12. Sınıf Fizik · 4. Ünite: Madde ve Doğası
Siyah Cisim Işıması ve Planck Sabiti
Kızgın bir demir çubuk önce kızıl, sonra sarımsı beyaz parlar. 19. yüzyılın sonunda bu sıradan olay, klasik fiziğin açıklayamadığı ilk büyük sorunlardan biri oldu. Planck, çözümü enerjinin sürekli değil, paketler hâlinde alınıp verildiği fikrinde buldu ve ortaya çıkan Planck sabiti $h$ modern fiziğin başlangıç noktası sayıldı. Bu konuda siyah cisim ışıma eğrilerini yorumlayacak, klasik fiziğin başarısızlığını açıklayacak ve $h$'nin fotoelektrik olayla bağını kuracaksın.
Kazanımlar
- FİZ.12.4.1.a. Siyah cisim ışıma eğrilerinden sıcaklık arttıkça zirvenin ve toplam ışımanın nasıl değiştiğini yorumlar.
- FİZ.12.4.1.a. Klasik fiziğin kısa dalga boylarındaki ışımayı (morötesi felaketi) neden açıklayamadığını söyler.
- FİZ.12.4.1.a. Planck'ın enerji paketi (kuvantum) varsayımını ve $E = hf$ bağıntısındaki $h$ sabitinin anlamını açıklar.
- FİZ.12.4.1.b. Planck sabitinin fotoelektrik olayla ilişkisini, kinetik enerji - frekans grafiğinin eğimi üzerinden kurar.
- FİZ.12.4.1.a. Bir cismin renginden ve ışıma eğrisinden sıcaklığı hakkında nitel çıkarım yapar.
Konu anlatımı
Isınan cisimler neden ışık verir?
Siyah cisim modeli
Klasik fizik neden başarısız oldu?
Planck'ın çözümü: enerji paketleri
Planck sabiti ve fotoelektrik olay
Sık yapılan hatalar ve kavram yanılgıları
Simülasyonla bağlantı ve özet
Anahtar terimler
- Isıl ışıma
- Sıcaklığı 0 K'nin üstünde olan her cismin yaydığı elektromanyetik ışıma.
- Siyah cisim
- Üzerine düşen tüm ışığı soğuran, ışıması yalnızca sıcaklığına bağlı olan ideal cisim.
- Işıma eğrisi
- Bir cismin yaydığı ışımanın dalga boyuna göre değişimini gösteren grafik.
- Morötesi felaketi
- Klasik fiziğin kısa dalga boylarında sınırsız artan ışıma öngörmesi; deneyle çelişkisi.
- Kuvantum (enerji paketi)
- Enerjinin bölünemeyen en küçük miktarı; frekansı f olan bir paketin enerjisi hf'dir.
- Planck sabiti (h)
- Enerji paketi ile frekans arasındaki orantı katsayısı; h ≈ 6,63×10⁻³⁴ J·s.
- Eşik enerjisi (W₀)
- Bir metalden elektron koparmak için gereken en küçük enerji.
Örnek soru
Siyah cisim ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- Üzerine düşen ışığın tümünü soğurur; ışıması yalnızca sıcaklığına bağlıdır.
- Sıcaklığı ne olursa olsun her zaman siyah renkte görünür.
- Yalnızca sıcaklığı oda sıcaklığının altındayken ışıma yapar.
- Işıması, yapıldığı maddenin cinsine göre büyük farklılıklar gösterir.
- Üzerine düşen ışığın tümünü yansıtan ideal bir yüzeydir.
Doğru cevap: A
Çözüm
1. Siyah cisim, gelen ışığın tamamını soğuran ideal bir cisimdir; "siyah" adı bu soğurmadan gelir.
2. Işıması maddenin cinsinden bağımsızdır, yalnızca sıcaklığa bağlıdır.
3. Sıcakken kızıl, sarı ya da beyaz parlayabilir; bu nedenle B yanlıştır. Her cisim 0 K'nin üstünde ışıma yapar (C yanlış) ve yansıtıcı bir yüzey siyah cismin tam tersidir (E yanlış).
Cevap: A.