Tel:
Fax:
Email:
www.hayatiboskut.com.tr
6.2 Elektromanyetik Spektrum
Işık ya da daha geniş anlamıyla ışıma çok geniş bir aralıkta değişik enerjilere sahip olabilir. Elektromanyetik Spektrum olarak adlandırılan enerji dağılımı, dalga boyları 10-
Işık
Işık bir enerji biçimi olarak ele alındığında, maddeden bağımsız bir olgu olmadığı açıkça görülür. Çünkü ışık bir madde ortamından ortaya çıkar ve ışığın bilinen davranışları ancak madde ile etkileştiğinde gözlenebilir. Bu konuda ışığın yapısı ve davranışı ile ilgili günümüz bilgileri verilecektir. Ayrıca Madde ile ışık enerjisinin etkileşimi ve sonuçları de yer alacaktır.
Madde ile ilgili düşüncelerin oluştuğu dönemlerden beri ışığın niteliği hakkında da çeşitli varsayımlar yapılmıştır. Antik çağda ışık insan gözünün fonksiyonları ile özdeşleştirilmiş ve görme olayının bir elemanı gibi ele alınmıştır. Örneğin; Pythaguras (MÖ 550) ve Euklides (MÖ 300) gözden çıkan bir takım ışınların sayesinde görmenin gerçekleştiğini ileri sürmüşlerdir. Romalılar cisimlerin ışık yaydığını ve cisimlerin hızla hareket eden hayallerinin göze çarpmasının görmeyi mümkün kıldığını kabul etmişlerdir. Plato (MÖ 427) ise gözden çıkan ışınlarla cisimlerin yaydığı ışık veya hayallerin kesişmesi ile görmenin gerçekleştiğini savunmuştur.
Özetle; ışık hakkındaki ilk hipotezler ışığın yapısı ile ilgili olmayıp sadece bazı fonksiyonlarının açıklanması ile ilgilidir. Mercek ve ayna gibi bazı optik araçların çok önceleri bilinmesine ve kullanılmasına rağmen ışığın yapısı hakkındaki hipotezler ve bilgiler ancak 18. asırdan itibaren ortaya çıkmıştır.
Bölüm Hedefi
Bu bölümü tamamladığınızda,
- Işığın yapısını,
- Işık ile ilgili kavramları,
- Işık madde etkileşimlerini,
- Renklerin oluşumunu
öğrenmiş olacaksınız.
6.1 Işığın Yapısı ve Enerjisi
Modern çağda ışığın yapısı için iki teori önem kazanır. 18. yy'ın başında Newton ışığın tanecik yapıda olduğunu ileri sürer. Fakat 1794 yılında T. Young ışıkla interferans (ışığı ışığa katarak karanlık bölge elde etme, aynı dalga boyuna sahip iki ışığın birbirini söndürmesi) yapmanın mümkün olduğunu, bunun da ancak ışığın dalga tabiatlı olmasıyla gerçekleşebileceği görüşünü savundu. 1865'te Maxwell elektrik ve manyetik alan değişmelerinin uzayda ancak elektromanyetik dalgalar halinde yayılabileceğini teorik olarak gösterdi. Bu elektromanyetik dalgalar 1887'de H. Hertz tarafından denel olarak ispatlandı ve ışığın dalga yapısı genel olarak kabul edildi.
Ancak, ışığın bir dalga hareketi şeklinde yayıldığının kabul edilmesi bir çok optik deneyin açıklanmasını sağlamış olsa da, daha sonraki yıllarda gerçekleştirilen fotoelektrik olay gibi bazı deneylerin açıklanmasında başarısız kalmıştır.
1901 yılında, Max Planck Kuantum Hipotezi (başlangıçta; ışığın yapısını açıklamak için değil, sadece dalga modelinin açıklamakta yetersiz kaldığı kızdırılmış cisimlerin spektrumlarındaki farklı frekansların nedenini ortaya koyabilmek için önerilen "Kuantum Hipotezi" daha sonra genelleşerek evrensel bir teori olan "Kuantum Mekaniği"nin temelini oluşturmuştur.) ile bu konuda yeni bir devir açar ve ışığın dalga karakterinde olup olmadığı, daha çok tartışılmaya başlanır. Daha önce bahsettiğimiz gibi Louis de Broglie tarafından ortaya konan Kuantum Mekaniği teorisi ile ışığın yapısı hakkındaki günümüz bilgilerine ulaşılmıştır.
