DENEY KODU - NOSUskara.trakya.edu.tr/docs/Fizik-IV_Lab.pdf · 2010. 6. 18. · alüminyum yüzey....

TRAKYA ÜNİVERSİTESİ

FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ FİZİK BÖLÜMÜ

FİZİK-IV LABORATUVARI

Öğrencinin:

Adı Soyadı : . . . . . . . . . . . . . . .

Numarası : . . . . . . . . . . . . . . . .

Deney Grubu : . . . . . . . .

FİZİK-IV LABORATUVARI ( FL 4 - 1 )

ALÇAK SICAKLIKTA KARACİSİM IŞIMASI

KURAM: KARACİSİM IŞIMASI Üzerine elektromanyetik dalga (EMD) düşen bir cisim, bu dalganın bir kısmını soğurur (absorblar), bir kısmını yansıtır. Bir EMD’ yi tümü ile soğuran cisme kara cisim denir. Bu cisim ısıtıldığında EMD olarak ışıma yapar. Aynı sıcaklıktaki farklı cisimlerin birim yüzeylerinden birim zamanda yayılan EMD enerjisi başka bir deyişle ışıma enerjisi cismin yapısına göre değişir. Stefan-Boltzmann yasası,

TeR σ= Olarak ifade edilir. Burada; R: Birim yüzeyden birim zamanda ışıyan enerji (W/m2) T: Cismin Kelvin cinsinden mutlak sıcaklığı σ : Stefan-Boltzmann sabiti (5,67*10-8 W/m2K4) e: cismin ışıma katsayısı (ideal kara cisim için e=1, diğerleri için 0<e<1 dır.) Stefan-Boltzmann yasası klasik fizik bölgesinde oldukça geniş bir sıcaklık aralığında geçerlidir. Yapacağımız deneylerde alçak ve yüksek sıcaklıklarda sıcaklık ölçmek için farklı teknikler kullanılacaktır. Bu teknikler ile ilgili bilgiler deneylerin içinde ek olarak verilecektir. Alçak Sıcaklıklarda Kara Cisim Işıması Bu deneyde dört yüzeyi de birbirinden farklı küp (Leslie küpü) kullanılacaktır. Küpün bütün yüzeylerinin aynı sıcaklıkta olmasına rağmen, ışıma güçlerinin farklı olduğunu gözleyeceğiz. Küpün bir yüzü siyah, bir yüzü beyaz, biri mat alüminyum diğeri ise parlak alüminyumdur. Küpün ısıtılması, içerisinde parlaklığı ayarlanabilir bir akkor lamba ile yapılmaktadır. Küpün sıcaklığı içerisinde bulunan bir sensorla ölçülür.

TRAKYA ÜNİVERSİTESİ F.E.F. FİZİK BÖLÜMÜ FİZİK-IV LABORATUVARI © 2010 - 1 -

Leslie küpünün içindeki sıcaklığı ölmek için kullanılan sensora termistör denir. Termistör, ısı ile direncini değişebilen bir dirençtir. İki tipte üretilirler. Bunlar; 1. NTC (Negative Temperature Coefficient); Negatif ısı katsayılı termistördür. Isındıkça direnci azalır, soğudukça direnci artar. 2. PTC (Positive Temperature Coefficient); Pozitif ısı katsayılı termistördür. Isındıkça direnci artar, soğudukça direnci azalır.

1. NTC (Negative Temperature Coefficient); NTC Tip termistörün sembolü ve fotoğrafı.

2. PTC (Positive Temperature Coefficient); PTC Tip termistörün sembolü ve fotoğrafı.

Bu deneyde, leslie küpünün içinde bulunan termistör ısıyla direnci ters orantılı olan

NTC tipidir.


DENEYİN YAPILIŞI:

110

0.2 mV

Ommetre

Isı Kalkanı Mili voltmetre (Sensoru, küpten

gelen ısıdan

Şekil 1,1

1) Şekil 1.1de gösterildiği gibi deney düzeneğini kurunuz. Alıcı sensor üzerindeki metal

halkanın geriye doğru çekilmiş olduğundan emin olunuz. Metal halka geriye çekilince sensorun önü kapatılır ve ölçüm alınmadığı zamanlarda ısınması engellenir. Küp ile sensor arasında 3-4cm lik bir mesafe bırakacak şekilde sensoru küpün yüzeyine 90o lik bir açıyla yerleştirin. Küp ile sensor arasına, küpe paralel olacak şekilde yalıtıcı alüminyum levhayı koyun.

2) Ommetrenin gösterdiği direnç değerini okuyarak Roda olarak kaydedin. Bu direnç

değeri oda sıcaklığına karşılık gelen direnç değeridir. Direnç değerini Tablo 1,2 i kullanarak sıcaklığa çevirin Toda, tüm direnç-sıcaklık dönüşümleri Tablo 1,2 kullanılarak yapılacaktır.

