Elektromanyetik Dalgalar

James Clerk Maxwell (1831-1879), İskoç bilim insanı, elektromanyetizma ile ilgili bilinen dört temel bağıntıyı tek teoride birleştirerek bütün elektromanyetik olayları açıklayabileceğini göstermiştir. Maxwell’in denklemleri elektriğin, manyetizmanın ve optiğin birleştirildiği bir teoriyi içermektedir ve bu teori ışığın elektromanyetik karakterde olduğunu göstermektedir.

Maxwell’den önce;

• Durgun Yüklerle İlgili Gaus Yasası
• Hareketli Yüklerle İlgili Gaus Yasası
• Değişken Manyetik Alanlar ile İlgili Faraday Yasası
• Manyetik Dolanım ile İlgili Amper Yasası

olarak oluşturulup formüle edilen denklemler, Maxwell tarafından bir teori hâline getirilmiş ve 1864 yılında yayımlanmıştır. Maxwell, elektromanyetik dalgaların varlığını matematiksel olarak ifade etmiş ancak deneysel olarak ispatlayamamıştır.

Daha sonra Hertz elektrik yüklerinin ivmelendirerek elektromanyetik dalga elde edebileceğini buldu. Hertz, deneylerinde elde ettiği bu dalgaların ışık dalgaları gibi girişim, kırınım, yansıma, kırılma, polarizasyon gibi özellikler gösterdiğini buldu. Hertz sonuç olarak radyo frekans dalgalarının ışık dalgalarına benzer özelliklere sahip olduğunu ortaya koydu.

Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

Elektromanyetik dalgaların özelliklerini maddeler halinde sıralayacak olursak aşağıdaki gibi olabilir.

• Elektromanyetik dalgalar, değişen elektrik ve manyetik alandan oluşur.
• Elektrik ve manyetik alanlardan herhangi birinin değişimi diğer alanda da değişime neden olur.
• Elektrik ve manyetik alanlar hem birbirine dik hem de hareket doğrultularına dik hareket ederler.
• Elektrik ve manyetik alanlar vektörel büyüklüklerdir.
• Elektromanyetik ışıma, elektrik ve manyetik alanların birbirini oluşturacak biçimde ışık hızı ile uzaya yayılmasıdır.

Elektrik alan ile manyetik alan arasında büyüklük olarak şu şekilde bir bağıntı vardır:

• E : Elektrik alan
• B : Manyetik alan
• c: Işık hızı

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik spektrum gama(γ) ışınlarının radyo dalgalarına kadar yayılmış sürekli bir ışıma dizisidir. Bunlar sadece elekromanyetik ışıma kaynağına göre yapılan bir sınıflandırmayı gösterir. Elektromanyetik ışımların fiziksel özellikleri bütün dizide aynıdır. Büyün kısımların ışımları aynı hıza ve aynı elektromanyetik tabiata sahiptir. Aralarındaki fark ise frekanslarının ve dalga boylarının farklı oluşudur.

Bir elektromanyetik spektrum; radyo dalgaları, mikrodalga, kızılötesi, görünür bölge, morötesi, X-ışınları ve gama ışınları şeklinde uzun dalga boyundan kısa dalga boyuna doğru sıralanabilir. Spektrum kesikli değil devamlıdır. Kesin çizgilerle birbirinden ayrılmazlar ama aşağıda yaklaşık olarak dalga boyu aralıkları gösterilmiştir.

Radyo Dalgaları

Elektromanyetik spektrumda en geniş dalga aralığına radyo dalgaları sahiptir. Bu dalgaların boyu 100 metre ve daha fazlası olabilir veya bir top kadar küçük olabilir. Televizyon ve cep telefonu sinyalleri radyo dalgalarıyla taşınır. Cep telefonlarımız elektromanyetik dalga yayan radyo alıcısı veya vericisi işlevi görür.

Mikrodalga

Mikrodalgalar uzun mesafeli bilgi aktarımında kullanılabilen elektromanyetik dalgalardır. Mikrodalgalar yağmur, kar, sis ve kirli havanın içinden geçebilir. Bu sebeple iletişimde kullanılır. Boyları mm ve cm basamağında ölçülen mikrodalgalar elektronik cihazlarla meydana getirilir.

Mikrodalga metal yüzeyden yansır. Bu özelliği sayesinde radarlar yapılmıştır. Mikrodalgalar; hava tahminlerinde, radar sistemlerinde, cep telefonlarında ve kablosuz Genel Ağ erişimlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca arabaların kendi kendine park etmesini sağlayan sistemlerde de mikrodalgalardan yararlanılır. Mikrodalga ışına tutulan yiyeceklerin yapısındaki su moleküllerinde hareketlenme olur. Hareketlenme sonucu su moleküllerinin titreşerek kinetik enerjisi artar ve yiyeceğe aktarılan hızlı bir ısınma sağlanır.

