fizik

Einstein'ın, hiçbirşeyin ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceği konusundaki ısrarına karşın, Rochester Üniversitesi'nden (ABD) bir grup araştırmacı, eğer gözü kara bir sürücüyseniz, ışıktan hızlı gidebileceğinizi gösterdi.


Işığın boşluktaki hızının saniyede 300.000 km olduğunu hepimiz biliriz. Oysa, Rochester Üniver-sitesi'nde optik profesörü olan Robert Boyd'a göre arabanızın hızını saatte 203 kilometrenin biraz üstüne çıkardığınızda ışık hızını geçebilirsiniz! Üstelik ışık hızını 5,3 milyon kat yavaşlatmanın yöntemi de araştırmacının sözleriyle "gülünç derecede basit". Daha önceki ışık yavaşlatma deneylerinde kullanılan dev düzeneklere gerek yok.

Daha önce gerçekleştirilen deneylerde de ışığın hızı saniyede 17 km'ye kadar düşürülmüştü. Ancak bunun için mutlak sıfıra (-273 °C'ye) çok yakın sıcaklıklarda oluşturulan, çok sayıda atomun tek bir atommuşçasına uygun adım hareket ettiği "Bose-Einstein Yoğuşu-mu" içinden lazer ışını geçirilmiş ve bu yoğuşumu oluşturmak için de oda büyüklüğünde aygıtlardan yararlanılmıştı.

Oysa, Boyd ve ekibinin geliştirdikleri yeni teknik için, oda sıcaklığı ortamı ve basit bir yakutla iki basit lazer cihazı yeterli. Yapılan, bir lazerle yakutun soğurum spektrumunda bir "delik açılması". Bu delik içine nişanlanan ikinci bir lazer ışını, delik içinden son derece yavaş hızda geçiyor.

Aslında ışığı yavaşlatmak, akla gelen kadar güç bir eylem değil. Işık, zaten çeşitli medyumların içinden geçerken yavaşlıyor. Örneğin, camdan geçen ışık, boşluktaki ışık hızından 1,5 kat daha yavaş. Işığın sudaki yavaşlaması da aşağı yukarı aynı düzeyde. Ama ışığın 5,3 milyon kez daha yavaşlatılması sozkonusu. Bunun için araştırmacılar "düzenli populasyon salınımları" denen özel bir kuantum sürecinden yararlanmışlar. Bu şahmından yararlanarak, bir yakutun soğuracağı ışık frekanslarında özel bir boşluk meydana getirmişler.

Yakutların rengi kırmızı; çünkü üzerlerine düşen yeşil ve mavi ışığın çok büyük bir kısmını so-
ğuruyorlar. Yakuta yeşil renkte şiddetli bir lazer uygulamak, bu taşa rengini veren krom iyonlarını kısmen doyma noktasına getiriyor. Araştırmacılar daha sonra yakuta "sonda lazeri" denen ikinci bir lazer demeti gönderiyorlar. Sonda demetinin frekansı, araştırmada kullanılan esas lazerin frekansından biraz değişik. Örtüşmeyen bu frekanslar birbiriyle etkileşiyor ve tıpkı suya atılan iki çakıl taşının yarattığı dalgaların, birbirleriyle karşılaşınca tek tek her birinde olandan daha derin tepeler ve çukurlar oluşturması gibi değişmlere yol açıyor. Yakuttaki krom iyonları da bu yeni frekanstaki ritmik tepe ve çukurlardan etkileniyor ve bunlara paralel olarak salınmaya başlıyor. Bu salınınım bir sonucu, yeşil olmasına karşın sonda lazerinin yakuttan geçmesine izin vermesi. Ancak bu izni, ışığın normalde geçeceği hızdan 5,3 milyon kat düşük hızda veriyor.

Tekniğin, aşılması gereken bazı sorunları var. Örneğin, Bose-Einstein yoğuşumlarıyla yapılan deneylerin aksine, ancak uzun süreli atmalar (pulse) yavaşlatabiliyor. Yine de, yeni deneylerle sorunu giderebileceklerini düşünen Boyd ve arkadaşlarına göre, bu basit ve ucuz ışık yavaşlatma yönteminin telekomünikasyon sanayiinde uygulama alanı bulacağı kesin.

Kaynak:Amerikan Fizik Enstitüsü Bülteni, 31 Mart 2003 / Tübitak Bilim ve Teknik.Mayıs 2003

Hollanda'da Nottingham ve Nijmegen Universiteleri'nden bir grup bilim adamı çok büyük bir manyetik alan kullanarak bir kurbağanın havada durmasını sağladılar.

