boylarını karşılaştırıyor; protonun kütlesi elektronunkinden yaklaşık 1836 kat büyüktür. Bu parçacıkların de Broglie dalga boyları için hangisi doğrudur?

    • AA) Elektronunki daha büyüktür.
    • BB) Protonunki daha büyüktür.
    • CC) İkisininki eşittir.
    • DD) İkisinin de dalga boyu yoktur.
    • EE) Yalnızca elektronun dalga boyu vardır.
    Cevabı göster

    Doğru cevap: A) Elektronunki daha büyüktür.

    λ = h / (m · v) bağıntısına göre hızlar eşitken kütlesi küçük olan elektronun momentumu küçük, dalga boyu büyüktür. Protonunkinin büyük olacağını düşünmek, kütle ile dalga boyu arasındaki ters orantıyı doğru orantı sanmaktır.

    Hata mı var? Düzeltme öner

20. Orta

    20Bir fizik sunumunda Compton saçılmasını anlatan Irmak, slayta şu üç cümleyi yazıyor: I. Saçılan fotonun hızı c'dir. II. Saçılan fotonun frekansı gelen fotonunkinden küçüktür. III. Foton elektron tarafından soğurulur ve yok olur. Slayttaki cümlelerden hangileri doğrudur?

    • AA) Yalnız I
    • BB) I ve II
    • CC) I ve III
    • DD) II ve III
    • EE) I, II ve III
    Cevabı göster

    Doğru cevap: B) I ve II

    Compton saçılmasında foton yok olmaz; enerjisinin bir kısmını elektrona vererek saçılır, bu yüzden III yanlıştır. Enerjisi azalan fotonun frekansı küçülür (II), ancak foton olduğu için hızı yine c'dir (I). I'i yanlış sanmak, enerji kaybını yavaşlama olarak düşünmekten kaynaklanır.

    Hata mı var? Düzeltme öner