3) Termal küpün üzerindeki ayar düğmesini (potansiyometre) en sağa “HIGH”

konumuna kadar çevirin ve güç anahtarını açın. Anahtarı açınca ommetrenin ekranını takip edin, ohmmetre ekranından gözlenen direnç değeri, daha önce okuduğunuz oda sıcaklığı değerinin 12 oC üzerine çıkınca güç ayar düğmesini 5. kademeye getirin.

4) Sıcaklığın dengelenmesi için birkaç dakika bekleyin.

5) Küpün siyah yüzeyini algılayıcıya bakacak şekilde yerleştirin. Algılayıcı üzerinde

bulunan halkayı uca doğru iterek algılayıcının önünün açılmasını sağlayın. Aradaki alüminyum levhayı kaldırarak ommetrenin dengeye gelmesini bekleyin ve direnç değerini okuyarak tablo-1,1 e kaydedin. Alüminyum levhayı araya yerleştirerek küpün beyaz yüzeyini çevirin, levhayı kaldırarak ommetre dengelenince değeri kaydedin ve alüminyum levhayı yerleştirin. Bu ölçme işlemini parlak alüminyum yüzey ve mat


alüminyum yüzey için tekrarlayın. Dört yüzeyi de okuyup kaydettikten sonra sensor deki metal halkayı geri çekerek kapatın.

6) Daha sonra, güç kontrol edicinin 6.7.8. ve HIGH konumları için 4. ve 5. adımları

tekrarlayın.

7) Her yüzeyin verilerini kullanarak şekil–1,2 deki gibi ışıma eğrilerini çiziniz. Sonucun Stefan-Boltzmann yasasının öngördüğü gibi doğrusal olup olmadığını gözleyiniz.

8) Diğer yüzeylerin eğimlerini, siyah yüzeyin eğimine oranlayarak, bağıl ışıma

katsayılarını bulunuz.

S

T4- T4al

Şekil-1,2

Tablo-1,1 (Kademe)

Güç kontrol kademesi 5 6 7 8 HIGH

Sıcaklık (Direnç-kΩ)

Sıcaklık (0C)

Siyah yüzey

Beyaz yüzey

Parlak Alüminyum yüzey

Mat Alüminyum yüzey


Tablo-1,2

(Leslie küpünün direnç sıcaklık tablosu)


TRAKYA ÜNİVERSİTESİ FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ

Fizik Bölümü Fizik-IV Labaratuarı Protokolü

Deneyin Adı: Alçak Sıcaklıkta Karacisim Işıması Deneyin Kodu: FL 4 - 1 Tarih …/……/20……

Adı Soyadı : . . . . . . Adı Soyadı : . . . . . . Adı Soyadı : . . . . . . Numarası : . . . . . . Numarası : . . . . . . Numarası : . . . . . .

Deney Grubu : . . . . . . Deney Grubu : . . . . . . Deney Grubu : . . . . . .

DENEY VERİLERİ:

Roda=………………kΩ

Toda=………………oC

Güç kontrol kademesi 5 6 7 8 HIGH

Sıcaklık (Direnç-kΩ)

Sıcaklık (0C)

Siyah yüzey

Beyaz yüzey

Parlak Alüminyum yüzey

Mat Alüminyum yüzey

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . . Numarası : . . . . . . Numarası : . . . . . . Deney Grubu : . . . . . . Deney Grubu : . . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .



YÜKSEK SICAKLIKTA KARACİSİM IŞIMASI

KURAM : KARA CİSİM IŞIMASI Üzerine elektromanyetik dalga (e.m.d.) düşen bir cisim, bu dalganın bir kısmını soğurur (absorblar) bir kısmını yansıtır. Bir e.m. dalgayı tümü ile soğuran cisme kara cisim denir. Bir cisim ısıtıldığında e.m.d. olarak ışıma yapar. Aynı sıcaklıktaki farklı cisimlerin birim yüzeylerinden birim zamanda yayılan e.m.d. enerjisi başka bir deyimle ışıma enerjisi cismin yapısına göre değişir. Stefan-Boltzmann yasası 4TeR σ= olarak ifade edilir. Burada:

R: birim yüzeyden birim zamanda ışıyan enerji ( V/m2)

T: Kelvin şeklinde cismin sıcaklığı

: Stefan-Boltzmann sabiti ( 5.67.10-8 W/m2K4)

e : cismin ışıma katsayısıdır.

İdeal kara cisim için e=1, diğer1eri için 0<e<l dir.

