Bilim Teknik

Kara Cisim Işıması

Kara cisim ışınımı, kuantum fiziğine giriş niteliği taşımaktadır. Kara cisim ışınımı, bir cismin sıcaklığına bağlı olarak elektro manyetik dalga yayımlamasıdır. Burada bahsi geçen elektro manyetik dalga çıkışı ısıl (termal) ya da ısıl olmayan ışımalar olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Isıl yayımlara kara cisim ışınımı adı verilmektedir.

Uzaydaki herhangi bir cisim sahip olduğu sıcaklık değerine göre elektro manyetik dalga yayar. Cisimlerden yayılan bu dalgalar en küçük bir sıcaklık değişiminde bile frekansını değiştirerek farklı bir dalgaya dönüşür. Bu olaya foton yayılımı da denmektedir. Elektro manyetik dalgalar hakkında yapılan ilk çalışmalarda bu yayılım frekanslarının sıfırdan sonsuza kadar değişkenlik gösterebileceği düşünülmekteydi. Fakat teknolojik gelişmelerin ışığında bu yayılım frekansının kuramsal bir sonsuzluk aralığında olmadığı ortaya konulmuştur. Bu aralık sınırlamasına “mor ötesi çarpışması” adı verilmiştir. Hatta mor ötesi çarpışması kuramından yola çıkılarak çalışmalar yapan dünyaca ünlü bilim adamı Max Planck’ın kuantum fiziğinin temellerini attığı da söylenmektedir.

0° Kelvin (-273,15° C) sıcaklığının üzerinde bulunan bütün cisimler elektro manyetik ışıma yapmaktadırlar. Kara cisim ışıması için yapılan çalışmalarda incelemelerde bulunmak üzere metallerin içine ışığın girmesi için oyuklar açılır. Burada eğer cisim oda sıcaklığında ise içerisine giren ışık dışarıya çıkamaz. Eğer deliğin boyu cismin boyundan küçük ise içeriye giren ışığın az da olsa dışarıya çıkabilme olasılığı vardır. Çalışmalar sonucunda üzerinde bulunan oyuktan içeriye giren ışığın tamamını ya da büyük bir kısmını hapseden (soğuran) maddelere kara cisim adı verilmiştir. İdeal olarak tanımlanan kara cisimler, elektro manyetik dalga boylarının tamamını soğuran ve ısıtıldığında ise tamamını bırakarak enerji yayan cisimler olarak belirtilmektedir.

Katı Cisimlerde Sıcaklık / Elektromanyetik Yayılım İlişkisi

Cisimler en küçük bir sıcaklık değişiminde bile farklı bir frekansta elektro manyetik dalga yayarlar. Bu durumu günlük hayatta da sıklıkla görebiliriz. Metal bir telin ısıtıldığında önce kırmızı daha sonra da sarı bir renk alması bir elektro manyetik ışıma örneği olarak gösterilebilir. Hatta metal tel daha da ısıtılırsa renginin gittikçe maviye çaldığı görülecektir. Bu örnekten yola çıkılırsa cisimlerin ısıya bağlı olarak gösterdikleri rengin değişeceği sonucu ortaya çıkmaktadır. Elektro manyetik ışımalar hakkında çalışmalar yapan Planck; bir maddenin alıp verebileceği enerjinin belirli bir katsayının katları olabileceği sonucuna varmıştır. Bu katlanma birimlerine “KUANT” adı verilmiştir.

Uzayda bulunan herhangi bir cismin alacağı herhangi bir sıcaklık değerinde herhangi bir frekansta ışıma yapacağı konusunda yapılan çalışmaların ne kadar gerçekçi olduğuna dair incelemelerde, bu ışımanın en iyi kara cisimler üzerinde görülebileceği kanısına varılmıştır. Çünkü ideal kara cisimler düşük dalga boylarında ve yüksek frekans değerlerinde ışımalar yapmaktadır. Ayrıca gazların ışımaları belirli frekanslarda kesikli bir şekilde olurken, katı cisimlerin ise her frekansta yayılım yaptığı gözlemlenmiştir. Bu durum da elektro manyetik ışınımların en iyi kara ve katı cisimler üzerinde incelenebileceği sonucunu ortaya çıkarmıştır. Kara cisim ışınımlarının incelenmesi fikrini ilk olarak Planck ortaya atmıştır.

Planck’ın çalışmalarından sonra onun ışığını takip eden Stefan Boltzmann, Wien ve Rayleigh Jeans kara cisim ışınımları hakkında daha detaylı sonuçlara ulaşabilmeyi başarmışlardır.

Yorum Yap

Yorum yapmak için tıkla