zeki1313
New member
:durdurun:durdurun:durdurun
TEORİK BİLGİ:
Işık bir ortamda ilerlerken başka bir ortamın sınırına çarpar ve bir miktar yansır,bir miktar da içeri girerken yön değiştirir.Biz bu yön değiştirmiş ışının kırıldığını söyleriz. Kırılma açımızı veren formül;
.......... (1)
Işığın madde içerisindeki hızı, boşluktaki hızından daha azdır.Bunun nedeni ışığın o madde içinden geçerken o madde ait olan bir özellikten kaynaklanmaktadır. Bu özelliğe kırılma indisi
denir.Başka bir deyişle;
<1.................(2)
Bu formüle bakarsak V hiçbir zaman c ‘ye eşit olamayacağından 1 ‘den küçüktür.Dolayısıyla boşluk için n=1 ‘dir.Ayrıca boyutsuz bir büyüklüktür.
Işık bir ortamdan diğer bir ortama geçerken, dalga boyu değişir.Fakat frekansı değişmez.Bunun nedeni ışık diğer ortama geçerken değişirse ışık ya ortam sınırında kalır veya kaybolur ya da yaratılacaklardır.O nedenle İLK= SON= olmalıdır.
VİLK= İLK. 1 VSON= SON . 2 VİLK VSON olduğundan 1 2 dir.
.........(3)
(3) eşitliğinden n1=1olduğundan herhangi bir ortamın kırılma indisini ; ..(4) dir.(1) eşitliğinde yerine (3) eşitliğindeki ‘i koyarsak;
n1. = n2. .....(5) biz buna Snell Kırılma Yasası diyoruz.
Herhangi bir dalganın (elektromanyetik, su vs.) hızının dalga boyuna bağlı olması olayına dispersiyon denir.Bu tanımı biraz daha açarsak:su ile dolu bir ortamda elimizi çırparak sonlu bir dalga oluşturduğumuzu tasvir edelim.Bu dalga sonlu olduğundan dolayı,bu dalgının farklı dalga boyuna sahip çok sayıda dalganın birleşmesiyle oluştuğunu düşünebiliriz.Zaman ilerledikçe her bileşen farklı hızlarla ilerlediğinden,oluşturduğumuz dalga gittikçe genişleyip yayılacaktır.Böylece dalganın önü ile arkası arasındaki uzaklık zamanla artmış olacaktır.İşte bu olay dispersiyon deriz. Konumuz olan ışığın boşlukta dispersiyonu yoktur. Dalga boyu ne olursa olsun, ışık boşlukta aynı hızla yayılır. Ama farklı bir otamada mesela prizma içinde ışık dispersiyona uğrar.Kırmızı ve mavi ışığın dalga boyları farklı olduğundan farklı hızlarla yayılır. Bu nedenle de dispersiyonu kırılma indisinin dalga boyuna bağlılığı şeklinde de tarif edebiliriz.
Işığın dispersiyonu ile ilk uğraşan insan Newton’dur. İçinden ışık geçirilen prizmanın kırılma indisinin ışığın dalga boyuna bağlı [yani n=f( )] olduğunu göstermiştir.1666 yılında karanlık bir oda içindeki bir prizmadan geçirdiği ışık demetini dik doğrultularda tayfına ayırarak muhtelif renkleri gördü.Sonra bu farklı renkteki ışın demetlerini başka bir prizmadan geçirerek beyaz ışığı ele etmiştir.Sonuçta tayfın şekil ve durumu prizmanın kırılma indisi belirler.
Dispersiyonu ikiye ayıra biliriz.
• Normal Disperiyon: Dispersiyonu Maxwel’in elektromanyetik teoremi içerisinde açıklamak mümkün değildir.Çünkü bu teoriye göre ; optik bölgede olduğundan dalga boyuna bağlı değildir. Bu nedenle Koşi ; madde moleküllerinin esir parçacıklara etkisini (Fresnel iddası) kullanarak dispersiyon için şu denklemi öne sürmüştür: (Burada a,b,c sabitlerdir)
......(1)
Bu denklem, dispersiyonu incelenen maddenin soğurma bölgesi (Her madde kendisi için karakteristik olan dar veya geniş dalga boylarında ışığı yuttuğu bölgelere soğurulma bölgesi denir.) hariç, tayfın geri kalanını açıklar. İşte bu denklemle ifade edile bilen dispersiyona normal dispersiyon denir.Normal dispersiyonda ’ nın artmasıyla kırılma indisi küçülür.