Stefan-Boltzmann Yasası klasik fizik bölgesinde oldukça geniş bir sıcaklık aralığında geçerlidir. Yapacağımız deneylerde alçak ve yüksek sıcaklıklarda sıcaklık ölçmek için farklı teknikler kullanılacaktır. Bu teknikler ile ilgili bilgiler deneylerin içinde ek olarak verilecektir. YÜKSEK SICAKLIKTA KARACİSİM IŞIMASI

Bu deneyde yüksek sıcaklıktaki kara cisim olarak kızgın tungsten flamanlı bir lamba kullanılacaktır. Flamanın sıcaklığı tungstenin direncinin sıcaklıkla değişimi yardımı ile ölçülür. Flamanın bağıl direnci Tablo-l de verilmiştir. Burada algılayıcı sıcaklığı, flaman sıcaklığına göre çok düşük olduğu için oldukça iyi bir yaklaşımla

4TeR σ= ifadesi kullanılabilir.

Işıma algılayıcısı duyarlı bir termoçifttir. Algılayıcının sıcaklığı, lamba flamanın sıcaklığının yanında çok küçük olduğundan algılayıcı sıcaklığı ile ilgili düzeltme gerekli olmaz.


DENEYİN YAPILIŞI :

Devre Şeması

1) Lambanın flamanının oda sıcaklığındaki (300 °K) direncini ommetre ile ölçünüz. (R300). 2) Devreyi~ devre şemasına göre kurunuz. 3) Algılayıcı ile flaman arasındaki uzaklığı 5 cm. yapınız. 4)Lamba gerilimini Tablo–2 deki değerlere getirerek akımları okuyunuz ve dirençler

hesaplayınız. 5) Her değer için algılayıcı çıkışını okumadan önce lamba ile algılayıcı arasına yansıtıcı koyarak bir sure lambanın sıcaklığının dengeye gelmesini bekleyiniz. 6) T4 ile algılayıcı çıkışı arasındaki grafiği çizerek ( Şekil–1) Stefan-Boltzmann yasasına uyup uymadığını gözleyiniz. 7) Lamba gerilimini 12 V.ta tutarak lamba-algılayıcı uzak1ığı x in fonksiyonu olarak çıkışı Tablo–3 deki gibi doldurunuz. 8) Çıkışı, uzaklığın karesinin tersinin (1/x2 fonksiyonu olarak çiziniz) birim yüzeye düşen enerjinin uzaklığın tersinin karesi ile değiştiğini sağlayınız. R Vçıkış T(K4) Şekil-1 Şekil-2

Güç Kaynağı

Ampermetre (10 A)

V

mV

Algılayıcı

Lamba

X

)(1

22 −mx


R/R300 Sıcaklık

°K R/R300 Sıcaklık



°K 1.00 300 5.48 1200 10.63 2100 16.29 3000 1.43 400 6.03 1300 11.24 2200 16.95 310() 1.87 500 6.58 1400 11.84 2300 17.62 3200 2.34 600 7.14 1500 12.46 2400 18.28 3300 2.85 700 7.71 1600 13.08 2500 18.97 3400 3.36 800 8.28 1700 13.72 2600 19.66 3500 3.88 900 8.86 1800 14.34 2700 26.35 3600 4.41 1000 9.44 1900 14.99 2800 4.95 1100 10.03 2000 15.63 2900

Tablo-1

V(Volt) I(A) )(ΩR 300

)(R

R Ω T(0K) Çıkış (mV)

--------- --- ------- --------------- ------------- ------------ ------------- 2 ………… ……….. ………….. ………… …………. 4 ………… ……….. ………….. ………… …………. 6 ………… ……….. ………….. ………… …………. 8 ………… ……….. ………….. ………… …………. 10 ………… ……….. ………….. ………… …………. 11 ………… ……….. ………….. ………… …………. 12 ………… ……….. ………….. ………… ………….

Tablo-2

X(cm) Çıkış(mV) X(cm) Çıkış(mV) --------------------------- ------------------------------ 2.5 ………… 8 ………………… 3 ………… 10 ………………… 3.5 ………… 20 ………………… 4 ………… 30 ………………… 5 ………… 40 ………………… 6 ………… 50 …………………

Tablo-3




Deneyin Adı: Yüksek Sıcaklıkta Karacisim Işıması Deneyin Kodu: FL 4 - 2

Tarih …/……/20…… Adı Soyadı : . . . . . . Adı Soyadı : . . . . . . Adı Soyadı : . . . . . . Numarası : . . . . . . Numarası : . . . . . . Numarası : . . . . . .


DENEY VERİLERİ:

1) R300=……….

4) V(Volt) I(A) )(ΩR 300

)(R

R Ω T(0K) Çıkış (mV)

--------- --- ------- --------------- ------------- ------------ ------------- 2 ………… ……….. ………….. ………… …………. 4 ………… ……….. ………….. ………… …………. 6 ………… ……….. ………….. ………… …………. 8 ………… ……….. ………….. ………… …………. 10 ………… ……….. ………….. ………… …………. 11 ………… ……….. ………….. ………… …………. 12 ………… ……….. ………….. ………… ………….

