Kuantum Teorisi (Enerji Taneleri Teorisi)

23 Mart 2015 tarihinde tarafından eklendi.
  • Klasik mekanik, şu prensip üzerine kurulmuştur: Belirli bir anda sistemin halinin bilinmesi; bu halin her an için tanımlanmasını sağlar.Fiziğin, bizim ölçeğimize uygun, yani makroskopik fenomenleri incelemesi; klasik mekaniği kolaylaştırmıştır. Zaman sürekli bir kavram olarak kabul edilip, tüm fenomenlerin mutlak euclidien uzayda cereyan ettiği ve newtoniyen mekanik kanunlarına bağlı olarak hareket ettiği söylenir.
  • Ancak XX. yüzyılın başında kuvantalann keşfi (Isı, ışıma araştırmaları esnasında keşfedilmiştir) fiziği tamamıyla sarsmıştır.
  • Termik ışıma kanunları; Kirchoff, Stefan ve Wien tarafından “Siyah cisim” kavramı kullanılarak ortaya atılmıştır. Siyah cisim kendine ulaşan tüm ışımaları maksimum şekilde absorblar. Pratikte siyah cisim; kapalı bir kutuya açılan ufak bir delik ile gerçekleştirilir; bu delikten içeri giren radyasyonlar tekrar dışarı çıkmazlar, çünkü cidarlarda hudutsuz olarak yansırlar. Yüksek sıcaklığa ısıtılmış bir siyah cisim ışık yayar (kızdırılmış demir çubuğunun yaptığı gibi) ve bu ışıma siyah aynı sıcaklıkta, diğer herhangi bir cisiminkinden çok daha güçlüdür. Bu kavram ile termik ışıma miktarı incelenebilmektedir.
  • Stefan-Boltzmann kanununa göre siyah cismin radyasyon (ışıma) şiddeti; mutlak sıcaklığının dördüncü kuvveti ile orantılıdır. (Mutlak sıcaklık °C+273’e eşittir). Wien kanununa göre de siyah cismin mutlak sıcaklığı arttığında, yayınlanan radyasyonun maksimum şiddetine tekabül eden dalga boyu görünür. Spektrumun mor rengine doğru ilerleyerek azalır. Lord Rayleigh ve Jeans bu iki kanunu birleştirmek istemişler ve ısıtılmış bir cismin ışık gücünün sıcaklığı ile doğru ve yayınlanan radyasyonun dalga boyunun karesi ile ters orantılı olduğunu açıklayan tek bir formül elde etmişlerdir. Bu kanunun; görünür spektrumun sadece bir bölümünde doğrulandığı fark edilmiş ve şiddetin sınırsız değerleri, dalga boyu gittikçe kısaldığında imkansızlaşmıştır. Bu durumda mekanik bir engelle karşılaşılmış ve iki kanunun toplamı yanlış sonuçlar doğurmuştur, oysa bu iki kanunun her biri tek olarak doğrulanmıştır.
  • 1900‘lere doğru Max Planc; başlangıçta bir matematik hilesi olarak kabul edilen bir sabiti içeren formülünü geliştirmiştir. Bu formül, o çağda kabul edilen enerjinin sürekliliği ile uyuşma-maktaydı. Planc‘ın şaşırtıcı hipotezi şöyle idi: siyah cismin ışıması, yayınlanan ışığın frekansı ile orantılı olan enerji titreşimlerinden meydana gelmiştir. Planc formülü ile belirlenen enerji, kuantum büyüklüğü düzeyinde artma ve eksilmeler gösterir. Bu kuantlann enerjisi hv ile gösterilir, v değeri frekansı, h ise Planc sabitini belirleyip 6,61×10-27 erg. saniye’ye eşittir. Bu sabit modern fiziğin temel büyüklüklerinden birini oluşturmuştur.57546312_spaceandparticles8by