• Anormal Dispersiyon: Soğurma bölgesinde dispersiyonda bir anormallik görülür.Bu bölgede hem kırılma indisi hem de dalga boyu büyümektedir.Bu olayı ilk defa ışığın, içinde iyod buharı bulunan bir prizmadan geçerken,mavi ışının kırmızı ışına oranla daha az kırıldığını Leru (1862) gözlemlemiştir.Bu nedenle de bu olaya anormal dispersiyon demiştir.Daha açık söylersek anormal dispersiyon soğrulma saçaklarının bulunduğu tayf bölgesinde ortaya çıkar.
Anormal dispersiyon bölgesi olmayan madde yoktur.Fakat her maddenin soğurma bölgesi görünen bölgeye tekabül etmeyebilir(cam,kuars,vs).Genel olarak her maddenin birden fazla soğurma bölgesi vardır.Bu sebepten dolayı her maddenin tam dispersiyon deseni, soğurma saçaklarına uygun gelen anormal dispersiyon bölgelerinden ve bu yutma bölgelerinden kenarda yerleşen normal dispersiyon bölgelerinden ibarettir.
Prizmadan geçirilen beyaz ışığın çıkardığı renkli demetler kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, koyu mavi, ve mor olup, hepsi farklı dalga boylarında olmaktadır.Fakat bu renklerden başka gözümüzün alamadığı ve yalnızca ışığa duyarlı aletlerin algılıya bildiği renklerde vardır.Biz bu dağınım olayını en iyi doğada; yağmurlu bir yağmur sonraları gökkuşağıyla görüyoruz.Oradaki bütün renkleri prizmada da gözlemleye biliriz.
Renklerin en önemli özelliği onların sahip oldukları dalga uzunluklarıdır. Dalga boyu bandının genişliği veya içindeki beyaz ışığın miktarı o rengin doygunluğunu gösterir.Beyazlık azaldıkça renk daha doygun olur.Rengin parlaklığı da dalga yüksekliğine bağlıdır.
Dispersiyonun atom teorisi ilk defa G.A.Lorentz tarafından ileri sürülmüştür.Bu teori ışık alanın (elektromanyetik dalgaların) atomla bağlı olan elektronlara etkisi etkisini esas alır.Elektron teorisine göre, maddeye;gelen ışık etkisi ile denge durumu etrafında zorunlu titreşim yapan osilatörler gibi bakılır.
YAPILAN DENEY
Deneyin Amacı:
Bir spektrumdaki bilinen dalga boyları yardımıyla dalga boyları bilinmeyin başka bir kaynağın spektrumuna ait dalga boylarını spektrometre ile belirleyerek dispersiyon olayını gözlemlemek.
Bilgi:
Işık denetiminin yansıma, kırılma ve difraksiyon yoluyla oluşan sapma açısını ölçmeye yarayan alete biz spektometre diyoruz. Spektometre başlıca üç kısımdan oluşuyor.Bunlar ise:
• Kolimatör borusu, kaynaktan gelen ışınları fant paralel olarak prizma üzerine gelmesini sağlıyor.
• Dürbün, prizmadan gelen ışınların yerini belirlemek için kullanılır.Dürbünde yakınsak mercek üzerine gelen ışın merceğin odak noktasında toplanır ve biz toplanan ışını oküler yardımıyla gözleriz.
• Taksimat borusu,bir ucunda yakınsak mercek ve bu merceğin odak noktasında bir skala vardır.Bu skala ışık kaynağı ile aydınlatılır.
Deneyin Yapılışı:
1. Taksimat borusundaki skalayı dışarıdan aydınlattık.Dürbünü dereceli tabla eksen etrafında hareket ettirerek aydınlık skalanın görülmesini sağladık.
