

Elektromanyetik Radyasyon Nedir?
Elektromanyetik radyasyon, boşlukta ışık hızı ile hareket den elektrik
dalgaları ve manyetik enerjinin bir araya gelmesi ile oluşur.
Elektromanyetik Spektrum , çok düşük frekans (ELF) ile başlayan, Radyo
Frekansı (RF) ile devam eden ve Ultraviole (UV) ve X ışınlarına kadar uzanan
bir yelpazeden oluşur.
Aşağıdaki tabloda elektromanyetik spektrum gözükmektedir :
Çok uzun yıllardır kablosuz iletişim ağları çok farklı amaçlar için
kullanılmaktadır. Bunlar içersinde en yaygın olanları Radyo ve Televizyon
İstasyonları, Baz İstasyonları ve Radarlardır.Bu kaynaklar bu iletişim
esansında ortaya elektromanyetik alanlar çıkarmaktadırlar.
Ayrıca evimizde veya ofislerimizde kullandığımız elektronik ev aletleri,
elektrik dağıtımında kullanılan elektrik dağıtım hatları ve trafolar da
elektriğin yapısı gereği çalışmakta oldukları esnada ortaya elektriksel ve
manyetiksel alanlar çıkarmaktadır.
Elektromanyetik tayf da denir.
Electro
Magnetic
Spectrum
kelimelerinden hareketle EMS kısaltması kullanılır.
Fizik kurallarına göre mümkün olan tüm elektromanyetik radyasyonu tanımlar.
Farklı ışınların dalga boyları ve frekanslarına göre kısımlara ayrılır.
Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı demek, o cisim tarafından
çevresine yayılan elektromanyetik radyasyonu ifade eder.
Elektromanyetik tayf, dalgaboylarına göre atomaltı değerlerden (Gama ve X
ışını) başlar ve binlerce kilometre uzunlukta olabilen radyo dalgalarına
kadar birçok farklı radyasyon tipini içerir.
Teoride sonsuz ve sürekli olsa da, pratikte kısa dalgaboyu (yüksek frekans)
ucunun limitinin Planck uzunluğuna, uzun dalgaboyu (alçak frekans) ucunun
limitinin ise evrenin tümünün fiziksel büyüklüğüne eşit olduğu
düşünülmektedir.
Kuantum kuramının temel uzunluk birimi Planck uzunluğudur.
1900 yılında Max Planck enerjinin kuanta adını verdiği temel birimlerden
oluştuğunu keşfetti.
Böylece kuantum kuramı başladı.
Buna göre zaman ve uzay sonsuza kadar bölünemez.
Bu uzunluk, bir metrenin 10 üzeri 35'te biri kadardır ve ışığın bir Planck
zamanında kat ettiği yola eşittir.
Yani 1 metre, 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 tane planck
uzunluğuna eşittir.
wavelength = dalga boyu
visible light = görünür ışık
UV = ultraviole
IR - Infrared
Kimya ve atom fiziğinde kullanılan bazı birimler:
1 mikron (μ) = 1 μm = 1/1 000 000 m
(milimetrenin on binde biri)
1 Angström (Å) = 0.1 nm = 1/ 10 000 000 000 m = 1 × 10-10 m
(milimetrenin yüz milyonda biri)
1 fermi (fm) = 1 fm = 1/ 1 000 000 000 000 000 m
(milimetrenin on trilyonda biri)
uzunluk ölçüsü üst birimleri
1 metre = 1 m
10 m = 1 dekametre (dam)
100 m = 1 hektometre (hm)
1.000 m = 1 kilometre (km)
1.000.000 m = 1 Megametre (Mm)
1.000.000.000 m = 1 Gigametre (Gm)
1.000.000.000.000 m = 1 Terametre (Tm)
1.000.000.000.000.000 m = 1 Petametre (Pm)
1.000.000.000.000.000.000 = 1 Egzametre (Em)
1.000.000.000.000.000.000.000 = 1 Zettametre (Zm)
1.000.000.000.000.000.000.000.000 = 1 Yottametre (Ym)
Uzay biliminde kullanılan uzunluk birimleri
1 astronomik birim (AU) = 149.597.870.660 m
1 ışıkyılı (ly) = 9.460.730.473.000.000 m
1 parsek (pc) = 3.085.677.580.000.000 m
1 Hubble uzunluğu yaklaşık = 120.000.000.000.000.000.000.000.000 m
Astronomik birim, Dünya'nın merkeziyle Güneş'in merkezi arasındaki
uzaklıktır.
Dünya-Güneş arası uzaklık: 1.00 ± 0.02 AU
Dünya-Ay arası uzaklık: 0.0026 ± 0.0001 AU
Mars-Güneş arası uzaklık: 1.52 ± 0.14 AU
Jüpiter-Güneş arası uzaklık: 5.20 ± 0.05 AU
Plüton-Güneş arası uzaklık: 39.5 ± 9.8 AU
Parsek (Parsec), paralaksı (ıraklık açısı) 1 olan bir gökcisminin
uzaklığıdır.
Yaklaşık 3,26 ışık yılıdır.
Iraklık açısı (kaçkınlık) bir kimsenin gözünden çıkan, biri yer kürenin
merkezinde öbürü yeryüzünde bulunan iki doğrunun bir gökcisminin
merkezinde birleşerek oluşturdukları açıdır.
Yıldızların, Dünya'ya olan uzaklıklarını hesaplamada kullanılır.
Dünya'dan Güneş'e, Güneş'ten yıldıza, yıldızdan da tekrar Dünya'ya birer
çizgi çekildiğinde oluşan üçgenin açıları yardımıyla yıldızların
uzaklıkları hesaplanabilir.
Ancak bu yöntem, 3000 ışık yılı uzaklığa kadar olan hesaplamalarda
sağlıklı sonuçlar vermektedir.
Osmanlı dönemi uzunluk birimleri
1 merhale = 45 480 m
1 fersah = 5 685 m
1 eski mir = 1 895 m
1 berid = 22740 m
1 kulaç = 1,82 m
1 arşın = 0,68 m = 68 cm
1 endaze = 0,65 m = 65 cm
1 urup = 8,5 cm
1 hat = 0,268 cm
İngiltere ve ABD'de kullanılan uzunluk birimleri
1 parmak (inch; in) = 2.54 cm
1 ayak (foot; ft) = 12 in = 30.48 cm
1 yarda (yard; yd) = 3 ft = 0.9144 m
1 mil (mile; mi) = 1 760 yd = 1 609.344 m
1 deniz mili (nautical mile; nm) = 1 852 m
Tayf kategorileri genelde doğrudur ancak aralarında kesin sınırlar
yoktur.
Bazen belirli bir kategoride yer alan bir ışın, bir başka kategorinin
dalgaboyu aralığında bulunabilir.
Mesela bazı az enerjili gama ışınları bazı yüksek enerjili X-ışınlarından
daha uzun dalgaboyuna sahiptir.
Bunun sebebi, "gama ışını" terimi nükleer bozunum veya başka bir atomaltı
işlem sonucu oluşan fotonlar için kullanılırken X-ışınlarının atom
çekirdeğine yakın yüksek enerjili iç elektronların orbital değişimleri
sonucu oluşmasıdır.
Sonuç itibariyle, X-ışınları ile gama ışınları arasındaki belirleyici fark
dalgaboylarında degil, söz konusu ışınların oluşma şekilleridir.
Ancak gama ışınları genellikle X-ışınlarından daha yüksek frekanslı ve
dolayısıyla daha yüksek enerjilidir ve bu yüzden kendi kategorilerinde
değerlendirilir.
Radyo dalgaları binlerce kilometreden bir milimetreye kadar
dalgaboylarındadır.
Sahip oldukarı rezonansa uygun antenler ve modülasyon teknikleri kullanarak
analog veya sayısal (dijital) veri aktarımı kanalları olarak
değerlendirilebilirler.
Televizyon, cep telefonu, kablosuz bilgisayar ağları ve benzeri uygulamalar
radyo dalgalarını kullanır.
Radyo dalgalarının veri taşıma özellikleri dalga yüksekliği, frekans ve faz
ile belirlenir.
Belirli bir bant aralığında modüle edilirler.
Elektromanyetik spektrumun bu bölümünün kullanımı resmi kuruluşlar
tarafından kısıtlanmakta ve denetlenmektedir.
Elektromanyetik radyasyon bir iletkene empoze edildiğinde, iletkenin
yüzeyindeki atomların elektronlarını daha enerjik kılarak yüzeyde küçük bir
elekrik akımı oluşmasını sağlar.
Radyo antenlerinin çalışma ilkesi budur.
Mikrodalgalar, uygun çap ve şekilde metal dalga klavuzu tüpler
kullanabilecek kadar kısadırlar.
Magnetron veya klistron tüpler kullanarak istenilen faz ve frekansta
üretilebilirler.
Çeşitli frekanslardaki mikrodalga enerjisi bazı materyaller tarafından
emilebilir ve sonuçta ısı açığa çıkar.
Mikrodalga fırınlar su moleküllerinin bu özelliğini kullanır.
Wi-Fi gibi kablosuz sinyal aktarımında da düşük yoğunluklu mikrodalga
kullanılır. Mikrodalga fırınlar bu yüzden çalışır durumda ve yeterince yakın
mesafede olduklarında cep telefonu ve diğer bazı elektronik cihazları
etkileyebilirler.
Terahertz (THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile
mikrodalgalar arasındaki frekans bandındadır.
Yakın zamana kadar spektrumun bu bölgesi büyük oranda ihmal edilmişti.
Ancak günümüzde bu bant özellikle haberleşme, doku gösterimi ve savunma
teknolojilerinde kullanılmaya başlandı.
Bu bandın askeri amaçlı uygulaması şimdilik düşman askerleri üzerine
gönderilen ışınla derilerinde yanma hissi oluşturmakla sınırlıdır.
Aynı ışınla askeri hedeflerin elektronik ekipmanını da iş göremez hale
getirebileceklerdir.
Kızılötesi radyasyon, 300 GHz ile 400 THz frekansları ve 1 mm ile 750 nm
arasındaki dalgaboylarını kapsar.
Üç ana kategoride incelenir.
Uzak kızılötesi, 300 GHz (1mm λ) ile 30 THz (10 μm λ) arasındadır.
Bu bandın alt bölümlerine mikrodalga da denilebilir.
Bu radyasyon, spin yapan gaz molekülleri, sıvılarda moleküler akışkanlık ve
katılarda fotonlar tarafından emilir.
Dünyanın atmosferindeki yaklaşık %1 oranında bulunan su buharı tarafından
emilen bu ışınlar atmosferin saydam olmasında rol oynar.
Astronomide 200 μm ile birkaç mm arasındaki dalgaboylarına genellikle
milimetre altı denir.
"Uzak kızılötesi" tanımı 200 μm'nin altındaki dalgaboyları tarafından
kullanılır.
Orta kızılötesi, 30 THz (10 μm λ) ile 120 THz (2.5 μm λ) arasındadır.
Sıcak cisimler bu aralıkta ışın yayarlar.
Normal moleküler titreşim tarafından emilebilir.
Bu frekans aralığına bazen parmak izi bandı da denir.
Yakın kızılötesi, 120 THz (2500 μm λ) ile 400 THz (750 μm λ) arasındadır.
Görünür ışığa benzer fiziksel işlemler tarafından üretilir ve benzer optik
kurallara tabidir.
Görünür ışık, insan gözünün ışık veya renk olarak algıladığı aralığa denk
gelen elektromanyetik enerjidir.
Beyaz ışık bir prizmadan geçirildiğinde bileşenleri olan diğer
dalgaboylarına ayrılabilir.
Her dalgaboyu farklı bir frekansa sahiptir ve göz tarafından farklı bir renk
olarak algılanır.
Morötesi ışının dalgaboyu görünür ışıktan daha kısadır.
Oldukça enerjik olduğu için kimyasal bağları bozup çeşitli molekülleri
iyonize edebilir veya katalizör etkisi gösterebilir.
Güneş yanıkları insan derisi üzerindeki yıkıcı etkisine örnek olarak
verilebilir.
Bazı durumlarda kanserojen etki yapabilir.
Dünya'ya Güneş'ten gelen UV radyasyonun büyük bir kısmı yüzeye ulaşmadan
önce atmosferdeki ozon tabakası tarafından emilir.
X-ışınları, morötesi ışınlardan daha kısa dalgaboyuna, dolayısı ile daha
yüksek frekans ve enerjiye sahiptir.
Çeşitli materyallerin içinden geçebildikleri için tıpta organ ve kemiklerin
görüntülenmesinde sıkça kullanılır.
Ayrıca yüksek enerji fiziği ve gökbilim uygulamalarında da kullanım alanı
bulmuştur.
Bir başka adı Röntgen ışınlarıdır.
Gama ışınları 1900 yılında keşfedilmiştir.
Bilinen en enerjik elektromanyetik radyasyon türüdür.
Nükleer aktivite ve çeşitli kozmik kaynaklar tarafından üretilirler.
Dalgaboylarının uzunlukları frekansın düşük olduğu yerlerde dağ ile ifade
edilirken frekansın yükseldiği gama ışını bölgesinde atom çekirdeği ile anca
açıklanabilmektedir.
Işığın hızının saniyedeki hızının 300.000 km olduğu düşünülürse bu çok
yüksek bir frekanstır.
Görünen ışık; kırmızı renkten mor renge doğru bir çizelge oluşturur.
Dalgaboyu nanometreler mertebesindedir.
Radyasyonun esas olarak iki türü vardır.
Birisi iyonlaştırıcı olan diğeri de iyonlaştırıcı olmayan.
Frekans arttıkça enerji de artar fakat dalgaboyu azalır.
Enerji arttıkça atoma zarar verme gücü olur.
Bu da iyonlaştırıcı radyasyondur.
Özetle, iyonlaştırıcı radyasyonlardan alfa ve beta ışınlarının
taneciklerden, x ve gama ışınlarının da enerji dalgalarından oluştuğunu
söyleyebiliriz.
Elektromanyetik Radyasyon, boşlukta ışık hızı ile hareket den elektrik
dalgaları ve manyetik enerjinin bir araya gelmesi ile oluşur.
Elektromanyetik Spektrum , çok düşük frekans (ELF) ile başlayan, Radyo
Frekansı (RF) ile devam eden ve Ultraviole (UV) ve X ışınlarına kadar uzanan
bir yelpazeden oluşur.