– h sabitinin değerinin ne kadar küçük olduğunu ifade edebilmek için; 25 Watt gücündeki bir elektrik ampulünün saniyede 6 x 10 kuantlık bir emisyona tekabül ettiğini belirtelim. Yani bu h sabiti çok küçük olup, bizim ölçeğimizde sürekli görünen fenomenleri açıklar. Atom altı ölçekte, h değeri ihmal edilebilir özellikte değildir ve süreksizlikler açığa çıkar. 1905 yılında, o zamana kadar adı bilinmeyen bir araştırmacı olarak görev yapan Einstein kuantum teorisinin önemini anlayan ilk fizikçi olmuş ve bunu ışıma enerjisine uygulamıştır. Işığın enerji kuantalarından oluştuğunu ve fotonlardan yani ışık taneciklerinden oluştuğunu açıklamıştır. Planc önceleri bu düşünce şeklini reddetmiştir. Einstein, bulduğu sonuçlar ile fotoelektrik olayını veya bir metalin aydınlatıldığında elektron yaymasını açıklamıştır.

  • Bu durumda ışığın yapısı nasıldır sorusu gündeme gelmiştir. Fresnel’in dalga teorisinden yararlanılarak fotoelektrik olayı açıklanamamıştır. Elektromagnetik ışımanın davranıştan bir fenomenden diğerine değişmekteydi. Kırınım veya girişim olayları ışığın dalga tabiatını; fotoelektrik veya Compton olayı da ışığın korpüskül yapısını açıklamaktadır.
  • Klasik atom teorisi de, kuantum teorisinin ortaya çıkması ile değişikliğe uğramıştır. Öğretmeni Rutherford‘un çalışmalarını göz önüne alan Niels Bohr elektronların çekirdek etrafındaki yörüngelerde döndüğünü ve bu yörüngelerin pozisyonlarının “kuant sayılan” adı verilen tam sayılarla belirlendiğini açıklamıştır.
  • Elektronlar bu yörüngelerde kaldığı sürece radyasyon emisyonu yoktur; atom ışık yaymaz. Elektronun bir yörüngeden diğerine atladığı durumda ise; atomik ışıma gerçekleşir ve Einstein tarafından ortaya atılan ışık özü fotonun emisyonu oluşur.
  • Burada enerjinin süreksizliği elektronların atlamalan ile ifade edilmektedir. Planc‘ın kuantum teorisinde hipotez olarak kabul ettiği bu kuram atom teorisine uygulanmış olmaktadır. Olaylara getirilen bu yeni görüş şekli; atomun, çekirdeğinin ve bileşenlerinin daha iyi tanınmasına imkan sağlamıştır. Bu şekilde, proton, nötron ve bir dizi tanecik keşfedilmiştir.
  • Işığı göz önüne alan Louis de Broglie; tanecik ve dalga kavramlarını birleştirerek, ışığın klasik teorisini kuantum teorisi ile gruplaştırmaya çalışmıştır. Elektrona A= h/ mv’ye eşit bir dalga boyu vermiştir. M kütlesi 10-27 grama, v hızı 6 x 107 cm. civarında olacaktır. Bu dalga boyu X ışınlarına tekabül ettiğinden, ölçülebilir bir büyüklüktür.

– Işık ve elektron yörüngeleri kavramları üzerinde düşünen Louis de Broglie kuantum teorisini, ışığın klasik teorisi ile bağdaştırmaya çalışmıştır. Ona göre; atomlar miniskül yapıları içinde titreşen bir teldekine benzer duraklar ihtiva etmekte ve elektronlar bu “pilot dalgalar” tarafından yörüngelerinde yönlendirilmekteydiler. Broglie; her yörüngeye tekabül eden dalga boyunu hesaplamış, bunun içinde her dalga için dalga boyunun hızla yani yönlendirdiği elektronun enerjisi ile orantılı olduğunu kabul etmiştir.

