31 Ekim 2017 Salı

Sıcak cisim ışınımı (kara cisim radyasyonu)

Sıcak cisim ışınımı (kara cisim radyasyonu)


Sıcak cisim demekle  ısı yayan mat obje kastedilir. Buna bazan kara cisim de denir.  Bütün maddeler -273 C  den  yani 0 K dan  daha yukarı sıcaklıklarda  ışınım yapar. Buna termal radyasyon (ışınım)denir.İdelde karacisim ;üzerine gelen tüm ışığı soğurup hiçbir kısmını yansıtmayandır.Böyle cisim oda sıcaklığında mükemmel siyah renkde görünür(kara cisim ismi de oradan gelmektedir). Yani hiçbir ışığı yansıtmaz(maddenin rengi yansıttığı ışıktan gelir) Ancak ısıtılan maddeler kendileri yansıtmazsa bile termal radyasyona başlarlar ve ışık yayarlar.(ateşte kor olmuş demirin ışık yaydığı gibi)
Gerçek hayatta  bütün objeler sıcaklıklarına göre az yada çok termal radyasyon yaparlar ve az yada çok üzerlerine gelen ışınımları yansıtırlar. Bu yüzden mükemmel siyah cisim bulmak ve normal objelerle deney yapmak zordur.Ancak düşünülerek mükemmele yakın bir kara cisim yapılabilinir:
Bunun  için ısı iletken malzemeden mesela metalden bir kutu yapılır. Ancak bu kutu içine hiçbir şekilde ışık girmeyecek gibi sızdırmaz ve her tarafından kapalı olmalıdır olmalıdır.Bundan sonra kutunun içindeki kutu sıcaklığından oluşan termal radyasyonun dışarı çıkabilmesi için küçük bir delik açılır.İşte size mükemmele yakın kara cisim.

20. yüzyılın başında Lord Rayleigh, ve  Max Planck  aynı buna benzer bir cisimle kara cisim radyasyonunu incelemiştir. Uzun çalışmalar sonucunda Planck buradaki ışınımı ve dalgaboylarını hesaplamak için deneysel formüller geliştirebilmiştir. Hatta sıcaklık değişmesiyle ışınım spektrumundaki değişmeleri göstermiştir. Planc ın bu  çalışmaları  Kuantum Fiziğinin kurulmasına zemin hazırlamıştır.
Max Planck

Planc ve bu konuda çalışan fizikçilerin bulduğu şu olmuştur.;
'Kara cismin sıcaklığı yükseldikçe saniyedeki  salınan ışınım miktarı artar ve   salınan ışık spektrumunda yoğun olan bant  dalga boyu mavi rengine doğru kayar.

Mesela demir bir çubuk ısıtılmaya başlayınca önce   turuncu-kırmızı daha sonra ısıtma devam edildiğinde mazi ve akabinde beyaz olur.
Bizim bilim adamlarımız tekkelerde  uzun eşşek  oynarlarken Alman fizikçi Wılhelm Wıen 1893 yılında   karacisim sıcaklığıyla   ,ışınım dalga boyu arasındaki 
 formülünü geliştirdi.  Burada T kelvin cinsinden sıcaklıktır..Wıen in yerdeğiştirme kanunu olarak da adlandırılan bu formule göre:Sıcaklıkla  ışınım dalgaboyları ters orantılıdır. Bu da  sıcaklıkla  enerji fazlalaştığı zaman  yğksek enerjili kısa dalgaboylarındaki ışımalara işaret ettiğinden mantıklıdır.Mesela Güneş in sıcaklığı 5800 K  olduğunda ışınımın dalgaboyu  
  dur ve gerçeğe yakındır. Hernekadar dalga boyu olarak yeşil ışık aralığı çıksa da bu  en öok salınan ışık dalgaboyunu göstermektedir.Zira salınan diğer dalga boylarındaki ışıklarla karışarak Güneş ışığı   gözümüzce sarı-beyaz arası algılanmaktadır.

Bizim fizikçiler  5 taş oynarlarken Avusturyalı fizikçi  Stephan Josef  1879 yılında Işıma miktarının (L) kara cismin sıcaklığının 4. kuvvetiyle orantılı olduğunu gösteren  formulunu bulur.

Bu formulde A yüzey  alfa bir   sabittir.K  ise sıcaklıktır. Yani eğer biz sıcaklığı 2 kat arttırırsak ışınım  2 üzeri4 =16 kat artar

Sadece 5 yıl sonra yani 1884 yılında gene Avusturyalı fizikçi Ludwıg Boltzman  bu formukü daha da geliştirip şimdilerde Stefan Boltzman kanunu diye bilinen
  formulüne ulaştı.Burada R yıldızın yarı çapı L yıldızın ışıma miktarı alfa ise Stefan-Boltzman sabitidir

Artık bu formüllerle güneş dahil tüm yıldızların ışıma miktarı hesaplanabilmektedir.




Sıcaklık ve  tepe  ışınım dalgaboyu grafiği 




Düşük sıcaklıklardaki ışınım




Hiç yorum yok:

Yorum Gönder

Elektro Manyetik Işınım

December 28, 2017 Elektro Manyetik Işınım Elektromanyetik (EM) ışınım  etrafımızı sarmış olan bir enerji biçimidir.Radyo dalgaları , ...