Bir araştırmacı farklı sıcaklıklardaki siyah cisimlerin yaydığı ışınımın şiddetini dalga boyuna göre ölçüyor. Aşağıdaki grafikte üç farklı sıcaklık için elde edilen eğriler gösterilmiştir.
Grafikteki eğriler incelendiğinde sıcaklık arttıkça aşağıdaki değişimlerden hangisi gözlenmez?
A) Maksimum şiddete karşılık gelen dalga boyunun azalması
B) Toplam yayılan enerjinin artması
C) Eğri altında kalan alanın artması
D) Işınım şiddetinin tüm dalga boylarında azalması
Siyah cisim ışıması, bir cismin sıcaklığına bağlı olarak yaydığı elektromanyetik radyasyonu açıklar. Grafikteki eğriler, farklı sıcaklıklardaki siyah cisimlerin yaydığı ışınımın şiddetinin dalga boyuna göre nasıl değiştiğini göstermektedir. Sıcaklık arttıkça bu eğrilerde belirli değişimler gözlenir. Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
- A) Maksimum şiddete karşılık gelen dalga boyunun azalması: Bu durum, Wien Kaydırma Yasası ile açıklanır. Bu yasaya göre, bir siyah cismin yaydığı ışınımın maksimum şiddete ulaştığı dalga boyu ($\lambda_{max}$), cismin mutlak sıcaklığı ($T$) ile ters orantılıdır. Yani, sıcaklık arttıkça ($\uparrow T$), maksimum şiddete karşılık gelen dalga boyu kısalır ($\downarrow \lambda_{max}$). Grafikte, daha yüksek sıcaklıktaki eğrinin tepe noktasının daha kısa dalga boylarına (sola) kaydığı görülür. Bu nedenle, bu ifade doğru bir gözlemdir.
- B) Toplam yayılan enerjinin artması: Bu durum, Stefan-Boltzmann Yasası ile açıklanır. Bu yasaya göre, bir siyah cismin birim yüzey alanından birim zamanda yayılan toplam enerji (güç), cismin mutlak sıcaklığının dördüncü kuvveti ($T^4$) ile doğru orantılıdır. Sıcaklık arttıkça, cismin yaydığı toplam enerji de önemli ölçüde artar. Bu nedenle, bu ifade doğru bir gözlemdir.
- C) Eğri altında kalan alanın artması: Bir ışınım şiddeti-dalga boyu grafiğinde eğri altında kalan alan, cismin yaydığı toplam enerjiyi temsil eder. Stefan-Boltzmann Yasası'na göre sıcaklık arttıkça toplam yayılan enerji arttığı için, eğri altında kalan alan da artar. Grafikte, daha yüksek sıcaklıktaki eğrilerin altında kalan alanın daha büyük olduğu açıkça görülür. Bu nedenle, bu ifade de doğru bir gözlemdir.
- D) Işınım şiddetinin tüm dalga boylarında azalması: Grafiği incelediğimizde, sıcaklık arttıkça (örneğin, $T_1 < T_2 < T_3$ ise, $T_3$ eğrisi en üstte yer alır), her bir dalga boyu için ışınım şiddetinin arttığını görürüz. Yani, belirli bir dalga boyunda, daha yüksek sıcaklıktaki cisim daha fazla ışınım yayar. Işınım şiddetinin tüm dalga boylarında azalması değil, artması beklenir. Bu nedenle, bu ifade yanlış bir gözlemdir.
Yukarıdaki analizler ışığında, sıcaklık arttıkça ışınım şiddetinin tüm dalga boylarında azalması gözlenmez. Tam tersine, tüm dalga boylarında ışınım şiddeti artar.
Cevap D seçeneğidir.