Elektromanyetik Radyasyonun oluşmasına sebep olan yeni teknolojik ürünleri
günlük yaşamımızda yoğun olarak kullanmaktayız. Yüksek Gerilim Hatları, TV
ve bilgisayarlar, FM ve TV vericileri, mikrodalga fırınlar, mobil
telefonlar, mobil telefon baz istasyonları ,kablosuz telefonlar, uydu
antenleri ve verici antenler, radar antenleri, bluetooth, kablosuz internet,
kablosuz ses ve görüntü sistemleri vb.). Fakat, hayat standartımızı
yükseltirken, elektromanyetik radyasyonun canlı organizmayı etkilemesi gibi
bir faturayı da ödemekteyiz.
Elektromanyetik enerjinin kullanımı hızla artarken bizler de her geçen gün
daha fazla Elektro-manyetik radyasyona maruz kalıyoruz, yani evimizde veya
ofislerimizde kullandığımız elektronik ev aletleri, elektrik dağıtımında
kullanılan elektrik dağıtım hatları ve trafolar da elektriğin yapısı gereği
çalışmakta oldukları esnada ortaya elektriksel ve manyetiksel alanlar
çıkarmaktadır ve elektromanyetik kirlilik artmaktadır.
Elektromanyetik Alan Nedir?
Elektrik ve elektromanyetik alanlar doğada kendiliğinden ortaya çıkmaktadır.
Doğal elektromanyetik alan, yer küre etrafında kuzey-güney doğrultusunda
mevcut olup kuslar ve balıkların yön bulmalarına yardımcı olan ancak gözle
görülemeyen dalgalardan olusmaktadır. Doğal elektrik alan ise atmosferde
meydana gelen yıldırım, simsek olusumları ile lokal olarak ortaya
çıkmaktadır. Doğal elektrik ve elektromanyetik alanların yanı sıra insan
yapımı kaynaklardan yayılan elektrik ve elektromanyetik alanlar günlük
hayatımızda tüm çevremizi kaplamıs bulunmaktadır. İnsan yapısı kaynaklar
arasında X ısınlarının kaynağı olan röntgen cihazları, düsük frekanslı
elektromanyetik dalga kaynağı olan elektrik soketleri, yüksek frekanslı
radyo dalgaları yayan TV anteni, radyo istasyonu veya mobil telefon
istasyonları gibi veri iletim hatları yer almaktadır. Bir iletken üzerinden
geçen akım siddeti ve gerilim seviyesine bağlı olarak, bu iletkenin
bulunduğu ortama elektrik alan ve manyetik alan yayılmaktadır. Ev ve
isyerlerinde yasamı kolaylastırıcı olarak kullanılan elektrikli cihazların
tümü birer elektromanyetik (EM) alan kaynağıdır. Elektromanyetik alanlar
hassas elektronik cihazlar üzerinde etki yaparak bu cihazların doğru
çalısmasını engellemekte, parazit olusturup göstergeleri bozarak hatalı
değer okunmasına neden olabilmektedir Bu olumsuz etkileri önlemek için
elektrik ve manyetik alan ekranlama veya kalkanlama isleminin yapılması
gerekmektedir. Elektrik Alanı ve Elektro Manyetik Alanlar, elektrik enerjisi
çağımızın en önemli enerji kaynaklarından birisini olusturmaktadır.
Teknolojik gelismeler ve ekonomik kalkınmıslık düzeyine bağlı olarak,
elektrikli araç ve gereçlerden yararlanma da her gün biraz daha artmaktadır.
Bu ihtiyaçların karsılanması amacı ile yasam alanlarındaki elektrik ve
elektromanyetik alan yoğunlukları da artmaktadır. Elektrik alan ortamdaki
voltaj farklılıklarının sonucunda ortaya çıkmakta ve voltaj yüksekliğine
bağlı olarak artmaktadır. Manyetik alan ise ortamdaki elektrik akımının
varlığına bağlı olarak ortaya çıkmakta ve akım değerine bağlı olarak
artmaktadır.
Elektromanyetik Alan Gücü Neye Bağlıdır?
Bir noktadaki elektromanyetik enerji miktarı, kaynağından olan uzaklığa,
kaynağın etkin çıkış gücüne ve yayılım ortamına bağlıdır.
Yaşamımızda kullandığımız elektrikli ve elektronik cihazlar elektromanyetik
enerji yayar mı?
Hayatımızda kullanılan elektrikle çalışan tüm cihazlar elektromanyetik
enerji yayar ve elektromanyetik radyasyon etkisi oluştururlar.
Elektromanyetik dalgalar binaların içine girebilir mi? Binaların herhangi
bir zayıflatıcı etkisi var mıdır?
Elektromanyetik dalgalar binaların içine girebilirler. Bütün cisimler
elektriksel iletkenliklerine bağlı olarak elektromanyetik dalgaları yansıtma
ya da geçirme özelliğine sahiptir. Elektromanyetik dalgalar, bina duvarından
geçerken havada yayılmalarına göre enerjilerinin daha büyük bir kısmını
kaybederek zayıflarlar. Ancak bina içinde oluşan elektromanyetik alanlar
aynı gücde yayılmaya devam ederler.
Elektrik nereden geçerse geçsin, ortaya manyetik ve elektriksel alanlar
ortaya çıkar. Elektriksel etkinin gücü akan elektriğin voltajına, manyetik
alanın büyüklüğü ise akıma yani amperin yoğunluğuna göre değişmektedir.
Bununla beraber evlerimizde kullanılmakta olduğumuz, buzdolabı, saç kurutma
makinesi , ütüler, elektrikli battaniyeler, televizyonlar ,bilgisayarlar ve
diğer elektrikli ev aletleri de belli bir elektromanyetik alan oluştururlar.
Her ne kadar kişisel kullanımımıza bağlı olarak bu cihazlara olan
yakınlığımız bizi aynı seviyede yüksek gerilim hatlarından ortaya çıkan
elektromanyetik radyasyondan daha yüksek olsa da, bu cihazlar sadece
kullanım esansında radyasyon yaymaktadırlar.Oysaki yüksek gerilim hatları ve
trafolar sürekli olarak manyetik alan yaymaktadırlar.
Yüksek Gerilim Hatları
Yüksek gerilim hatlarının yaydığı elektromanyetik radyasyon , uzun yıllardır
insanları merak ettirmiş ve endişe yaratmıştır.Bu konuyla ilgili her sene
farklı çalışmalar yapılmakta raporlar yayınlanmaktadır. Yüksek gerilim
hatlarının ortaya çıkarmış olduğu elektriksel radyasyonun etkisi belli
malzemeler ile engellenebilirken, manyetik alanlar sadece çok özel maddeler
ile kesilebilmektedir. Bugüne kadar yapılan özellikle hayvanlar üzerindeki
deneyler, laboratuar çalışmaları ve klinik deneyler, yüksek gerilimin ortaya
çıkardığı elektromanyetik etki ile insan sağlığı üzerindeki etkileşimi
incelemek istemiştir. Bu konuda özellikle depresyon,lösemi,sinir sistemi
rahatsızlıkları ve kanser türleri araştırılmıştır. Bugüne kadar yapılan
araştırmaların sonucunda tam bir fikir birliği sağlanamamıştır.Bazı
araştırmalar bu etkinin, insan sağlığı üzerinde ki olumsuz etkisini ortaya
koyarken bazı araştırmalar yüksek gerilimin ortaya çıkardığı elektromanyetik
etki ile insan sağlığı arasında bir etkileşim saptayamamıştır.
Radyo-TV Sinyalleri
AM/FM Radyo istasyonları ve TV İstasyonları çok yüksek seviyede RF enerji
ortaya çıkarırlar.Bu istasyonlarda kullanılmakta olan bazı anten tipleri
birkaç mega wattın üzerinde radyasyon ortaya çıkarırlar ancak bu antenler
genel olarak her zaman kulelerin veya binaların en yüksek noktasına
yerleştirilirler ve böylece insanlar üzerinde doğabilecek etkileri minimuma
indirilir.Şu unutulmamalıdır ki insanlar en çok RF enerjiyi bu tip radyo
vericilerinden emerler.Bunun nedeni radyo ve tv vericilerinin genel olarak
çalışma aralığı olan 80-100 mhz'in insan yapısını en çok etkileyen aralık
değerler olmasıdır.Bu vericiler baz istasyonu ve cep telefonlarına göre
insanları çok daha fazla etkiler. Bu konuda yapılan bir çok araştırma
özellikle bu etkiye maruz kalan çocuklarda lösemi vakalarının artış
gösterdiğini kanıtlamaktadır.
Baz İstasyonları
Baz istasyonu ve buna benzer alıcı ve vericilerden oluşan radyo sistemleri
de elektromanyetik radyasyon (elektromanyetik alan şiddeti) oluşturlar.İşte
bu noktada baz istasyonu çevresindekiler bunun etkisine maruz kalırlar.
İyonize radyasyon
İyonize radyasyon , dokularımızda bulunan atom ve moleküllerde elektron
kopararak değişiklik yapabilen , yüksek frekanslı ve dolayısıyla yüksek
enerjili olan X ışınları ve gama ışınlarıdır.
Bu tip radyasyona insanlar gündelik hayatlarında çok düşük seviyede maruz
kalmaktadır.
İyonize Olmayan Radyasyon
Elektrosense
Neden Radyasyon Ölçümü Yaptırmalıyım ? Electrosense Kimdir ?
Iyonize Olmayan Radyasyon
Elektromanyetik Spektrumun alt tarafında yer alan İyonize Olmayan
Radyasyon'un enerjisi dokularda bulunan atom ve moleküllerde değişikliğe yol
açmaya yetmez.
Bir başka deyişle iyonize olmayan radyasyon daha düşük frekanslı, düşük
enerjili elektromanyetik dalgalardır.
Yüksek Gerilim Hatlarından çıkan elektromanyetik radyasyon ( 50 Hz.) Baz
İstasyonlarının yaydığı radyasyon
Tv ve Radyo Vericilerin yaydığı radyasyon
Düşük Frekansı
Radyo Frekansı
Orta Frekans
Yüksek Frekans
Çok Yüksek Frekans
Mikrodalga ışınları
İyonize olmayan radyasyona giren tüm bu dalgaların ortaya çıkardığı bir
ısınma etkisi mevcuttur.
Ancak bu etki ve ortaya çıkan enerji normal şartlarda insan dokularında bir
değişikliğe veya zarara yol açmaz.
Ancak çok yüksek seviyede bu ışınlara maruz kalındığında, örneğin yüksek
gerilim hatlarının veya baz istasyonlarının etkisine çok yüksek seviyede
maruz kalınması durumunda bu etkiler de gözükebilir.
Ortaya çıkan EMR (elektromanyetik alan şiddeti) etkisinin yoğunluğu ,
kaynağın gücü kadar , kaynağa olan mesafenin azalması ile artmaktadır.
Günümüzde artan cep telefonları kullanımları, ve yaşam alanlarında kurulu
bulunan baz istasyonlarının sayısının artması ile insanların bu konuda ki
endişeleri artmaktadır.
Etrafımızda hem doğal hem de insanların kullandığı cihazlara bağlı olarak
ortaya çıkan EMR kaynakları mevcuttur. Yer kürenin mevcut elektromanyetik
alan etkisi dışında, yıldırımlar ve kozmik aktiviteye bağlı olarak ortaya
çıkan doğal radyasyon kaynakları mevcuttur.
Bununla beraber insan oğlunun elektrik enerjisini kullanmaya başlamasıyla
birlikte ortaya doğal olamayan EMR çıkmıştır. Elektrik nereden geçerse
geçsin, ortaya manyetik ve elektriksel alanlar ortaya çıkar.
Elektriksel etkinin gücü akan elektriğin voltajına, manyetik alanın
büyüklüğü ise akıma yani amperin yoğunluğuna göre değişmektedir.Bununla
beraber evlerimizde kullanılmakta olduğumuz, buzdolabı, saç kurutma makinesi
, ütüler, elektrikli battaniyeler, televizyonlar ,bilgisayarlar ve diğer
elektrikli ev aletleri de belli bir elektromanyetik alan oluştururlar.
Her ne kadar kişisel kullanımımıza bağlı olarak bu cihazlara olan
yakınlığımız bizi aynı seviyede yüksek gerilim hatlarından ortaya çıkan
elektromanyetik radyasyondan daha yüksek olsa da, bu cihazlar sadece
kullanım esansında radyasyon yaymaktadırlar.Oysaki yüksek gerilim hatları ve
trafolar sürekli olarak manyetik alan yaymaktadırlar.
ENERJİ İLETİM HATLARI - YÜKSEK GERİLİM HATLARI:
Yüksek gerilim hatlarının yaydığı elektromanyetik radyasyon , uzun yıllardır
insanları merak ettirmiş ve endişe yaratmıştır.Bu konuyla ilgili her sene
farklı çalışmalar yapılmakta raporlar yayınlanmaktadır.
Yüksek gerilim hatlarının ortaya çıkarmış olduğu elektriksel radyasyonun
etkisi belli malzemeler ile engellenebilirken, manyetik alanlar sadece çok
özel maddeler ile kesilebilmektedir.
Bugüne kadar yapılan özellikle hayvanlar üzerindeki deneyler, laboratuar
çalışmaları ve klinik deneyler, yüksek gerilimin ortaya çıkardığı
elektromanyetik etki ile insan sağlığı üzerindeki etkileşimi incelemek
istemiştir. Bu konuda özellikle depresyon,lösemi,sinir sistemi
rahatsızlıkları ve kanser türleri araştırılmıştır.
Bugüne kadar yapılan araştırmaların sonucunda tam bir fikir birliği
sağlanamamıştır.Bazı araştırmalar bu etkinin, insan sağlığı üzerinde ki
olumsuz etkisini ortaya koyarken bazı araştırmalar yüksek gerilimin ortaya
çıkardığı elektromanyetik etki ile insan sağlığı arasında bir etkileşim
saptayamamıştır.
Radyo ve TV İstasyonları tipleri
AM/FM Radyo istasyonları ve TV İstasyonları çok yüksek seviyede RF enerji
ortaya çıkarırlar.Bu istasyonlarda kullanılmakta olan bazı anten tipleri
birkaç mega wattın üzerinde radyasyon ortaya çıkarırlar ancak bu antenler
genel olarak her zaman kulelerin veya binaların en yüksek noktasına
yerleştirilirler ve böylece insanlar üzerinde doğabilecek etkileri minimuma
indirilir.
