12. Sınıf Fizik Soruları (YKS)

Question 1

Nanoteknolojide 'Kuantum Hapsetme Etkisi' (Quantum Confinement Effect), bir malzemenin boyutu 'Eksiton Bohr Yarıçapı'na yaklaştığında veya altına indiğinde enerji seviyelerinin süreklilikten ayrık hale gelmesi durumudur. Bu durum özellikle yarı iletken kuantum noktalarında (quantum dots) belirgindir. Bir araştırmacı, yarıçapı $R$ olan küresel bir kuantum noktasının enerji bant aralığının ($E_{g,dot}$), dökme (bulk) malzemenin bant aralığından ($E_{g,bulk}$) ne kadar saptığını incelemektedir.nnSentezlenen nanokristallerin boyutu küçüldükçe meydana gelen değişimlerle ilgili;nnI. Malzemenin yüzey alanı / hacim oranı arttığı için yüzeydeki atomların koordinasyon sayısı azalır ve kimyasal reaktivite artar.nII. Kuantum hapsinden dolayı elektronların enerji seviyeleri arasındaki fark büyür, bu da nanokristalin soğurduğu ışığın dalga boyunun kısalmasına (maviye kayma) neden olur.nIII. Kuantum noktalarının emisyon spektrumu, sadece malzemenin cinsine bağlı olup boyuttan bağımsızdır.nnyargılarından hangileri kuantum mekaniği ve nanoteknoloji prensipleriyle uyuşur?

Accepted Answer

I ve II

Answer

Yalnız I

Answer

Yalnız II

Answer

II ve III

Answer

I, II ve III

Question 2

Yarı iletken bir kristal örneğinin elektriksel özdirencinin ($rho$) sıcaklığa ($T$) bağlı değişim grafiği aşağıda verilmiştir. Kristal, oda sıcaklığında ($T_{oda}$) belirli bir tip (n-tipi veya p-tipi) katkılama içermektedir. Grafikteki üç farklı bölge (I, II, III); dondurma (freeze-out), ekstrinsik (katkı baskın) ve intrinsik (öz) bölgeleri temsil etmektedir.nnBuna göre, kristalin davranışıyla ilgili yapılan aşağıdaki çıkarımlardan hangisi doğrudur?

Accepted Answer

I. bölgede sıcaklık arttıkça özdirencin azalması, katkı atomlarının iyonize olmaya başlamasıyla (taşıyıcı yoğunluğunun artması) açıklanır.

Answer

III. bölgede sıcaklık arttıkça özdirencin artmasının temel nedeni, örgü titreşimlerinin (fononlar) yük taşıyıcılarının hareketliliğini (mobilite) kısıtlamasıdır.

Answer

II. bölge 'intrinsik' bölge olup, bu aralıkta iletkenlik sadece valans bandından iletim bandına geçen elektronlar tarafından belirlenir.

Answer

Kristaldeki katkı konsantrasyonu artırılırsa, II. bölgenin genişliği azalır ve III. bölge daha düşük sıcaklıklarda başlar.

Answer

III. bölge 'dondurma' bölgesidir ve bu bölgede yük taşıyıcıları atomik safsızlıklara hapsolmuş durumdadır.

Question 3

Bir laboratuvar ortamında üç enerji seviyeli bir lazer sistemi tasarlanmaktadır. Sistemin temel enerji seviyesi $E_1$, yarı kararlı (metastable) seviyesi $E_2$ ve pompalama seviyesi $E_3$ olarak belirlenmiştir. Lazer ışınımı $E_2 r\rightarrow E_1$ geçişiyle elde edilmektedir. Aşağıdaki tabloda bu seviyeler arasındaki geçiş hızları ($W_{ij}$) ve kendiliğinden emisyon süreleri ($tau_{ij}$) verilmiştir. Tersine birikimin (population inversion) sağlanabilmesi ve lazerin sürekli rejimde (CW) çalışabilmesi için sistemin parametreleri analiz edilmektedir.nnBuna göre, sistemin verimli bir lazer kaynağı olarak çalışabilmesi için aşağıdaki yargılardan hangisi fiziksel olarak en kritik ve doğrudur?

