Kirchoff’un termal radyasyon kanunu
From Wikipedia, the free encyclopedia
Termodinamikte, Kirchoff’un termal radyasyon kanunu, ışınımsal değişim dengesini de içeren, termodinamik dengede kendine özgü salınım ve emilim yapan herhangi bir maddenin dalga boyuna denktir.
Bu madde, Vikipedi biçem el kitabına uygun değildir. (Kasım 2016) |
T sıcaklığındaki bir madde elektromanyetik dalga yayar. Termodinamik dengede bulunan kusursuz bir kara cisim, kendine hücum eden bütün ışınımları soğurur. Aynı cisim bu soğurduğu ışınımları, T sıcaklığı için eşsiz bir kanun olan ışınım yayan güç kanuna göre enerji olarak yayar. Unutulmamalıdır ki bu kanun bütün kusursuz kara cisimler için evrenseldir.
Kirchoff kanunu şunu ifade eder:
“Rastegele seçilmiş herhangi bir cisim için, termodinamik dengede olan bütün dalga boylarında, termal elektromanyetik radyasyonun ışıması ve soğunması durumunda; cismin salım gücünün cismin boyutsuz soğurma katsayısına oranı evrensel fonksiyona eşittir.”
Burada, boyutsuz soğurma katsayısı (veya emme sığası) termodinamik dengede bulunan cisim tarafından yapılan yayma ve soğurma eylemi sırasında cisim tarafından emilen gelen ışınımın (gücün) oranına eşittir. Biraz daha farklı açıklayacak olursak, belirli bir sıcaklıkda bulunan, sabit bir şekle ve ölçüye sahip rastgele seçilmiş opak bir cismin yayım gücü boyutsuz oran kullanılarak tanımlanabilir. Bu bahsettiğimiz terim bazı durumlarda yayma kuvveti, yayım kabiliyeti veya yayımlılık olarak da geçebilmektedir. Bu terim sayesinde Kirchoff kanunun doğal bir neticesi olarak, termodinamik dengede bulunan termal radyasyon emilimi ve yayılımı yapan rastegele seçilmiş herhangi bir cisim için yayma kuvveti soğurma katsayısına eşittir. Bazı durumlarda yayma kuvveti ve soğurma katsayısı açıya bağlı olarak tanımlanabilir. Bu durum matematiksel olarak aşağıda bulunan formüllerde görülebilir.
Kirchoff kanunun farklı bir doğal sonucu daha bulunmaktadır. Yayma kuvveti asla birden büyük olamaz. Doğal olarak soğurma katsayısıda biri geçememektedir. Bu durum enerjinin korunumu yasasından gelmektedir. Denge durumunda, kara cisimden termal olarak daha fazla enerji yaymak mümkün değildir. Negatif ışıldanımda (lüminesansda), açıyla ve dalga boyuyla bütünleşik olan soğrulma cismin emisyonunu geçer. Fakat dışarıdan gelen bir kaynağa sahip olan yani termodinamik dengede olmayan sistemler bu kurula uymaz.
Kirchoff kanunu tanımlanmadan önce, iyi bir soğurucunun aynı zamanda iyi bir yayıcı, kötü bir soğurucunun kötü bir yayıcı olduğu deneysel olarak görülmüştü. Doğal olarak iyi bir yansıtıcı kötü bir emicidir. Bu nedenle termal battaniyelerde optik kaplama kullanılır.