Işık Teorileri

• Işığın temel yapısını açıklayabilmek için birçok teori ortaya atılmış ve geliştirilmiştir. Bunlar üç grupta incelenebilir.

1. Işıkta tanecik teorisi

• Bu teoride ışık kaynakları çevrelerine çok küçük ışık tanecikleri yayarlar. Bu tanecikler saydam ortamlarda ve boşlukta her doğrultuda çok büyük hızlarla yayılır. Her renge farklı büyüklükle bir tanecik karşı gelir. Bu teori 1670 yılında Isaac Newton tarafından ortaya atılmıştır.

2. Işıkta dalga teorisi

• Bu teori 1678 yılında Huygens tarafından ortaya atılmıştır. Huygens ışık kaynaklarının çok yüksek frekanslı titreşimler oluşturduğunu ve oluşan titreşimlerin saydam ortamlarda dalgalar halinde yayıldığını öne sürdü. Daha sonra 1801 yılında Young, ışığın girişim deneyi ile, 1822 yılında Fresnel, ışığın girişim ve polarizasyonu deneyi ile dalga teorisini desteklediler. 1846 yılında Maxwell ışığın yüklü taneciklerin ivmelenmesiyle oluşan elektromagnetik dalga olduğunu öne sürdü.

3. Işıkta eletromagnetik teori

• 1923 yılında Louis de Broglie ışığın tanecik ve dalga teorisini birleştirerek, ışığı dalga halinde yayılan tanecikler olarak tanımlamıştır. Gerçekte ışık davranışları incelendiğinde ışığın hem tanecik hem dedalga özellikleri gösterdiği gözlenmektedir.

Işığın Dalga Modeli

• Dalga teorisi ile açıklanabilen en önemli özellik ışıkta girişimdir.Su dalgalarının girişim desenini incelemiştir. Su dalgalarındaki dalga katarları ve düğüm çizgileri yerine ışık dalgaları ile yapılan girişimde aydınlık ve karanlık çizgiler oluşur. Bu çizgilere girişim saçakları adı verilir.

Çift Yarıkta Girişim (Young Deneyi)

• Bir ışık kaynağından çıkan ışınlar düzensiz aralıklarla yayılan dalga kümelerinden oluşur. İki ayrı ışık kaynağından çıkan ışık dalgalarının girişimini; kaynaklar arasında sabit bir faz farkı oluşturamayacağımızdan gözleyemeyiz.
• Çünkü girişim saçakları yaklaşık 10–9s kadar sürede yer değiştirir. Thomas Young, çift yarıkta girişim deneyinde 10-9 s kaynaklar arasındaki faz farkını sabit tutmak için bir ışık kaynağından çıkan ışınları önce üzerinde çok ince bir yarık bulunan ikinci levhaya düşmelerini saptamıştır. Bu iki dar yarıktan geçen ışınlar bir perde üzerine düşürülür. Perde üzerinde aydınlık ve karanlık saçaklar oluşur.

• K noktasal ışık kaynağından çıkan dalgalar K1 ve K2 yarıkları aralarında sabit bir faz farkı bulunan noktasal dalga kaynakları gibi davranacaklardır.
• K1 ve K2 kaynaklarından çıkan dalgalar aynı yolu alarak aynı anda ekranın ortasında birbirini kuvvetlendirerek merkezi aydınlık saçağı oluştururlar. Merkezi aydınlık saçağın sağında ve solunda simetrik olarak aydınlık ve karanlık saçaklar oluşur.

• P noktası yarıklar düzlemine çok uzak bir nokta alınarak,bu noktanın yarıklara uzaklıkları paralel gibi düşünülebilir.
• Bu yüzden |PK2| ^ |AK1| olur ve P noktasının kaynakların orta noktasına uzaklığı, yarıklar düzlemi ile perde arasındaki uzaklığa eşit alınır.

P noktası aydınlık saçak üzerinde ise;

• P noktasının n. karanlık saçak üzerinde bir nokta olması için bu noktada, yol farkı dalga boyunun tam katlarına eşit olmalıdır.

P noktası karanlık saçak üzerinde ise;

• P noktasının n. karanlık saçak üzerinde bir nokta olması için bu noktada, yol farkı dalga boyunun tek katlarının yarısı olmalıdır.

Sacak Genişliği:

• Girişim deseninde ard.ş.k iki ayd.nl.k veya iki karanlık sacak arasındaki uzaklığa sacak genişliği denir ve Dx ile gosterilir.
• Sacak genişli.i ardışık iki aydınlık ya da, iki karanlık sacağın merkez doğrusuna uzaklıklar. farkı ile bulunabilir.

