11. sınıf fizik 1. dönem 2. yazılı 7. senaryo meb Test 1

Bir fotonun enerjisi hangi niceliklerle doğru orantılıdır?

A) Sadece dalga boyu
B) Sadece frekans
C) Dalga boyu ve frekans
D) Hız ve dalga boyu
E) Hız ve frekans

Bir fotonun enerjisi, kuantum fiziğinin temel kavramlarından biridir ve belirli niceliklerle ilişkisi vardır. Bu ilişkiyi adım adım inceleyelim:

• Adım 1: Foton Enerjisi Formülü

  Bir fotonun enerjisi ($E$), temel olarak frekansı ($f$) ile ilişkilidir. Bu ilişki, ünlü Planck denklemi ile ifade edilir:

  $E = hf$

  Burada:

  • $E$: Fotonun enerjisi (Joule biriminde).
  • $h$: Planck sabiti (yaklaşık $6.626 \times 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}$ değerinde sabit bir sayıdır).
  • $f$: Fotonun frekansı (Hertz biriminde).
• Adım 2: Enerji ve Frekans İlişkisi

  Yukarıdaki $E = hf$ formülüne baktığımızda, $h$ (Planck sabiti) sabit bir değer olduğu için, fotonun enerjisi ($E$) ile frekansı ($f$) arasında doğru orantılı bir ilişki olduğunu açıkça görürüz. Yani, frekans arttıkça fotonun enerjisi de artar; frekans azaldıkça enerji de azalır.

• Adım 3: Enerji ve Dalga Boyu İlişkisi

  Frekans ($f$), dalga boyu ($\lambda$) ve ışık hızı ($c$) arasında da bir ilişki vardır: $c = \lambda f$. Bu formülden frekansı $f = \frac{c}{\lambda}$ olarak çekebiliriz.

  Bu ifadeyi enerji formülünde yerine koyarsak, fotonun enerjisini dalga boyu cinsinden de yazabiliriz:

  $E = h \frac{c}{\lambda}$

  Burada $h$ (Planck sabiti) ve $c$ (boşluktaki ışık hızı, yaklaşık $3 \times 10^8 \text{ m/s}$) sabit değerler olduğu için, fotonun enerjisi ($E$) ile dalga boyu ($\lambda$) arasında ters orantılı bir ilişki olduğunu görürüz. Yani, dalga boyu arttıkça fotonun enerjisi azalır; dalga boyu azaldıkça enerji artar.

• Adım 4: Hızın Etkisi

  Fotonlar, boşlukta her zaman ışık hızı ($c$) ile hareket ederler. Fotonun hızı, onun enerjisiyle doğru orantılı bir değişken değildir, çünkü fotonun hızı sabittir ve değişmez. Dolayısıyla, "hız" bir fotonun enerjisiyle doğru orantılı bir nicelik olarak kabul edilmez.

• Adım 5: Seçenekleri Değerlendirme
  • A) Sadece dalga boyu: Yanlış, enerji dalga boyu ile ters orantılıdır.
  • B) Sadece frekans: Doğru, enerji frekans ile doğru orantılıdır ($E = hf$).
  • C) Dalga boyu ve frekans: Yanlış, dalga boyu ile ters orantılıyken, frekans ile doğru orantılıdır. Sadece "doğru orantılı" ifadesi ikisi için de geçerli değildir.
  • D) Hız ve dalga boyu: Yanlış, hız sabit bir değerdir ve enerji dalga boyu ile ters orantılıdır.
  • E) Hız ve frekans: Yanlış, hız sabit bir değerdir.

Bu analizlere göre, bir fotonun enerjisi sadece frekans ile doğru orantılıdır.

Cevap B seçeneğidir.