  • Eğer atomlarda, elektronlara dalgalar tekabül etmekteyse, bu diğer korpüsküller ve serbest elektronlar için de geçerli olmalıydı. Ve Broglie her taneciğe A — h  rnv dalga boyunu uyarlamıştır. Kütlesi 10 :grama, hızı 6xl07 cm/sn’ye eşit olan elektronun dalga boyu 10 cm. civarındadır. Bu dalga boyu da X ışınlarına tekabül ettiğinden, ölçülebilmesi mümkündür. Bu şaşırtıcı kavram; deney ile açıklanabilmekteydi. Bir kristal üzeri elektron demeti yollandığında, kırınım halkaları elde edilir; kırınımın olduğu yerde de bir dalga söz konusudur. 1927 yılında Davisson ve Germer bu deneyi gerçekleştirerek, halkaların fotoğrafını elde etmişlerdir; bu şekilde elektronlara dalga ve korpüskül özelliklerinin bağdaştırılabileceği ortaya çıkarılmıştır. Elektromagnetik dalga korpüskülü olan fotonların ise, kütleleri hiçbir zaman sıfır olmayıp, hızlarına başka hiçbir maddi tanecik tarafından erişilemez.louis
  • Werner Heisenberg ise matris hesabına dayanan “kuantum mekaniğini” geliştirmiş ve Envin Schrödinger; Broglie’den yararlanarak “dalga mekaniğini” kurmuştur. 1930 yılında Paul Dirac ise bağıntılık kuramını dalga mekaniğine uyarlamayı başarmıştır.
  • Heisenberg, atom ölçeğinde kuantum fenomenlerinin klasik mekanik kurallarına uymadığını farketmiştir. Kuantum mekaniğinde bir elektronun yörüngesini belirleyecek başlangıç şartlarının belirlenmesi mümkün değildir. Aynca, bir taneciğin aynı zamanda hızının ve durumunun da hassasiyetle bulunması imkânsızdı: Taneciğin yeri yaklaşık değerle A x, hareket miktarı da A p yaklaşık değeriyle belirlenmekteydi.Ax. Ap=h h=Planck Sabiti. İşte bu formül Heisenberg‘in çok ünlü “kararsızlık denklemi”dir.

-Kuantum mekaniğinin temel prensipleri 1920’den 1930’lara kadar geçen sürede, Heisenberg, Bohr, Dirac, Pauli, Ehrenfels, Landau, Schrödinger, Einstein tarafından gerçekleştirilmiştir. Atom düzeyinde tabiatın gerçek davranışı, klasik mekanik ile ifade edilişine benzemez.

– Kuantum teorisinin kazandığı başarıdan dolayı, elektromagnetik olmayan karşılıklı tepkiler ortaya çıkarılmaya çalışılmıştır. Mesela; “fonon” mekanik titreşimlerinin kuantumu, “gluon” ise atom çekirdeğindeki kuarsların kuvvetli karşılıklı tepkilerinin bir kuantumudur.

– Kuantum mekaniği, kara cismin termik ışımasından doğmuş ve yavaş yavaş etkisini tüm fiziğe yaymıştır. Modern fiziğin oluşmasında ilk tohumlan oluşturmuştur. Pratik uygulamaları gün geçtikçe genişlemiştir, birkaç uygulama alanını sıralıyalım; kimyasal transmütasyonlar, fotoelektrik hücre, termonükleer enerjinin sulha dönük kullanımlarında, yan-iletken ve transistörlerde, maser ve laserlerde- Kuantum mekaniği sayesinde yarının gerçeği, bugünün hayalini fazlasıyla aşacaktır.

  • Danimarkalı fizikçi Ntels Bohr (1885-1962).1922’de Nobel kazanmış olup, atomun yapısı hakkında yaptığı çalışmalar ile ünlüdür, 1913 yılındaki bu çatışmalarında kuantum teorisinden yararlanmıştır. 1939 yılında atom çekirdeğinin lîsyonu ile ilgilenmiş ve 1943-1946 yıllan arasında USAVa sığınmıştır, ilk atom bombasının üretimine iştirak etmiştir.
  • 1942 yılında, Chicago Üniversitesi‘nde ilk defa uranyum ve grafitti atom pili gerçekleştirilmiştir. İtalyan asıllı Amerikalı A.Fermi (1901-1954) nükleer fizik çalışmaları ile 1938 yılında Nobel ödülünü kazanmıştır. Atom pili yapımıçalışmalarına katılan Fermi, ayrıca diğer bilim adamları ile Amerikalılar tarafından Hiroşima’ya atılan ilk atom bombasının imali çalışmalarına katılmıştır.

Etiketler:

Yorumlar

Henüz yorum yapılmamış.

Şu Sayfamız Çok Beğenildi
2014 KPSS Güncel Bilgiler