2. Kolimatördeki fantın önüne Helyum gazlı deşarz tüpü dik olarak yerleştirilip çalıştırdık.Spektrumdaki renkleri gözlemledik.Renklere karşılık gelen taksimatları yazdık.Taksimat dalga boyu grafiğini çizdik.
Çizginin Rengi Dalga Boyu () (A0) Taksimat
Açık Kırmızı 7065 5,60
Koyu Kırmızı 6678 5,90
Sarı 5875 6,80
Yeşil 5015 8,30
Koyu Yeşil 4921 8,50
Mavi 4900 8,80
Mor 4471 9,75
Tablo-1
3. Helyum yerine bilmediğimiz başka bir tüpü koyup çalıştırdık.Renklere karşılık gelen taksimatları okuduk.He için çizdiğimiz grafikten yaralanarak bilinmeyen tüpün taksimatlarına karşılık gelen dalga boylarını bulduk.Tablo –2 ‘ye kaydettik.
Çizginin Rengi Dalga Boyu () (A0) Taksimat
Açık Kırmızı 7250 5,45
Koyu Kırmızı 6800 5,80
Sarı 6000 6,60
Yeşil 5200 8,00
Koyu Yeşil 5050 8,25
Mavi 4920 8,60
Mor 4471 9,70
Tablo-2
Grafik 1
Yorum:
Biz bu deneyde ışığın dispersiyonu ile ilgili teorik bilgilerimizi deneyle ispatlamış olduk.Işığın dispersiyona uğraması için bir ortamdan farklı bir ortama geçmesi gerekiyordu.Bu deneydeki farklı ortamlarımız hava ve prizmadır. Işık prizmanın içerisinden geçerken snell kırılma yasasına uygun şekilde kırılıp belirli sapma açılarıyla prizmamızı terk etmiştir.Bu sapma açılarının oluşmasının sebebi ise beyaz ışık bileşenlerinin her biri ayrı bir dalga boyuna sahip olmasıdır.İşte bu farklı sapma açıları (veya farklı dalga boyları) sayesinde tayfımızı oluşmuştur.Mesela kırmızı ışığımız az, mor ışığımız ise çok saparak spektrumdaki yerini almıştır.Sonuçta üzerine ışık düşen bir prizmanın; dispersiyonunun kısa dalga boylarına doğru hızla arttığını gördük.
Kaynağımızdan dik gelen ışınları deneyde kullandık.Çünkü ancak dik gelen ışınlar fantımızdan geçerek prizmamızın üzerine düşebilir.Tayfımızı incelediğimizde tıpkı teoride öğrendiğimiz gibi en solda kırmızı en sağda ise mor rengin var olduğunu gördük.Aralarda da diğer renkler sırasıyla yerleşmişti.Deney sırasında tayfın netliğini ayarlarken kullandığımız fantı çok açtığımızda renkler birbirine karıştı.Fakat aralığı küçülttüğümüz de renkler daha belirgin oldu.
Deney sonunda bilmediğimiz bir tüpten çıkan ışığın dispersiyonuyla oluşan tayfın taksimatlarına karşılık gelen dalga boylarının değerlerini He ışık kaynağı oluşturduğumuz taksimat-dalga boyu grafiğinden çıkardık.
KAYNAKLAR:
• http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=4&soru_id=2945
• http://www.istanbul.edu.tr/fen/astronomy/egitim/agay/ders/adnan4.htm
• OPTİK,NİFTALİ GOCA , KÜLTÜR EĞİTİM VAKFI YAYINLARI,1997, SYF: 293, 294, 298.
• FEN VE MÜHENDİSLER İÇİN FİZİK , RAYMOND A. SERWAY – ROBERT J. BEİCHNER , PALME YAYINCILIK 2002 ( 5. BASKI ) 2.CİLT, SYF: 1113, 1114, 1116, 1117, 1118.
• KOSMOSTAN KUANTUMA 3, YALÇIN İNAN, DORUK YAYINCILIK, 2003
SYF: 72.