Kızılötesi (İnfrared) Işınlar

Kızılötesi dalgalar, dalga boyları 700nm (nanometre = metrenin 1 milyarda biri) ile 1mm arasında olan elektromanyetik dalgalardır. Kızılötesi ışınlar gözle görülmez. Bitkiler, hayvanlar, eşyalar ve vücudumuz kzıılötesi ışınlar yayar. Termal kameralar bunu algılayarak görünür ışığa çevirir ve gece görüşü sağlar. Termal kameralar kızılötesi ışınları görünür ışığa çevirirken sıcaklık yükseldikçe kırmızı renk daha belirgin olur. Kızılötesi ışınlar; uzaktan kumanda sistemlerinde, meteoroloji uydularında, bilinmeyen maddelerin içeriğinin belirlenmesinde, gıda maddelerinin işlenmesinde, fiberoptik iletişimde kullanılmaktadır. Dünya’dan görülebilecek nitelikte ışık yaymayan gök cisimleri kızılötesi ışınlar kullanılarak gözlenmektedir.

Günümüzde büyük önem kazanan koronavirüs belirtilerinin kontrolünde kullanılan temassız ateş ölçer cihazlar kızılötesi ışın sayesinde ölçüm yapmaktadır.

Görünür Işık Dalgaları

Görünür ışık, dalga boyu 400 ile 700 nanometre arasındaki ışık dalgalarıdır. Görünür ışık, elektromanyetik dalganın küçük bir bölümüdür. Renklerin her biri ışığın farklı dalga boylarına karşılık gelmektedir. Cisimlerin rengi yaydığı dalgaların dalga boyuna göre algılanır. Bunun nedeni farklı dalga boylarındaki ışığın gözde oluşturduğu farklı şiddetteki uyarılardır. Beyaz ışık, prizmadan geçirildiğinde görünür bölge spektrumundaki renklere ayrılır. En uzun dalga boylu görünür ışık kırmızı renkte, en kısa dalga boylu görünür ışık mor renkte görülür

Morötesi (Ultraviole) Işınlar

Bu ışınların büyük kısmının kaynağı güneştir. Güneşten gelen morötesi ışınların çoğu atmosferdeki ozon tabakası tarafından soğurulur. Yazın kuzey yarım kürede öğle vakti güneş çarpması diye tanımlanan olay morötesi ışınlardan kaynaklanmaktadır. Bronzlaşma da morötesi ışınlar sayesinde gerçekleşir. Güneş kremleri ve güneş gözlükleri UV ışınlarının bir kısmını tutabilir. Kağıt para üzerinde bulunan ve normalde görülmeyen bölümler UV ışık altında görülür ve kâğıt paraların bu şekilde sahte olup olmadığı anlaşılır. Ayrıca morötesi ışınlar elektrik arklarından ve gaz boşalmalarından meydana gelir.

X-Işınları

Dalga boyu 0,001 nm ile 60 nm arasında olan elektromanyetik dalgalar Wilhelm Conrad Röntgen tarafından keşfedilmiştir ve bilinmeyen ışın anlamında X-ray ismini vermiştir.

X-ışınları birçok maddeden geçebilir ve maddeler X ışınlarını farklı miktarda soğurur. Bu özelliği sayesinde X-ray cihazı tasarlanmıştır. Bu cihazlar sayesinde çantaların içindeki maddelerin kontrolu yapılmakta veya insan vücudunda kontrol yapılabilmektedir. Atmosfer dışına konulan X-ışını dedektörleri ile kara deliklerden ve nötron yıldızlarından gelen X-ışınları görüntülenir. Yaklaşık 3 700 yıl önce gerçekleşen süpernova, X-ışınlarına hassas Chandra Teleskobu’yla görüntülenmiştir. Görüntüdeki renkli bölgeler enerjilerine göre X-ışınlarının görünür ışığa çevrilmiş hâlidir. Yüksek enerjili X-ışınları mavi renkte görünür ışık olarak gösterilir.

Aşağıdaki link ile Chandra Teleskobu’nun resmi sitesinden güncel bilgilere ve görsellere ulaşabilirsiniz. https://chandra.harvard.edu/

Gama Işınları

Gama ışınları, elektromanyetik dalgalar içinde en kısa dalga boyuna ve en yüksek enerjiye sahip ışınlardır. Dalga boyu 0,1 nm den daha küçük olan elektromanyetik dalgalardır. Doğal ve yapay radyoaktif maddelerin çekirdek reaksiyonlarında çekirdeğin yeniden yapılanması sırasında enerjide oluşan fark gama (γ) ışını olarak uzaya yayılır. Yüksek giricilik özelliği ile maddelerin içine çok kolayca nüfuz edebilir. Gama ışınları, sağlık alanında hastalıkların teşhis ve tedavisinde ve gıda sektöründe yiyeceklerin zararlı bakterilerden arındırılmasında kullanılır. Ayrıca tehlikeli boyutta enerjiye sahip olabilirler.