Accepted Answer

Sürekli rejimde tersine birikimin gerçekleşmesi için atomların $E_2$ seviyesindeki ortalama ömrü ($tau_{21}$), $E_3$ seviyesinden $E_2$ seviyesine geçiş süresinden ($tau_{32}$) çok daha uzun olmalıdır.

Answer

$tau_{32}$ süresi $tau_{21}$ süresinden çok daha büyük olmalıdır ki $E_3$ seviyesinde atomlar daha uzun süre kalsın.

Answer

Pompalama hızı $W_{13}$, $E_2$ seviyesindeki boşalma hızı olan $1/tau_{21}$ değerinden küçük olduğu sürece lazer salınımı gerçekleşmez.

Answer

Sistemin eşik değerini düşürmek için $E_1$ ve $E_2$ seviyeleri arasındaki enerji farkı, termal enerji olan $kT$ değerinden çok daha küçük seçilmelidir.

Answer

Uyarılmış emisyonun (stimulated emission) baskın gelmesi için sistemin sıcaklığı mutlak sıfıra yaklaştırılmalı, böylece kendiliğinden emisyon tamamen durdurulmalıdır.

Question 4

Yarı iletken teknolojisinde malzemelerin enerji bant aralığı (Eg), cihazın optik ve elektriksel özelliklerini belirleyen en kritik parametredir. Aşağıdaki tabloda üç farklı yarı iletken malzemenin 300K sıcaklıktaki bazı karakteristik özellikleri verilmiştir. Bu verilere dayanarak yapılan teknolojik analizlerden hangisi yanlıştır? (Planck sabiti h ve ışık hızı c çarpımı yaklaşık 1240 eV·nm olarak alınacaktır.)

Accepted Answer

Malzeme M ile üretilen bir fotodiyot, görünür bölgedeki (400-700 nm) tüm fotonları soğurarak akım oluşturabilir.

Answer

Malzeme K, kızılötesi (IR) bölgede ışık yayan diyotların (LED) yapımında kullanılabilir.

Answer

Malzeme L'nin saf kristaline 5. grup elementi (örneğin Fosfor) eklendiğinde n-tipi bir yarı iletken elde edilir.

Answer

Sıcaklık artırıldığında her üç malzemenin de elektriksel iletkenliğinin artması beklenir.

Answer

Malzeme L kullanılarak üretilen bir güneş paneli, Malzeme K'ye göre daha dar bir spektrumdaki fotonları elektrik enerjisine dönüştürebilir.

Question 5

Şekildeki düzenekte, düzgün B manyetik alanına dik olarak giren q yüklü ve m kütleli bir parçacık, R yarıçaplı dairesel bir yörünge izlemektedir. Bu parçacığa eşlik eden De Broglie dalga boyu λ olduğuna göre; parçacığın momentumu, manyetik alan şiddeti ve yörünge yarıçapı arasındaki ilişkiyi sentezleyen bir araştırmacı için aşağıdaki ifadelerden hangisi λ değerini veren en genel ifadedir?

Accepted Answer

λ = h / (qBR)

Answer

λ = (qBR) / h

Answer

λ = hq / (BR)

Answer

λ = hB / (qR)

Answer

λ = √(h / qBR)

Question 6

Modern bir fizik deneyinde, eşik frekansı f_0 olan bir metal yüzeye f frekanslı fotonlar düşürülmektedir. Metal yüzeyden sökülen fotoelektronların De Broglie dalga boyu (λ) ile gelen fotonların frekansı (f) arasındaki ilişkiyi analiz eden bir öğrenci, 1/λ² ile f arasındaki grafiği şekildeki gibi çizmektedir. Buna göre, grafiğin eğimi (m) aşağıdakilerden hangisine eşittir? (h: Planck sabiti, m_e: Elektronun kütlesi, c: Işık hızı)

Accepted Answer

(2 m_e) / h

Answer

h / (2 m_e)

Answer

(2 m_e h) / h²

Answer

h² / (2 m_e)

Answer

m_e / (2h)

