Wien Yasası Nedir? Sıcak Cisimler Neden Parlar?

Wien yasası, sıcaklığından ötürü ışıma yapan bir kara cismin, ışımasının maksimum yaptığı dalga boyunu tanımlar. Yani sıcaklık ile maksimum ışımanın gerçekleştiği dalga boyu arasındaki ilişkiyi verir. Kara cisim ışımasında da ele aldığımız üzere bir sıcaklığı olan her cisim ışıma yapar. Bu ışımanın sıcaklığın artışıyla iki doğal sonucu vardır:

• Sıcaklık arttıkça her dalga boyunda yapılan ışıma artar.
• Sıcaklık arttıkça kısa dalga boylu (yüksek enerjili) bölgede yapılan ışıma, uzun dalga boylu (düşük enerjili) bölgedekine göre daha çok artar.

Kara cisim ışımasının doğasından dolayı aşağıdaki grafikte de görüleceği üzere yalnızca bir maksimum noktası vardır.

Görüldüğü üzere sıcaklığı dalga fazla olan cisim, soğuk olana göre her dalga boyunda daha fazla ışıma yapmaktadır. Fakat yüksek enerjili bölgede yaptığı ışıma daha da fazla artar. Bu nedenle maksimum noktası sıcaklığın artmasıyla birlikte yüksek enerjili bölgeye doğru kayar. Bu kayma lineerdir (doğrusaldır) ve Wien yasası (ya da Wien kayma yasası) olarak adlandırılır.

${\lambda }_{max}\cdot T=0.2898\text{cm}\cdot \text{K}$

Bu eşitlik, sıcaklık $T$ ile dalga boyu $\lambda$ arasında ters orantılı doğrusal bir ilişki olduğunu söyler. Bu iki sayının çarpımı, daima bir sabite eşit olmalıdır. Tıpkı frekans ile dalga boyu arasındaki ilişkinin, ışık hızının sabitliğine dayanması gibi ($f\cdot \lambda =c$).

Wien Yasası Örneği

Eğer $T$ yerine, cismin yüzey sıcaklığını yazacak olursak, cismin yüzeyinden yapılan ışımanın en çok hangi dalga boyunda gerçekleştiğini bulabiliriz. Fakat hiçbir cisim, tam olarak kara cisim olmadığından ötürü, farklılıklar olabileceğini unutmamak gerek.

Güneş'in yüzey sıcaklığı olan yaklaşık 5780 K değeri için, ${\lambda }_{m}ax=500nm$ olmaktadır. Buradaki animasyonda, sıcaklığa bağlı olarak kara cisim ışımasının nasıl değiştiğini ve Wien yasası sayesinde maksimum yapan dalga boyunun ne olduğunu bulabilirsiniz.

Sıcaklık arttıkça, ışımanın maksimum yaptığı dalga boyu giderek kısaldığı için, sıcaklığı artan cisimler giderek maviye kayan ışıma yaparlar. Başlangıçta, kırmızının baskın dalga boyu olmasından dolayı cisim kırmızı, ardından diğer renklerin de karışmasıyla, tüm renklerin karışımı olan beyaz, ardından da beyaza eklenen fazla mavilik ile mavi olarak parlayacaktır (bu, aynı zamanda ısınan demirin kızarmasının da nedenidir).

Ve aynı zamanda tam da bu nedenle yeşil bir yıldız yoktur. Çünkü ısınan bir cisim görünür bölgede ilk olarak kırmızı dalga boyunda ışıma yapar yani kırmızı görünür. Buna daha fazla mavi eklenmesiyle tüm renkler eşit karışır ve doğal olarak beyaz bir renge bürünür. Ardından daha da ısınır ve daha da fazla mavi eklenirse, beyaza mavi eklenmesiyle cisim mavi olarak görünecektir. Dolayısıyla hiçbir kombinasyon yeşil rengin görünmesine olanak tanımaz.