Özellikler

• 
  Beyaz ışıkla yapılan Young deneyinde girişim saçakları renkli olur. Tek renkli ışıkla yapılan girişim deneyinde, renklerin frekans ve dalga boyları farklı olacağından saçak genişliği renge bağlıdır. Saçak genişliği kırmızı ışık için en büyüktür. Işığın frekansı buna bağlı olarak dalga boyu (rengi) nun değişmesi saçak genişliğini etkiler fakat merkezi aydınlık saçağın yeri değişmez. Farklı renkte ışıkların kullanılmasıyla merkezi aydınlık saçağın dışında diğer saçakların yerleri değişir.

• Ekran ile yarıklar düzlemi arasına daha kırıcı bir ortam konursa ışığın hızı ve dalga boyu küçüleceğinden saçak genişliği de küçülür.

• Yarıklardan birinin önüne kırılma indisi n olan d kalınlığında saydam bir cisim konursa ekrana düşen ışık diğer kaynağa göre gecikeceğinden kaynaklar arasında faz farkı oluşur. Girişim çizgileri geciken kaynağa doğru (önüne saydam madde konulan yarık tarafına) kayar. Yarıklardan çıkan ışık dalgaları arasındaki yol farkı Y . F = d(n – 1) olur.

• Yarıklar düzlemi döndürüldüğünde yarıklararası uzaklık küçüleceğinden saçak genişliği büyür.

• Yarıklar düzlemi a açısı ile döndürüldüğünde yarıklararasında faz farkı oluşur. Merkezi aydınlık çizginin kayıp kaymaması ya da hangi yöne ne kadar kaydığı faz farkından doğan yol farkı ile geometrik yol farkı karşılaştırılarak hesaplanır.
• Ekran Ao merkezi aydınlık noktasından döndürülürse,ekranın yarıklara yakınlaşan kısmında saçak genişliği azalır, uzaklaşan tarafında ise saçak genişliği artar.

• Işık kaynağı, yarıklar düzlemine yaklaştırılıp uzaklaştırılırsa, kaynağın yarıklara uzaklıkları farkı değişmeyeceğinden kaynaklar arasında faz farkı oluşmaz. Bu yüzden saçakların yeri ve genişliği değişmez.
• Işık kaynağı yarıklar düzlemine yaklaştırıldığında ışık akısı artacağından aydınlık saçakların parlaklığı artar.
• Işık kaynağı yarıklar düzleminden uzaklaştırıldığında ise aydınlık saçakların parlaklığı azalır.

• Işık kaynağı yarıklar düzlemine paralel hareket ettirilirse yarıklardan biri geciken kaynak olur ve kaynaklar arasında faz farkı oluşur. Girişim deseni merkezi aydınlık saçakla birlikte geciken kaynağa doğru kayar.

• şekildeki ışık kaynağı 1 yönünde a kadar hareket ettirildiğinde K2 geciken kaynak olur ve merkezi aydınlık saçak aşağıya doğru y kadar kayar. y kayma miktarı taralı üçgenlerin benzerliği yazılırsa;

• Işık kaynağının şiddeti artarsa aydınlık saçakların parlaklıkları artar saçakların yeri ve genişliği değişmez.
• 
  Dalgaların genişliklerinin arttırılması hızı ve frekansı etkilemez. Bu nedenle saçakların yeri ve genişliği değişmez.

Tek Yarıkta Girişim (Kırınım Deneyi)

• Aynı şekilde ışık dalgaları da dar bir yarıktan geçerken kırınıma uğrar. Işık dalglarında kırınım deneyi görünür ışık (dalga boyu 4000° ve 7500° arasında değişir) ve genişliği 0,1 mm civarında olan tek yarık ile yapılır.
• Çift yarıkta girişimde yarıklar birer ışık kaynağı sayılırken,tek yarıkta, yarık üzerindeki her nokta aynı fazda ışık kaynağı sayılır.

• Tek yarıkta girişimde ekran üzerinde şekildeki gibi merkez doğrusu üzerinde merkezi aydınlık saçak ve merkez doğrusuna simetrik olarak her iki tarafta giderek parlaklıkları azalan merkezi aydınlık saçağın yarısı genişlikte diğer saçaklar görülür.
• Ekran üzerinde alınan herhangi bir P noktasının hangi saçak üzerinde olduğunu P noktasının yarığın kenarlarına uzaklıkları farkından bulabiliriz.

• Buna göre |K1 K3| aralığından gelen dalgalarla, |K3 K2| aralığından gelen dalgalar birbirini söndüreceğinden P noktası karanlık görülür.
• Buna göre ekran üzerinde alınan herhangi bir P noktasının yarığın uçlarına olan yol farklı kullanılan ışığın dalga boyunun tam katları ise, P noktasında karanlık saçak oluşur.

• w = yarık genişliği
• x = P noktasının merkez doğrusuna uzaklığı.
• L = Tek yarığın ekrana uzaklığı