Question 7

Bir kuantum araştırma laboratuvarında, özdeş kristal yapılar kullanılarak üç farklı atom altı parçacığın (X, Y ve Z) De Broglie dalga boyları analiz edilmektedir. Parçacıkların kütleleri, net yükleri ve hızlandırılma potansiyelleri arasındaki ilişki aşağıdaki tabloda verilmiştir. Deney sonucunda parçacıkların oluşturduğu girişim desenlerinde, merkezi aydınlık saçaktan itibaren ilk maksimumun oluşma açıları (θ) incelenmektedir. Buna göre; X, Y ve Z parçacıklarına eşlik eden madde dalgalarının dalga boyları (λ_X, λ_Y, λ_Z) arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisidir?

Accepted Answer

λ_X = λ_Z > λ_Y

Answer

λ_X > λ_Y > λ_Z

Answer

λ_X = λ_Y > λ_Z

Answer

λ_Z > λ_X = λ_Y

Answer

λ_Y > λ_X = λ_Z

Question 8

Şekildeki çift yarık düzeneğinde, hızı $v$ olan elektron demeti kullanılarak bir girişim deseni oluşturuluyor. Ekran üzerinde ardışık iki aydınlık saçak arasındaki mesafe (saçak genişliği) $\Delta x$ olarak ölçülüyor.

Buna göre, $\Delta x$ mesafesini artırmak için;
I. Elektronları hızlandıran potansiyel farkını artırmak
II. Elektronlar yerine aynı hızda protonlar kullanmak
III. Yarıklar ile ekran arasındaki mesafeyi ($L$) artırmak

işlemlerinden hangileri tek başına yapılabilir? ($m_p > m_e$)

Accepted Answer

Yalnız III

Answer

Yalnız I

Answer

Yalnız II

Answer

I ve II

Answer

II ve III

Question 9

Bir laboratuvar ortamında X ve Y atomaltı parçacıklarının De Broglie dalga boylarının ($\lambda$), hızlarının tersi ($1/v$) ile değişimini gösteren grafik şekildeki gibidir.

Buna göre;
I. X parçacığının kütlesi Y'ninkinden büyüktür.
II. Parçacıkların momentumları eşitlendiğinde X'in dalga boyu daha küçük olur.
III. Grafikteki doğruların eğimi Planck sabitinin kütleye oranını ($h/m$) verir.

yargılarından hangileri doğrudur?

Accepted Answer

I ve III

Answer

Yalnız I

Answer

Yalnız III

Answer

II ve III

Answer

I, II ve III

Question 10

Kuantum mekaniğinde, kütlesi olan parçacıkların dalga özelliği gösterdiğini öne süren De Broglie hipotezine göre, durgun halden $V$ potansiyel farkı altında hızlandırılan yüklü parçacıklara eşlik eden De Broglie dalga boyu hesaplanabilmektedir. Aşağıdaki tabloda, homojen bir elektrik alan içerisinde hızlandırılan X, Y ve Z parçacıklarına ait kütle, yük ve hızlandırıcı potansiyel farkı değerleri verilmiştir.

Buna göre; X, Y ve Z parçacıklarına eşlik eden De Broglie dalga boyları $\lambda_X$, $\lambda_Y$ ve $\lambda_Z$ arasındaki büyüklük ilişkisi aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?

Accepted Answer

$$\lambda_X = \lambda_Y > \lambda_Z$$

Answer

$$\lambda_X > \lambda_Y > \lambda_Z$$

Answer

$$\lambda_Z > \lambda_Y > \lambda_X$$

Answer

$$\lambda_Y > \lambda_X = \lambda_Z$$

Answer

$$\lambda_X = \lambda_Y = \lambda_Z$$

12. Sınıf Fizik

Zorluk Dağılımı

Konular (10)

Dalga Mekaniği

Kuantum Fiziği

Harmonik Hareket

Çembersel Hareket

Özel Görelilik

Teknoloji

Modern Fizik

Kütle Çekimi

Dönme Hareketi

Düzgün Çembersel Hareket

Örnek Sorular

İlgili Sayfalar