Enerjinin belli bir kaynaktan tanecik biçiminde yayılması.
Enerjinin her çeşit iletiminin dalgasal ve tanecikli yapısındaki ikilik günümüzde herkesçe kabul edilmiştir: Foton ya da fonon gibi enerji yüklü taneciklere dalgalar (fotonlar için elektromagnetik dalgalar, fononlar için ses dalgaları) denk düşmektedir.
Işınım (radyasyon) terimi altında ayrıca, radyoaktif cisimlerden çıkanlar gibi,tanecik demetlerinin yayınlanması da belirtilir. Bu cisimler, parçalanmaları sırasında üç tür ışınım yayınlarlar: Helyum çekirdeklerinden oluşan a ışınımı; elektronlardan oluşan p ışınımı; çok kısa dalga boylarındaki elektromagnetik Y ışınımı.
Elektromagnetik Işınımların Özellikleri
İnsanın incelemiş olduğu ilk ışınımlar, Güneş’in yayınladığı ışık ışınımlarıdır. Işık ışınımlarının elektromagnetik yapısıyla ilgili varsayım Maxwell tarafından ileri sürüldü; daha sonra ışınım adı, elektromagnetik titreşimlerle gerçekleştirilen her çeşit enerji iletimine verildi. Uzayın,böyle bir titreşimin yayıldığı her noktasında birbirine dik bir elektrik alanla bir magnetik alan bulunmakta, bunlar zamanın sinüzoidal bir fonksiyonu olarak aynı fazda titreşmektedir. Yayılmakta olan her titreşim gibi tek bileşenli bir ışıma da f frekansıyla ya da frekansın tersi olan T devriyle (periyot) belirlenmektedir. Bir devir süresinde titreşimin katettiği yol, A dalga boyudur. Bu dalga boyu hem frekansa, hem de titreşimin ortam içindeki yayılma hızına bağlıdır. Boşluk içinde bütün ışınımlar, yaklaşık 300.000 km/sn hızla yayılmaktadırlar. Gerçekte, bir kaynak, genel olarak dalga boyu sürekli biçimde değişen bir ışınım bütünü yayınlamaktadır. Isıl ışınım için durum böyledir: Başka kaynaklar iyice belirlenmiş tekbileşenli bir ışınım bütünü yayınlamaktadır (sodyum alevi, cıva arkı, vb.).Tayf lambaları.tek bileşenli bir tek ışıma yapmaktadırlar. Dalga boyunun boşluktaki değeri, ışınımların sınıflandırılmasında kullanılmıştır (Bkz. çizelge). Işınımların bütünü içinde, gerçek anlamdaki ışık ışınımları çok dar bir bölgeyi kaplar (0,4 um – 0,8 um); çizelge uzun dalga boylarında, radyoelektrik dalgalara dek uzanan kızılötesi ışınımları, kısa dalga boylarındaysa X ışınımları dizisinin başladığı sınıra dek morötesi ışınımları içermektedir.
Kuvantum kuramları, f frekansındaki elektromagnetik bir titreşime foton adı verilen bir hf enerji kuvantumu denk düşürmektedir. Fotonlann, ışınımların frekansı büyüdükçe artan bir enerjileri vardır.Elektronvolt(eV) cinsinden belirtilen enerji,uzak kızılötesindeki bir foton için 0,005 eV olduğu halde,sert bir X fotonunun enerjisi 400.000 eV’dur.Isısal Işınım Ve Kara Cisim
Bütün cisimler, mutlak sıfırdan farklı bir sıcaklıkta enerji yayınlamaktadır; bu yayınımın kaynağı, cisimleri oluşturan atom ya da moleküllerin ısısal titreşimidir. Cisimlerin sıcaklıkları ne kadar yüksek olursa bu enerji de o kadar önemli olur. Böylelikle, 500°C’ın üstünde, enerjinin bir bölümü görsel ışınıma denk düşer (Bkz. Çiz.): Isıtılan bir demir parçası akkor haline geçerse ve sıcaklığı yeterli derecede yüksekse, beyaz görünür (o zaman yayınladığı ışınım görsel ışınıma yaklaşmaktadır). Bununla birlikte, bir cisim düşük sıcaklıkta da enerji yayınlar: bu enerji ancak kızılötesi alıcılar gibi uygun alıcılarla algılanır. Her cisim aldığı enerjinin bir bölümünü soğurur; bu nedenle, sözgelimi, bir fırına konan bir cisim ısınır.