TEORİK BİLGİ:
Işık bir ortamda ilerlerken başka bir ortamın sınırına çarpar ve bir miktar yansır,bir miktar da içeri girerken yön değiştirir.Biz bu yön değiştirmiş ışının kırıldığını söyleriz. Kırılma açımızı veren formül;
.......... (1)
Işığın madde içerisindeki hızı, boşluktaki hızından daha azdır.Bunun nedeni ışığın o madde içinden geçerken o madde ait olan bir özellikten kaynaklanmaktadır. Bu özelliğe kırılma indisi
denir.Başka bir deyişle;<1.................(2)
Bu formüle bakarsak V hiçbir zaman c ‘ye eşit olamayacağından 1 ‘den küçüktür.Dolayısıyla boşluk için n=1 ‘dir.Ayrıca boyutsuz bir büyüklüktür.
Işık bir ortamdan diğer bir ortama geçerken, dalga boyu değişir.Fakat frekansı değişmez.Bunun nedeni ışık diğer ortama geçerken değişirse ışık ya ortam sınırında kalır veya kaybolur ya da yaratılacaklardır.O nedenle İLK= SON= olmalıdır.
VİLK= İLK. 1 VSON= SON . 2 VİLK VSON olduğundan 1 2 dir.
.........(3)
(3) eşitliğinden n1=1olduğundan herhangi bir ortamın kırılma indisini ; ..(4) dir.(1) eşitliğinde yerine (3) eşitliğindeki ‘i koyarsak;
n1. = n2. .....(5) biz buna Snell Kırılma Yasası diyoruz.
Herhangi bir dalganın (elektromanyetik, su vs.) hızının dalga boyuna bağlı olması olayına dispersiyon denir.Bu tanımı biraz daha açarsak:su ile dolu bir ortamda elimizi çırparak sonlu bir dalga oluşturduğumuzu tasvir edelim.Bu dalga sonlu olduğundan dolayı,bu dalgının farklı dalga boyuna sahip çok sayıda dalganın birleşmesiyle oluştuğunu düşünebiliriz.Zaman ilerledikçe her bileşen farklı hızlarla ilerlediğinden,oluşturduğumuz dalga gittikçe genişleyip yayılacaktır.Böylece dalganın önü ile arkası arasındaki uzaklık zamanla artmış olacaktır.İşte bu olay dispersiyon deriz. Konumuz olan ışığın boşlukta dispersiyonu yoktur. Dalga boyu ne olursa olsun, ışık boşlukta aynı hızla yayılır. Ama farklı bir otamada mesela prizma içinde ışık dispersiyona uğrar.Kırmızı ve mavi ışığın dalga boyları farklı olduğundan farklı hızlarla yayılır. Bu nedenle de dispersiyonu kırılma indisinin dalga boyuna bağlılığı şeklinde de tarif edebiliriz.
Işığın dispersiyonu ile ilk uğraşan insan Newton’dur. İçinden ışık geçirilen prizmanın kırılma indisinin ışığın dalga boyuna bağlı [yani n=f( )] olduğunu göstermiştir.1666 yılında karanlık bir oda içindeki bir prizmadan geçirdiği ışık demetini dik doğrultularda tayfına ayırarak muhtelif renkleri gördü.Sonra bu farklı renkteki ışın demetlerini başka bir prizmadan geçirerek beyaz ışığı ele etmiştir.Sonuçta tayfın şekil ve durumu prizmanın kırılma indisi belirler.
Dispersiyonu ikiye ayıra biliriz.
• Normal Disperiyon: Dispersiyonu Maxwel’in elektromanyetik teoremi içerisinde açıklamak mümkün değildir.Çünkü bu teoriye göre ; optik bölgede olduğundan dalga boyuna bağlı değildir. Bu nedenle Koşi ; madde moleküllerinin esir parçacıklara etkisini (Fresnel iddası) kullanarak dispersiyon için şu denklemi öne sürmüştür: (Burada a,b,c sabitlerdir)
......(1)
Bu denklem, dispersiyonu incelenen maddenin soğurma bölgesi (Her madde kendisi için karakteristik olan dar veya geniş dalga boylarında ışığı yuttuğu bölgelere soğurulma bölgesi denir.) hariç, tayfın geri kalanını açıklar. İşte bu denklemle ifade edile bilen dispersiyona normal dispersiyon denir.Normal dispersiyonda ’ nın artmasıyla kırılma indisi küçülür.
