KUANTUM FİZİĞİNE GİRİŞ 

Siyah Cisim Işıması 

Mutlak sıfırdan yüksek sıcaklıktaki bütün maddeler elektromanyetik ışıma yapar. Maddelerin yaptığı bu ışımaların frekansları sıcaklıklarına bağlı olarak değişir. Bütün dalga boylarındaki ışımaları absorbe edebilen cisme siyah cisim ya da bir diğer adıyla kara cisim denir. Siyah cismin sıcaklığı belli bir yüksekliğe çıkartıldığında tüm dalga boylarında elektromanyetik ışıma yapmaya başlar. Bu ışımaya siyah cisim ışıması denir. Siyah cisim ışımasına örnek olarak;

• Kor haline gelmiş kömürün yaptığı ışıma
• Güneşin yaptığı ışıma

verilebilir.

Gustav Robert Kircoff Deneyi

Siyah renkli kovuğun içine delik açılıp ışık gönderildiğinde ışık kovukta yüzeylere çarparak yansımalar yapar. Gönderilen ışık delikten çıkamaz, ışığın tamamı soğurulur.

Farklı sıcaklıklar için ısınımın şiddetinin dalga boyuna bağlı değişim grafiği incelendiğinde;

• Sıcaklık arttıkça ısıma şiddeti artar, dalga boyu küçülür.
• Sıcaklık arttıkça eğrilerin maksimumları sola doğru kayar. Bu durum Wien yerdeğiştirme yasası ile açıklanır.

Wien Yer değiştirme Yasası 

λmax.T=0, 2898.10 -2m.K 

T: cismin sıcaklığı 

λmax: eğri tepesinin dalga boyu

• Sıcaklık arttıkça ışınım gücü artar. Grafiğin altında kalan alan hesaplanarak toplam ışınım gücü bulunabilir.

Planck Hipotezi 

Planck sıcak cismin soğurken enerjisini ışık halinde ve tamsayı katları şeklinde kaybettiğini öngörmüştür.

                En = n.h.f

E = ışınım yapan cismin ışınım enerjisi 

n = kuantum sayısı  ( n = 1, 2, 3 ….) 

h = Planck sabiti ( h = 6.626 x 10-34 J.s) 

f = frekans

• Atomlar enerji düzeyleri arası geçişte kesikli enerji paketleri şeklinde enerji yayar.

             E = h.f

E: Ardışık iki kuantum düzeyi arasındaki enerji farkı 

h = Planck sabiti ( h = 6.626 x 10-34 J.s) 

f = frekans

Foton: Einstein’ın bir ışık demetinde enerji taşıyan küçük enerji paketlerine verdiği isimdir.

Fotonların Özellikleri 

 Fotonun sahip olduğu enerji aşağıdaki bağıntı yardımı ile hesaplanır.               

Efoton = h.c/λ        

 f =c/λ 

E: Fotonun enerjisi 

h = Planck sabiti ( h = 6.626 x 10-34 J.s) 

f = frekans c: ışık hızı 

λ: dalga boyu h.c = 12400 eV.Å           değeri yerine yazılırsa;    

Efoton = 12400 eV.Å /λ                    Fotonun sahip olduğu momentum aşağıdaki bağıntı yardımı ile hesaplanır.     

P =Efoton /c

Fotoelektrik Olay 

Metal yüzeyine gelen ışığın elektron koparması olayına fotoelektrik olay denir. 

Önemli! Fotoelektrik olay klasik fizik ile açıklanamaz.

Işığın bir metalden elektron koparabilmesi için minimum sahip olması gereken enerji değerine eşik enerjisi (Eo)denir. 

Metale bu değerden yüksek enerjili bir foton gönderildiğinde eşik enerjisi değerinde enerji fotona aktarılır, kalan enerji değeri ise kopan elektrona kinetik enerji (Ek) kazandırır. Fotonun bütün enerjisi aktarıldığı için foton soğurulmuş olur. 

Efoton = Eo + Ek

• Her foton bir elektron koparabilir.
• Gelen ışığın şiddeti arttıkça kopan elektron sayısı artar.
• Gelen ışığın frekansı arttıkça kopan elektronların kinetik enerjisi artar.
• Elektronların kinetik enerjisi ışığın şiddetine bağlı değildir.

Fotoelektrik olay ışığın sadece tanecik özelliği ile açıklanabilir.