Şu unutulmamalıdır ki insanlar en çok RF enerjiyi bu tip radyo
vericilerinden emerler.Bunun nedeni radyo ve tv vericilerinin genel olarak
çalışma aralığı olan 80-100 mhz'in insan yapısını en çok etkileyen aralık
değerler olmasıdır.Bu vericiler baz istasyonu ve cep telefonlarına göre
insanları çok daha fazla etkiler.
Bu konuda yapılan bir çok araştırma özellikle bu etkiye maruz kalan
çocuklarda lösemi vakalarının artış gösterdiğini kanıtlamaktadır.
Cep Telefonu, Kablosuz Telefonlar ve El Tipi Radyolar:
Bir çok cep telefonu ve kablosuz telefonlar içlerinde veya üzerlerinde bir
anten taşırlar.İşte bu noktada cep telefonlarının içersinde yer alan
antenlerin kullanıcıların beynine çok yakın olmasından dolayı diğer
kaynaklara göre daha fazla elektromanyetik alan etkisi oluştururlar.
Cep telefonları ve kablosuz telefonlar, Uluslararası Kanser Araştırma Kurumu
tarafından, 2011 yılının Mayıs ayında 2B sınıfında değerlendirilerek ;
kansere sebep olabilecekler gurubunda yer almıştır.
Baz İstasyonları:
Baz istasyonu ve buna benzer alıcı ve vericilerden oluşan radyo sistemleri
de elektromanyetik radyasyon (elektromanyetik alan şiddeti) oluşturlar.İşte
bu noktada baz istasyonu çevresindekiler bunun etkisine maruz kalırlar.
Elektromanyetik alanlar (veya dalgalar, veya radyasyon),
teknolojimizin en önemli dayanaklarından biri. 19. yüzyılın sonundan
itibaren önce radyo iletişimi için yaygın olarak kullanmaya başladık, sonra
TV, kablosuz telefon, GSM, Wi-Fi geldi ve kendimizi yapay elektromanyetik
alanlar içinde yüzer bulduk. Bu durumun sağlığımıza etkilerini de merak
etmeye başladık.
1. Elektromanyetik (EM) radyasyon nedir?
EM radyasyon, veya ışıma, evrendeki en temel enerji biçimlerinden
biridir. Yaşadığımız ortam her zaman EM radyasyonla doludur. Evimizdeki
elektrik kabloları radyo dalgaları üretir. Yaktığımız mum veya ampul görünür
ışık üretir. Sıcak bir cisim olan vücudumuz kızılaltı radyasyon yayar.
Bunların hepsinin altında aynı fizik prensipleri yatar. Elektromanyetik
radyasyon bir dalgadır; uyum içinde hızla dalgalanan elektrik ve manyetik
alanların bileşimidir. Farklı EM radyasyon tipleri sadece frekanslarıyla
ayırt edilir. Frekans, elektrik ve manyetik alanların saniyede kaç kere
değiştiğini ölçer. Aşağıdaki grafik, farklı frekansların hangi tip
radyasyona karşılık geldiğini gösteriyor.
Kaynak: NIH. Çeviri: Tuğsan Topçuoğlu
Altta yatan fiziğin tamamen aynı olması sebebiyle, değişik EM radyasyon
türlerinin hepsi fizikte basitçe ışık olarak anılır. EM radyasyon, ışıma,
ışık, EM dalga, foton terimlerini bu yazı çerçevesinde eşanlamlı olarak
kullanacağım.
EM radyasyon yaratmak kolaydır. Elektrik yüklü parçacıkların, sözgelişi
elektronların ivmelenmesi ile üretilebilir. Meselâ plastik bir kalemi
saçınıza sürüp elektrikleyin, sonra kalemi hızla sallayın, zayıf bir EM
radyasyon yaratırsınız. Radyo vericileri de benzer şekilde çalışır;
antenlere değişken akım vererek EM sinyaller üretirler.
Gündelik ölçeklerde EM radyasyonu bir dalga olarak düşünmek yeterli olsa
da, atomları incelerken ışığı foton adı verilen parçacıkların akımı olarak
görmek daha doğrudur. Bir atom veya molekülde bulunan bir elektron ile bir
foton çarpıştığında, elektron fotonun enerjisini emip moleküldeki bir üst
enerji seviyesine geçebilir, veya molekülden kopup gidebilir, ama bunun için
fotonun tam uygun enerjide olması gerekir. Aksi takdirde elektron, fotonu
emmez.
Parlak bir ışık huzmesinde, zayıf ışığa göre daha fazla foton vardır, ama
fotonların enerjileri ikisinde de aynıdır.
EM radyasyonu (ışığı) oluşturan fotonların enerjisi, frekansla artar.
Radyo dalgaları fotonlarının enerjisi düşüktür, görünür ışığın daha yüksek,
X ışınlarının daha da yüksektir. Yüksek enerjili bir foton, maddenin içine
daha fazla nüfuz eder.
Madde (ki buna
insan bedeni dahil) ve ışığın (radyasyonun) etkileşimi çok zengin ve
geniş bir fizik konusudur. Radyasyon kendi başına tehlikeli bir şey
değildir. Gözümüz bir radyasyon dedektörüdür; belli frekanslardaki
radyasyonu emerek dünyayı görmemizi sağlar. Bir kamp ateşinden çıkan
radyasyon ısınmamızı sağlar.
Fizikte radyasyon terimi bazen çok hızlı atomaltı parçacıklardan
(elektron, proton, vb.) bahsederken de kullanılır. Bu yazıda radyasyon
terimi bu tür parçacıklar için değil, sadece elektromanyetik kökenli
radyasyon için kullanılacak.
2. EM radyasyon kanser yapar mı?
Bazısı yapabilir, bazılarının yapması ise mümkün görülmüyor.
Sağlık tartışmalarında EM radyasyon ikiye ayrılır: İyonize edici olan ve
olmayan. Birinci gruptakiler, morötesi ve daha yüksek frekansa (dolayısıyla
enerjiye) sahip olanlardır. İkinci gruptakiler ise düşük frekanstaki radyo,
mikrodalga vb. tipleridir.
İyonize etmek, bir molekülden bir elektronu koparmak demektir. Atomlar
arası bağlar elektronlarla oluşturulduğu için, bir elektronun kopması
molekülün kırılmasına bile sebep olabilir. Elektronu koparabilmek için
gereken enerji, ancak morötesi veya daha yüksek frekanslardaki fotonlarda
bulunur .
İyonize etme-etmeme ayrımının sağlıkla, özellikle kanserle ilgisi var.
Kanserin temel sebebi, bir hücrenin büyümesini kontrol eden genlerin
mutasyona uğrayıp işlemez hale gelmesi, böylece hücrelerin kontrolsüz
çoğalmasıdır . İyonize edici radyasyon bunu iki şekilde yapar: ya doğrudan
doğruya DNAya çarparak kırılmasına sebep olur, ya da suyu veya organik
molekülleri iyonlaştırarak serbest radikaller (aşırı aktif moleküller)
yaratır, bunlar da DNAya zarar verebilir. Radyo dalgaları, mikrodalga,
görünür ışık gibi radyasyon tipleri bu etkilere yol açamaz, çünkü enerjileri
elektron koparmaya, iyonlaştırmaya yetmez. Bu yüzden kansere yol açmaları
mümkün gözükmüyor. Fakat yeterince şiddetli olduklarında dokunun ısınmasına
sebep olabilirler (bkz. soru 7).
Radyasyonun DNAya zarar verebileceği yollar.
(Kaynak: NASA)
Morötesi ve X ışını gibi iyonize edici radyasyonun kanserojenliğinden
şüphe yok. Yazımızın gerisinde asıl olarak radyo ve mikrodalga
frekanslarında, iyonize edici olmayan radyasyonu inceleyeceğiz.
3. Radyo dalgaları,
wifi, cep
telefonu sinyalleri gibi, iyonize etmeyen radyasyon zamanla birikerek
kansere yol açabilir mi?
Soruyu biraz açalım: Şu anda iletişimimiz yaygın şekilde EM radyasyona
dayalı. Yüz yıldan beri telsiz, radyo, TV, uydu sinyalleri, cep telefonları,
WiFi teknolojilerinde kullanılan EM dalgalar içinde yüzüyoruz. Bu
frekanslarda bir tek foton iyonize edici olmayabilir, ama milyonlarca foton
birden yağsa üstümüze, hep beraber yüklenerek bu eşiği aşamazlar mı? Daha
somut olalım: Yakınımızdaki bir baz istasyonundan gelen güçlü sinyal, sırf
şiddeti nedeniyle molekül bağını kıramaz mı, dolayısıyla kanserojen olamaz
mı?
Bunların cevabı da hayır. Sebebi ise kuantum mekaniği.
Belli bir enerjiyle bağlı olan bir elektronu koparmak için en az o bağ
enerjisi kadar enerjiye sahip bir foton göndermeliyiz. Daha az enerjili bir
foton bu elektronla hiç bir etkileşmede bulunmadan geçer gider. Sinyalin
güçlü olması, çok sayıda foton demektir. Fotonların enerjileri aynıdır,
çünkü enerji sadece frekansa bağlıdır. Belli bir kimyasal bağı bir tek foton
koparamıyorsa, aynı enerjideki bir trilyon foton da koparamaz.
Başka bir deyişle, bir tabanca kurşunuyla stratosferdeki bir uçağı
vuramıyorsak, binlerce kurşun atarak da vuramayız. Aynı sebepten, frekansı
değiştirmeden EM radyasyon şiddetini artırmak, DNA kırma ihtimalini artırmaz
(sinyalin dokuyu ısıtarak yakacak kadar şiddetli olmadığını varsayıyoruz;
bkz. soru 7)
4. Bunlar teorik. Akla gelmeyen bir mekanizmayla kanser yapmadığını
nereden biliyoruz?
Haklı bir soru. Kanser oluşumunda, DNA kırılmasından başka mekanizmaların
da rol oynaması mümkün (DNA tamiri mekanizmasının bozulması, veya epigenetik
bozulmalar gibi). Ya da henüz bilmediğimiz bir metabolik neden-sonuç zinciri
belki kansere sebep olabilir. O zaman en iyisi doğrudan gözlem yapmak: EM
radyasyona maruz kalanları (sözgelişi cep telefonu kullananları) incelemek
ve böylelerinde kanserin daha sık görülüp görülmediğine bakmak. Böyle
doğrudan incelemelere epidemiyolojik çalışma denir.
7. Telefonlar mikrodalga yayıyorsa, beynimiz neden pişmiyor?
Telefon şebekesinin mikrodalga tabir edilen frekans aralığını
kullanması, akla mikrodalga fırınları getiriyor. Mikrodalga fırınlar bir iki
dakika içinde bir tabak soğuk yemeği buharı tütecek sıcaklığa
getirebiliyorsa, cep telefonları da etimizi neden böyle pişiriyor olmasın?
Her şeyden önce, iki cihaz arasında önemli farklar var, ve bu farkların
en önemlisi güç. Bir mikrodalga fırının gücü 1000 Watt civarındayken, cep
telefonu sinyalinin gücü 1 Wattdan azdır. Isıtma etkisi (yukarıda
bahsettiğimiz molekül kırma etkisinden farklı olarak) sinyalin gücüne
bağlıdır, bu yüzden de telefon dokuyu çok daha az ısıtacaktır.
Yüksek gücünün yanı sıra, bir fırının mikrodalga frekansı yiyeceklerin
mümkün olduğunca derinine nüfuz edecek şekilde özellikle ayarlanmıştır. Cep
telefonu sinyallerinin frekansı bu özel değerden uzaktadır, dokuları fazla
ısıtmayacak ama iletişimi optimize edecek frekans değerleri seçilir.
Fazla ısıtmayacak dedik, çünkü EM radyasyon her türlü maddede az veya
çok emilebilir. Bu emilen enerji SAR (Specific Absorption Rate Özgül
Emilme Oranı) denilen bir değişkenle ölçülür. SAR değeri EM radyasyonun
gücüne ve frekansına, ve emen maddenin özelliklerine bağlıdır. Cep
telefonlarının ve diğer EM radyasyon yayan cihazların tasarımında
hükümetlerin belirlediği azami SAR değerinin üzerine çıkılamaz. ABDde bu
sınır 1.6 W/kg, AB mevzuatında ise 2 W/kgdır.
Bu azami SAR değerlerinde bile EM radyasyon fazla bir ısınmaya yol
açmıyor. Deneysel verilerle desteklenen bilgisayar modelleri, kafaya bitişik
duran bir telefonun bile sıcaklığı sadece 0.1°C kadar arttırdığını
gösteriyor . Bu ısınmanın da çoğu kafa derisinde; beyinde sıcaklık neredeyse
hiç artmıyor. Afrika güneşinde hayatta kalmaya adapte olmuş bedenimiz için
bu hafif ısınmayı bertaraf etmek çocuk oyuncağı.
8. Ya manyetik alanlar?
EM alanların aksine, sabit manyetik alanlar dokuların ısınmasına sebep
olmazlar. Zayıf manyetik alanların sağlığa hiç bir zararı olmadığını
biliyoruz. Dünyanın manyetik alanı, buzdolabımızı süsleyen kebapçı
magnetleri, ve günlük hayatımızdaki diğer mıknatıslar, dokulara bir etki
yapmıyor. Yararlı etkileri olduğuna dair iddialar da var ama bunlar
hurafeden öteye gitmiyor.
Militesla seviyesinde (Dünyanın alanının yüz katı) manyetik alanların
deney hayvanlarının sinirlerinde bazı etkiler yaptığı görülmüş. Bu alanlar,
hücre zarlarının davranışını etkileyerek iyon taşınmasını geçici olarak
bozabiliyor.
Çok güçlü (Tesla seviyesi) manyetik alanlara, MR görüntülemesi gibi
durumlarda maruz kalabiliyoruz. Şiddetli manyetik alanların insanlarda,
laboratuar hayvanlarında ve biyokimyasal süreçlerdeki etkisine dair
araştırmalar sürüyor. Çok güçlü bir manyetik alan, insan vücudunda sinir
iletimini sağlayan iyonların yollarını saptırabiliyor, bu şekilde MR
görüntülemesi sırasında başını oynatan bir hasta baş dönmesi (vertigo)
yaşayabiliyor. Ancak bu etki kalıcı olmuyor.
