Yıldızlara gidemeyiz; sadece onlardan gelen ışınımı teleskopların yardımıyla gözleyebilir ve çözümleyebiliriz.

Transkript

1

2 Yıldızlara gidemeyiz; sadece onlardan gelen ışınımı teleskopların yardımıyla gözleyebilir ve çözümleyebiliriz. Işık genellikle titreşen elektromanyetik dalga olarak düşünülür; bu suda ilerleyen dalgaya benzetilebilir.

3 Bir sakin göle bir taş bırakıldığı zaman yayılan bir dalga katarı oluştuğunu biliriz. Su molekülleri yaklaşık aynı yerde yükselip alçalırlar. Işık titreşen yüklü parçacıklar tarafından üretilebilir, fakat bir yerden başka bir yere parçacıkların hareketi ile iletilmez.

4 Işığın boşlukta, yani parçacıkların olmadığı yerde yayıldığını biliyoruz. Işık, titreşen bir yük tarafından aynı anda oluşturulan değişen elektrik ve değişen manyetik alanın ürettiği elektromanyetik dalgadır.

5 Her türlü elektromanyetik dalga boş uzayda saniyede km hızla yayılır. Bir ışık demeti 1 saniyede Yer çevresini 8 kez dolanır, Ay a 1.3 saniyede ulaşır. Herhangi bir dalga iki bağımsız nicelik ile temsil edilir

6 Dalga boyu(λ) ve frekans(f) Dalga boyu, elektromanyetik alanın tam bir titreşimi süresince elektromanyetik dalganın uzayda kat ettiği yol; frekans (f), herhangi bir noktadan bir saniyede geçen dalga sayısıdır. Dalga boyunun birimi metre, frekansın birimi hertz (Hz) dir. Bu iki niceliğin çarpımı yayılma hızını verir.

7

8 Işığın dalga olarak açıklanması yetersiz kalmaktadır. Deneyler göstermiştir ki bazı durumlarda ışık dalga gibi değil parçacık gibi davranır. Dalga özelliğini de taşıyan böyle bir parçacığa foton denir.

9 Evrende enerji, bir noktadan başka bir noktaya esas olarak ışık ile taşınır (kozmik parçacıklar hariç). Bir fotonun taşıdığı enerji, o fotonun frekansına bağlıdır ve E=hf ile verilir.

10 γ ışını fotonları, radyo dalgaları fotonlarından katı daha fazla enerji taşırlar. Radyo yayınlarının insan sağlığına zarar vermemelerinin ya da mor ötesi ve gama ışınlarının zararlı olmalarının nedeni budur.

11 Çevremizde gördüğümüz cisimlerin renkleri kendi yaydıkları ya da yansıttıkları ışığın dalga boyu aralığının göstergesidir. Bir portakal turuncu gözükür, çünkü üzerine düşen güneş ışığının yalnızca turuncu olanını yansıtır.

12 Beyaz bir gelinlik tüm renkleri yansıttığı için beyaz görünür. Kömür üzerine düşen ışığı yansıtmadığı fakat soğurduğu için siyah gözükür

13 Üzerine düşen tüm ışınımı soğuran cisimlere karacisim denir. Işık enerjisinin soğurulması, cismin sıcaklığını yükseltir.

14 Ancak sıcaklık yükselmesi sonsuza dek sürmez. Cisim en sonunda bir dengeye ulaşmalı ve ne kadar ışınım enerjisi soğurduysa o kadar ışınım enerjisi salmalıdır. Bu durumdaki cisme ışınımla dengededir ya da ışımasal dengededir denir.

15 Bir karacisimin saldığı ışınım enerjisi, dalga boyunun sürekli bir fonksiyonudur; yani bütün renkler vardır. Bir renkten diğerine geçiş süreklidir arada boşluklar, kesiklikler, iniş-çıkşlar yoktur. Buna, karacisim eğrisi ya da kara cisim tayfı (spektrumu) denir.

16 Her sıcaklıkta ışınım salınır. Birkaç K sıcaklığındaki karacisim yalnız radyo bölgede ışıma yapar. T sıcaklığı birkaç yüz K ise hem radyo hem de kızılötesi bölgede ışıma yapar fakat insan gözü göremez. Cismin sıcaklığı arttıkça kısa dalga boyunda salınan ışık miktarı uzun dalga boylarına göre daha çok artar.

