AYT Fotoelektrik ve Compton Olayı

Fizik Time

AYT Fotoelektrik ve Compton Olayı

Fizik Time

FİZİKTİME KONU ANLATIMLARI

Fotoelektrik ve Compton Olayı

KARA CİSİM IŞIMASI

Işık hızına yakın hızlarla hareket eden taneciklerin hareketlerinin incelenmesinde Newton mekaniğinin yetersiz kalması, Einstein’ın özel görelilik teorisi ile aşıldı. Klasik Fizik Bazı Fizik Olaylarını Açıklayamamıştır. Ancak klasik fiziğin açıklayamadığı daha birçok fiziksel olay vardı. Klasik mekanik anlayışı ile yapılmaya çalışılan açıklamalar başarısız oluyordu. Kara cisim ışıması, fotoelektrik etki, atomlarım bazı spektrum davranışları klasik fiziğin açıklayamadığı bazı fiziksel olaylardır. 1900 ile 1930 yılları arasında fizik adına önemli gelişmeler oldu. Kuantum mekaniği adı verilen teori, atom, molekül ve çekirdek davranışlarını açıklamada oldukça başarılı oldu.

Klasik fizik anlayışının açıklayamadığı olaylardan biri de kara cisim ışımasıdır. Sıcak cisimlerin etraflarına ışık saçması günlük hayatta sıkça karşılaştığımız bir durumdur. Elektrikli ısıtıcının akkor haline gelmiş telleri, ampulün tungsten telinin akkor hâle gelerek etrafa ışık vermesi, kor haldeki kömürün etrafına ışık saçması bunlardan bazılarıdır. Ancak cisimlerin nasıl ışık saçtıklarını açıklamak bilim insanlarını oldukça düşündürmüştür. Aslında sadece çok sıcak cisimler değil, sıcaklığı olan her cisim etrafına ışık saçar. Oda sıcaklığı gibi normal sıcaklıklarda cisimlerin yaydığı ışık, gözle görülebilir bir ışık değildir. Sıcak olan vücudumuz da etrafa ışık yayar. Biz bu ışıkları da göremeyiz. Gece görüş kamerası adı verilen araçlar canlılardan yayılan bu ışığı algılayarak görülebilir hale getirir.

Bazı salgın hastalık riskinin olduğu durumlarda uluslararası hava alanlarında, ülkelere giriş yapan insanların herhangi bir virüs taşıyıp taşımadıkları, vücut sıcaklıklarının termal kameralarla kontrol edilmesiyle anlaşılmaya çalışılır.

Kara Cisim; Üzerine gelen tüm ışığı soğuran cisimlere kara cisim denir. Cisim, üzerine gelen ışığı yansıtmadığı için kara görünür ve bu nedenle kara cisim adını alır.

Kara cisim, üzerinde çok küçük delik olan bir küreciğe benzetilebilir. Bu delikten içeri giren ışık iç kısımda hapsolur. Yansımalar yapar ancak dışarı çıkamaz. Bu şekilde gelen ışığın hapsolması sonucunda cisim siyah görünür. Bir cismin sıcaklığından dolayı etrafa yaydığı ışınıma (elektromanyetik dalgaya) ise kara cisim ışıması denir.

Kainatta mevcut olabilecek en düşük sıcaklık 0 K (sıfır kelvin) dir. Bu sıcaklıkta maddenin tanecik hareketi tamamen durmuş olur. 0 K den daha sıcak olan tüm cisimler ışıma yapar. Ancak yapılan ışıma görünür dalga boyunda olmadığı için biz bu ışınımları göremeyiz. Sıcaklık Arttıkça Görünen Işınım Rengi Değişir; Bir cismin sıcaklığı arttığında görünür ışık yaymaya başlar. Cismin sıcaklığı arttığında yaydığı ışınımın dalga boyu kısalır ve cisim daha farklı renklerde görülür.

Önce kırmızı görünen cisim sıcaklığı artırıldığında turuncu, sarı, beyaz ve maviye doğru renk değiştirir. 1000 K sıcaklığa ulaşan bir cisim, görünür ışık bölgesindeki en büyük dalga boylu ışınımı yapar ve kırmızı görülür.