a=soğurulan güç\ alınan güç
oranına soğurma katsayısı adı verilir. İyice belirlenmiş bir a dalga boyu söz konusuysa, a^ soğurma katsayısına, tekbileşenli (monokromatik) soğurma katsayısı denir. Bir kara cisim (siyah cisim de denir) belli bir sıcaklıkta, aldığı ışınımı tümüyle soğuran cisimdir. Demek ki, bir kara cismin soğurma katsayısı bire eşittir. Camdan bir levha isle karartılarak bir kara cisim elde edilir; hemen hemen kusursuz bir kara cisim, iç yüzeyi karartılmış bir fırının çeperinde açılan küçük çaplı bir delik yardımıyla oluşturulmaktadır.
Işınıma İlişkin Yasalar
Bir kaynak, enerji yayınladığı zaman birim yüzeyden belli bir doğrultuda yayınlanan enerji şiddetiyle belirginleşmektedir. Bu büyüklüğe enerji parlaklığı denir. Genellikle her ışınım tek başına İncelenmekte, bu ise kaynağın yayınladığı her ışınım için bir parlaklık yoğunluğunun (LA) tanımlanmasını sağlamaktadır. LA doğrultu bakımından bağımsız olunca, kaynağın Lambert yasasına uyduğu belirtilir. Bir kara cisim söz konusu yasaya göre davranmaktadır. Bu koşullarda, bir yüzey öğesinin bütün uzayda ve ışınımın bütünü için yayınladığı enerji, ışınırlık adım alır. Bir cismin ışınırlığı cismin T termodinamik sıcaklığının dördüncü gücüyle orantılıdır.
M = o T4 (Stefan yasası);
burada a, Stefan sabitidir ve değeri 5,668.10 –8 watt/m2’dir. Bu yasa, kuramsal olarak termodinamiğin kurallarından çıkarılmıştır.1884’te Boltzmann bir tanıtlamasını yapmıştır. Bu yasaların uygulaması, bütün kara cisimlerin belli bir sıcaklık ve bir dalga boyu için aynı parlaklık yoğunluğuna sahip olduklarını göstermiştir; uygulama sonucu aynı koşullardaki bütün cisimlerden en büyük yoğunluğu gösterenin kara cisim olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca, kara cismin parlaklık yoğunluğunun dalga boyu ve sıcaklığına göre değişim yasası, ısısal ışınımın incelenmesinde temel yasadır.
Planck Yasası
Planck’ın kuvantum kuramından yararlanarak elde etmiş olduğu sonuçlar sabit T sıcaklığında LA = f (A) eğrileriyle özetlenmiştir. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, maksimum parlaklık yoğunluğu o kadar büyük olmaktadır (A1, A2, vb. noktaları). Aynı biçimde, denk düşen dalga boyu da, sıcaklık ne kadar büyükse o kadar küçük olur. Ayrıca, Aı, A2, vb. noktaların A.mı, Âm2, vb. apsisleri, m T = sabit olacak biçimdedir. Wien yasasım gösteren bu bağıntı şöyle açıklanabilir:
Kara cismin parlaklık yoğunluğunun en yüksek değeri aldığı dalga boyu, termodinamik sıcaklıkla ters orantılıdır. 0,4 um ile 0,8 um arasındaki görsel bölgede parlaklık yoğunluğu en yüksek değere, ancak çok yüksek sıcaklıklarda erişebilmektedir. Sözgelimi, 0,5 um için, T = 5.800 K olur; çıplak gözle ışık beyaz görünmektedir.Daha düşük sıcaklıklar için parlaklık yoğunluğunun en yüksek değeri kırmızıya doğru kayar; bu nedenle, bir kaynağın sıcaklığı azaldıkça ışık, bize gitgide daha kırmızı görünmektedir. Yüksek sıcaklıklar için, maksimum, mora doğru kaymakta ve ışık bize mavileşmiş görünmektedir: “Mavi” yıldızların yüzey sıcaklıkları, yaklaşık 15.000 K’dir.
