Siyah Cisim Işıması Nedir?

Modern fiziğin kapılarını bizlere aralayan ve ışığı tanecik modeliyle açıklayabildiğimiz ilk olay, siyah cisim ışımasından başkası değildir. Pekala siyah cisim ışıması tam olarak nedir ?

Sıfır kelvinin üzerinde sıcaklığa sahip cisimler ışıma yaparlar. Buna termal ışıma ya da ışıl ışıma adı verilir. Bu ışımanın karakteristikleri cismin sıcaklığı ve özelliğine bağlıdır. Eğer ışımamız düşük sıcaklıkta ise kızılötesi bölgede olacağından gözle görülmez. Şayet cismin sıcaklık derecesi yükseldikçe bu durum degişir.Cisim gözle görülür bir ışıma yapar. Yani sıcaklığı yükselen cisim önce kırmızı daha sonra turuncu sonra da sarı ışık yayar. Buradan çıkaracağımız sonuç ışımanın tayfının kızılötesi bölgeden morötesi bölgeye geçmesidir. Peki ya siyah cisim adı verilen model tam olarak nedir ?     

Bilindiği  üzere 1800’lü yılların başında fizikçiler ısıtılan bir metalin nasıl bir ışıma yaptığını tespit edebilmek amacıyla ideal bir soğurucu yapmışlardır. Siyah cisim üzerine düşen tüm ışımaları absorbe  ettiği düşünülen bir sistemdir. İçi boş bir cisim düşünelim üzerinde bir delik bulunsun ve bu delikten giren ışık iç yansımalarla enerjisini kaybettiği ve soğurulduğunu söyleyebiliriz. Burada dikkat edersek bu ışımanın cismin yapıldığı maddenin cinsine bağlı olmadığını görürüz.       

Klasik bakış , bu ısıl ışımanın cismin yüzeyine yakın atomlardaki yüklü parçacıkların ivmeli hareketinden  kaynaklanmakta olduğunu söylemiştir. Klasik fiziğe göre siyah cisim ışımasından yayılan ışığın dalga boyu küçüldükçe şiddetinin sonsuza doğru gitmesi gerekirdi. Ancak deney sonuçları ile teorik sonuçlar birbirini tutmuyordu. Rayleigh Jeans yasası klasik fiziğe göre dalga boyu sıfıra yaklaştığında ışınım şiddeti sonsuza gitmeliydi. (Morötesi felaketi ) Ancak klasik fizik bu durumu açıklayamayınca modern fiziğin temelleri atılmış oldu.                                                       

Wien kayma yasasına bakacak olursak cismin yayınladığı sıcaklık arttıkça enerjisininde artığını söyleyebiliriz. Ve sıcaklığın artması dalga boyunun azaldığını bize gösteriyor keza dalga boyunun artması ise mutlak sıcaklığın azalmasına neden olur. Yani Wien kayma yasasında mutlak sıcaklık ve dalga boyunun birbirleriyle ters orantılı olduğu sonucuna ulaşmış olduk.                                                     

Pekala ışımanın enerjisi Max Planck ‘a göre ışıma şiddetine bağlı değil frekansa bağlıydı. İşte bu fikir kuantum teorisinin temelini oluşturdu. Işıma sürekli değil enerji paketlerinden oluşan enerji paketleri şeklindeydi. Işık paketçiklerine foton denildi. Max Planck fotonun enerjisini h.v olduğunu buldu. Burada h evrensel Planck sabitidir v ‘nin ise fotonun frekansı olduğunu söylemeliyiz. Siyah cisim üzerine n tane foton salındığında yayımlanan enerji n.h.v olur. Ve burada v yerine ışık hızının dalga boyuna bölümünü yasarsak foton enerjisinin dalga boyuyla ters orantılı olduğunu görürüz .  Siyah Cisim Işıması bize modern fiziğin kapılarını araladı. Bu sayede  enerjinin kesikli olduğu bilgisi ve ışığın tanecikli yapısını görebileceğiniz ilk örnek olarak yerini aldı. Bu bağlamda  Fiziği anlamaya dair diğer adımlarda görüşmek dileğiyle…

Yazan: Merve ŞİMŞEK

Kaynak*

YouTube Kanalımız

Leave a reply

Please enter your comment!
Please enter your name here