Tarih: 23:56, 17/5/2006 Kategori: Fizik

ELEKTRON DİFRAKSİYONU:

TEORİK BİLGİ:

DİFRAKSİYON:

Işığın difraksiyon olayını izah edebilmek için dalga teorisinin kullanılması gereklidir. Paralel bir ışık demetine tekabül eden bir düzlem dalgalar serisi Bir deliğe rastlarsa deliğin öbür tarafında dalga yüzeyi aşağıdaki şekilde olduğu gibi eğilir. Eğer fant daha daraltılırsa olayı gözlemlemek daha kolaylaşır ve demet etrafa yayılır. Dalga boyu l olan bir ışık ışını genişliği d olan bir yarıktan geçerken kırınıma uğrarlar ve eksen üzerinde bir kırınım demeti elde edilir. Ve bu düzenekte

dsinq=nl...................................................................(A)

bağıntısı geçerlidir.

burada n=0,1,2,3,.... gibi karanlık çizgilerin merkez çizgiye göre kaçıncı mertebeden olduğunu belirten katsayıdır. Kırınım oluşabilmesi için l büyük veya eşit d olmalıdır d yarığın genişliğidir. Bu olay ışığın tanecik karakteri ile uyuşmaktadır.

De Broglie Hipotezi ve Yorumu

Kuantum teorisinin gelişmesinde de Broglie önemli bir rol oynamıştır. 1924 yılında Fransız fizikçisi De Broglie nin ortaya attığı teori iki yönlü olarak ifade edilebilir.

^      Momentumu p olan her hareketliye

l=h/p...................................................................(B)

ile belirli bir dalga eşlik eder hipotezin bu kısmı parçacık mekaniğinden dalga mekaniğine geçişi temsil eder.

^      Dalga boyu l olan her dalga hareketine momentumu

^      P=h/l ..........................................................    ©

Olan belirli bir parçacık eşlik eder bu ifade dalga mekaniğini parçacık mekaniğine bağlamaktadır.

          DE BROGLİE NİN YORUMU:

            De Broglie hipotezi fiziğe üçüncü bir dalga kavramı getirmektedir. Bilindiği gibi klasik fizikteki dalgalar elektromagnetik dalgalar ve mekanik dalgalar olmak üzere iki ana grupta toplanırlar. Elektromagnetik dalgalar kozmik,g, mor ötesi ,görünür bölge, kızıl ötesi, mikrodalga TV,radyo dalgalarından oluşur. Bunların elektrik ve magnetik alan vektör bileşenleri vardır. De broglie dalgaları ise karakter olarak her iki dalga türünden de farklı üçüncü bir dalga grubu oluşturmaktadır. Bu dalga türünde ileride Schröndinger dalgası, madde dalgası gibi adlar verilecektir. Şimdiden bu dalgaların birbirinden farkını yakalamakta fayda vardır. De broglie dalgaları bir olasılık dalgasıdır. Yani parçacığın belirli bir t anında x konumunda bulunma olasılığını verir. Bu tür dalgalar y_(x,t)  foksiyonu ile gösterilir.

PARÇACIKLARIN KIRINIMI ELEKTRON DİFRAKSİYONU:

İlk defa C Davissson  ve L.H. Germer ve Thompson 1927 yılında elektronları hızlandırıp ince bir filmden geçirerek filmin arkasında kırınım demeti elde ettiler. Elektron proton gibi yüklü parçacıklar kolaylıkla hızlandırılabildikleri için bunlarla kırınım deneyi yapmak mümkündür. Bu deneyde elektronlar rölavisitik olmayacak şekilde hızlanırlar Flaman ve elektron arasında hızlanan elektronlar için, hız

V=Ö2eV/m.............................................................(D)

Olarak belirlidir. Buradan de broglie hipotezine göre bu elektronlara eşlik eden dalganın dalga boyu

l=h/p =h/mV

l=h/(mÖ2eV/m)

l=h/Ö2meV...........................................................(E)

ile belirlidir.

Bu tartışmalardan göründüğü gibi parçacıklar hızlandırıldıkları zaman dalga karakteri kazanırlar adeta ışıkta olduğu gibi maddesel parçacıklarda yeterince hızlandırıldıklarında dualite özelliği göstermektedir.