Işınım (Radyasyon) Uygulamaları
Göz ve cilt, ışıklı ve ısısal ışınımların doğal alıcılarıdır. Elektromagnetik ışınımların yararlı uygulamaları sayılamayacak kadar çoktur: Radyoskopi; radyografi; radyofoni; radyo işaretleri; mikroptan arındırma; fototerapi; radyoterapi; küriterapi; radyoelektrik; telekomünikasyon; fotoğrafçılık; vb. Gökfizikçisi, gökcisimlerini, yayınladıkları ışınımlar yardımıyla inceleyebilmekte, optik tayflar üstündeki araştırmalardan yıldızların sıcaklık, basınç ve çeşitli alanlarını, teğetsel ve dönme hızlarını, gezegenlerin ve başka gökcisimlerinin yapısmı elde etmektedir.
Isısal ışınınım incelenmesi, yüksek sıcaklıkları ölçmeye yarayan çeşitli aygıtların yapımına yardımcı olmuştur. Gerçekten de, bir kaynağın Lk parlaklık yoğunluğu sıcaklığın fonksiyonu olduğundan, La ’nın her optik ölçümü, bir kara cisme benzetilen kaynağın sıcakhğının bilinmesini sağlar. Böylece, tek renkli ışımalı pirometreler yapılmıştır. Tüm ışınımlı pirometre, Stefan yasasına dayanır. Kara cisimle kara olmayan cismin karşılaştırılması, bir renk sıcaklığının tanımlanmasını sağlar. Renkli fotoğrafçılık bu kavramdan yararlanır. Emülsiyonlar renk sıcaklıklarıyla belirlenmektedir; aslına uygun bir kopya isteniyorsa, aynı sıcaklıktaki kaynaklarla kullanılmaları gerekir.
Isısal bir ışınımın incelenmesi, böylece, fizikte ilk kez, kesikli enerji alışverişi görüşünü getirmiştir. Bu kavram, atom fiziğinde önemli buluşların elde edilmesini sağlamıştır.
Renk Sıcaklığı
Bir ışık kaynağının renk sıcaklığı, kaynağın yayınladığı ışığa benzer bir ışık yayınlayan bir kara cismin sıcaklığıdır. Demek ki, bir kaynağın renk sıcakhğının, kaynağın gerçek anlamdaki sıcaklığıyla hiçbir ilgisi yoktur. Böylelikle, mavi ışık veren gazışıl bir tüpün renk sıcaklığı çok yüksektir, çünkü bu sıcaklıktaki kara cismin mavi bir ışık vermesi gerekmektedir, oysa tüpün gerçek sıcaklığı 100°C’ın altındadır. Beyaz adı verilen ışık için, renk sıcaklığı 5.500 K; Güneş’inki 5.000 K; gündüz ışığınınki (Güneş ve mavi gökyüzü) 6 000 K; akkor haldeki bir lambanınki 2.800 K’dir. Renkli fotoğrafçılıkta kullanılan emülsiyonlar, renk sıcaklıklarıyla belirlenmektedirler; renklerin aslına uygun olarak elde edilebilmesi için bunların aynı renk sıcaklığındaki kaynaklarla kullanılması gerekir.
Yer Işınımı
Yer yaklaşık 14°C sıcaklıktaki bir kara cisim gibi ışınım yayınlar. Kısa dalga boylarında hemen hemen hiç bulunmayan bu ışınım, yalnızca kızıl ötesinde başlar. Atmosfer Güneş ışınımlarının bir bölümünü nasıl soğuruyorsa, bu ışınımların büyük bir bölümünü de soğurur; bu soğurmaya daha çok ozon, su buharı ve karbon gazı yol açmaktadır.
ELEKTROMAGNETİK IŞINIMLARIN ÇİZELGESİ
|
Son Yorumlar