7) X(cm) Çıkış(mV) X(cm) Çıkış(mV) --------------------------- ------------------------------ 2.5 ………… 8 …………………

3 ………… 10 …………………

3.5 ………… 20 …………………

4 ………… 30 …………………

5 ………… 40 …………………

6 ………… 50 …………………

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .




ELEKTRONUN ÖZGÜL YÜKÜ (e/m)

KURAM : Bir E

r elektrik alanı ve bir magnetik alanı içinde B

rvv hızı ile hareket eden q yüklü

bir parçacığa etki eden Fr

Lorentz kuvveti

[ ]BxvEqFvrvr

+= (1) ile verilir. Havası boşaltılmış bir tüp içinde kızgın bir flamandan fışkıran elektronlar VA potansiyel farkı ile hızlandırılırsa

2

21 mveVA =

(2)

ile verilen bir vv hızına ulaşırlar. Bu elektronlar V hızına dik bir B magnetik alanı içinde (E=0)

eBmvR = (3)

ile verilen R yarı çaplı bir çember çizer. (2) denkleminden elde edilen V,.(3) denkleminde yerine konularak

222

RBV

me A=

(4)

olarak elde edilir.

Düzgün magnetik alan elde etmenin kolay bir yolu, Helmholtz bobinleri denilen aralarındaki uzaklık yaklaşık yarıçapına eşit olan, yarıçaplarına göre ince iki bobinin orta bölgesini kullanmaktadır. Böyle bir bobinin merkezinden a kadar ileride magnetik alan

( )n

ra

IrB23

22

20

2 +=

μ

(5)


ile verilir. Burada n bobinin sarım sayısıdır. Bobin çifti için ve 2ra = .aralığında

70 104 −= πμ MKS için

r

nIB55

.10.32 7−

=π

(6)

olarak bulunur.

Elektronlar anottan çıktıktan sonra B alanına girdiğini düşünürsek hız doğrultusu x, B doğrultusu z olarak alınırsa, B nin yönüne bağlı olarak çemberin merkezi y ekseni üzerinde olur. Çemberin denklemi

(7) ( ) 0222222 =−+→=−+ yRyxRRyx olur. Burada yarıçap

yyxR

2

22 +=

(8)

olarak bulunur. Böylece çemberin geçtiği bir noktanın x ve y koordinatları bilinirse yarıçap hesaplanır.



Kaynak

Devre Şeması

6V AC

1) Saptırıcı elektrotların her ikisi de anoda bağlı olacak şekilde devreyi kurunuz. Flaman

gerilimi olarak 6 V alınız.

2) Yüksek gerilim ayarını 0 alarak gerilim kaynağını açıp flamanın ısınmasını bekleyiniz.

3) VA=2.5 kV olacak şekilde ayarlayınız ve doğrusal elektron izini gözleyiniz.

4) İzjn belli bir noktadan (x1, y1) geçmesi için alçak gerilim kaynağı ile bobinlere akım

veriniz ve I1 değerlerini okuyunuz.

5) Alçak gerilim kaynağının bağlantı yönünü değiştirerek ters yönde sapmayı (x1, -y1)

noktasından geçecek şekilde akım değerini bulunuz. '1I

6) Bu duruma karşı gelen R yarıçapını (8) denkleminden ve ortalama 1I akımlarını kullanıp

B magnetik alanını (6) denkleminden bularak e/m yi hesaplayınız.

7) 3-6 adımlarını Tablo-1 deki değerler için tekrarlayarak her VA için ortalama e/m ve

tüm değer1er için ortalama c/m değerini bulunuz.

Deneyde n=320 ve r=0.068 m

Flaman

Tüp

0 +5kV


VA=2.5 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- VA=3 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444


VA=3.5 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444

VA=4 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444




Deneyin Adı: Elektronun Özgül Yükü ( e/m ) Deneyin Kodu: FL 4 - 3



DENEY VERİLERİ: VA=2.5 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .



VA=3 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- VA=3.5 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- VA=4 kV ----------------

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

1010'

11

1'1

'111

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

88'

22

2'2

'222

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

66'

33

3'3

'333

==−=+=

======

meBcmYcmY

RIIcmXIcmX

22

44'

44

1'4

'444



FOTOELEKTRİK OLAY

KURAM : Bir cismin yüzeyine bir ışık düştüğünde yüzeyden elektronlar koptuğu gözlenir. Bu olaya fotoelektrik olay denir. Kopan elektronların sayısı ışık şiddeti ile orantılıdır. Ancak enerjileri ışığın frekansına bağlıdır. 1905 yılında Einstein, Planck’ ın elektromagnetik dalganın quantalardan oluştuğu hipotezini kullanarak, bir foton için

2

21 mvWhf += (1)

eşitliği ile olayı açıkladı. Burada f gelen ışığın frekansı, h Planck sabiti, m elektron kütlesi, v de kopan elektronun hızıdır. W ise ışığın düştüğü yüzeyin iş fonksiyonu olarak tanımlanır. Anlamı bir elektronun o yüzeyden koparılması için yapılması gereken iştir.