Sıcaklığı 2000 K e ulaşan cisim daha küçük dalga boylu ışınım yaparak sarı ya da turuncu renkte görülür. Sıcaklık 2000 K nin üzerine çıktığında ise cisim beyaza yakın sarı renkte görülür.

Klasik Fizik Kara Cisim işim as mı Açıklayamamıştır; Doğadaki her cisim ışıma enerjisini yaymasının yanında, aynı zamanda ışıma enerjisini soğurur. Temel problem bir siyah cisim tarafından yayınlanan ışınımın dalga boylarının gözlenen dağılımını anlamaktır. 1900 lü yıllardaki klasik anlayışa göre, ısıtılan bir cismin sıcaklığı arttıkça yaydığı ışınımın dalga boyunun küçülerek ışıma şiddetinin artacağı ve bu durumun sürekli olacağı zannediliyordu.

Ancak bunun hiç de teorik olarak hesaplandığı gibi olmadığı deneyler sonucunda anlaşıldı. Grafikte de görüldüğü gibi her sıcaklık için dalga boyunun belirli bir değerinde ışımanın maksimum olduğu, dalga boyu bu değerden daha düşük değerler aldığında ise, ışıma şiddetinin azaldığı fark edildi.

Klasik fizik ile bu duruma bir açıklama getirilemedi. Modern fiziğin ilk adımlarının atılmasına neden olan ve klasik fizikte ilk olarak yaşanan tıkanıklık kara cisim ışımasıdır.

Işıma Enerjisi Sürekli Değil Kesiklidir; Kara cisim ışıması için klasik fizik öngörülerinin yetersiz kalması ile yeni arayışlar içine girildi. Max Planck yaptığı çalışmalar sonucunda çok önemli bir sonuç ortaya koydu. Planck enerjinin sürekli olmayıp, kesikli olduğu sonucuna vardı.

Enerjinin paketçikler hâlinde olması kuantum sözcüğü ile ifade edilir. Buna göre enerji kuantalıdır.

Enerjinin temel değeri; E = h . v şeklinde bulunur.

Buna göre enerji h . v değerinin tam katları şeklinde hesaplanır.

Wien Yasası

Deneyler sonucu elde edilen grafiğe göre sıcaklık arttıkça her dalga boyu için salınan ışınımın arttığı, maksimum şiddetteki ışınımın dalga boyunun ise kısaldığı görülür.

Işıma enerjisinde sıcaklık ile maksimum dalga boyu arasındaki ilişkiyi Wien aşağıdaki bağıntı ile ifade etmiştir.

maks . T = 2,9 x 10-3 m . K Bağıntıda;

maks; Işıma şiddetinin maksimum olduğu dalga boyu (m)

T; Sıcaklık (K)

2,9 x 10-3 m . K; sabit sayıdır.

Wien Yasası ile Yıldızların Sıcaklığı Hesaplanabilir; Yıldızlara gidip sıcaklıklarını ölçmek mümkün olmadığı halde, Wien yasası kullanılarak yıldızların sıcaklığı he-saplanabilmektedir. Bunun için bir yıldızdan gelen ışık spektrograftan geçirilerek dalga boyu ölçülür. Bağıntı kullanılarak yıldızın yüzey sıcaklığı bulunur.

FOTON

Klasik fiziğin bazı deney sonuçlarını yorumlamada yetersiz kalması modern fiziğin öncülerinden Max Planck’ın yeni bir teori geliştirmesine neden oldu.

Dalga boyu küçüldükçe, kara cismin yaptığı ışımanın sonsuza gideceği düşünülüyordu. Max Planck, ışığın dalga olarak değil de enerji paketçikleri olarak düşünülürse bu problemin aşılabileceği fikrini geliştirdi. Planck ışıma enerjisinin kuantum olarak adlandırılan enerji paketçikleri şeklinde olduğunu ileri sürdü.