Havaya yükselmenin gerçekleşmesinin nedeni dev manyetik alanların kurbağanın atomlarındaki yörüngeleri çarpıtması. Sonuçta çıkan elektrik akımı mıknatıslarınkinin yönünün tersine bir manyetik alan oluşturuyor. 16 Tcslalık alan kurbağanın havada durmasını sağlayacak kadar çekici bir güç oluşturuyor.

Grup, ayrıca bitkileri çekirgeleri ve balıkları da havaya yükseltmiş. Eğer yeterli büyüklükte bir mıknatıs olursa insanın da havaya kaldırılabileceğini düşünüyorlar.

Bilim adamlarına göre kurbağanın bu olaydan sonra bir rahatsızlığı olmamış; mutlu bir şekilde diğer kurbağaların yanına dönmüş.

Kaynak:New Scientist.12.Nisan.1997 / Çev.Selda Arıt.Bilim ve Teknik.Haziran.1997

 Güneş pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren yarıiletken maddelerdir.

Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire şeklinde biçimlendirilen güneş pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,2-0,4 mm arasındadır...

Güneş pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalışırlar, yani üzerlerine ışık düştüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluşur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneş enerjisidir. (Güneş pillerinin yapısı ve çalışması)

Güneş enerjisi, güneş pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 20 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.

Güç çıkışını artırmak amacıyla çok sayıda güneş pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneş pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç Watt'tan megaWatt'lara kadar sistem oluşturulur.

Güneş Pillerinin Yapısı

Günümüz elektronik ürünlerinde kullanılan transistörler, doğrultucu diyotlar gibi güneş pilleri de, yarı-iletken maddelerden yapılırlar. Yarı-iletken özellik gösteren birçok madde arasında güneş pili yapmak için en elverişli olanlar, silisyum, galyum arsenit, kadmiyum tellür gibi maddelerdir.

Yarı-iletken maddelerin güneş pili olarak kullanılabilmeleri için n ya da p tipi katkılanmaları gereklidir. Katkılama, saf yarıiletken eriyik içerisine istenilen katkı maddelerinin kontrollü olarak eklenmesiyle yapılır. Elde edilen yarı-iletkenin n ya da p tipi olması katkı maddesine bağlıdır. En yaygın güneş pili maddesi olarak kullanılan silisyumdan n tipi silisyum elde etmek için silisyum eriyiğine periyodik cetvelin 5. grubundan bir element, örneğin fosfor eklenir. Silisyum'un dış yörüngesinde 4, fosforun dış yörüngesinde 5 elektron olduğu için, fosforun fazla olan tek elektronu kristal yapıya bir elektron verir. Bu nedenle V. grup elementlerine "verici" ya da "n tipi" katkı maddesi denir.

P tipi silisyum elde etmek için ise, eriyiğe 3. gruptan bir element (alüminyum, indiyum, bor gibi) eklenir. Bu elementlerin son yörüngesinde 3 elektron olduğu için kristalde bir elektron eksikliği oluşur, bu elektron yokluğuna hol ya da boşluk denir ve pozitif yük taşıdığı varsayılır. Bu tür maddelere de "p tipi" ya da "alıcı" katkı maddeleri denir.

P ya da n tipi ana malzemenin içerisine gerekli katkı maddelerinin katılması ile yarıiletken eklemler oluşturulur. N tipi yarıiletkende elektronlar, p tipi yarıiletkende holler çoğunluk taşıyıcısıdır. P ve n tipi yarıiletkenler biraraya gelmeden önce, her iki madde de elektriksel bakımdan nötrdür. Yani p tipinde negatif enerji seviyeleri ile hol sayıları eşit, n tipinde pozitif enerji seviyeleri ile elektron sayıları eşittir. PN eklem oluştuğunda, n tipindeki çoğunluk taşıyıcısı olan elektronlar, p tipine doğru akım oluştururlar. Bu olay her iki tarafta da yük dengesi oluşana kadar devam eder. PN tipi maddenin ara yüzeyinde, yani eklem bölgesinde, P bölgesi tarafında negatif, N bölgesi tarafında pozitif yük birikir. Bu eklem bölgesine "geçiş bölgesi" ya da "yükten arındırılmış bölge" denir. Bu bölgede oluşan elektrik alan "yapısal elektrik alan" olarak adlandırılır. Yarıiletken eklemin güneş pili olarak çalışması için eklem bölgesinde fotovoltaik dönüşümün sağlanması gerekir. Bu dönüşüm iki aşamada olur, ilk olarak, eklem bölgesine ışık düşürülerek elektron-hol çiftleri oluşturulur, ikinci olarak ise, bunlar bölgedeki elektrik alan yardımıyla birbirlerinden ayrılır.