hf I

+ A K

V+

Şekil-1 Şekil-I de görülen devredeki fototüp geniş bir katot yüzeyi (K) ve ince bir anod (A) çubuğu bulunan havası boşaltılmış bir tüptür. Kullanılacak ışık frekans bölgesine göre katot yüzeyi değişik malzemelerle kaplı olarak yapılır. Katoda gelen bir foton bir elektron koparıyor ise (1) denklemine göre bir kinetik enerjiye sahiptir. Şekil-1 deki gibi VAK>0 ise elektronlar hızlandırılarak anoda çekilir ve bir I akımı akar. V gerilimi ile artan bu akım belli bir değerden sonra doyuma gider. Çünkü gelen ışığın fotonlarından fazla elektron koparma olasılığı yoktur. VAK = 0 durumunda bile belli bir miktar akım akar, çünkü elektronlar kinetik enerjileri nedeni ile anoda ulaşabilirler. VAK<0 yapıldığında belli bir VD durdurma gerilimine kadar akım akmaya devam eder. Kuramsal olarak VAK ≤ VD için akım akmamalıdır. Ancak, anod telinin de fotoelektrik olaya ters yönde katkısı nedeni ile bir miktar ters yönde de akım akar.


Bu durum Şekil-2 deki gibidir. Durdurma gerilimi VD, Şekil-2 de görüldüğü gibi asimptotik kesim noktası bulunarak basitçe hesaplanabilir.

I İleri yönde doyma

VAK VD

Ters yönde doyma

Şekil-2

Bu durumda

hfWmveVD +−== 2

21

veya

feh

eWVD ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=

eşitlikleri yazılabilir. Fototüpe tek frekansla ışık düşerse bu frekansa karşılık gelen VD(f) deneyle bulunabilir ve Şekil-3 teki grafik çizilebilir. Bu grafiğin eğimi h/e dir. - VD - VD3

- VD2

- VD1

f f1 f3 f2 Şekil-3



Güç Kaynağı I Güç Kaynağı II

Ampermetre (nA) Voltmetre (V)

FiltreFototüp

Lamba

VAK Tabla

Devre Şeması

1) Şekil-1 den devre şemasından yararlanarak devreyi kurunuz. 2) Her renk için Şekil-2 deki gibi grafiği çizip, her rengin VD durdurma potansiyelini

bulunuz. 3) Her filtre için Tablo-1 deki gerilimlere karşı gelen akımları ölçünüz.

Filtrenin geçirdiği ışığın ortalama dalga boyları λ kırmızı=……….nm , λ yeşil=……….nm , λ mavi=……….nm

olduğuna göre Şekil-3 deki gibi grafiği çizerek eğimden h/e değerini hesaplayınız.


I (nA) V (Volt) Kırmızı Yeşil Mavi

8.00 6.00 4.00 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70 -0.80 -0.90 -1.00 -1.20 -1.40 -1.60 -1.80 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

Tablo-1




Deneyin Adı: Fotoelektrik Olay Deneyin Kodu: FL 4 - 4



DENEY VERİLERİ: I (nA)

V (Volt) Kırmızı Yeşil Mavi 8.00 6.00 4.00 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70 -0.80 -0.90 -1.00 -1.20 -1.40 -1.60 -1.80 -2.00 -4.00 -6.00 -8.00

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

…………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. …………………. ………………….

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .




ATOM SPEKTRUMLARI

KURAM : Kuantum mekaniği bir atomun elektronlarının belirli enerji düzeylerinde bulunabileceğini ve bu enerji düzeyleri arasındaki bu enerji farklarına eşit enerjili fotonlar soğurarak veya ışıyarak sağlayabileceğini göstermektedir. Bu söylem

λhchfEEE ==−=Δ 12

şeklinde ifade edilir. Burada h Planck sabiti, f ve λ frekans ve dalgaboyu, c ise ışık hızıdır. Atomun enerji düzeyleri n=1,2,3…. Gibi tam sayılar ile numaralanırsa, en basit hidrojen atomu için n. düzeyin enerjisi (bazı etkiler göz ardı edilerek)

22

2

0

2 1.24 nh

eEnμ

πε ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

olarak hesaplanabilir. Burada μ

pe mm111

+=μ

şeklinde hesaplanan indirgenmiş elektron kütlesidir. Hidrojen atomu için Rydberg sabiti

173

2

0

2

10.0968.144

−−≅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= m

eheRH π

μπε

olmak üzere hidrojen spektrumundaki enerji geçişlerine karşı gelen dalga boyları

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 2

122

111nn

RHλ

olarak hesaplanabilir. Hidrojen dışındaki atomlar için olay, elektron sayısına bağlı olarak oldukça karmaşık hale gelir. Ancak dış yörüngesindeki tek elektron bulunan atomlar belli yaklaşım içinde hidrojen gibi hesaplanabilir.