FLORESANS:

Uyarılmış elektron durumdaki bir elektron değişik yollarla enerji kaybedip taban durumuna dönebilir. Tabi ki molekül, sadece soğurulan fotonun frekansında bir foton yayınlayarak taban durumuna tek bir adımda da dönebilir. Bir diğer olasılık floresanstır. Burada molekül titreşim enerjisini bir kısmını diğer moleküllerle çarpışmada yitirir. Ve aşağıya doğru ışınımlı geçiş üstteki elektronik durumu daha düşük bir titreşim düzeyinde başlar. Dolayısıyla floresans ışınımın soğurulan ışınımdan daha düşük frekanstadır.

            Morötesi ışık ile uyarılan floresansın örneğin mineral ve biyokimyasal bileşiklerin tanıması gibi pek çok uygulama alanı vardır. Bir floresans lambasında cıva buharı ile argon gibi bir asal gazın bir cam tüp içerisindeki karışımı içerisinden bir elektrik akımı geçirildiğinde morötesi ışınım verir. Tüpün iç yüzü genelde fosfor adı verilen ve mor ötesi ışınımla uyarıldığında görünür bir ışık yayımlayan bir floresans madde ile kaplanmıştır. Bu sürecin verimi bir flamenti sıradan ampullerde olduğu gibi akkor haline gelinceye kadar ısıtacak bir akım kullanmaya göre çok yüksektir. Molekül tayflarında toplam spinleri farklı elektron durumları arasındaki ışınımlı geçişler yasaklanmıştır. Ve üçlü bir durumdan tekli bir duruma geçiş yasaklanmıştır. Bunu gerçekte anlamı olanaksızlığı değil fakat gerçekte anlamı, olanaksızlığı değil fakat gerçekleşme olasılığının çok düşük olmasıdır. Dolayısıyla böyle geçişlerin yarı ömürleri uzun olup floresans ışınımın yayınlanması, ilk soğurmadan dakikalar sonra ve hatta saatler sonra bile gerçekleşebilir.

GAZLARDA  ELEKTRİK BOŞALMASI VE KATOT IŞINLARI

1709 da Hauksbee, bir cam kabın içindeki havanın kabın basıncının normal basıncın 1/60 ininceye kadar dışarı atılmasını ve kabın sürtünmesel bir elektrik kaynağına bağlanması halinde kabın içinde acayip bir ışığın oluşabildiğini gözlemlemişti. Barometrelerdeki civanın üzerinde yer alan yarı boşlukta da benzer ışık parlamalarının oluştuğuna da dikkat çekmişti 1748 de Watson havası boşaltılmış yaklaşık 80 santimetrelik  bir tüpün içindeki ışığı parlak bir alev arkı olarak betimlemişti başka gözlemlerde de Abbé Nollet tarafından Gottfried Heinrich Grummont(1719-1776) tarafında ve Michael Faraday tarafından da yapılmıştı.

            Bu ışığın doğası başlangıçta anlaşılamadı; fakat bugün biliyoruz ki bu ışık ikincil bir olaydır, elektrik akımı bir gazın içinden geçerken, elektronlar gaz atomlarına çarparak enerjilerinin bir kısmını onlara verirler; ardından bu enerji ışık olarak tekrar salınır. Günümüzde florasan lambaları ve neon ışıkları aynı ilkeye dayanır. Renkleri de kullanılan gazın atomlarının öncelikli olarak saldıkları ışığın rengidir. Neon portakal rengi helyum pembemsi beyaz cıva yeşilimsi mavi gibi...

            1858-1859 yıllarında Bonn Üniversitesi Doğa Felsefesi profesörü Julies Plücker tarafından düşük basınçlı gazlarda elektrik iletimi üzerine yapılan bir dizi deney yapıldı. Bir cam tüpün içerisindeki metal levhalar tellerle güçlü bir elektrik kaynağına bağladılar. Tüpün içerisindeki hava neredeyse tamamen boşaltıldığında, tüpün büyük bir bölümü boyunca ışık yok oluyor fakat katot yakınlarında cam tüpün üzerinde yeşilimsi bir parıltı ortaya çıkıyordu parıltının konumu anotun yerleştirildiği yere bağlı gözükmüyordu. Goldstein bu olayın adını katot ışınları olarak koydu ve bu olayın bir elektron akışından başka bir şey olmadığını ortaya koydu.bu olayda elektriksel itme ile elektronlar fırlatılıyorlardı neredeyse boş olan bir tüpün içerisinde sürükleniyorlardı cama çarpıp cam atomlarına enerji veriyorlardı ve bu enerji görünür ışık olarak tekrar salınıyordu. Bu olay üzerine çok önemli bir ayrıntıda katot ışınları katotun yapıldığı malzemeye bağlı değildir. ( 1870 Goldstein)