Konu anlatımı
Fizik çok geniş bir alanı kapsadığı için incelediği olaylara göre alt dallara ayrılır. Bu alt başlıkta programda sayılan alt dalların neyi incelediğini, hangi teknolojilerde kullanıldığını ve hangi mesleklerle ilgili olduğunu göreceksin.
Mekanik, termodinamik ve optik
Mekanik, cisimlerin hareketini ve bu hareketin nedeni olan kuvvetleri inceler; köprü ve bina tasarımı, araç güvenliği ve uydu yörüngeleri mekaniğe dayanır. Termodinamik ısı, sıcaklık ve enerji dönüşümleriyle ilgilenir; motorlar, buzdolapları, klimalar ve ısı yalıtımı bu dalın uygulamalarıdır. Optik ışığın davranışını inceler; gözlükler, mikroskoplar, teleskoplar, fotoğraf makineleri ve fiber optik kablolar optik bilgisiyle tasarlanır.
Elektromanyetizma ve katı hal fiziği
Elektromanyetizma elektrik yükleri, elektrik akımı ve manyetik alanlar arasındaki ilişkileri inceler; elektrik motorları, jeneratörler, transformatörler ve elektromıknatıslar bu dalın ürünüdür. Katı hal fiziği katıların atomik düzenini ve elektriksel, manyetik, ısıl özelliklerini araştırır. Yarı iletkenlerden yapılan diyot, transistör, LED ve güneş pilleri ile bilgisayar işlemcileri katı hal fiziğinin günlük hayattaki karşılığıdır.
Atom, nükleer, yüksek enerji ve plazma fiziği
Atom fiziği atomun elektron yapısını ve atomların ışıkla etkileşimini inceler; lazerler ve atom saatleri bu bilgiye dayanır. Nükleer fizik atom çekirdeğini, radyoaktifliği, çekirdeğin bölünmesini (fisyon) ve çekirdeklerin birleşmesini (füzyon) konu alır; nükleer santraller ve kanser tedavisinde kullanılan ışın tedavisi bu dalın uygulamalarıdır. Yüksek enerji fiziği maddenin temel parçacıklarını büyük hızlandırıcılarda inceler. Plazma fiziği ise maddenin iyonlaşmış gaz hâli olan plazmayı araştırır; Güneş, şimşek ve füzyon reaktörü çalışmaları bu alana girer.
Alt dallar ve meslekler
Her alt dal farklı mesleklerin temelini oluşturur. Mekanik inşaat ve makine mühendisliğine, termodinamik enerji ve iklimlendirme alanlarına, elektromanyetizma ile katı hal fiziği elektrik-elektronik mühendisliğine, optik ise optisyenlik ve göz sağlığı alanlarına kaynaklık eder. Nükleer fizik nükleer enerji mühendisliğini ve hastanelerde çalışan medikal fizik uzmanlığını besler. Bir uygulama çoğu zaman birden çok alt dalı ilgilendirir: bir cep telefonunda elektromanyetizma, katı hal fiziği ve optik bir aradadır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Güneş pilinin verimini artırmak, bir köprünün taşıyabileceği yükü belirlemek, gözlük camı tasarlamak ve buzdolabının soğutma düzeneğini geliştirmek çalışmaları sırasıyla hangi alt dallarla ilgilidir?
Çözüm. Güneş pilleri yarı iletken malzemelerden yapıldığı için ilk çalışma katı hal fiziğiyle ilgilidir. Köprünün taşıyabileceği yük kuvvet ve dengeyle ilgili olduğundan mekaniğin konusudur. Gözlük camı ışığı kırarak görüntüyü düzelttiği için optiğe girer. Buzdolabı ısıyı içeriden dışarıya aktaran bir düzenek olduğundan termodinamiğin alanındadır.
Örnek 2. Bir araştırma grubu, hafif çekirdekleri birleştirerek enerji elde etmeyi amaçlayan bir füzyon reaktöründe çok yüksek sıcaklıktaki iyonlaşmış gazı manyetik alanla kontrol etmeye çalışıyor. Bu çalışma hangi alt dalları ilgilendirir?
Çözüm. Çekirdeklerin birleşmesi nükleer fiziğin konusudur. Çok yüksek sıcaklıkta elektronlarının bir kısmını kaybetmiş atomlardan oluşan gaz plazmadır ve plazma fiziğinin alanına girer. Plazmayı manyetik alanla tutmak elektromanyetizma bilgisi gerektirir; yüksek sıcaklık ve enerji aktarımı ise termodinamikle ilgilidir. Bu örnek, büyük projelerin birden çok alt dalı bir arada kullandığını gösterir.
Sık yapılan hatalar
- Diyot, transistör ve güneş pili gibi yarı iletken teknolojilerini katı hal fiziği dışında bir dala bağlamak.
- Atom fiziği ile nükleer fiziği karıştırmak; atom fiziği elektron yapısıyla, nükleer fizik çekirdekle ilgilenir.
- Bir uygulamanın yalnızca tek bir alt dalla ilgili olduğunu düşünmek.
- Mekanik hareketi ve kuvveti, termodinamik ısıyı ve enerji dönüşümünü, optik ışığı inceler.
- Yarı iletkenler ve elektronik devre elemanları katı hal fiziğinin konusudur.
- Atom fiziği elektron yapısını, nükleer fizik çekirdeği, plazma fiziği iyonlaşmış gazları inceler.