Einstein, Planck’ın teorisini geliştirerek ışığın, kütlesi olmayan elektromanyetik dalga paketçikleri olduğunu ortaya koydu. Bu paketçikleri de foton olarak tanımladı.

Buna göre v frekansına sahip bir fotonun enerjisi; E = h . v bağıntısı ile hesaplanır. Bağıntıdaki h'ye Planck sabiti denir ve değeri; h = 6,62 . 10-34 J . s dir. Işık için olan c = ⁁ . v bağıntısından frekans ifadesi çekilerek foton enerjisi bağıntısında kullanılırsa, yaygın olarak kullanılan; E = h . (c/v) bağıntısı elde edilir. Buna göre ışık demetleri foton adı verilen çok sayıda enerji paketçiklerinden oluşur. Fotonun enerjisi, frekansı ile doğru, dalga boyuyla ters orantılıdır. Frekansın artış sırasına göre görülebilen ışık renkleri kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, mor şeklinde sıralanır.

Işık Hem Dalga Hem de Tanecik Özelliği Gösterir.

Günümüzde ışığın ikili bir yapısı olduğu kabul edilmektedir. Buna göre ışık hem dalga hem de tanecik özelliği gösterir.

Elektronvolt (eV)

Foton enerjisi gibi çok küçük değerli enerjiler için elektronvolt birimi kullanılır. Bir elektronun 1 voltluk potansiyel farkı altında kazandığı enerjiye 1 elektronvolt (1 eV) denir. Buna göre; 1 eV = 1,6 . 10-19 J olur.

Foton enerji bağıntısında h . c çarpımı için;

h . c = 12400 eV . Å değeri kullanılır. Bu durumda enerji birimi eV, dalga boyu birimi de Å olur.

n tane fotonun enerjisi,

Eışık= n . h . v veya n . (h . c/⋋)

t saniyede n foton yayan ışık kaynağının gücü,

P = n/t (h.v) yada P = n . c. h / t.⋋

Fotoelektrik Olay

Işığın metallerden elektron sökmesi olayına fotoelektrik olay, sökülen elektronlara da fo-toelektronlar, elektron kopmasına neden olan ışığa da foton denir. Fotoelektrik olayın ışık tarafından nasıl gerçekleştirildiği uzun zaman açıklanamamıştır. 1905 yılında Einstein bu olaya bir açıklama getirmiştir. Einstein henüz fotonu tanımlamadan önce, fotoelektrik olayına uzun süre kafa yormuştur. Ona göre denizdeki bir dalga, frekansı ne olursa olsun deniz yüzeyindeki bir şişe mantarını hareket ettirir. Eğer ışık da bir dalga ise metal üzerine gönderildiğinde metalin elektronlarına az da olsa bir enerji aktarması gerekir.

Ancak öngördüğü bu durum gerçekleşmediğine göre Einstein, ışık demetinin dolu taneleri gibi parçacıklar halinde geldiğini düşünmüştür. Ancak ışığın dalga özelliğini de göz önünde bulundurarak ışığı elektromanyetik dalga parçacığı olarak düşündüğü foton ile ifade etmiştir.

Bağlanma (Eşik) Eneıjisi

Metalden elektron sökebilmek için gerekli olan en küçük enerjiye eşik enerjisi veya iyonlaşma enerjisi adı verilir. E0 ya da Eb ile gösterilir. Bazı metallerin eşik enerjileri tabloda verilmiştir. Elektron sökmeyi gerçekleştiren ışığın dalga boyunun en büyük değerine eşik dalga boyu, frekansının en küçük değerine de eşik frekansı denir. Bu değerlerin fotoelektrik olayın gözlendiği metalin türüne bağlı olduğu yukarıdaki tabloda görülmektedir.

Bir foton, metalden ancak bir elektron koparabilir. Mesela; metal sodyum (Na) olsun, 5 eV la gelen bir foton 2 elektron koparamaz. Halbuki Na nın bağlanma enerjisi 2,28 eV tur ve gelen fotonun enerjisi 2 elektron sökmeye yetecek değerdedir. Buna rağmen yalnız 1 elektron sökebilir. Çünkü fotonun enerjisi parçalanamaz.

