675px-Lorentz_force.svg

   Klasik fizik ve Quantum fiziğinin kesiştiği bazı noktalarda çok fazla bilinmezlik var.  Şimdi sizinle kafama sürekli takılan ve bir türlü açıklık getiremediğim, cevabını bulamadığım, klasik fizik ve quantum fiziğinin arasında kalmış bir soruyu paylaşmak istiyorum. Bunun için öncelikle Lorentz Kuvvet Kanununu ve Dalga-Parçacık Modelini sırasıyla açıklayalım.

   Lorentz kuvveti klasik fizikte,elektromıknatıssal alanlar tarafından hareketli bir noktasal yüke etkiyen kuvvettir. Bu kuvvet matematiksel olarak, elektrik ve manyetik alanlar cinsinden ifade edilebilir. 

\mathbf{F} = q (\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}),

\mathbf{F} = q ( - \nabla \phi - \frac { \partial \mathbf{A} } { \partial t } + \mathbf{v} \times (\nabla \times \mathbf{A})),

  Bu denklemlerden de görüldüğü gibi elektronları hızlandırıp harekete geçirmek ve bir elektrik akımı oluşturmak için manyetiksel olarak üç seçeneğimiz mevcut. 1.si  kapalı bir devreyi zamanla değişen bir manyetik akı yoğunluğu içerisine bırakmaktır. 2. si  sabit bir manyetik akı içerisinde kapalı bir devreyi hareket ettirmektir ki bu zaten birinci seçenekle aşağı yukarı aynı.  3.sü ise devremizi değişen bir manyetik alan içerisine koymaktır. Bu üç durumda devre üzerinde değişen bir manyeti akı yoğunluğundan söz edebiliriz. 

   lorentz

   Elektrik üretmek için kullandığımız en popüler yöntem, sabit bir bobinin karşısına yerleştirdiğimiz hareketli bir elektromıknatıstan ibaret. Burada aslında elektromıknatısı hareket ettirirken  sabit olan bobine göre değişen bir manyetik akı oluşturmuş oluyoruz.  Değişen manyetik akı yoğunluğu elektronlar üzerinde bir kuvvet oluşturuyor. 

Şimdi gelelim en can alıcı kısma. Bildiğimiz gibi maxvelin klasik fiziğe göre elektromanyetik dalgaları tam anlamıyla açıklayan 4 tane denklemi vardır. 

 Maxvel denklemleri

   Ahanda denklemler burada. Bu denklemlerden ikicisine ve  dördüncüsüne dikkatli bir şekilde bakın. İkinci denkleme göre değişen bir manyetik akı yoğunluğunun etrafında bir elektik alan oluşacaktır.  Dördüncü denklemden çıkarılacak sonuç ise şudur. Değişen bir elektrik alan etrafında  bir manyetik akı yoğunluğu oluşacaktır.  Doğal olarak, hareketli bobini çevirdiğimizde sabit olan bobine göre oluşan bir elektromanyetikmanyetik dalgadan söz etmek mümkündür.   Bunu maxvelin denklemleri söylemekte. Bizde yalan yok.  

   Şimdi bu söylediklerimi unutmadan parçacık modelini açalım…

Parçacık Modeli

  Parçacık modeline göre elektromanyetik dalgaların maddeyle etkileşimi üç şekilde olur: yansıma, soğurma ve maddeyi geçebilme (aktarma) . Bu etkileşimi elektromanyetik dalganın dalga boyları belirler. Radyo dalgaları, radyo antenleriyle alınabilir. Mikrodalgalar bazı maddeleri ısıtabilmektedir. Görülebilir ışık,görme hücrelerini (çubuk ve koni) etkileyecek boyuttadır. Morötesi ışın ve X ışını ise atom ve atom altı parçacıklarla etkileşir.

  Görülebilir ışık fotonu maddeye çarptığında madde uyarılır ve foton, maddenin moleküler yapısına göre değişen diğer bir ışık fotonu şeklinde yansıtılır. Bir madde, gün ışığında eğer kırmızı görülüyorsa, bu madde gün ışığındaki kırmızı dışında tüm görülebilir ışık fotonlarını soğurur, yalnınca uzun dalga boylu olan kırmızı ışığı yansıtır.

quantum_01

   Şimdi buraya dikkat! Quantum modeline göre elektromanyetik dalgalar elektronlar tarafından abzorbe edildiklerinde elektronun bir üst seviyeye geçmesine olanak tanırlar.  Yörüngesinde hareket eden bir elektron yeterince elektromanyetik dalga abzorbe ettiğinde üst enerji seviyelerine geçecek hatta atomdan kapacaktır. Bunun en bariz örneği solar cell lerdir.  Güneş ışığı solar cell in yüzeğine çarparak elektron koparır. Fakat aslında bu olay elektronun güneş ışığını abzorbe etmesi ile gerçekleşir. Yeteri kadar ışığı abzorbe eden elektronlar atomlardan koparak bir elektrik akımı oluştururlar.  

   Diğer bir örnek olarak radyo alıcılarını göz önüne alabiliriz. Radyo alıcıları üzerinde ortamdaki radyo frekansına sahip elektromanyetik dalgalar sayesinde bir elektrik akımı oluşacaktır. Çünkü radyo alıcısındaki elektronlar radyo frekansına sahip elektromanyetik dalgayı abzorbe edecek ve elektrik akımını oluşturacak belli bir enerji kazanacaktır. 

Quantum

   Madem durum budur o halde lorentz kanunu parçacık modeli ile açıklanabilir mi?  Lorentz kuvvvetinin kaynağı aslında elektronların bir elektromanyetik dalga abzorbe etmeleri midir? Yoksa lorentz kuvvetinin başka bir açıklaması var mıdır?  Zannımca lorentz kuvveti çok büyük bir ihtimalle fotoelektrik olay ve parçacık modeli ile ilişkilidir ve bu kuvveti doğuran etken elektronların manyetik akı yoğunluğunu değiştirerek oluşturduğumuz bu elektromanyetik dalgayı abzorbe etmeleridir…   Daha iyi bir açıklama getirecek arkadaşları dinlemek için can atıyorum 🙂 Saygılar sevgiler…