Fizik. Net. Tr

Kara Cisim Işıması

Cisimler sıcaklıklarına göre termal ışıma yaparlar. Düşük sıcaklıktaki cisimlerin yaptıkları ışıma gözle görülemezken, yüksek sıcaklıktaki cisimlerin yaptıkları ışımalar gözle görülebilir. Cisimlerin sıcaklıkları arttıkça kızarmaya yani kırmızı ışık yaymaya başlarlar. Sıcaklık daha da artırılırsa cisim etrafa elektrik ampulündeki tungsten teli gibi beyaz ışık vermeye başlar.

Klasik bakış açısına göre 0 Kelvinden den çok yüksek sıcaklıklara kadar olan aralıkta cisimlerin tüm dalga boylarına sahip ışın yayınlaması gerekir. Yani sürekli bir dalga boyu dağılımına sahiplerdir.

Ancak 1900 lü yılların başlarında ışımanın klasik bakış açısına uymadığı gözlendi. Kara cisim tarafından yayınlanan ışımaların dalga boyları incelendiğinde, kara cismin sıcaklığı arttıkça iki belirgin etki gözlenmiştir:

1. Etki: Sıcaklık arttıkça dağılımın tepe noktası daha kısa dalga boylarına doğru kaymasıdır.

Sıcaklık arttıkça, yayınlanan ışıma enerjisinin dalga boyu, elektromanyetik spektrumda kızıl ötesi bölgesinden, mor ötesi bölgesine doğru kayar.
Işığın dalga boyundaki bu kayma Wien Yerdeğiştirme Yasası ile açıklanabilir. Bu yasaya göre;

\[{\lambda _{\max }} \cdot T = 2,898 \cdot {10^{ – 3}}m \cdot K\]

şeklinde yazılır.

2. Etki: Sıcaklığın artmasi ile ışıma frekansının artması, toplam enerjisinin artmasıdır. Wien yasasi ile ışıma gücünün sıcaklığa bağlı olduğu ispatlanmıştır. Klasik fizik yasalarina göre ışınımın sürekli bir dalga boyu dağılımına sahip olması beklenirken, deneysel verilerde bunun böyle olmadığı tespit edildi.

Planck Hipotezi

Klasik fiziğin siyah cisim ışımasını açıklamada yetersiz kaldığını gören Planck, sorunun bağıntılarda değil klasik fiziğin kendisinde olduğuna karar verir ve yeni bir sabit ileri sürer. Planck sabiti olarak bilinen bu sabit eksik olan sabittir ve değeri \(h = 6,62 \cdot {10^{ – 34}}j \cdot s\) dir.

Max Planck (1858-1947)

Planck siyah cismi oluşturan ve titreşerek enerji yayan yani ışıma yapan molekül veya atomların kesikli enerjilere sahip olması gerektiğini ileri sürerek siyah cisim ışınımını açıklamak için iki postüla önerir.

1. Titreşerek ışınım yapan moleküller:

\[{E_n} = nh\upsilon \]

ile verilen kesikli enerji değerlerine sahip oiabilirler.  Burada n, kuantum sayısı denilen pozitif bir tam sayı ve \(\upsilon \), işıma yapan atom veya moleküllerin titreşim frekansıdır. Bu varsayıma göre enerji seviyeleri kuantumlanmıştır.

2. Titreşen molekül veya atomlar, bir enerji düzeyinden diğerine geçiş yapığında ardışık iki seviye arasındaki enerji farkı \((h\upsilon )\) kadar enerjiye sahip kuantlar yayınlar ya da soğururlar. Molekül veya atom aynı enerji seviyesinde bulunursa enerji yayınlayıp soğurmaz.