Hidrojen tipi atomlar için atom sayısı Z olmak üzere, ilk yaklaşıklıkla

22

2

0

2 1.24 nh

eZEnμ

πε ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

eşitliği ile hesaplanabilir. Işımaların dalga boylarını değişik yöntemlerle ölçmek mümkündür. Deneyde optik ağlı spektrometre kullanılacaktır. Optik ağ, aralıkları dalga boyu ile kıyaslanabilecek uzunlukta çizgiler taşıyan bir yapıdır. Bu aralıklardan kırınıma uğrayan ışınlar dalga boyuna bağlı bir açı ile yapıcı olarak üst üste gelirler. n. mertebe için

θλ sin.dn =

ile verilir. d ; optik ağın çizgi aralığı, θ ; geliş doğrultusu ile λ dalga boylu çizginin gözlendiği açıdır. d biliniyorsa θ ölçülerek λ dalga boyları hesaplanabilir. Elimizdeki spektrum lambalarının en kuvvetli çizgileri için dalga boyları : Na λ (nm) He λ (nm)

Kırmızı 617 Kırmızı 668 Sarı 589.6 Sarı 587 Sarı 589 Yeşil 501 Sarı-Yeşil 568 Mavi-Yeşil 492 Yeşil 514 Mavi-Yeşil 471 Yeşil 499 Mavi 447 Hg λ (nm) Cd λ (nm)

Sarı 581 Kırmızı 644 Yeşil 550 Yeşil 509 Yeşil 494 Mavi 480 Mavi 437 Mavi 468



Işık Kaynağı

Dereceli Tabla ve Verniye

Fant

Dürbün

Gözleme Dürbünü

Optik Ağ

θ

Optik Spektrometre

1) Spektrum lambasını çalıştırarak bir süre denge sıcaklığına ulaşmasını bekleyiniz. 2) Dürbün ayarlarını kullanarak gelen ışığın net bir görüntüsünü elde ediniz ve ölçme

çizgisini tam bu çizgiye ayarlayınız. 3) Gözleme dürbününü kilitleyerek tabla ayarından verniyeyi sıfırlayınız. 4) Gözleme dürbününü gevşetip yavaşça el ile döndürerek ölçme yapacağınız spektrum

çizgisine yaklaştırınız ve yine kilitleyiniz. 5) Gözleme dürbününün ince ayar vidası ile ölçme çizgisini tam spektrum çizgisine

yerleştiriniz. Gerekiyorsa netlik ayarını yeniden düzeltiniz ve θ açısını okuyunuz. 6) (4-5) adımlarını gözleyebildiğiniz bütün çizgiler için tekrarlayınız. 7) Aynı işlemleri diğer yönde de tekrarlayınız ve Tablo-1 i her lamba için doldurunuz.

Kullanılan optik ağ için mmd6001

= dir.


Lamba:…………. Renk sağθ solθ θ )(nmdenelλ )(nmkuramsalλ






Deneyin Adı: Atom Spektrumları Deneyin Kodu: FL 4 - 5



DENEY VERİLERİ:




İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .




IŞIK HIZININ ÖLÇÜLMESİ

KURAM : Işık hızının ölçmelerinde temel ilke, şiddeti modüle edilen ışık demetinin uzun bir yol gittikten sonra geri getirilerek, kaynaktan çıktığı ve döndüğü zaman aralığında modülasyon dalgasının faz farkını ölçmeye dayanır. Deneyimizde ışık bir optik lif içinde dolaştırılacaktır. Optik lif, yüksek kırma indisli bir polimer liftir. Işık absorbsiyonu çok düşük olup tam yansımalar nedeni ile de, şekli hemen hemen ne olursa olsun ışığın dışarı kaçmasına izin vermez. Kullanılacak sistemin prensip şeması Şekil-1 de görülmektedir.

Şekil-1

Deney düzeneğimiz tek bir optik lif ile mutlak ölçü almaya yetmeyeceğinden farklı uzunluklu liflerdeki gecikmeler karşılaştırılarak ölçme yapılacaktır.

VERİCİ ALICI Işık algılayıcı diod

Işıklı diod

Çıkış Elektronik

Devre Optik Lif

Kuvvetlendirici Modülasyon



1) Sistemi devre şemasına göre, en uzun optik lif ile (L0=20m veya 16m) kurunuz. 2) CH1 den monitör çıkışını gözleyiniz. 3) Alıcıdaki 1. çıkışa bağlı voltmetreden 0,5V-1V arasında bir değeri seçerek dikkatle

sıfır ayarı ile ayarlayınız. 4) Kazanç (gain) düğmesi ile ayarlayarak CH2 den gecikmiş işareti olabildiğince büyük

elde ediniz. 5) CH2 deki kare dalgayı AC konumunda tam orta eksene simetrik olarak yerleştiriniz. 6) Yukarıda yapılan ayaları değiştirmeden, alıcı verici arasına diğer optik lifi

yerleştiriniz. Optik lifin vericiye giriş pozisyonunu ayarlayarak voltmetreden ilk okunan değeri bulmaya çalışınız.