Fotonun elektronu sökmek için kullanılan miktarından artan enerjisi, fotoelektrona kinetik enerji olarak aktarılır.

Efotonfoton = Ebağ + Ekinetik

h . v = Ebağ + 1/2 me Ve2

Bu bağıntının grafiği şekildeki gibidir.

Grafikteki eğim h planck sabitini verir. Grafiğin doğrusal olması fotoelektronların kinetik enerjisi ile frekansı arasında doğru orantı olduğunu gösterir. v0 metalden elektron sökülmesinin başladığı frekanstır. Buna göre v0 dan daha küçük frekanslı fotonlar elektron sökemez. Eb, elektronların metale bağlanma enerjisini gösterir. Yani elektronlara, Eb kadar enerji verilirse elektronlar metalden koparılabilir. Fakat bu durumda kopan fotoelektronların kinetik enerjileri sıfırdır.

Doğruların hepsinin eğimi, planck sabitine (h) eşit olduğundan, doğrular birbirlerine paraleldir.

E = h . v

Eğim = tanα = E/v = h 'dir.

Fotoelektronlann Sayısı

Bir foton ancak bir elektron sökebilmektedir. Buna göre fotoelektronlann sayısı metale çarpan foton sayısıyla orantılıdır. Foton sayısı ise ışık akışıyla orantılıdır.

Øışık = E . A . cosα

Øışık = (I/d2) . A . cosα

Bağıntının yorumundan sökülen fotoelektron sayısı ile ilgili aşağıdaki sonuçlara ulaşılabilir.

Noktasal ışık kaynağının ışık şiddetiyle doğru orantılıdır.

Metal levhanın yüzey alanı ile doğru orantılıdır.

Noktasal ışık kaynağının, metal levhaya uzaklığının karesiyle ters orantılıdır.

Işınların metal levha yüzeyinin normaliyle yaptığı açının cosinüsü ile doğru orantılıdır.

FOTOELEKTRİK AKIM

Şekildeki gibi havası boşaltılmış bir cam kap ve iki metal levhadan oluşan fotosele bir hassas ampermetre bağlar ve üzerine ışık düşürürsek ampermetreden akım geçtiğini görürüz. Işığın düştüğü metalin eşik enerjisi küçük olmalıdır. Bu levhaya katot diğer levhaya da anot denir. Levhanın yüzeyi küresel hale getirilerek büyütülür. Böyle bir levhaya ışınların dik düşme ihtimali de fazladır.Katottan yayılan fotoelektronların ancak bir kısmı anota ulaşabilir. Anota ulaşamayan elektronlar cam kabın içinde gelişigüzel yönlerde hareket eder. Bu devrede ampermetreden geçen akıma i0 denilirse, bu akımın değerinin nelerden etkilendiği şöylece sıralanabilir:

Fotosele gelen foton sayısı ile doğru orantılıdır. Çünkü, foton sayısı artınca sökülen fotoelektron sayısı artar. Böylece anota daha çok fotoelektron ulaşabilir. Foto-elekronların sayısının nelere bağlı olduğu önceden belirtilmişti.

Metal levhalar arasındaki uzaklık küçültülürse, hem boşlukta dolaşan fotoelektronların bir kısmı daha yakalanacağından hem de katotdan yeni sökülen fotoelektronların anoda ulaşma ihtimali artacağından i0 akımı büyür.

Sonuç olarak; i0 akımını artırmak için;

a. Işık şiddeti artırılmalıdır.

b. Işık kaynağı katota yaklaştırılmalıdır.

c. Katotun yüzeyi büyültülmelidir.

d. Anotun yüzeyi büyültülmelidir.

e. Anot - katot arası uzaklık küçültülmelidir.

Üreteç Bağlı Fotoelektrik Devresi

Şekildeki devreyi kuralım. Üretecin uçları arasındaki potansiyel farkı sıfıra getirilse bile bir fotoelektron akımı geçtiğini daha önce belirtmiştik. Üreteci ayarlayarak anottan katoda doğru bir elektrik alan meydana getirilirse anoda daha çok fotoelektron çekilebilir. Katot - anot arası potansiyel farkı artırılmaya devam edilirse fotoelektrik akım belli bir değere kadar (imax) artar, sonra sabit kalır. Çünkü katotdan sökülen tüm fotoelektronlar anota ulaşmışlardır.