Bu konuda araştırmalar son sözü söylemiş olmasa da, çok bariz ve kuvvetli
bir risk olmadığı anlaşılıyor. Günlük hayatınızda karşılaşacağınız zayıf
manyetik alanların hiç zararı yok zaten. İçinizi daha da rahatlatması için
ekleyelim: Manyetik alan şiddeti, kaynaktan uzaklaştıkça çok hızlı düşer;
mesafenin küpüne ters orantılıdır. Yani mıknatısın on santim
yakınından yüz santimlik mesafeye çekildiğinizde, alan şiddeti bin kat
azalır.
9. Elektromanyetizmaya aşırı duyarlılık hastalığı nedir?
Bazı bireylerin EM alanlara karşı, alerjiye benzer bir aşırı duyarlılığa
(electromagnetic hypersensitivity) sahip olduğu iddia ediliyor. Bu bireyler
bilgisayarların, kablosuz modemlerin, cep telefonlarının vb. elektrikli
cihazların radyo dalgalarına maruz kaldıklarında ciltlerinde hassasiyet ve
kızarıklık, ışığa hassaslık, bitkinlik, yüksek tansiyon, başağrısı, eklem
ağrısı, baş dönmesi yaşadıklarını söylüyorlar. Bu şikayetler genellikle
İsveç ve İngilterede görülüyor. Tedavisi yok. Hastaların şikayetleri sadece
elektrikten arınmış ve yalıtılmış bir ortamda geçiyor.
Elektromanyetik aşırı duyarlılığın gerçek bir rahatsızlık olup olmadığı
birçok defa incelendi. Görüldü ki, hastalar yalan söylemiyor, EM alan yayan
bir elektrikli cihazın yakınında bulunduklarında sahiden ciddi
rahatsızlıklar yaşıyorlar. Bazı hastalara sahte senaryo uygulanıyor, yani
ortam aynı kalmakla beraber EM radyasyon bulunmuyor. O durumda hastalar
rahatsızlık hissetmiyor.
Bu bulgular EM radyasyonun sorumlu olduğunu düşündürse de, deneyler daha
dikkatli şekilde tasarlandığında tekrarlanamıyorlar. Çiftkör deneylerde,
yani ne hastalar ne de araştırmacılar gerçekten EM alana maruz kalıp
kalmadıklarını bilemediklerinde sonuçlar tamamen rastgele. EM alana maruz
kalanlarla kalmayanlar arasında istatistiksel bir fark olmadığı görülüyor.
Yani, semptomlar gerçek, ama sebebi EM alanlar değil.
Asıl sebep nosebo etkisi: Bir şeyin bizi hasta
edeceğini düşündüğümüz zaman, hastalık semptomlarının gerçekten ortaya
çıkması. Bu, plasebo etkisinin, yani etkisiz bir maddenin bizi
iyileştireceğini düşünmekle iyileşmemizin tam tersi.
10. Cep telefonu vb. teknoloji şirketlerinden para mı alıyorsunuz?
Hayır, ne cep telefonu üreticileri ile, ne de hizmet sağlayıcı
şirketlerle bir çıkar ilişkimiz var. Bu sektöre bağlı lobilerle de işbirliği
içinde değiliz.
Her insan, aşina olmadığı konularda aşırı temkinli olmaya ve aktarılan
korkutucu bilgilere inanmaya yatkındır. Böyle durumlarda uzmanlık bilgisine
ulaşabilmek çok önemli. Burada, EM alanların sağlığa etkilerine dair
literatürden uzmanlık bilgilerini derleyip sunmaya çalıştık. Amacımız
teknolojik kararların duygusal tepkilerle değil, bilimsel veriler ışığında
verilmesine yardımcı olmak.
Elektromanyetik Dalgalar
Öncelikle görünebilir ışığın bile bir elektromanyetik dalga olduğunu
düşünün. Bunun yanında tüm radyo dalgaları, X-Ray- gamma dalgaları,
mikrodalgalar ve infrared teknolojide kullanılan benzeri dalgalar
elektromanyetik dalgalardır. Bunu göz önüne alarak geriye çekilip bu konuya
uzaktan baktığımızda, aslında elektromanyetik dalgaların hayatımızın
içerisinde vazgeçilemez olduğunu anlayabiliriz. Elektromanyetik dalgalar
sayesinde görebiliyoruz, uzaktan iletişim kurabiliyoruz, internete
bağlanabiliyoruz ve kısacası yaşayabiliyoruz.
Elektromanyetik dalgalar hakkında klasik fizik ve quantum fiziği
arasında hala anlaşmazlıklar mevcuttur. İnsanoğlu elektromanyetik dalganın
ne olduğunu bilmesine ve bu dalgaları teknolojide kullanabilmesine rağmen
onu tam olarak tanımlamakta halen sıkıntılar yaşamaktadır. Elektromanyetik
dalgayı en iyi bir şekilde açıkladığını sandığımız Maxvell in
denklemlerinin bile son yüz yıl içerisinde bazı hatalarının olduğu kanısı quantum
fiziği tarafından ortaya atılan bir
teorem
olmuştur.
Elektromanyetik dalgayı, quantum fiziğinin karanlık derinliklerine
dalmadan bir mühendis perspektifi ile açıklamak ister isek; manyetik alanın
zamanla değişmesi sonucu oluşan çevresel bir elektrik alandan
bahsedebiliriz. Şöyle ki; birbirlerini meydana getiren üç boyutlu bu
dalgaları, birbirleri çevresinde oluşan bir çeşit zincire benzetebiliriz.
Yukarıda gösterilen şema,sadece matematiksel grafik tabanlıdır.
Dalganın üç boyutlu halini hayal etmek hayli zordur ancak bilim adamları bu
dalgaları tasvir ederlerken birbirleri çevresinde oluşan girdaplar şeklinde
tanımlarlar.
Elektromanyetik dalgaları daha iyi anlamak için elektrik alan ve
manyetik alanı ayrı ayrı inceleyelim isterseniz.
Elektriksel alan dediğimiz şey, hareketsiz bir yük
etrafından oluşan çekme ve itme etkisini kapsayan alandır. Bu çekim kuvveti
merkezde bulunan çekirdek tarafından oluşturulur ve aslında bu çekim
kuvvetinin açıklamasını, fiziğin quantum mekaniği teoremi yapabilmektedir.
Yük dediğimiz şey, elektronu az olan(+Yüklü) yada elektronu fazla
olan(- Yüklü) bir atom olabilir. Bir eksi yüklü ve bir artı yüklü atomu
yan yana getirdiğimizde, elektronlar diğer cisimler gibi çok oldukları
ortamlardan az oldukları ortamlara geçmek isteyeceklerdir. Çünkü elektronu
az olan atomun çekim kuvveti daha fazla olacaktır. Ve böylece eksi ve artı
yüklü atomlar arasında elektriksel bir çekim gücü doğacak, elektronlar bir
atomdan diğerine atlamaya çalışacaklardır. Bu elektriksel çekime potansiyel
diyoruz. İki atom arasındaki potansiyel farkı ne kadar büyük olursa çekim
güçleri o kadar fazla olacaktır.
Elektrik alanın 3 önemli postulası mevcuttur;
1-)
Bu denklem şu anlama geliyor; Ortamda bulunan iki yükten birisinin yükü,
sıfıra yaklaştıkça diğer yük üzerinde etkiyen kuvvet ortadan kalkacak ve
bu yükün oluşturduğu elektriksel alan sonsuza yaklaşacaktır. Başka bir
deyişle, birbirlerinin elektrik alanları içerisinde bulunan iki yükün
birbirleri üzerine etkiyen kuvvetleri, bu atomların yük miktarı ile doğru
orantılıdır. Buradan şu formülü de çıkarmak mümkündür;
2-)
Bu matematiksel işlemin adı diverjans dır. Diverjans,
fiziksel olarak bir vektör alanın doğrusal olarak azalıp arttığını
belirtir. Aslında bu işlem, vektörel alanın türevi olarak da tanımlanabilir.
Mesela, patlayan bir su bidonunu düşünün. Bu bidondan doğrusal olarak
etrafa saçılan su , bir vektörel alan belirtir ve bu vektör alanın şiddeti
, başlangıç noktasından itibaren gittikçe azalır. Sonuç olarak bu vektör
alan, şiddetinin artış yönünde yani saçılımın ters yönünde doğrusal olarak
bir kaynağa(bidona) yakınsar.
v
Elektriksel alanın ikinci postula formülünü başka türlü yorumlayacak
olursak; noktasal bir kaynaktan(Örn: atom) yayılan ve gittikçe etkisini
kaybeden doğrusal bir vektörel alanın (Örn: Elektriksel Alan) seçilen alanı
dolduran hacimden geçen toplam vektör çizgileri, o hacmi çevreleyen
alandan çıkan toplam vektör çizgilerine eşittir. Yani bir musluktan akan
suyu örnek alırsak; Elimize düşen toplam su miktarının musluktan elimize
kadar olan toplam mesafe içerisindeki su miktarına eşit olduğunu
söyleyebiliriz.
Şimdi gelin bu fiziksel olayı matematiksel olarak modelleyelim. Diverjans
teoremi der ki; bir vektör alanın diverjansı o vektörel alanın doğrusal
yöndeki değişimdir yani türevidir. O halde bir hacmi kaplayan vektör alanın
diverjansının integrali de o hacmi çevreleyen alandan geçen toplam akıyı
verecektir. Yani;
ifadesini
elde edebiliriz. Görüldüğü gibi aslında diverjans vektör alanın bir çeşit
türevidir ki türevin integrali aldığında yani iki katlı integralden üç katlı
integrale geçildiğinde denklem; seçili alandan geçen toplam elektrik alan
çizgilerine eşit oluyor. Madem durum böyle ve biz başta elektrik alanın
diverjansının merkezdeki yük yoğunluğu doğru orantılı olduğunu söyledik o
halde Gaus yasasının her yerde karşımıza çıkan o meşhur formülünü elde
edebiliriz ;
Bu formül; simetrik bir kaynağın etrafında seçtiğimiz ve elektriksel
alan vektörüne dik olan çevresel bir alandan geçen toplam elektriksel alan
çizgilerinin, kaynakta bulunan toplam yük ile ortamın elektriksel
geçirgenliğinin oranına eşit olduğunu söyler. Bu postula formülleri
tamamen deneysel olarak elde edilmiştir.
3-) Bir
elektrik alan, kaynaktan çevreye doğrusal olarak yayılır. Bu yüzden,
elektriksel alanın curl ünün sıfıra eşit olduğunu söyleyebiliriz. Konuyu
biraz daha açacak olursak; stokes teoremine göre, bir simetrik kaynak
etrafında eğer girdap şeklinde bir vektör alan oluşuyor ise; bu kaynak
etrafında seçtiğimiz bir alanın üzerindeki toplam vektörel akının curl ü
yani yatay doğrultudaki değişimi(türevi) , bu alanın herhangi bir kontürü
üzerindeki toplam akıya eşit olacaktır. Görüldüğü gibi bir vektörel alanın
curl ü de onun kaynağa yatay doğrultudaki türevidir.
Mesela denizde oluşan hortumu hayal edin. Böyle bir durumda okyanusta
oluşan girdap akıntı bir vektörel alandır ve kaynağın çevresinde oluşur.
Kaynağa yaklaştıça girdabın hızıda artar. Bu durumda isterseniz kaynak
etrafında bir alan seçin ve onun türevini alın isterseniz kaynak etrafında
bir çember seçin, bu iki durumda da aynı akıyı hesaplamış olacaksınız.
Bu fiziksel olayı formüle döker isek; ifadesini
elde ederiz. Buradan da denklemini
elde edebiliriz. Bu denklemden de görüldüğü gibi kapalı bir kontur üzerinde
alınan elektrik alan integrali sıfıra eşittir.
Manyetik alan, elektrik alana göre daha somuttur. Normal
şartlarda hareket eden elektronların etrafında bir manyetik alan oluşur.
Yani durgun bir nötr atom etrafında bile bir manyetik alan mevcuttur. Hatta
bizim bedenimizin bile çevreye yaydığı bir manyetik alandan söz etmek
mümkündür. Fakat biz onu şimdilik ihmal ettik ve sadece hareketli bir yük
etrafında oluşan manyetik alandan bahsedeceğiz. Burada karıştırılmaması
gereken yükün hiç bir zaman doğrusal olarak hareket etmemesidir. Yük, yani
yüklü atom yalnızca titreşir. Doğrusal olarak daireler çizerek hareket eden
elektronlardır. Buna göre bir tel üzerinden akan d.c elektrik akımı
etrafında daha kuvvetli bir manyetik alan oluşturacaktır. Bu alan, akım
akan tel etrafında girdap şeklinde oluşur ve etraftaki herhangi bir cismi
etkiler. Bazı materyallerin atom structerlarının yapılarından dolayı
elektron spinlerinin oluşturduğu convection akımları büyüktür. Bu yüzden
üzerlerinden herhangi bir gerçek elektrik akımı geçmese bile çevrelerinde
manyetik alan oluştururlar. Mesela mıknatıslar bu materyallerin en güzel
örnekleridir. Bu materyaller ferromanyetik sınıfına girer.
Manyetik alanın da üç önemli postulası vardır. Bunlar;
1-) Oluşan
manyetik alan etraftaki başka elektronlar üzerinde bir kuvvet oluşturur. Bu
kuvvet manyetik kuvvettir. Mesela üzerinden akım geçen iki tel,
birbirlerinin manyetik alanlarına girdiklerinde bu alanlardan dolayı
tellerden geçen elektronlar üzerlerine bir kuvvet etkiyecektir. Bu kuvvet
yukarıdaki formülle matematiksel olarak modellenmiştir. Buradaki u,
elektronların drift hızlarıdır. Bu formüllerin büyük bir kısmı yapılan
deneyler sonucunda elde edilmiştir. Bu yüzden en temel postulalar bunlardır
ve başka formüllerden çıkarılamaz.
Eğer etrafta elektrona etki eden hem elektriksel alan hem de manyetiksel
alan varsa bu sefer elektron üzerine etki eden fiziksel kuvvet şu şekilde
modellenecektir;
2-) Akım
geçen bir telin etrafında oluşan manyetik alan doğrusal değildir. kaynak
etrafında doğrusal olarak değil de girdap olarak oluştuğu için manyetik flux
ın diverjansı 0 dır. Diverjans teoreme göre integral şeklinde
gösterildiğinde şu sonuç elde edilir;
3-) Söylendiği
gibi manyetik alan tel etrafında girdap şeklinde oluştuğu için, manyetik
alanın curlü telden akan akım yoğunluğu ile ortamın manyetik
geçirgenliğinin çarpımı olarak kabul edilir. Yani, manyetik alanın kaynağa
göre yatay olarak değişimi(türevi), ortamın manyetik geçirgenliği ve akım
yoğunluğuyla doğru orantılıdır. Buradaki kaynak, içerisinden akım akan
teldir. Bu matematiksel modellemeyi, stokes teoerimi olarak integrale
dökersek;
formülünü elde ederiz. Buradan da; formülünü
rahatça elde edebiliriz.