Yarıiletkenler, bir yasak enerji aralığı tarafından ayrılan iki enerji bandından oluşur. Bu bandlar valans bandı ve iletkenlik bandı adını alırlar. Bu yasak enerji aralığına eşit veya daha büyük enerjili bir foton, yarıiletken tarafından soğurulduğu zaman, enerjisini valans banddaki bir elektrona vererek, elektronun iletkenlik bandına çıkmasını sağlar. Böylece, elektron-hol çifti oluşur. Bu olay, pn eklem güneş pilinin ara yüzeyinde meydana gelmiş ise elektron-hol çiftleri buradaki elektrik alan tarafından birbirlerinden ayrılır. Bu şekilde güneş pili, elektronları n bölgesine, holleri de p bölgesine iten bir pompa gibi çalışır. Birbirlerinden ayrılan elektron-hol çiftleri, güneş pilinin uçlarında yararlı bir güç çıkışı oluştururlar. Bu süreç yeniden bir fotonun pil yüzeyine çarpmasıyla aynı şekilde devam eder. Yarıiletkenin iç kısımlarında da, gelen fotonlar tarafından elektron-hol çiftleri oluşturulmaktadır. Fakat gerekli elektrik alan olmadığı için tekrar birleşerek kaybolmaktadırlar.

Güneş pilleri pek çok farklı maddeden yararlanarak üretilebilir. Günümüzde en çok kullanılan maddeler şunlardır:

Kristal Silisyum: Önce büyütülüp daha sonra 200 mikron kalınlıkta ince tabakalar halinde dilimlenen Tekkristal Silisyum bloklardan üretilen güneş pillerinde laboratuvar şartlarında %24, ticari modüllerde ise %15'in üzerinde verim elde edilmektedir. Dökme silisyum bloklardan dilimlenerek elde edilen Çokkristal Silisyum güneş pilleri ise daha ucuza üretilmekte, ancak verim de daha düşük olmaktadır. Verim, laboratuvar şartlarında %18, ticari modüllerde ise %14 civarındadır.

Galyum Arsenit (GaAs): Bu malzemeyle laboratuvar şartlarında %25 ve %28 (optik yoğunlaştırıcılı) verim elde edilmektedir. Diğer yarıiletkenlerle birlikte oluşturulan çok eklemli GaAs pillerde %30 verim elde edilmiştir. GaAs güneş pilleri uzay uygulamalarında ve optik yoğunlaştırıcılı sistemlerde kullanılmaktadır.

İnce Film:

Amorf Silisyum: Kristal yapı özelliği göstermeyen bu Si pillerden elde edilen verim %10 dolayında, ticari modüllerde ise %5-7 mertebesindedir. Günümüzde daha çok küçük elektronik cihazların güç kaynağı olarak kullanılan amorf silisyum güneş pilinin bir başka önemli uygulama sahasının, binalara entegre yarısaydam cam yüzeyler olarak, bina dış koruyucusu ve enerji üreteci olarak kullanılabileceği tahmin edilmektedir.

Kadmiyum Tellürid (CdTe): Çok kristal yapıda bir malzeme olan CdTe ile güneş pili maliyetinin çok aşağılara çekileceği tahmin edilmektedir. Laboratuvar tipi küçük hücrelerde %16, ticari tip modüllerde ise %7 civarında verim elde edilmektedir.

Bakır İndiyum Diselenid (CuInSe2): Bu çokkristal pilde laboratuvar şartlarında %17,7 ve enerji üretimi amaçlı geliştirilmiş olan prototip bir modülde ise %10,2 verim elde edilmiştir.

Optik Yoğunlaştırıcılı Hücreler: Gelen ışığı 10-500 kat oranlarda yoğunlaştıran mercekli veya yansıtıcılı araçlarla modül verimi %17'nin, pil verimi ise %30'un üzerine çıkılabilmektedir. Yoğunlaştırıcılar basit ve ucuz plastik malzemeden yapılmaktadır.

Kaynak:MMO

bilim haberleri Güneş Enerjisi

http://www.enginbilim.byethost16.com