Fotoelektronların tümünün anota ulaşmasını sağlayan gerilime doyma gerilimi denir. imax akımı, ışık akışına yani fotoelektronların sayısına bağlıdır. Her bir fotonun enerjisine bağlı değildir. Levhalar arasındaki uzaklıktan da etkilenmez. Üretecin emk sinin artırılması metalden yeni fotoelektronların sökülmesini sağlayamaz.

Kesme Gerilimi

Şekildeki gibi fotosel lambada üretecin (+) kutbunu katoda, (-) kutbunu da anota bağlarsak, katot (+) yükleneceğinden sökülen elektronlar pozitif yükler tarafından geri çekilirken negatif yükler tarafından da geri itilir. Fakat buna rağmen büyük hıza sahip olan fotoelektronlar akımın geçişini devam ettirir. Bu, katot - anot arası ters gerilimin belli bir değerinde akım kesilir. Akımın kesilme sebebi fotoelektronların maksimum kinetik enerjilerinin bile anoda ulaşmaya yetmemesidir. Fotoelektrik akımını sıfır yapan bu negatif potansiyel farkına kesme potansiyel farkı (Vk) denir. Ters gerilim ne kadar artırılırsa artırılsın anottan katoda doğru fotoelektrik akım oluşturulmaz. Fotosel lambadaki boşluk iyi bir yalıtkan olduğundan akımı engeller. Şekildeki grafikte de akımın negatif bölgeye geçmeyişiyle akımın oluşmadığı gözlenmektedir.

Kesme potansiyel farkının büyüklüğü fotoelektron-ların maksimum kinetik enerjileriyle doğru orantılı olarak değişir.

Elektronun yükü e olmak üzere elektronun kinetik enerjisi ile kesme potansiyel farkı arasında,

e . Vk = 1/2 m Vmak2 bağıntısı vardır.

Bu değer, Einstein’in fotoelektrik denkleminde yerine konursa,

h.c/⋋ = hv = Eb + e. Vk eşitliğine dönüşür.

Bu bağıntıdan da anlaşılacağı gibi kesme potansiyel farkı,

1. Gelen ışığın frekansı ile doğru orantılıdır. Frekans artıkça artar, azaldıkça azalır.

2. Gelen ışığın dalga boyu ile ters orantılıdır. Dalga boyu artıkça azalır, azaldıkça artar.

3. Katotdaki metalin bağlanma enerjisi ile ters orantılıdır. Bağlanma enerjisi artıkça azalır, azaldıkça artar.

Kesme potonsiyel farkına ulaştıktan sonra foton sayısını artırıcı bir değişiklik yapılsa, ya da anot - katot yüzeylerinin büyüklüğü değiştirilse veya anot - katot birbirine yaklaştırılsa, bunların hiçbirinde yeniden akım geçmesi sağlanamaz. Burada ayrıca, sıfırdan büyük olan küçük akımların, fotoelektronların kinetik enerjileri ile orantılı olarak değiştiği belirtilecektir.

Bu aralıktaki akım fotoelektronların sayıları ile de doğru orantılıdır. Ters gerilim ne kadar artırılırsa artırılsın, anottan katota doğru fotoelektron akımı oluşturulmaz. Bu durum grafikte akımın (-) bölgeye geçmemesiyle anlatılmıştır.

Anot - Katot arası uzaklık; ışık kaynağının şiddeti, katot ve anotun yüzeyi, ışık kaynağının katoda yakınlığı kesme potansiyel farkını etkilemez.

Akım - Gerilim Grafiklerinin Yorumu

Aynı fotosel lambaya gönderilen X ve Y ışık demetleri için akım potansiyel farkı grafikleri şekildeki gibidir. Akımların maksimum değerlerinin farklı oluşu X in ışık şiddetinin Y ninkinden büyük olduğunu gösterir.