Stokes teoreminin mantığını bir daha tekrarlayacak olursak; kaynak
etrafında çevresel olarak seçilen bir alana etkiyen toplam vektör
çizgilerinin türevi , seçili olan alan üzerindeki herhangi bir kontura
etkiyen toplam vektör çizgilerine eşit olacaktır. Çünkü bir değikenin
türevinin integrali kendisine eşittir. Stokes teoremi sadece kaynak
etrafında girdap şeklinde oluşan vektör alanlar için doğrudur.
Tüm bu anlattıklarımın özeti şeklindeki bu animasyonu sizinle
paylaşmak istiyorum;
Şimdi gelelim fasulyenin faydalarına Şu ana kadar
anlatıklarım, işin hikaye kısmıydı. Asıl iş bundan sonra başlıyor
diyebiliriz. Elektromanyetik dalga dediğimiz şey öyle bir şeydir ki belki
siz bile bu dalgalar hakkında yeni bir hipotez ortaya atabilirsiniz.
Dediğimiz gibi elektromanyetik dalga, elektrik ve manyetik alanın
birbirine dik olarak salındığı bir dalga çeşididir Bu yüzden bir
elektromanyetik dalga elde etmek ister isek, kaynağın zamana göre değişen
bir akım olması gerektiğini söyleyebiliriz. Fakat elektromanyetik dalganın
tek kaynağı sadece tel üzerinden akan bir akım değildir. Uzayda bir çok
elektromanyetik dalga kaynağı olabilir. Bedenimiz bile bir elektromanyetik
dalga kaynağı sayılabilir. Mesela elektronlar bir alt enerji düzeylerine
geçerken etraflarına bir elektromanyetik dalga yayarlar. Buna radyasyon
diyoruz. Bir elektronu, elektromanyetik dalga ile uyardığımız zaman ise
bu elektron hızlanacak, bir üst enerji düzeyine geçecek ve hatta belki
atomdan kopacaktır. Güneşten ürettiğimiz enerjinin temel mantığı budur.
Yani görünebilir ışık da elektriksel ve manyetiksel bir sinyaldir
aslında. Sadece güneş enerjisi değil, elektrik-elektronikte kullandığımız,
transformatörler, generatörler, motorlar bu yüzden elektromanyetik
dalgalar karşısında garip davranıyorlar.
Mesela gamma ismindeki elektromanyetik dalgayı göz önüne alalım. Bu
elektomanyetik dalganın kaynağı nükleustur ve çok fazla enerjiye sahip bir
elektromanyetik dalgadır.
Peki ağaç yaprağı neden yeşil? Çünkü etrafa gözümüze yeşil görünen
elektromanyetik dalgayı saçıyor. Güneşten ve diğer gezegenlerden dünyamıza
gelen sadece görebildiğimiz ışık değildir. Dünyamıza, dış uzaydan
görebildiklerimiz dışında göremediğimiz bir çok elektromanyetik dalga
gelmektedir. Bu dalgalar maddelerin yapı taşları olan atomların
elektronları tarafından ya absorbe edilir yada yansıtılır.Elektronlar
tarafında absorbe edilen elektromanyetik dalgalar sayesinde elektronun
enerjisi artmaktadır. Ve belli bir süre sonra elektron bu enerjiyi dış
dünyaya başka bir elektromanyetik dalga olarak salınım yapabilir. İşte bu
elektromanyetik dalga bizim gözümüzle gördüğümüz yeşil renk olabilir.
Dedim ya konunun ucu açık Bu yüzden fazla uzatmadan maxvell
denklemlerine geçelim.
Maxvellin klasik fiziğe göre herşeyi açıklayan dört tane denklemi
vardır. Fakat bu denklemler sadece klasik fiziğin kabul gördüğü denklemler
olmakla birlikte doğruluğu quantumcular tarafından kesin görülmemektedir.
1-)
gördüğünüz gibi biraz önce söylediğimiz şeylerin matematiksel formülü bu
şekilde verilmiş. Formüle göre zamana bağlı değişen bir manyetik alan kendi
etrafında çevresel olarak(curl) oluşan bir elektriksel alan oluşturuyor.
Eğer değişen bir manyetik alan yoksa zaten manyetik alanın zamana göre türev
sıfır olacağından, elektrik alanın curl ü sıfıra eşit olacaktır.
2-) bu
formülde bizlere zamana bağlı değişen bir elektrik alanın mevcut manyetik
alana ilave bir manyetik alan oluşturacağını göstermektedir. Yani bir
elektromanyetik dalgada değişen elektrik ve manyetik alanlar birbirlerini
oluşturuyor.
Hakikaten formüllere bakıldığında, elektromayatik dalgayı son derece iyi
modelleyen matematiksel denklemler olduğu anlaşılıyor.
3-) burada
ki D, Elektrik flux dır. Bu formül şuradan elde ediliyor.
4-)
Görüldüğü gibi formüller elektrik alan ve manyetik alan teoremlerini
ayrı ayrı kapsar mahiyettedir.
Kızılötesi Nedir?
Öneki Infra Latince ve aşağıda anlamına
gelir. Kelime infrared bu nedenle görülebilir ışık spektrumunun kırmızı
ucunun altında olan elektromanyetik radyasyonun aralığına karşılık gelir.
Görebildiğimiz kızılötesi spektrumu, 780 nm den 1,000,000′ nm (nanometre)
için dalga boyu aralığındadır. Isıtma ve yararlı etkisi sayesinde,
kızılötesi radyasyon genellikle ısı radyasyonu olarak adlandırılır.
Cildin ısı koruma mekanizmaları en az ısı transferinden etkilenir.
Kızılötesi Işının
Özellikleri Nedir?
Kızılötesi ışın cilde temas olmaksızın ısı
transfer eder. Isıtma ve yararlı etkisi sayesinde, kızılötesi radyasyon
genellikle ısı radyasyonu olarak adlandırılır. Cildin ısı koruma
mekanizmaları en az ısı transferinden etkilenir.
Bu nedenle birçok faydası vardır;
- Kızılötesi ışın, cildin ısı düzenlemesinde en az etkiye sahiptir.
- Temas (hiçbir baskı ve hiçbir kaplama) olmadan çalışır.
- Cildin ısı emme kapasitesini ayarlar ve kolayca düzenler.
Hatırlanması gereken önemli şeyler:
- Radyasyon limitlerine (gözler için 8-10 mW/m3 ve cilt için 80-100 mW/m3)
uyulmalıdır.
- Cildin sıcaklığı çok fazla artmamalıdır, cilt sıcaklığı maksimum 43 °
C aşmamalıdır. Aksi takdirde cildin bazı bölümleri hasar görebilir. Bu
sınır, ısı uygulamanın tüm türleri için geçerlidir.
Kızılötesi Işınlarından Derin Isı
Kızılötesi ışınım vücuda ısı uygulanması en
iyi yolu temassız ve cildin ısı regülasyonunu aksatmamasıdır. Kızılötesi
ışınları vücuda çarptığı zaman bunlar cildin en üst tabakaları tarafından
emilir ve ısıya dönüştürülür ve vücut içine daha fazla nüfuzu yok edilir.
Vücut cildi soğutmak için ciltte kan dolaşımını artırır. Isı yalnızca kan
yoluyla vücutta taşınabilir ve dağıtılabilir. Isı ayarlama doğru uygulandığı
zaman derin ısı mümkündür.
Işığın temel özellikleri
Görünen ışık da bunlar gibi, ama daha farklı dalga boylarına sahip
elektromanyetik ışımadır ve bu sistemi kaba hatları ile anlamak aslında
ışığın bir çok özelliğini kavramamıza ve sektörel kullanılan bazı kavramları
anlamamaıza yardımcı olacaktır.
Elektromanyetik radyasyon, frekansına göre değişik tiplerde
sınıflandırılmıştır. Bu tipler radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi
radyasyon, görünür ışık, morötesi radyasyon, X-ışınları, gamma ışınları gibi
sıralanabilir. Canlıların gözleri bu ışınlardan sadece küçük bir frekans
aralığındaki ışınları algılayabilir. Buna ışık ya da az bilinen adıyla
görülebilir tayf deriz. Biz bu dalga karmaşasından sadece 380nm ve 740nm
dalgaboyu aralığını görebiliriz.
380nm ve 740nm dalgaboyu aralığındaki dalga boylarının tümünü kapsayan ışık
kaynaklarına full spectrum ışık kaynakları denir. Burada full spectrum
aslında teknik bir tanımlamadan çok doğala en yakın anlamında kullanılır.
Güneşin full spectrum bir ışık kaynağı olduğu kabul edilir. Gözlerimiz,
beynimiz ve bilinçaltımız insanoğlu varolduğundan beri doğal olarak bu ışık
kaynağına güneş ışığına göre evrimleşmiştir. Bir cam prizmadan geçirilen
dar açılı gün ışığı Newtonun deneyinde de görülebileceği gibi renkli bir
spectrum ortaya çıkarır. Burda ortaya çıkan her renk farklı bir dalga boyunu
temsil eder. Güneşten gelen ışınların bütün dalga boylarını içerdiği kabul
edilir; yapay ışık kaynakları ise (türüne göre değişkenlik göstererek) dalga
boylarının bazılarını üretemeyebilir.
Işığın ve ışık kaynağının bir anlamda kalitesini tanımlamak ve 3. şahıslara
tanımlayabilmek için için Color temperature ve Color Rendering Index (CRI)
dediğimiz bazı tanımlamalar kullanılır. Color temperature renk sıcaklığı
ya da benim kullanmayı tercih ettiğim şekilde ışık ısısı dediğimiz şey
Kelvin olarak derecelendirilen ve bir yapay ışık kaynağının sıcaklığını ya
da soğukluğunu tanımlamak için kullanılan birimdir. 2700 K dediğimizde
görece sıcak bir ışık kaynağından bahsettiğimiz ya da 7000K dediğimizde
görece soğuk bir ışık kaynağından bahesttiğimiz anlaşılabilir. Karşılaştırma
metodunu kullanamayacağımız yerlerde Kelvinmetre ile ölçüm yapılabilir.
Renksel geriverim Color rendering bir ışık kaynağının renkleri ne kadar
iyi okutabildiğini anlatan bir tanımlamadır. CRI 100 ise mükemmel renk
okutması yapan bir kaynaktan söz ettiği anlaşılabilir. Fakat CRI yaklaşık
bir değerdir. Bu nedenle aynı CRI ye sahip farklı dalga boyu dağılımlarına
sahip ışık kaynakları farklı renk okutma kabiliyetlerine sahip olanbilirler.
Bu tarz bir durumda karşılaştırma yapmak veya ışık kaynaklarının spektral
güç dağılım tablolarını inceleyerek ihtiyacımız olan ışık kaynağını bulmak
gerekebilir.
Işık bir noktadan, çizgiden ya da alandan yayılabilir. Kategorilere ayırmak
aslında pek de doğru değildir fakat önemli olan nokta ışık kaynağının
noktasal mı çizgisel mi olduğunun tanımının algılayıcının ışık kaynağına ve
mesafesine göre değişecek olmasıdır.
Işık saniyede yaklaşık 300.000.000 m hızla doğrusal olarak yol alır.
Doğrusal yayılımı nedeni ile lensler ve reflektörler vasıtası ile istenen
şekilde yönlendirilebilir. Farklı şekilde yüzeyler sayesinde optik olarak
kontrol edilebilir. Farklı yüzeyler-objeler ışığa farklı reaksyonlar
gösterebilir; ışığı yansıtabilir, ışığı absorbe edebilir, ışığı dağıtabilir.
Mekan tasarımı yaparken kullanım amacına göre yüzeylerin yansıtma
özellikerini tanımlamış olmak bu nedenle önemlidir. Renkler ve dokular
mekanda hissedilen ışık seviyesini yada ışık algısını ciddi şekilde
farklılaştırabilir.
Işık şiddeti luminous intensity (candlepower) dediğimiz kavram aslında
ışığın kaynaktan çıktığında belli bir yöne doğru uyguladığı gücü temsil
eder. Bunu aydınlatma ile ilgili bir çok kaynakta polar diyagram olarak
görebiliriz. Aslında bu bir armatürün ya da ışık kaynağının hangi yönlere ne
kadar ışık şiddeti uyguladığını anlamamıza yardımcı olan grafiklerdir.
Birim zamanda bir kaynaktan çıkan ışık mikatarına Lumen denir. Kısaca
ışık akısı nın birimidir.
Lumen bir enerjinin akış oranından bahseder. Bu beygir, watt gibi bir güç
birimidir. Işığın gücü mesafeyle ters orantılı şekilde azalır. Kısaca, ışık
kaynağı ile aydınlanan yüzeyin mesafesinin arttırılması yüzeye düşen ışık
gücünün azalmasına yol açacaktır. Birim zamanda bir yüzeye düşen ışık
yoğunluğuna Foodcandle yada Lux denir.
Foodcandle İngilizlerden kalma bir tanımdır.. Lumen / Squarefoot olunca
Foodcandle, Lumen / Squaremeter olunca Lux deriz. Lux ve Foodcandle
ILLUMINANCE birimidir. Foodcandle birimini görünce korkmayın, verilen
değeri yaklaşık 10 ile (10.76) ile çarpınca Lux karşılığını bulmuş
olursunuz. Luxmetre kullanarak herhangi bir yüzeye düşen ışık miktarını
ölçebilirsiniz.
Kısaca özetlersek;
Bir ışık kaynağı Lümen olarak ölçülen bir miktarda ışık yaydığını ve ışığın
bir yüzeye Lüx yada Foodcandle olarak ölçülebilen yoğunlukta düştüğünü
söyleyebiliriz.
Birim alan başına yüzeyden yayılan ışık miktarıdır Brightness (Parlaklık)
denir. Brigtness bir ölçü birimi değildir fakat kamaşma ve görsel konfor
gibi konuları daha iyi anlamamızı sağlıyan bir kavramdır. Bright(Parlak)
dediğimiz şey bir ışık kaynağı yada yansıtıcı bir yüzey olabilir. En yakın
bilimsel kavram LUMINANCE dır. Luminance , Footlambert : yani candela/metrekare
olarak ölçülür.