Işık bugün foton denilen tanecikler ve bunların hareketinden doğan dalgalardan ibaret kabul edilmektedir. Fotona eşlik eden bu dalgalar de Broglie'nin kuantum mekaniğinin temelini oluşturan h/=m denklemindeki eşitliğe uygun dalga boylarına sahiptir.
Bu tarife göre ışık bir cisme çarptığında, foto elektrik olaya benzer etkiler meydana getirir ve enerjisini bu kısma verir. Interferans ve difraksiyon gibi olaylar da fotona eşlik eden dalgalar sayesinde gerçekleşir.
Bir ışını görebilmemiz, gözümüzün hassasiyet sınırları içine giren dalga boyları söz konusu ise mümkündür. Bu alan yaklaşık 4000-
Kozmik ışınlardan radyo dalgalarına kadar olan spektrumun her bölgesinde dalga boyu ne büyüklükte olursa olsun kuantum mekaniği ile belirlenen yapısal özellikler geçerlidir, başka bir ifade ile ışık her dalga boyunda aynı yapıdadır. Dalga boyu() veya dalga sayısı( ) ya da frekansı( ) ile karakterize edilebilen bir ışığın enerjisi Planck eşitliği ile hesaplanır.
Görünür alanın sınır değerlerinden olan 4000 Ao için bir mol ışığın enerjisini hesaplayalım. 4000 Ao için;
6.3 Madde Işık Etkileşmesi
Vakumda bir madde ortamına giren ışık, maddenin atom veya molekülleri ile etkileşir. Etkileşme ışığın elektriksel alanı ile maddenin bağ elektronları arasında olur. Maddenin yapısına ve ışığın frekansına bağlı olarak farklı değişmeler meydana gelir. Işığın madde ile etkileşmesi sonucu meydana gelebilecek değişmeler;
I-
II-
III-
IV-
V-
VI-
şeklinde sıralanabilir. Bunlardan ışık absorbsiyonu en geniş uygulama alanına sahip madde inceleme yöntemlerinin temel prensibini teşkil eder.
6.3.1 Işık Absorbsiyonu
Çeşitli dalga boylarında ışık içeren bir demet şeffaf bir ortamdan geçirilirse içinden bazı dalga boylarının kaybolduğu görülür. Buna ışının absorblanması denir. Absorbsiyonla ışık enerjisi maddenin iyon, atom veya moleküllerine aktarılır. Böylece ışık enerjisini absorblamış olan iyon, atom veya moleküller uyarılmış hale geçerler. Uyarılmış bir atom veya molekül kısa bir süre bu halde kalabilir. Sonra absorbladığı ışık enerjisini geri vererek eski haline veya temel haline döner. Madde tarafından absorblanan ışık enerjisinin geri verilmesi genellikle ısı şeklinde olur ve madde az çok ısınır ki, bu durum Atom ve moleküllerin titreşim enerjisinin artmasına neden olur.
Geniş bir alanda veya birbirinden ayrı birkaç spektral bölgede absorbsiyon varsa, absorbsiyonun şiddeti fiziksel metotlarla objektif olarak dalga boyu veya dalga sayısına bağlı olarak ölçülür. Absorbsiyon eğrileri ortamın fiziksel ve kimyasal karakteristikleri olduğundan onların tanımlanmasında kullanılır.
Örneğin; parlak renkler keskin pikli, dar absorbsiyon bandları oluştururlar. Pik ne kadar yaygınsa renk o kadar donuk görünür. Kahverengi gibi spektral olmayan renkler geniş bir dalga boyu alanında oldukça eşit absorbsiyon yaparlar. Siyah ise, görünen spektrumun tamamının absorblanması sonucu oluşur.
* Ek bilgi için tıklayınız
Cisimlerin yansıttığı ya da geçirdiği renkleri görürüz.
Bölüm -
