Bu yazımızda, Max Planck, Planck Sabiti, De Broglie Dalga Boyu, Elektromanyetik Spektrum Bölgesi ve Kara Cisim Işıması hakkında konuşuyoruz. Max Planck, Alman bilim insanı ve Kuantum Kuramı’nın kurucuları’nın önde gelen isimlerinden biridir. Kuantum Mekaniği için çok sayıda bilim insanı için isim geçer. Bu yazımızda Max Planck amca hakkında konuşacağız.
Max Planck Amca kendi adıyla bilinen ‘Planck Sabiti’ni ve ‘Planck ışınım yasası’nı bulup bilim dünyasının hizmetine sunar. Açığa çıkardığı kuantum kuramı ile fizik yasaları içinde yeni bir sayfanın açılmasına sebebiyet verir ki temel bilimlerde devrim niteliğinde buluşlara imza atar, Max Planck amca 1918 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülür.
Peki ne yaptı da bu devrim niteliğinde işler açığa çıktı? Planck amca öncelikle Planck sabitini (h) ni keşfeder, bu sabit kuantum mekaniğine geçişin anahtarıdır.
Planck Sabiti değeri h= 6.62607015×10−34 J⋅s’ dir.
Planck sabiti ilk keşfedildiği dönemde bir Fotonun sahip olduğu enerjisi (E) ile elektromanyetik dalgasının frekansı (ν) arasında açığa çıkan matematik denklem olarak bilindi. Lise seviyesi 12.sınıf ve Lisans 3. Sınıfta halen bu şekilde bilinmektedir, neyse.
Enerji ile frekans arasındaki bu bağıntı Planck formülü olarak adlandırılır: ν frekans, λ dalga boyu ve c ışık hızı olduğunda aralarında λν = c ilişkisi vardır.
Planck formülü şöyle de ifade edilebilir
λ=h/P
Burada λ dalga boyunu, h Planck sabiti’ni, P çizgisel momentumu temsil eder. Ek ifade ile λ De Broglie Dalga Boyu olarak bilinir.
Planck sabiti ile ilgili olarak burada tarihe not düşmek isterim. Bir çoğunuz belki ilk kez duyacak. Planck Sabiti’nin anlamı.
BİR CİSMİN KISALABİLECEĞİ EN KÜÇÜK ARALIK’tır. Cisim o küçük aralıktan sonra KISALAMAZ.
İlkokul 4.sınıfta öğretmenimiz küçük tüp, çakmak ve bir tel maşa getirilmesini istedi. Arkadaşlarımdan halen dostluklarını paylaştığım iki kalender insandan biri olan Emrullah Gümüş tüp, Adnan Budak tel maşayı bende babam çakmak dolum ve tamircisi olduğu için çakmak getirdim. Küçük tüpü çakmak ile gaz akışını alevli hale getirdik, öğretmen dolabında daha evvelde bulunan mumları alıp tel maşa üzerine bıraktı ve tel maşa yatay düzlemde tüp yakınında, üzerinde mumlar aralıklı bekleyecek şekilde yerleştirildi. Hatırladınız değil mi? En yakında bulunan mum ilk önce erimeye başladı.
Peki Max Planck Amca ne yaptı?
Bu noktada Elektromanyetik Spektrum Nedir?
Elektromanyetik dalgalar ışık hızı ile yayılır ve Radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar her bir dalga elektromanyetik dalga olarak isimlendirilir, bu dalgalar bir arada incelendiğinde elektromanyetik spektrum açığa çıkar.
Kara Cisim Işıması diye bir kavrama hoş geldin diyelim.
Yukarıda betimlenen grafikte Siyah ile gösterilen 3500 K sıcaklığa sahip olan bir cismin, yaptığı ışımanın maksimum dalga boyunu bir inceleyin. Bu dalga boyu, 4000 K olan cismin yaptığı ışımanın, maksimum olduğu dalga boyundan daha uzun dalga boyuna karşılık geliyor değil mi? Sıcaklık arttıkça tepe noktasının sola kaydığını, yani sıcaklık arttıkça en fazla yapılan ışımanın dalga boyunun kısaldığını göreceksiniz. Bu çok önemli! Bir başka anlatım ile sıcaklığın artışı göstermesi ile, yapılan ışımanın enerjisi de artış gösterir. Ötesinde dikkat çekici yeni bir bilgi daha var, sıcaklık arttıkça tüm bölgelerde yapılan ışıma artış gösterir.
Tüp, mum ve çakmak deneyini hatırlayın, Isı transfer edilen enerjidir tel maşa üzerinde transfer edilen bir enerji var ve tel maşa önce kırmızı görünmeye başlar. Spektrum bölgesinde Görünür bölgeyi gözümüzün algılar burada en düşük enerjili ışıma kırmızı renge karşılık gelir. Tel maşa ısıtılmaya devam ettikçe cismin yapacağı ışıma daha kızıl olmaya gider dersiniz, der misiniz? BİNGO öyle olmuyor, daha yüksek enerjili mavi bölgede yapılan ışıma, kırmızı bölgede yapılandan çok daha fazla artar. Dolayısıyla hali hazırda kırmızı görünen cisme bir de mavi renk eklenir. Tüm renkleri karıştırılacak olursa elde edilecek renk beyaz olacaktır. Eğer tel maşa biraz daha ısıtılır ve mavi bölgede yapılan ışımayı artırırsanız, beyaza mavi eklendiği için mavi görünmesine sebep olursunuz.
Fotoğrafta ısıtılan bir çivi üzerinde Kara Cisim Işımasını görüyoruz. Çivinin en çok ısınan bölgesi yüksek sıcaklığı sebebiyle beyaz görünürken, giderek aşağıya doğru daha soğuk olan bölgeleri sarı, ardından da kırmızı olarak görünür. Algıladığımız olay, doğrudan kara cisim ışımasına iyi bir örnektir.
Kısaca Kara Cisim Işıması
- Her cisim sıcaklığından dolayı ışıma yapar.
- Işımanın bir maksimum noktası bulunur.
- Cismin sıcaklığı arttıkça maksimum tepe noktası, yüksek enerjili tarafa doğru kayar (Wien kayma yasası)
- Cismin sıcaklığı arttıkça her bölgede yaptığı ışıma artar.
- Isınan cisim önce kırmızı, ardından sarı, ardından beyaz, ardından da mavimsi tonlarda görünür.
- Isınan Çivi, Tel Maşa kızarır, ardından sararır, Akkor hale gelir.
Yeşil yıldız gören var mı? Görmediniz değil mi? Kara Cisim Işıması buna müsaade etmez.
Sevgi ile kalın,
Dr.Fırat AKBALIK
Fizik Öğretmeni
Yazar Hakkında :
Fırat Akbalık, 1998 yılında Dicle Üniversitesi Fizik Bölümünden mezun olup. Gönül İşi dediği Öğretmenlik mesleğine başlamıştır. 2005-2007 arasında Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde Üst Uzay Reaksiyon Dinamiği üzerine Yüksek Lisans derecesi almış. 2008 yılında Enstitü tarafından Doktora programına kabul edilmiş, 2011 yılında ise Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde İlaç Gıda Güvenliği Konusunda deneysel çalışmalar yaparak 2015 yılı sonunda Bilim Doktoru ünvanı almıştır. Yazar halen Ankara Akyurt İlçe milli eğitim müdürlüğüne bağlı olarak Fizik Öğretmeni olarak görev yapmaktadır.
