Soru

Zorluk: ZorSiyah Cisim Işıması

Siyah cisim ışımasına ait deneysel dalga boyu-ışıma şiddeti grafiği ile klasik fizik öngörüsünü karşılaştıran bir öğrenci, aşağıdaki çıkarımları yapmıştır:

I. Klasik fizik yaklaşımı (Rayleigh-Jeans Yasası), dalga boyu kısaldıkça yayılan ışımanın şiddetinin sınırsız şekilde artacağını (II \rightarrow \infty) öngörür; bu durum deneysel sonuçlarla çelişir.

II. Deneysel verilere göre, cismin sıcaklığı artırıldığında yayılan toplam ışıma gücü artar ve maksimum şiddetteki ışımanın dalga boyu (λmaks\lambda_{\text{maks}}) daha küçük değerlere kayar.

III. T1T_1 sıcaklığındaki bir siyah cisimden yayılan görünür bölgedeki ışınların boşluktaki yayılma hızı, T2T_2 (T1>T2T_1 > T_2) sıcaklığındaki bir siyah cisimden yayılan kızılötesi ışınların boşluktaki yayılma hızından büyüktür.

Buna göre, öğrencinin yaptığı çıkarımlardan hangileri doğrudur?

  1. A
    Yalnız I
  2. B
    Yalnız II
  3. I ve IICevap
  4. D
    I ve III
  5. E
    II ve III

Cevap

Birinci ve ikinci çıkarımlar doğrudur.
Klasik fizik yaklaşımı kısa dalga boylarında sonsuz ışıma şiddeti öngörür ve bu durum morötesi felaket olarak bilinir. Deneysel verilere göre sıcaklık arttıkça toplam ışıma gücü artar ve maksimum ışıma şiddetinin dalga boyu kısalır (Wien kayma yasası). Bu nedenle birinci ve ikinci çıkarımlar doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1
Klasik fizik öngörüsünü (Rayleigh-Jeans Yasası) analiz edin.
Klasik yaklaşıma göre, elektromanyetik dalgaların enerjisi sürekli olduğundan dalga boyu sıfıra yaklaştıkça ışıma şiddeti sonsuza gitmelidir. Ancak deneysel gözlemler ışıma şiddetinin sıfıra gittiğini göstermiştir. Bu durum morötesi felaket olarak bilinir ve birinci çıkarımın doğru olduğunu gösterir.
Klasik fizik ile deneysel veriler arasındaki farkı belirlemek için.
2
Sıcaklık artışının ışıma şiddetine ve dalga boyuna etkisini inceleyin.
Stefan-Boltzmann yasasına göre sıcaklık arttıkça toplam ışıma gücü artar (grafikte eğrinin altında kalan toplam alan genişler). Wien kayma yasasına göre ise Tλmaks=sabitT \cdot \lambda_{\text{maks}} = \text{sabit} olduğundan sıcaklık arttıkça maksimum ışıma şiddetine karşılık gelen dalga boyu kısalır. Bu durum ikinci çıkarımın doğru olduğunu gösterir.
Sıcaklık değişiminin ışıma parametreleri üzerindeki etkilerini doğrulamak için.
3
Işınların boşluktaki yayılma hızlarını karşılaştırın.
Görünür ışık ve kızılötesi ışınlar birer elektromanyetik dalgadır. Boşlukta tüm elektromanyetik dalgalar kaynağın sıcaklığından veya kendi frekanslarından bağımsız olarak ışık hızıyla (cc) yayılır. Dolayısıyla hızları eşittir, üçüncü çıkarım yanlıştır.
Farklı türdeki elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma özelliklerini değerlendirmek için.

Anahtar Kavram

Siyah cisim ışımasında klasik teorinin yetersizliği (morötesi felaket), Wien kayma yasası ve elektromanyetik dalgaların boşlukta yayılma hızı.
Tahmini Süre:2m 0s
Bu soruyu puanla