7) CH2 deki kayma miktarını ölçünüz. 8) Lif içindeki ışık hızını v1=(L0-L1)/Δt eşitliğinden bulunuz. 9) 6,7,8 adımlarını aynı lif için tekrarlayarak v1

’ değerini elde ediniz ve ikisinin ortalamasını alınız.

10) Aynı işlemleri diğer lifler için tekrarlayarak sonuçta ortalama v hızını ve optik lifin kırılma indisini vcn /= ifadesinden bulunuz.

Voltmetre

Osiloskop DEVRE ŞEMASI

CH1 CH2

Optik lif

Zero Gain

Modülation 300kHz

Output 1 Output 2 Monitör

+ + 5V 5V - -




Deneyin Adı: Işık Hızının Ölçülmesi Deneyin Kodu: FL 4 - 6



DENEY VERİLERİ:

1. Optik Lif için: ∆T1=…………… ∆T1

/=…………… 2. Optik Lif için: ∆T2=…………… ∆T2

/=…………… 3. Optik Lif için: ∆T3=…………… ∆T3

/=…………… 4. Optik Lif için: ∆T4=…………… ∆T4

/=……………

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .




BOŞLUK RADYOSYONU

KURAM : Üzerine elektromanyetik dalga (emd) düşen bir yüzeyinde yarık olan diğer yüzeyleri

farklı renklerde ve yapıda bulunan bir küp ısıtıldığında yüzeyler arasında bir sıcaklık farkı

oluşacak ve birinden diğerine ısı aktarımı olacaktır. Bu yollardan biri ışımadır. Isınan cismin

yüzeyine yakın olan yüklü parçacıklar bu enerjiyle ivmelenirler ve ışıma yaparlar. Bu tip

ışımaya ısıl ışıma diyoruz. Isıl ışıma on dokuzuncu yüzyılda fizikçileri en çok meşgul eden

konuların başında geliyordu. Josef Stefan, John Tyndall’ın deneysel verilerinden faydalanarak

1879 yılında ısıl ışıma şiddetinin sıcaklığın dördüncü kuvvetine bağlı olduğunu gözledi. Daha

sonra Boltzmann, termodinamik yasalarını kullanarak bu bulguyu teorik olarak da

ispatlayarak daha da sağlamlaştırdı.

Bir cisim tarafından yayılan ışık şiddeti (I) (1) 4TI εσ= Şeklinde yazılır bu Stefan-Boltzman yasası olarakta bilinir. Burada I ışınımın şiddetini ya da

birim alan başına gücü, σ ise Stefan-Boltzmann sabitini (5.6703x10-842Km

W ), temsil

etmektedir. T cismin mutlak sıcaklığı, ε cisim yüzeyinin ışınım yayabilirlik katsayısını

göstermektedir. Genel olarak ε ≤ 1 şeklinde ve boyutsuz bir sayıdır. Mükemmel bir ışıma için

ε = 1olmalıdır.

Isıl ışıma yapan cisim, kendisinden daha soğuk bir ortamda ise ışımanın bu ortamda

algılanan net şiddetinin belirlenmesi için Stefan-Boltzmann yasası

)( 44refnet TTI −= εσ (2)

biçiminde kullanılır

En yüksek ışıma şiddetinde dalgaboyu ise,

T

KmTc ⋅

==002898.0

maxλ (3)

şeklinde verilmektedir. Burada T cismin mutlak sıcaklığı olmaktadır.


Şekil 1: Termal Boşluk deneyi kurulumu DENEYİN YAPILIŞI: 1. Şekildeki sistemi döner hareket sensörünü, doğrusal hareket aparatını, optik rayı

kullanarak kurunuz. Kızıl ötesi ışık sensörünü döner hareket sensörüne bağlayınız. 2. Kızıl ötesi ışık sensörünü 10x konumuna getirerek başlayınız. Eğer şiddet ölçek dışına

çıkıyorsa 1x konumuna getiriniz. 3. Döner hareket sensörünü ScienceWorkshop 750 arayüzünde kanal 1 ve 2 ya

bağlayınız. Kızıl ötesi ışık sensörünüde kanal A ya bağlayınız. 4. Termal boşluk aparatını optik raya bağlayarak sensörün yüksekliğini, kübün merkezi

yüksekliği ile aynı yükseklikte olacak şekilde ayarlayınız 5. Termistor sensörünü ScienceWorkshop 750

arayüzündeki kanal B’ye bağlayınız. Termistor sensöründen gelen siyah ve kırmızı kabloları, termal boşluk aparatının üst kısmındaki beyaz girişlere bağlayınız. (Şekil 2 ye bknz).