Dolayısı ile bir objenin parlaklığı , o objeye ne yönden baktığınıza
bağlıdır. Luminance ın yüzeyin büyüklüğü ile bir ilişkisi yoktur. Işık
kaynağı gök yüzü, fluoresanın tüp yüzeyi ya da bir akkor flamanlı lamba
olabilir... Parlaksa parlaktır!
Işık kaynağının verimliliğini tanımlamak için Luminous Efficacy denilen
bir tanım kullanılır, bu basitçe lumen/watt olarak hesap edilebilir. Yani
bir ışık kaynağının kullandığı elektriğin ne kadarının görünebilir ışığa
çevirdiğini bulmak için kullanılır.
Bütün bu terimler ve tanımlamalar aslında ışığı ölçülebilir kılmak için
üretilmiştir. Işığın parçalarının toplamı bütünü anlatmak için yeterli
olmasa da yeni keşifler yapabilmek için önemli bir altyapı oldukları kesin.
Radyasyon Nedir?
Radyasyon bir kaynaktan elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar
biçimindeki enerji salınımı veya aktarımıdır. Burada sözü edilen
elektromanyetik dalgalar foton olarak adlandırılan ışık hızında hareket eden
enerji paketçikleridir. Parçacıklar ise atomun temel yapısını oluşturan
temel parçacıklardır. Bu tanımlamadan da anlaşılacağı gibi radyasyon temel
olarak elektromanyetik dalga ve parçacık tipi olarak ikiye ayrılmaktadır.
Elektromanyetik dalga tipi radyasyon; belli bir enerjiye sahip ancak
kütlesiz radyasyon çeşididir. Bunlar, titreşim yaparak ilerleyen elektrik ve
manyetik enerji dalgaları gibidir. Elektromanyetik dalgalar, dalga boyları
ve buna bağlı olan frekans (bir saniyede tekrarlanan dalga sayısı) ve
enerjilerine göre sınıflandırılırlar. Bu sınıflandırmaya elektromanyetik
spektrum denir. Bu spektrumun bir ucunda dalga boyları en büyük, frekansları
ve enerjileri en küçük radyo dalgaları, diğer ucunda ise dalga boyları çok
küçük, frekans ve enerjileri büyük olan X ve gama ışınları bulunur. Bütün
elektromanyetik dalga tipi radyasyonlar ışık hızıyla (3x108 m/saniye)
hareket ederler. Parçacık tipi radyasyonlar ise belli bir kütle ve enerjiye
sahip çok hızlı hareket eden minik parçacıkları ifade eder. Bunlar hızla
giden mermilere benzerler, ancak gözle görülemeyecek kadar küçüktürler.
Canlı veya cansız tüm varlıklar atomlardan oluşurlar. Bir elementin tüm
kimyasal özelliklerine sahip en küçük parçası olan atom; proton, nötron ve
elektronlardan oluşur. Herhangi bir nedenden dolayı atomdan bir elektron
kopartılması veya atoma bir elektron bağlanması sonucunda atomun yük dengesi
bozulur. Bu olaya iyonizasyon, iyonizasyon sonucu oluşan atoma iyon denir.
Bu tanım çerçevesinde radyasyonları da yine iki gruba ayırmamız mümkündür.
Bunlar, iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan radyasyonlardır.
İyonlaştırıcı olmayan radyasyonlar iyonlaştırıcı radyasyonlara göre daha
düşük enerjilidir ve iyon oluşturmak için yeterli enerjiye sahip değildir.
Elektromanyetik dalga spektrumundaki radyo dalgaları, mikrodalgalar,
kızılötesi, görünür ışık ve ultraviyole iyonlaştırıcı olmayan
elektromanyetik radyasyon türleridir (Şekil 1). Global pozisyonlama
sistemleri, hücresel telefonlar, televizyon istasyonları, FM ve AM radyo,
kablosuz telefonlar ve garaj kapısı açıcılarında iyonlaştırıcı olmayan
radyasyon kullanılmaktadır.
Şekil 1. Elektromanyetik spektrum
İyonlaştırıcı radyasyon ise atomun dış yörüngelerinden elektron koparabilen,
böylece çarptığı maddenin atomlarında yüklü parçacıklar yani iyonlar
oluşturabilen, dolayısıyla atomu iyonize edebilen radyasyon türüdür.
İyonizan radyasyon elektromanyetik ve parçacık tipi radyasyonlardan oluşur.
Elektromanyetik dalga spektrumdaki X ve gama ışınları iyonizan
elektromanyetik dalga tipi radyasyonlardır (Şekil 1). Alfa ve beta
parçacıkları, nötronlar, protonlar ve elektronlar ise parçacık tipi iyonizan
radyasyonlara örnek olarak verilebilir (Şekil 2).
Şekil 2. İyonizan radyasyon alt tipleri
İyonizan radyasyonu tedavide kullanan (radyoterapi, ışın-şua tedavisi) bir
bilim dalı olan Radyasyon Onkolojisinde ise çoğunlukla fotonlar (X ve gama
ışınları) ve elektronlar, kullanımı gittikçe yaygınlaşan protonlar ve daha
az oranda da nötronlar ve ağır iyonlar kullanılmaktadır.
Radyasyon, doğal ve yapay olarak iki farklı şekilde meydana gelebilir.
Doğada mevcut bulunan kararsız elementler kararlı yapıya geçmeye çalışırken,
hiçbir dış etki olmadan, sahip oldukları fazla enerjilerini çekirdeklerinden
dışarı salarlar. Böyle elementlere doğal radyoaktif elementler, bunların
enerji salma olayına da doğal radyoaktivite denir. Doğada kararlı olarak
bulunan izotoplar da yapay yollarla kararsız (radyoaktif) hale
getirilebilirler. Radyoaktif hale gelen çekirdek parçalanmaya uğrar. Bu olay
yapay radyoaktivite olarak adlandırılır. Günümüzde tedavide kullanılan ve
gama radyasyon yayan Co60 radyoaktif izotopu buna örnek olarak verilebilir.
Co60, doğada bulunan ve radyoaktif olmayan Co59un nükleer reaktörlerde
yapay olarak radyoaktif hale getirilmesi ile oluşur. Yine tanı ve tedavide
kullanılan elektromanyetik bir iyonizan radyasyon türü olan X ışınları da X
ışını tüpleri ve çeşitli hızlandırıcı cihazlar kullanılarak farklı şiddet ve
enerjilerde elde edilebilmektedir.
Doz, herhangi bir maddenin belli bir zaman içerisinde kullanılan veya
tüketilen miktarı demektir. Radyasyon dozu ise hedef kütle tarafından, belli
bir sürede, soğurulan veya alınan radyasyon miktarıdır. Bütün zararlı
maddeler, genellikle, vücutta birtakım biyolojik hasarlara neden olurlar. Bu
hasarların büyüklüğü ise o maddenin cinsinin yanı sıra, vücuda alınış şekli,
süresi ve miktarına bağlı olarak değişir. Gerekli önlemler alınmadığı
takdirde, belli bir sürede belli bir miktarın (kabul edilebilir sınırların)
üzerinde radyasyon enerjisi soğuran yani radyasyon dozu alan canlılarda da
bazı zararlı etkilerin meydana gelmesi kaçınılmazdır.
Radyasyon kaynağı olarak doğal ve yapay radyasyon kaynaklarından söz
edebiliriz. Doğal radyasyon, dünyanın oluşumundan beri var olan (hatta
giderek azalan) doğal radyoaktif maddelerden ve uzaydan gelen kozmik
ışınlardan oluşur. İnsan yapımı radyoaktif kaynaklar ve X-ışını üreten
cihazlar yapay radyasyon kaynaklarına örnek olarak verilebilir.
Doğal radyasyonun bir kısmını uzaydan gelen kozmik ışınlar oluşturur. Bu
ışınların büyük bir kısmı dünya atmosferinden geçmeye çalışırken tutulurlar.
Sadece küçük bir miktarı yerküreye ulaşır. Fosil yakıtlar doğal ve uzun
ömürlü radyoaktif elementler içerirler. Bu tür elementler yakıt içinde iken
bir radyasyon tehlikesi yaratmazlar. Ancak fosil yakıtlar yakıldıklarında bu
elementler atmosfere yayılır ve daha sonra toprağa dönerek doğal radyasyon
düzeyinde az da olsa bir artışa neden olur. Vücudumuzda bulunan radyoaktif
elementlerden (özellikle Potasyum-40, Karbon-14) dolayı da belli bir
radyasyon dozuna maruz kalırız. Yiyecek, içecek ve soluduğumuz havada da
doğal radyoaktif maddeler bulunmaktadır. Doğal radyasyon düzeyini arttıran
en önemli sebeplerden biri, yer kabuğunda yaygın bir şekilde bulunan
radyoaktif radyum elementinin (Ra226) bozunması sırasında salınan radon
gazıdır. Radon gazı hariç doğal radyasyonun sağlık üzerinde zararlı bir
etkisi görülmez.
Yapay radyasyon kaynakları da tıpkı doğal radyasyon kaynakları gibi belli
miktarlarda radyasyon dozuna maruz kalınmasına neden olurlar. Tıbbi, zirai
ve endüstriyel amaçla kullanılan X ışınları ve yapay radyoaktif maddeler,
nükleer bomba denemeleri sonucu meydana gelen nükleer serpintiler, çok az da
olsa nükleer güç üretiminden salınan radyoaktif maddeler ile bazı tüketici
ürünlerinde kullanılan radyoaktif maddeler bilinen başlıca yapay radyasyon
kaynaklarıdır. Tüm yapay radyasyon kaynakları dikkate alındığında insanları
etkileyen toplam radyasyonun %97si tıbbi uygulamalardan kaynaklanır.
İyonlaştırıcı radyasyon renksiz, kokusuz olup insan duyu organları
tarafından algılaması mümkün değildir. Radyasyonun şiddeti, enerjisi ve türü
ancak özel tasarlanarak üretilmiş detektörlerle algılanıp ölçülebilir.
GİRİŞ
Teknolojinin gelişmesi ve nüfusun yoğunlaşmasıyla beraber ihtiyaçların
çoğalması üretimin arttırılmasını kaçınılmaz hale getirmiştir. Üretimin
artması bütün sektörlerin çok hızlı bir şekilde gelişmesine, üretim
kapasitesinin genişlemesine ve teknolojinin çalışma hayatının bütün
kademelerine girmesine neden olmuştur.
Elektrik enerjisi üretilirken, taşınırken ve kullanılırken sağladığı
kolaylıklardan ötürü teknolojinin gelişmesiyle beraber çalışma hayatının en
değerli vazgeçilmezi konumuna gelmiştir. Elektriğin modern yaşamın önemli
bir parçası olmuşken akla gelen sorulardan birisi elektrik enerjisinin
zararı olup olmadığıdır. Elektriğin akla gelen ilk zararları görülebilir
olanlardır; direk veya dolaylı temastan dolayı elektrik çarpması, aşırı
yüklenme veyahut aşırı ısınmadan kaynaklanan yangın ve patlama, kaçak
akımlardan dolayı yaralanma veya ölümler şeklinde sıralanabilir. Elektriğin
görülebilir zararlarının yanında elektromanyetik alandan kaynaklanan
görülemeyen zararları da mevcuttur. Yüksek frekanslarda kısa vadede bazı
zararları deneysel olarak ispat edilmesine rağmen hala düşük frekanslarda
uzun vadeli zararları hakkında çalışmalar devam etmektedir. Özellikle
elektriğin çalışma hayatının vazgeçilmez bir parçası olduğu düşünülürse
çalışanların sürekli olarak elektromanyetik alan maruziyetinden kaynaklanan
riskler ile iç içe olduğu görülebilecektir. Aydınlatma amacıyla kullanılan
floresan lambadan bilgisayarlara, wireless sistemlerden cep telefonlarına ve
baz istasyonlarına, iş ekipmanlarından güçlü tomografi cihazlarına kadar bir
çok araç ve gereç tarafından çevrilen çalışanlar farkında olmasalar bile
elektromanyetik alan maruziyetinde kalmaktadırlar.
Elektromanyetik alanlara karşı alınabilecek önlemleri daha iyi kavrayabilmek
için sırasıyla bu alanlarla ilgili tanımlara, elektromanyetik alanın
canlılar üzerindeki etkilerine ve devam eden kısmında çalışanları
elektromanyetik alanın zararlı etkilerinden koruyabilmek için alınması
gerekli tedbirlere değineceğiz.
GENEL KAVRAMLAR
Elektrik ve Manyetik Alanlar
Sürekli olarak doğal ya da yapay kaynaklı elektrik ve manyetik alanların
etkisinde bulunmaktayız. Gökyüzünde oluşan şimşek ve yıldırımlar doğal
elektrik alanları sayesinde olmakta, çalışma ortamlarının aydınlatılması
için kullanılan florasan lambaları yapay elektrik alanları sayesinde
çalışmaktadır. Dünyanın doğal manyetik alanı pusulanın Kuzey istikametini
göstermesini sağlamakta, ses sitemlerinde kullanılan yapay manyetik alan
hoparlör çanağını titreştirerek ses oluşmasını sağlamaktadır. Elektrik
akımı, elektrik alan ve manyetik alan birbirleri ile iç içe olan
kavramlardır. EM alanlar elektrik alan ve manyetik alanın bir arada
bulunduğu durumu ifade etmektedir.
Elektrik yüklerinin oluşturduğu itme ve çekme kuvvetine elektrik alanı
denilmektedir. Elektrik yükünün varlığı elektrik alanın oluşması için
yeterlidir. Bundan dolayı çalışmayan fakat şebekeye bağlı bir şekilde
elektrik akımı çekmeden duran elektrikli ekipmanlar elektrik alanı
üretebilmektedir. Elektrik alan vektörel bir büyüklük olup, E harfi ile
gösterilmekte ve birim olarak metre başına Volt olarak (V/m) ölçülmektedir.
Elektrik alan kaynağından uzaklaştıkça hızla azalmakta ve basit yalıtkan
cisimlerle engellenebilmektedir.