• Anormal Dispersiyon: Soğurma bölgesinde dispersiyonda bir anormallik görülür.Bu bölgede hem kırılma indisi hem de dalga boyu büyümektedir.Bu olayı ilk defa ışığın, içinde iyod buharı bulunan bir prizmadan geçerken,mavi ışının kırmızı ışına oranla daha az kırıldığını Leru (1862) gözlemlemiştir.Bu nedenle de bu olaya anormal dispersiyon demiştir.Daha açık söylersek anormal dispersiyon soğrulma saçaklarının bulunduğu tayf bölgesinde ortaya çıkar.
Anormal dispersiyon bölgesi olmayan madde yoktur.Fakat her maddenin soğurma bölgesi görünen bölgeye tekabül etmeyebilir(cam,kuars,vs).Genel olarak her maddenin birden fazla soğurma bölgesi vardır.Bu sebepten dolayı her maddenin tam dispersiyon deseni, soğurma saçaklarına uygun gelen anormal dispersiyon bölgelerinden ve bu yutma bölgelerinden kenarda yerleşen normal dispersiyon bölgelerinden ibarettir.
Prizmadan geçirilen beyaz ışığın çıkardığı renkli demetler kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, koyu mavi, ve mor olup, hepsi farklı dalga boylarında olmaktadır.Fakat bu renklerden başka gözümüzün alamadığı ve yalnızca ışığa duyarlı aletlerin algılıya bildiği renklerde vardır.Biz bu dağınım olayını en iyi doğada; yağmurlu bir yağmur sonraları gökkuşağıyla görüyoruz.Oradaki bütün renkleri prizmada da gözlemleye biliriz.
Renklerin en önemli özelliği onların sahip oldukları dalga uzunluklarıdır. Dalga boyu bandının genişliği veya içindeki beyaz ışığın miktarı o rengin doygunluğunu gösterir.Beyazlık azaldıkça renk daha doygun olur.Rengin parlaklığı da dalga yüksekliğine bağlıdır.
Dispersiyonun atom teorisi ilk defa G.A.Lorentz tarafından ileri sürülmüştür.Bu teori ışık alanın (elektromanyetik dalgaların) atomla bağlı olan elektronlara etkisi etkisini esas alır.Elektron teorisine göre, maddeye;gelen ışık etkisi ile denge durumu etrafında zorunlu titreşim yapan osilatörler gibi bakılır.
YAPILAN DENEY
Deneyin Amacı:
Bir spektrumdaki bilinen dalga boyları yardımıyla dalga boyları bilinmeyin başka bir kaynağın spektrumuna ait dalga boylarını spektrometre ile belirleyerek dispersiyon olayını gözlemlemek.
Bilgi:
Işık denetiminin yansıma, kırılma ve difraksiyon yoluyla oluşan sapma açısını ölçmeye yarayan alete biz spektometre diyoruz. Spektometre başlıca üç kısımdan oluşuyor.Bunlar ise:
• Kolimatör borusu, kaynaktan gelen ışınları fant paralel olarak prizma üzerine gelmesini sağlıyor.
• Dürbün, prizmadan gelen ışınların yerini belirlemek için kullanılır.Dürbünde yakınsak mercek üzerine gelen ışın merceğin odak noktasında toplanır ve biz toplanan ışını oküler yardımıyla gözleriz.
• Taksimat borusu,bir ucunda yakınsak mercek ve bu merceğin odak noktasında bir skala vardır.Bu skala ışık kaynağı ile aydınlatılır.
Deneyin Yapılışı:
1. Taksimat borusundaki skalayı dışarıdan aydınlattık.Dürbünü dereceli tabla eksen etrafında hareket ettirerek aydınlık skalanın görülmesini sağladık.