Kesme gerilimlerinin eşitliğinden, gelen X ve Y ışıklarının enerjilerinin (renginin) aynı olduğu anlaşılır.Şekildeki grafikler aynı fotosele gönderilen X ve Y ışıkları için çizilmiştir.

Grafiğin imax larının aynı olması X ve Y nin ışık şiddetlerinin aynı olduğunu gösterir. Y nin kesme geriliminin X den küçük olması Y ışığının enerjisinin (frekansı) X inkinden küçük olduğunu gösterir.

Bu grafik, gelen fotonların enerjisinin imax akımını etkilemediğini fakat i0 akımını etkilediğini göstermektedir. Şekildeki grafiğin bazı değerlerinin ne anlam taşıdığını görelim. Burada ışığın enerji ve şiddetinin değişmediği, eğrinin başının ve sonunun çakışık olmasından anlaşılabilir. X ve Y nin i0 akımlarının farklı olmasının nedeni, katot-anot arası uzaklığın Y ışığı için daha büyük olmasıdır.

Aynı fotosele gönderilen X ve Y ışıklarının grafiklerinin şekildeki gibi farklı oluşu, X in enerji ve ışık şiddetinin Y ninkinden büyük oluşundandır.

Fotoelektrik Olayın Uygulama Alanları

Fotosel, ışığın düşmesiyle çalıştığından devrede bir anahtar gibi kullanılır. Böylece, ışık sönünce yanan, yanınca sönen gece lambaları, güneş batınca yanan, doğunca sönen sokak lambaları yapılabilir. Görünür bölgenin dışında yer alan ışınlarla alarm sistemleri kurulabilir. Otomatik açılıp kapanan kapılar, musluklar, elektronik dizgi makineleri, videolar ve otomatik kontrol sistemlerinde fotoseller kullanılır. Işıkla ses nakletmede, yangın ve duman dedektörlerinde ve daha birçok sahada fotoelektrik olayların uygulamalarını görebiliriz.

Şekildeki alarm düzeneğinde fotoselin üzerine mor ötesi ışınlar düşürülür. Oluşan fotoelektrik akım manyetik röle üzerinden de geçerken, karşısındaki metal şeridi kendisine doğru çeker, bu sırada zil açık devredir ve esnek yay gergindir. Fotosele gelen ışığa engel olunursa fotoelektrik akım kesilir, röle mıknatıslığını kaybeder. Esnek yay anahtarı çeker, zil devresi kapanır ve zil çalmaya başlar.

COMPTON OLAYI

Amerikalı fizikçi Compton, yüksek enerjili bir X ışını fotonunun karbon atomunun bir elektronuna çarptığında, elektronun bir doğrultuda fırlarken, fotonun da herhangi bir doğrultuda saçıldığını gözlemiştir. Bu olaya Compton olayı denir. Compton olayı ışığın tanecikli yapısını doğrulayan ve fotonların momentumunun olduğunu gösteren önemli bir olaydır. Compton olayında toplam enerji korunur. Gelen fotonun kaybettiği enerji, saçılan elektronun kazandığı enerjiye eşit olur. Compton olayında momentum da korunur. Gelen fotonun momentumu, saçılan elektronun momentumu ile doğrultu değiştiren fotonun momentumlarının vektörel toplamına eşit olur.

Compton olayı ile ilgili aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

Çarpışmadan sonra fotonun enerjisi ve momentumu azalır.

Fotonun olaydan sonraki enerjisi azaldığından frekansı azalır, dalga boyu büyür.

Dalga boyundaki değişme, ∆⋋ = ⋋' - ⋋ = [h/(mec)] (1 - cosα)

bağıntısıyla bulunur. Bağıntıda;

⋋: Gelen fotonun dalga boyu ⋋': Saçılan fotonun dalga boyu

∆⋋: Gelen ve saçılan fotonun dalga boyları arasındaki fark

h: Planck sabiti me: Elektronun kütlesi c: Işık hızı

α: Saçılan fotonun gelme doğrultusu ile yaptığı açıdır.