İletken bir cismin üzerinden akım geçirilmesi o iletkende mevcut olan
elektrik yüklerinin yer değiştirmese sebep olur, bu durumda iletkenin
çevresinde manyetik alan ortaya çıkar. Eğer üzerinden akım geçirilen
iletkenin yakınında başka bir iletken (insan, hayvan veya cansız iletkenler)
varsa meydana gelen manyetik alandaki değişiklik bu ikinci iletkenin
üzerinde akım indüklenmesine sebep olur. Manyetik alanın oluşması için
elektrik alanın tersine elektrik yükünün varlığı yeterli değildir, elektrik
yüklerinin bir iletkenin üzerinde yer değiştirmesi gerekmektedir.
Bundan dolayı çalışmayan fakat şebekeye bağlı bir şekilde elektrik akımı
çekmeden duran elektrikli ekipmanlar manyetik alan üretmezler. Özetlemek
gerekirse çalışma mahallinde prize takılı bir şekilde bulunan elektrikli
ekipman (pres, matkap, bilgisayar, elektrik kablosu v.b.) çalıştırılmadığı
sürece sadece elektrik alan, çalıştırılmaya başladığında hem elektrik alan
hem de manyetik alan üretir.
Çevremizde doğal kaynaklı manyetik alanlar yapay kaynaklı manyetik alanlara
oranla daha güçlüdür. Örnek vermek gerekirse yapay kaynaklı manyetik alan
üreten televizyon 1-5mG civarında manyetik akı üretirken Dünyamız doğal
kaynaklı manyetik alan olarak 500mG civarında manyetik akı üretmektedir.
Doğal kaynaklı manyetik alanlar DC manyetik alan ürettiğinden dolayı canlı
vücudunda akım indüklenmesine sebep olmaz. Bu sebepten ötürü doğal kaynaklı
manyetik alanların zararsız oldukları düşünülür.
Yukarıdaki şekillerde görüldüğü gibi akımın yönüne bağlı olarak manyetik
alanın yönü değişmektedir. Manyetik alan H harfi ile gösterilir ve metre
başına düşen amper (A/m) olarak ölçülür. Manyetik alanda, manyetik akı
yoğunluğu B ile ifade edilir ve birim olarak Tesla (T) veya Gauss (G)
kullanılır. 1 Tesla Gausssa eşittir ve genellikle Manyetik akı yoğunluğu
birimi olarak mikrotesla ( µT) kullanılır. Manyetik alan ve manyetik akı
yoğunluğu arasında ortamın manyetik geçirgenliği ile ilişkili B=μH bağıntısı
vardır. Boş uzayda, havada ve canlı dokularda μ=4π×10-7 (Henry/m) olarak
alınır. Birimden anlaşılacağı gibi iletkenden geçen akımın yükselmesi
manyetik alanı arttırır. Elektrik alanda olduğu gibi kaynaktan uzaklaştıkça
manyetik alan azalır. Yalnız manyetik alan elektrik alanda olduğu gibi basit
yalıtkan cisimlerle engellenemez. Bundan dolayı manyetik alandan korunma
elektrik alana oranla çok daha zordur. Yapılan araştırmaların büyük
çoğunluğunun manyetik alan üzerinde yoğunlaşması bu sebepten ötürüdür.
Elektromanyetik Alanlar
Kaynakta bulunan yüklerin zaman içinde değişmesi (ekipmanın şebekeye
bağlanıp çalıştırılması vb. durumlar) bu yükler tarafında üretilen elektrik
ve manyetik alanları dalga halinde bir enerji yaymasına sebep olacaktır.
Kaynağın boyutları yüklerin hareketinin dalga boyu ile aynı mertebede
olduğunda yayılan dalga enerji büyüklüğü artacaktır. Bu şekilde elektriksel
enerji yayılımına EM dalga yayılması denir. EM dalga havada elektrik alan ve
manyetik alan bileşenleri sıfır olacak şekilde dalga halinde yayılır.
Yayılma doğrultusuna elektrik ve manyetik alan bileşenleri birbirine diktir.
Elektrik alan ve manyetik alnın oranı sabittir ve dalga empedansı olarak
bilinir. Serbest uzay için E/H (Elektrik alan/Manyetik alan) =377 Wdur. E
ve H, r uzaklığı ile ters orantılı (1/r) olarak değişir[3].Burada, elektrik
dalgası ve manyetik dalga ışık hızında birlikte yer değiştirirler.
Elektromanyetik alanların belirgin özelliği frekansları ve dalga
uzunluklarıdır.
Elektromanyetik Alanlarda Frekans ve Dalga Boyu Kavramı
Aşağıdaki şekil 3te gördüğümüz gibi kırmızı ile gösterilen elektrik alanın
zaman içinde sürekli değişmesi mavi renkle gösterilen manyetik alanın
oluşmasına sebep olmaktadır.
İki dalga tepesi arasında kalan uzaklık dalga boyu olarak adlandırılır ve
λ işaretiyle gösterilir. Saniyedeki titreşim sayısı ise frekans olarak
isimlendirilir ve f harfi ile ifade edilir. Bir dalga için, dalga boyu ve
frekans arasındaki bağıntı: V(dalganın hızı) = λ.f şeklinde gösterilir.
Formülde görüldüğü gibi frekans ve dalga boyu arasında ters orantı
mevcuttur; EM dalganın frekansının artması dalga boyunu azaltırken, azalması
arttırmaktadır. Burada EM alan ışık hızı ile hareket ettiğinden dolayı V
ışık hızı anlamına gelen c ye eşit olur. EM dalganın yaydığı enerji (foton
enerjisi) ise frekans ile Planck sabitinin ⱨ çarpılmasına eşittir E=
h.f. Bağıntıyı düzenlediğimizde bağıntısını elde ederiz. EM alanın
dalgalar halinde yayılan enerjisi frekansla doğru orantılı, dalga boyu ile
ters orantılı değişmektedir.
Elektromanyetik Spektrum
EM spektrum EM dalgaların dalga boyları temel alınarak doğru akım
kaynaklarında Gama ışıklarına kadar kategori edilerek sıralanmasıdır. EM
dalgalar kendi içlerinde sınıflara ayrılmaktadır. Sınıflar arasında kesin
bir ayrım yoktur, belirli bir kategoride yer alan bir ışınım, bir başka
kategorinin dalga boyu aralığında bulunabilir. Spektrum elektromanyetik
alanların atomun yapısına zarar verebilme özelliğine göre iki ana gruptan
oluşur; iyonlaştırıcı olanlar ve iyonlaştırıcı olmayanlar. EM alanların çok
büyük bir kısmı gözle görülemez.
İyonlaştırıcı (Ionizing) EM Alanlar (Radyasyon)
İyonlaştırıcı EM alanlar etki ettikleri atomun protonunun (pozitif Yük) ve
elektronunun (Negatif Yük) bir arada durmasını sağlayan yüksüz haldeki
nötronunu etkileyerek atomun yapısını bozabilecek güce sahip yüksek
frekanslı alanlardır. İyonlaştırıcı EM alanların frekansı 1024 Hzden
yüksektir ve en az 12eVden başlayan enerji değerlerine sahiptir.
İyonlaştırıcı EM alanlar kısa sürelerde ve uygun dozlarda kullanıldığında X
ışınlarının Rontgen işleminde kullanıldığı gibi önemli ve yararlı amaçlara
hizmet edebildiği gibi yüksek dozlarda maruziyet durumunda canlı organizmada
hücrelerin hasara uğrası ve genetik materyalin bozulması gibi durumlara
sebep olabilmektedir. Çalışma hayatında iyonlaştırıcı EM alanlar dar bir
alanda kullanılmaktadır. Genellikle sağlık sektöründe tedavi ve görüntüleme
amacıyla iyonlaştırıcı EM alanlara başvurulmaktadır.
İyonlaştırıcı Özellikte Olmayan (Nonionizing) EM Alanlar
İyonlaştırıcı özellikte olmayan EM alanlar basit bir anlatımla atomik
bağları kırmak için yeterli enerjiye sahip olmayan dalgaları ifade
etmektedir. Spektrumda yer olarak 1 Hzden başlayıp yaklaşık olarak 1000
Hze kadar uzanan ve kızılötesi, Radyo frekansları, mikrodalgaları ve düşük
düzeyde frekansların yer aldığı kategorileri içeren bölümdür. Bu bölümde
bulunan alanlar atomun yapını parçalayacak güce sahip değillerdir ama
maruziyet kaynağına yakınlık, kaynağın gücü, maruz kalınan süresi vb.
faktörlere bağlı olarak EM alanda kalan canlıda belirli bir akımın
indüklenmesine sebep olup ısıl etkiler ortaya çıkarabilmektedir. EM alanlara
kısa sürelerle ve yüksek dozlarda maruz kalındığında bazı olumsuz etkileri
olduğu ispatlanmıştır yalnız düşük dozlarda ve uzun süreli maruziyetlerde
herhangi bir etkisi olduğuna dair yapılan çalışmalar sonucunda çok net bir
sonuç elde edilmemiştir. Canlıların EM dalgalara düşük dozlarda olsa bile
uzun sürelerde maruz kalındığında, kanser veya Alzheimer gibi ciddi
hastalıklara yakalanma ihtimallerinin arttığına dair ciddi kuşkular
bulunmaktadır.
Elektromanyetik Radyasyon ile Elektromanyetik Alan Arasındaki Fark
Genelde, EM kaynaklar, radyant enerji (radyasyon) ile radyant olmayan
alanları birlikte oluşturur. Radyasyon kaynaktan uzağa gidebilir ve kaynak
kapatılsa bile varlığını korur. Buna karşın bazı elektrik ve manyetik
alanlar EM kaynağın yakınında oluşur ve kaynak kapatıldığında bu alanlarda
sona erer. Aslında EM etki alanları 50-60 Hz frekansındaki dalga boyundan
daha kısa mesafedeki bölgelerde oluşur. Bu önemli bir noktadır. Çünkü bazı
durumlarda (alan yakınında), elektrik ve manyetik alanlar birbirinden
bağımsız hareket eder. Bu yönüyle EM alan, elektrik ve manyetik alanları
birlikte hareket eden EM radyasyondan ayrılır.
Elektromanyetik Güç Soğrulması
Elektromanyetik alanlar maruziyet mahallinin içinde bulunan canlı veya
cansız varlıklarda akım indüklenmesine sebep olur. Ortaya çıkan enerji
alanın gücüne, geçiş mekanizmasının ve alanın frekansına bağlı olarak
maruziyet sınırının içerisinde bulunanlar tarafından emilir.
Aşağıdaki
şekil bir elektromagnetik dalga içinde bulunan elektriksel alan ve magnetik
alan ile birlikte dalganın ilerleme yönünü (direction) göstermektedir.
Buna göre
elektriksel alan (kırmızı bölge) dik olarak yayılırken magnetik alan (mavi
bölge) paralel yayılır ve dalganın ilerleme yönü ise bu iki alanın vektörel
toplamı olan (siyah çizgi) yön ise elektromagnetik alanın yönünü verir.
Newton
(1642-1727) güneş ışığını bir prizmadan geçirerek
kırmızı,
orange,
sarı,
yeşil,
mavi,
indigo
ve mor
renkleri elde etmiştir. Bu bizim yani
insan gözünün spektrum içindeki görülebilir ışık seviyesindeki
renkleridir, bunların dışında spektrum içinde hiçbir sinyali görmemiz mümkün
değildir.
Bu spektrum
üzerinden de anlaşılacağı üzere görülebilir dalga boyu 400-700 nanometre
arasındadır ve bu bütün renkler bu dalga boyu içindedir.
Frekans spektrumuna tekrar dönersek İnfrared, Laser, Mikrodalga,
Radyofrekans, Ultrasound, Elektrik ve Manyetik Alanlar iyonlaştırıcı olmayan
radyasyon özellikli dalgalardır. İyonlaştırıcı olmayan radyasyonun insan
sağlığı için zararlı olabileceğine yönelik bir bulguya rastlanmamıştır.
Zararlı olan ışıma, elektromagnetik dalgaların iyonlaştırıcı özelliği
olarak, atomlardan ve moleküllerden bir elektron koparılma olayıdır. Enerji
yüklü fotonlardan oluşan elektromanyetik dalgalar, çarptıkları cisimlerden
elektron kopararak iyonlaşmalarına yol açarlar.
Şekil 2. İyonlaştırıcı Radyasyon. Bir proton
atmosferdeki bir molekül ile çarpışarak bozunuyor. Bu bozunmadan ortaya
çıkan atom altı parçacıklar (parçacık fiziği) Leptonlar (e(-), e(+), μ (-),
μ (+)) bozon (У) ve mezon (П+)
Bu nedenle spektrumdan da görüleceği üzere yüksek akımlı X-ışınları ve
Gama ışınları iyonlaştırıcı radyasyon özelliğine sahip olduğu için insan
sağlığı için zararlıdır.
Atomların iyonlaşma enerjileri, eV (elektron Volt)
birimi ile ölçülür. Kimyasal deneyler Sezyum atomlarından bir elektron
koparılması için en az enerji buna karşın Helyum atomlarından bir elektron
koparılması için en yüksek enerjiye gereksinim olunduğunu ortaya koymuştur.
Tablo: En düşük iyonlaşma değerli Sezyum ve en yüksek iyonlaşma
değerli Helyum
İyonlaştırıcı radyasyon; helyum çekirdeklerinden oluşan alfa, elektron veya
pozitronlardan oluşan beta ve elektromanyetik radyasyon olmak üzere üç
sınıfa ayrılır.
Kuantum teorisini başlatan Alman bilim adamı Planck' ın (d.1858- ö.1947)
adına izafeten adlandırılan Planck sabiti h ve ışık hızı
c cinsinden; E = hν= hc / λ ya eşittir.
Bu formül, kısaca ışıma yapan her cismin yaydığı enerjinin miktarının Planck
Sabiti olan 6.6260693 X 10 (exp ( -34)) Joule. Saniye ile ışık hızının
(300.000 saniye/km) çarpımı kadar olduğunu söyler.
Dolayısıyla,
E > 24,6 eV ( λ < 50,4 nm ) olan fotonlar iyonlaştırıcı,
E < 3,89 eV ( λ> 318,8 nm ) olanlarda iyonlaştırıcı olmayan
Radyasyon sınıfına girer.
3,8924,6 eV aralığında enerjiye sahip olan elektromanyetik radyasyon ise,
hedef malzemenin türüne bağlı olarak, iyonlaştırıcı olabilir ya da
olmayabilir.
Görünür ışık, 1,773,10 eV aralığında enerji taşıyan (λ=700,6400 nm)
fotonlardan oluştuğu için, iyonlaştırıcı değildir.