2. Kolimatördeki fantın önüne Helyum gazlı deşarz tüpü dik olarak yerleştirilip çalıştırdık.Spektrumdaki renkleri gözlemledik.Renklere karşılık gelen taksimatları yazdık.Taksimat dalga boyu grafiğini çizdik.
Çizginin Rengi Dalga Boyu () (A0) Taksimat
Açık Kırmızı 7065 5,60
Koyu Kırmızı 6678 5,90
Sarı 5875 6,80
Yeşil 5015 8,30
Koyu Yeşil 4921 8,50
Mavi 4900 8,80
Mor 4471 9,75
Tablo-1
3. Helyum yerine bilmediğimiz başka bir tüpü koyup çalıştırdık.Renklere karşılık gelen taksimatları okuduk.He için çizdiğimiz grafikten yaralanarak bilinmeyen tüpün taksimatlarına karşılık gelen dalga boylarını bulduk.Tablo –2 ‘ye kaydettik.
Çizginin Rengi Dalga Boyu () (A0) Taksimat
Açık Kırmızı 7250 5,45
Koyu Kırmızı 6800 5,80
Sarı 6000 6,60
Yeşil 5200 8,00
Koyu Yeşil 5050 8,25
Mavi 4920 8,60
Mor 4471 9,70
Tablo-2
Grafik 1
Yorum:
Biz bu deneyde ışığın dispersiyonu ile ilgili teorik bilgilerimizi deneyle ispatlamış olduk.Işığın dispersiyona uğraması için bir ortamdan farklı bir ortama geçmesi gerekiyordu.Bu deneydeki farklı ortamlarımız hava ve prizmadır. Işık prizmanın içerisinden geçerken snell kırılma yasasına uygun şekilde kırılıp belirli sapma açılarıyla prizmamızı terk etmiştir.Bu sapma açılarının oluşmasının sebebi ise beyaz ışık bileşenlerinin her biri ayrı bir dalga boyuna sahip olmasıdır.İşte bu farklı sapma açıları (veya farklı dalga boyları) sayesinde tayfımızı oluşmuştur.Mesela kırmızı ışığımız az, mor ışığımız ise çok saparak spektrumdaki yerini almıştır.Sonuçta üzerine ışık düşen bir prizmanın; dispersiyonunun kısa dalga boylarına doğru hızla arttığını gördük.
Kaynağımızdan dik gelen ışınları deneyde kullandık.Çünkü ancak dik gelen ışınlar fantımızdan geçerek prizmamızın üzerine düşebilir.Tayfımızı incelediğimizde tıpkı teoride öğrendiğimiz gibi en solda kırmızı en sağda ise mor rengin var olduğunu gördük.Aralarda da diğer renkler sırasıyla yerleşmişti.Deney sırasında tayfın netliğini ayarlarken kullandığımız fantı çok açtığımızda renkler birbirine karıştı.Fakat aralığı küçülttüğümüz de renkler daha belirgin oldu.
Deney sonunda bilmediğimiz bir tüpten çıkan ışığın dispersiyonuyla oluşan tayfın taksimatlarına karşılık gelen dalga boylarının değerlerini He ışık kaynağı oluşturduğumuz taksimat-dalga boyu grafiğinden çıkardık.
KAYNAKLAR:
• http://www.biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=4&soru_id=2945
• http://www.istanbul.edu.tr/fen/astronomy/egitim/agay/ders/adnan4.htm
• OPTİK,NİFTALİ GOCA , KÜLTÜR EĞİTİM VAKFI YAYINLARI,1997, SYF: 293, 294, 298.
• FEN VE MÜHENDİSLER İÇİN FİZİK , RAYMOND A. SERWAY – ROBERT J. BEİCHNER , PALME YAYINCILIK 2002 ( 5. BASKI ) 2.CİLT, SYF: 1113, 1114, 1116, 1117, 1118.
• KOSMOSTAN KUANTUMA 3, YALÇIN İNAN, DORUK YAYINCILIK, 2003
SYF: 72.