6. Güç kaynağından gelen DIN konektörünü

ScienceWorkshop arayüzündeki kanal C ye bağlayınız. Muz uçlu jaklari güç kaynağının çıkış kanallarına bağlayınız.

Şekil 2: Termal Boşluk bağlantısı

7. Kalan aynı tip uçları termal boşluk aparatının alt tarafındaki kırmızı jaklara ve güç

kaynağına bağlayınız. 8. DataStudio programından "Cavity Radiation" (boşluk radyasyonu) dosyasını açınız.


9. Güç kaynağını açınız ve DataStudio programındaki güç kaynağı şeklinden 10V seçiniz. Kübü 15 dakika süre ile ısınmaya bırakınız ve voltajı 8V’a düşürünüz. Sıcaklığı takip ederek 100oC üzerine çıkmamasına dikkat ediniz.

UYARI: Bu deneyi yaparken küp çok sıcak olmaktadır. Kübe asla dokunmayınız

kübü döndürmek için alt taraftaki plastik kısımları kullanınız..

Şekil 3: Boşluğu taramak

YÖNTEM: 1. Kübü ısıttıktan sonra sıcaklığın dengeye gelmesini bekleyin. Sonra boşluğun olduğu

kısmı ışık sensörüne doğru çevirerek kübün ve ışık sensörünün aynı doğrultuda olmasını sağlayınız bu işlemi yaparken ışık sensörü ve kübün arasındaki uzaklığın 2cm olup olmadığını kontrol ediniz.

2. Kızılötesi ışık sensörünü kübün sağ veya sol tarafından başlayarak taramaya geçiniz

bu sırada aralarındaki uzaklığın 2cm olduğunu control ediniz. Bu işlemleri yaparken ışık sensörüne doğrudan bakan bir pencere yada ışık kaynağı olmaması gerektiğini hatırlayınız.

3. Kızıl ötesi sensördeki sıfır butonuna ve DataStudio programındaki başlat (START)

seçeneğine basarak, sensörü döndürmek vasıtasıyla kübü taramaya başlayınız. Sensör kübü tamamen taradıktan sonra dur (STOP) seçeneğine tıklayarak taramayı bitiriniz. (tarama işlemini çok yavaş yapmayınız çünkü küp ısınmaya devam etmektedir)

4. Kübün sıcaklığını kayıt ediniz ve dalgaboyunun maksimum şiddetini denklem 3’ü

kullanarak hesaplayınız. 5. Kübün siyah yüzünü çevirerek taramayı tekrarlayın (programdan başlat seçeneğine ve

kızılötesi sensörden sıdır tuşlarına basarak) 6. Kübün parlak yüzeyi ve beyaz yüzeyini çevirerek tarama işlermlerini tekrarlayın . 7. Kızılötesi sensörünü, ışık sensörü ile değiştirin. Kızıl ötesi sensörün önündeki aparatı


çıkararak ışık sensörünün gölgede kalmasını engelleyin ışık sensörünü 10x kazanç seviyesine ayarlayın. Işık sensörünün ve kübün yüksekliklerini eşitleyin. Işık sensörünü bir önceki ölçümleri yaptığınız noktaya getirerek tarama işlemini tekrarlayın.

SORULAR 1. Yansıyan görülebilir ışığın grafiği ile ışıma yapan kızılötesi radyasyonun grafiklerini

karşılaştırın. Grafiklerden boşluk bölgesinde nasıl bir davranış olduğunu ve nedenini açıklayınız.

2. Yüksek şiddete sahip hesaplanan dalgaboyu, spekturumun görülebilir bölgesindemi

yoksa kızılötesi bölgesinde midir? 3. Kübün tüm yüzeylerinin şiddetini karşılaştırın (mat, siyah, parlak, beyaz). Hangi

yüzey en fazla ve en az radyasyon miktarı ışımasına sahiptir? 4. Siyah ve beyaz yüzeylerin nasıl karşılaştırıldığını ve davranışlarını açıklayın. 5. Siyah yüzeymi yoksa boşlukmu daha fazla radyasyon yayar? 6. Yaptığınız deneyi düşünerek otomobil radyatörünün neden siyah boyandığını açıklayın?




Deneyin Adı: Boşluk Radyasyonu Deneyin Kodu: FL 4 - 7



DENEY VERİLERİ:

İmza : . . . . . İmza : . . . . . İmza : . . . . .

Adı Soyadı : . . . . . .



DENEY KODU - NOSUskara.trakya.edu.tr/docs/Fizik-IV_Lab.pdf · 2010. 6. 18. · alüminyum yüzey....

Documents

Transcript of DENEY KODU - NOSUskara.trakya.edu.tr/docs/Fizik-IV_Lab.pdf · 2010. 6. 18. · alüminyum yüzey....