17 Işınım enerjisinin en büyük olduğu dalga boyu, Wien yasası ile verilir: T λ max (nm) = 2,9 10 6

18 Örnek: Wien kayma yasasını kullanarak λmax=650nm lik bir tepe dalga boyu ile ışıyan bir kırmızı dev yıldızın yüzey sıcaklığını hesaplayınız. λ max T = T = T=4460K

19 Sıcaklığı bir karacisimin sıcaklığının 2 katı olan bir başka karacisim birim alan başına 2 4 = 16 kat daha çok ışınım salar ve dolayısıyla 16 kat daha parlak olur. Bir karacisimin saldığı toplam ışınım, yüzey alanı ile yüzey akısının çarpımına eşit olacaktır. Buna ışınım gücü denir.

20 Isı ve ışık kaynağımız olan Güneş, kendi enerjisini kendi içinde üreten orta büyüklükte bir yıldızdır

21 Yer atmosferi dışında birim alana bütün dalga boylarında düşen Güneş enerjisi S = 1368 watt/m 2 ölçülmüştür. Buna Güneş sabiti denir.

22 Çeşitli yöntemlerle yapılan ölçümler, Yer in Güneş ten ortalama uzaklığı için r=1 GB= m vermektedir. Bu uzaklığı ışık hızına bölersek Güneş in ışığı Yer e 8.3 dakikada ulaşır.

23 Güneş her yöne ışınım saldığına göre, Güneş ten bir saniyede çıkan toplam ışınım 8.3 dakika sonra yarıçapı 1 GB olan küre yüzeyine ulaşmıştır. Güneş her yöne ışınım saldığına göre, Güneş ten bir saniyede çıkan toplam ışınım 8.3 dakika sonra yarıçapı 1 GB olan küre yüzeyine ulaşmıştır.

24 Böylece kürenin yüzey alanı 4πr 2 olduğuna göre, Güneş in ışınım gücü: L = S4πr 2 = (1368 watt/m 2 ) 4π ( m) 2 = watt

25 Bu büyük bir enerjidir. Yer üzerine bunun milyarda birinden daha azı düşmektedir. Güneşin yarı çapı yaklaşık km dir. Güneşin kütlesi de M= kg bulunmuştur.

26 Yani Güneş, Yer den yaklaşık kez daha kütlelidir. Kütle ve hacimden ortalama yoğunluk 1,4 g/cm 3 bulunur. Güneş, sıcaklık basıncın belli koşullar altında, kütle çekimi ile dengede olan kararlı bir gaz küresidir.

27 Güneş yüzeyinden birim zamanda salınan enerji yaklaşık J dür. Bu müthiş enerji kaynağı, Güneş in merkezinde, hidrojen bombasına benzeyen denetim altında işleyen çekirdek tepkimeleridir.

28 Bu tepkimelerde atomlar kaynaşır, daha ağır elementler oluşur. Bu arada açığa çıkan enerji Güneş in yüzeyinden uzaya salınır.

29 Olağan koşullarda iki artı yük birbirini iter. Güneş merkezinde yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında protonlar birbirine öyle yaklaşırlar ki güçlü çekirdek kuvveti elektrostatik itme kuvvetini yener ve iki proton birbirine kenetlenir. Böylece yeni bir izotop ya da element oluşur.

30 Güneş merkezinde sıcaklık 15 milyon K ve basıncı 1 milyar atmosferdir. Merkezdeki yakıt hidrojendir.

31 Güneş in merkezinde meydana gelen proton-proton zinciri adı verilen tepkimelerin özeti: 4H He+E olur. Burada H atomunun çekirdeğini, He helyum atomunun çekirdeğini, E de çıkan enerjiyi göstermektedir.

32 4 tane H atom çekirdeği birleşip bir He atomu çekirdeği oluşturmaktadır. Bir He çekirdeğinin kütlesi 4 tane H kütlesinden akb kadar daha azdır.

33 Bu kütle fazlalığı Einstein in E=mc2 formülüne göre ışık enerjisine dönüşür. E= akb ˣ kg/akb ˣ ( ) 2 = J

34 4 tane hidrojenden bu kadar enerji elde edildiğine göre Güneş in yüzeyinden saniyede salınan J enerjiyi karşılamak için saniyede 4.5 milyon ton kütle harcanır. Güneş bu tempoda 5 milyar yıl daha hidrojen yakabilir.

35 Bu enerji üretimi merkezde başlıyor ve sürdürülüyor. Sıcaklık dışa doğru azaldığından merkez dışında enerji üretimi yoktur.