Fotonun çarpışmadan sonraki hızı değişmez. Olaydan önceki ve sonraki hızı, ışık hızına eşittir.

Bu olay aynı düzlemde gerçekleşir.

Bu çarpışmada toplam momentum korunur. Gelen fotonun momentumu, saçılan fotonun momentu-mu ile elektronun momentumunun vektörel toplamına eşittir.

Bu olayda kinetik enerji korunur.

Bu olay ışığın tanecikli özelliğini gösterir.

Elektronun kütlesine me, Planck sabiti h, ışık hızı c, saçılan fotonun geliş doğrultusu ile yaptığı açı da α ise,

Compton dalga boyu = h/(mec) = 0,024 Å şeklinde tanımlanır.

Compton olayında fotonun soğurulup soğurulmadığı ile ilgili ortaya atılmış iki görüş vardır. Bunlardan yaygın olarak kabul edilen görüşe göre foton soğurulmaz. Fotonun soğurulduğunu kabul eden bilim adamları da vardır.

DE BROGLIE DALGALARI (MADDE DALGAJLARI)

Işığın tanecik foton olduğunu kabul edelim. Bu durumda ışık fotonlarının, hem enerjisi hem de kütlesi olacaktır. Einstein’e göre bu enerji, E = m . c2 bağıntısına uyar. Planck’a göre ise,

E = h . v veya E = h . c/⋋ ile bulunur.

Bu iki enerjiyi eşitlersek;

h . c/⋋ = m . c2

⋋ = h/(mc) bulunur.

Fransız fizikçisi de Broglie, sonucun her parçacık için geçerli olduğunu söylemiştir, de Broglie ye göre m kütleli herhangi bir parçacık v hızıyla hareket ederken, bu parçacığa bir dalga eşlik eder. Eşlik eden dalganın dalga boyu,

Hız ile kütlenin çarpımı momentumu verir. P = m.v denklemde yerine yazalım ⋋ = h/(mv), ⋋ = h/P olarak bulunur.

Bağıntıda h = 6,62 . 10-34 joule.s ve P = m.v den kg.m/s alınırsa; ⋋ metre olarak bulunur.

Newton tarafından ortaya atılan tanecik teorisine göre ışık, son derece küçük taneciklerden meydana gelmiştir. Bu tanecikler hızlarının çok büyük oluşu dolayısıyla, doğrular boyunca hareket ederek yolları üzerindeki yüzeyleri aydınlatırlar.

Tanecik teorisinin yetersiz kaldığı olaylar, dalga teorisi ile açıklanmaya çalışılmıştır. Bu teoriye göre ışıklı cisimlerden çıkan ışık dalgaları, vardıkları her noktayı, yeni bir dalga kaynağı haline getirerek yayılırlar. Şimdi de bu teorileri destekleyen olayları ayrı ayrı belirtelim.

A. Yalnız tanecik teorisiyle açıklanabilen olaylar,

1. Fotoelektrik olay

2. Compton olayı

B. Yalnız dalga teorisiyle açıklanabilen olaylar,

1. Kırınım

2. Girişim

3. İnce zarlarda renklenme

4. Ayrılma

5. Kırılmada hız değerleri

6. Ortamları ayıran yüzeyde aynı anda hem yansıma hem de kırılmanın olması

C. Her iki teoriyle de açıklanabilen olaylar,

1. Işığın yansıması

2. Işığın kırılması

3. Soğrulma

4. Gölge ve yarı gölge

5. Işığın doğrusal yolla yayılması

6. Işığın birbiri içinden geçmesi


7. Işık basıncı

8. Aydınlanma

9. Ortam değiştiren ışığın doğrultu değiştirmesi

Aslında ışık hem dalga hem de tanecik özelliğine sahiptir. Bir olayda tanecik özelliği ön plandaysa dalga özelliği gözükmez, dalga özelliği ön plandaysa tanecik özelliği gözükmez. Işığın bugünkü durumu Maxwell denklemleriyle aydınlanmış, elektromanyetik dalga olduğu anlaşılmıştır. Elektromanyetik dalgaların özellikleri ileride verilecektir.