Öyleyse bir ışımanın iyonlaştırıcı olma özelliği onun (eV ) cinsinden enerji
değeri ile belirlenir ki bu ışımanın radyasyon sonucunda oluşturduğu Şekil 2
deki partiküller ile ilgili bir olaydır.
Röntgen ışıması gibi yüksek frekanslarda, elektromanyetik partiküller,
kimyasal zincirleri bozmaya (ionizing) yetebilecek enerjiye sahiptir. Bu
yüzden röntgen ışınları (X-Işınları), genetik hücre yapısını bozarak kanser
ve sakat doğum gibi etkiler yarattıkları yolunda bulgular vardır.
Buna karşın radyo frekansı gibi çok daha alçak sayılabilecek frekanslarda
ise partikül enerjileri, hücrenin kimyasal zincir yapısını bozabilecek
kuvvette değildir. Bu yüzden radyo dalgaları "non-ionizing"olarak
tanımlanır.
İyon ışıması yapmayan radyasyon, hücre yapısındaki kimyasal zincirleri
bozamadığından (Bakınız Şekil 2 ) baz İstasyonlarından yayılan radyasyonun
biyolojik etkileri ile X-ışıması yapan röntgen makineleri gibi cihazların
yaydığı radyasyon veya nükleer radyasyon arasında hiçbir benzerlik bulunmaz.
IŞIK ve RENKLER
Kâinattaki bütün mevcudat, farklı dalga boylarında ve frekanslarda
titreşimlerle yaratıldığından, bir dalgalar kâinatında yaşıyoruz denebilir.
Işık maddenin yüzeyine çarptığı zaman, emilir; geriye kalan ışık gözlerimize
yansır ve madde bizim için görünür olur. Renk ve ton, varlığın kimliğinden
bir parçadır. Gördüğümüz ışık tek bir dalga boyunda olsaydı, varlıkları da
yekpare olarak, sadece tek renkte algılayacak ve renksiz bir dünyada,
bitkiler ve hayvanlardaki güzellikler olarak tecelli eden Esmâ-i Hüsna'yı
bilemeyecektik.
Hâlbuki aşağıdaki elektromanyetik dalga frekanslarını gösteren tabloya
baktığımızda aslında dünyayı 400-700 nm'lik çok küçük bir aralıktan
görebildiğimizi anlıyoruz . Görünen ışık, aslında, spektrumun sadece binde
birini teşkil etmektedir. Gözlerimiz sadece bu dar aralıktaki spektrumu
algılayacak şekilde yaratıldığından, çok sınırlı bir dünyayı temâşa
edebilmekteyiz. Meselâ, kuşların koni hücrelerindeki dört pigment, onların
renk görme aralığını ultraviyole ışınlarına kadar genişletmiştir (tetrakromasi).
Balıklar, sürüngenler, eklembacaklılar ve böceklerin de farklı dalga
boylarını algıladıklarına inanılmaktadır. İnsan ise, trikromasi olarak
adlandırılan kırmızı, mavi ve yeşil ışığa hassas koni hücrelerine sahiptir.
Çivit mavisi/indigo: 450nm-420nm dalgaboyunda ve 620-600 trilyon Hz'lik
frekanstaki bu renk mavi ve moru birlikte ihtiva eder. Beynin sağ tarafı,
önsezi ve rüyalarımızın hatırlanması ile irtibatlıdır.
Mor: 450 nm-400 nm dalgaboyunda ve 670-750 trilyon Hz frekansında, görünen
ışığın morötesine doğru son sınırındaki renktir. Parapsikolojik bir renktir
ve aynı zamanda beynin sağ tarafı ile irtibatlandırılır. İlham ve hayal
kurmayla, sanatın ve müziğin tesirleriyle, esrara, güzelliğe, mâneviyata ve
merhamete olan hassaslığımızla bağlantılıdır.
Işık bir
elektromanyetik dalgadır. Boş uzayda ışığın hızı sabit c = 2.997 924 58 * 108
m/s değerindedir ve bu evrendeki maksimum hızdır. Radyo dalgaları,
mikrodalgalar, ultraviyole dalgaları ve bizim gördüğümüz ışık hep birer
elektromanyetik dalgadır. Bunların hızları boş uzayda sabit ama bu
dalgaların boyları ve dolayısı ile frekansları farklıdır. Frekans değiştikçe
dalganın özelliği de değişir. Bütün bu elektromanyetik dalgalar
frekanslarına göre sıraya konsa bir spektrum elde edilir. Görünür ışık bu
spektrumda çok az bir yer kaplar. Bu da insan gözünün ne kadar az şey
gördüğünü gösteriyor.
Elektromanyetik dalgalar manyetik ve elektrik alanın birbirine dönüşmesi ile
ilerler. Aşağıdaki şekilde kırmızı çizgiler değişen manyetik alanı, mavi
çizgiler ise değişen elektrik alanı temsil ediyor. Elektromanyetik dalga ise
x yönünde ilerliyor. Z doğrultusunda değişen elektrik alan(ilk mavi alan), y
doğrultusunda değişen manyetik alan doğuruyor(2. kırmızı alan), bu değişen
manyetik alan ise tekrar elektrik alan doğurur(2. mavi alan) bu böylece
sürüp gidiyor.
Sonuçta
elektromanyetik dalga hem elektrik alan, hem de manyetik alandır. Burada 2
simetrik alan bir araya gelip elektromanyetik dalga oluşturmuş. Buradan şu
sonuç çıkıyor ki elektromanyetik dalgalar kendi içinde bir simetri
barındırır.
Elektrik Alan -
Manyetik Alan
Bu gün kullandığımız televizyon, internet, radar, GPRS, kablosuz iletişim,
füze sitemleri, fiziğin temellerinden olan elektromanyetik teoriyi kullanır.
Elektromanyetik teori manyetizma ve elektriğin beraber işlendiği bir
teoridir.
Maxwellin muhteşem 4 denklemi vardır.
Manyetik alanın diverjansı(ıraksaması) 0 dır.
Manyetik alanın rotasyonu(döngüsü) elektrik alandaki değişime eşittir.
Elektrik alanın diverjansı(ıraksaması) 0dan farklıdır.
Elektrik alanın rotasyonu(döngüsü) manyetik alandaki değişime eşittir.
Bu denklemler hem integral(tümlev) hem diferansiyel şeklinde yazılabilir ama
biz burada basitlik olsun diye bunların ne demek istediklerini yazdık.
Parantez içindeki ifadeler bu terimlerin Türkçe karşılıklarıdır. Türkçe
terimler kitaplarda kullanılmamasına karşılık konuyu anlama açısından son
derece önemli.
Elektrik yükleri etraflarındaki uzayda bir elektrik alan oluştururlar ve bu
alanın çizgileri (+) yükte dışa, (-) yükte içe doğrudur. Yukarıdaki şekilde
dikkat edilirse + q yükünden çıkan temsili çizgiler devamlı uzaklaşıyorlar
ve geri dönmüyorlar hep ırağa gidiyor, ıraksıyor. Yani burada ıraksama(diverjans)
0dan farklıdır
Ama mıknatısta, manyetik alan çizgileri uzaklaşmıyor kendi üzerine
kapanıyor, manyetik alanın ıraksaması(diverjansı) 0dır. Burada ise manyetik
alan çizgileri başka bir düzene sahip, kapalı yollar oluşturan manyetik alan
çizgileri döngüler oluşturuyor. Manyetik alanın döngüsü(rotasyonu) 0dan
farklıdır.
Giden bir yük yani elektrik akımı etrafında manyetik alan oluşturur. Eğer
sağ elimin başparmağını akımın yönüne koyarsam, elimi büktüğüm zaman diğer
parmaklarım manyetik alanı yönünü gösterir. Aşağıdaki şekilde yukarı ok
akımın yönünü daireler ise manyetik alanın yörüngesidir.
Eğer bir halka alırsam ve içine mıknatıs atarsam, bu halkada elektrik alan
oluşur. Evlerimizde kullandığımız elektrik bu mantıkla üretiliyor.
Santrallerde mıknatıslar sabit tutulur ve halkalar mıknatıslara
uzaklaştırılıp yakınlaştırılır böylece evlerde kullandığımız elektrik elde
edilir.
Elektrik yükleri birbirlerinden ayrılabildiklerinden elektrik alanın
ıraksaması(diverjansı) 0dan farklıdır ama manyetik kutuplar birbirlerinde
ayrılamadıklarından manyetik alanın ıraksaması(diverjansı) 0dır.
Teorik olarak bu kutupların ayrılabilecekleri gösterilmiştir ama deneysel
olarak bir sonuç alınamamıştır. Eğer kutuplar ayrı ayrı elde edilebilseydi
manyetik alanın diverjansı(ıraksaması) 0dan farklı çıkacaktı böylece
manyetik alan ile elektrik alan arasındaki tam simetri, bunların çift
oldukları deneysel olarak gözlenmiş olacaktı. Ama bilim şu anda o noktaya
sadece teorik olarak ulaştı.
Bu 4 denklem bize manyetik alan ve elektrik alanın birbirlerine
dönüşebileceğini söylüyor. Aynı kütle ve enerji gibi. Manyetik alan ve
elektrik alan birbirlerinin çiftidir. Manyetik kutupların ayrı ayrı elde
edilmesi ile beraber bunların simetrik olduğu da kanıtlanacaktır.
Radyo dalgasının özellikleri nelerdir?
Radyo dalgası amplitütü ve frekansı olan
elektromanyetik bir dalgadır (Şekil 4.7). Elektromanyetik dalgada frekans
artırılırsa dalga uizunluğu azalır, buna karşın ernerjisi artar, dolayısıyla
elektromanyetik dalganın enerjisini frekansını değiştirerek artırabilir veya
azaltabiliriz . Radyo dalgası elektromanyetik dalgalar içinde düşük
enerjilidir. Elektromanyetik spektrum tablo 4.3de
sunulmuştur.


||Şekil
4.7: Radyo dalgası -
amplitütü ve frekansı olan elektromanyetik bir dalgadır. Frekansı
artırılırsa dalga uzunluğu azalır ve enerjisi artar.


|1


|Tablo
4.3: X-ray penceresi ve NMR penceresi olmak uzere insan vucudundan
gecebilen 2 spektrum vardir. Bunun haricindeki elektromanyetik dalgalara
karsi insan vucudu opaktir. Standart radyo yayinlarinin NMR penceresi
icinde yer aldigina dikkat ediniz.


Elektromanyetik spektrum tablosunda
belirtildiği gibi, insan vücudundan geçebilen çeşitli pencereler vardır
(Elektromagnetic spectrum window) (Röntgen ışını penceresi, NMR
penceresi gibi); bunlar haricinde elektromanyetik dalgalar için ise insan
vücudu opaktır. İşte, MRGde biz NMR penceresinden faydalanarak radyo
dalgası ile protonlarımızı etkileyebiliyoruz (önemli olarak, normal radyo
yayınları da bu pencere içinde yer alır. Bu konu daha ileride hardware
başlığı altında detaylı olarak tartışılacaktır).
MRGde radyo dalgası uygulaması devamlı
olmayıp, belli sürede ve belli güçde demetler halinde uygulanmaktadır; bu
nedenle uygulamaya RF PULS (RF pulse) denmektedir.
Poster about the electromagnetic spectrum: Download File size: 1.47 MB
Electromagnetic radiation
Electromagnetic radiation is the name given to a whole range of transverse
radiation having differing wavelengths but six common properties, namely:
(a) it is propagated by varying electric and magnetic fields oscillating at
right angles to each other;
(b) it travels with a constant velocity of 299 792 458 ms-1 in a vacuum;
(c) it is unaffected by electric and magnetic fields;
(d) it travels in straight lines in a vacuum;
(e) it may be polarised;
(f) it can show interference and diffraction.
The oscillating fields are represented by Figure 1.
For a light beam with an intensity of 100 Wm2 the amplitude of the electric
vector can be shown to be 200 Vm-1 and that of the magnetic vector 10-6 T.
In optics the electric vector is the more important, partly because of the
ability of electric fields to affect static charges.
Regions of the electromagnetic spectrum
For convenience the electromagnetic spectrum is divided into the following
regions:
Gamma-rays
[wavelength 10-14 m -10-11 m, frequency 1022 Hz 1019 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-14 J = 4x105 eV = 7.5x10-31 kg]
X-rays
[wavelength 10-12 m -10-8 m, frequency 1020 Hz 1016 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-17 J = 4x102 eV = 7.5x10-34 kg]
Ultraviolet radiation
[wavelength 10-8 m -10-6 m, frequency 1017 Hz 1015 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-20 J = 4x10-1 eV = 7.5x10-37 kg]
Visible light
[wavelength 10-7 m -10-6 m, frequency 1015 Hz 1014 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-19 J = 4x10-2 eV = 7.5x10-38 kg]
Infrared radiation
[wavelength 10-6 m -10-3 m, frequency 1014 Hz 1012 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-21 J = 4x10-4 eV = 7.5x10-40 kg]
Microwaves
[wavelength 10-4 m 10-1 m, frequency 1013 Hz 109 Hz,
mean energy per quantum 6.6x10-23 J = 4x10-6 eV = 7.5x10-42 kg]
Radio waves
[wavelength 10 m 103 m, frequency 108 Hz 106 Hz,
"mean energy" per quantum 6.6x10-26 J = 4x10-9 eV = 7.5x10-45 kg]
Many of these regions overlap, the distinction between one region and
another lying in the way in which the radiations are produced. The range of
wavelength, frequency and energy per quantum are also shown: the scales for
both frequency and wavelength are logarithmic. There follows a summary of
the production, properties and detection of the different regions of the
electromagnetic spectrum.
Gamma-radiation
This radiation is normally produced by transitions within the excited
nucleus of an atom and usually occurs as the result of some previous
radioactive emission.
Gamma- radiation can result from fission or fusion reactions or the
destruction of a particle-antiparticle pair, such as an electron and a
positron. It is used in some medical treatment and also for checking flaws
in metal castings, and it may be detected by photographic plates or
radiation detectors such as the Geiger tube or scintillation counter.
X- radiation
This occurs due to electron transitions between the upper and lower energy
levels of heavy elements, usually excited by electron bombardment or by the
rapid deceleration of electrons (known as bremsstrahlung or braking
radiation). X-rays are primarily used in medicine and dentistry, and may be
detected using photographic film.
Ultraviolet radiation
This is produced by fairly large energy changes in the electrons of an atom.
It may occur with either heavy or light elements. The Sun produces a large
amount of ultraviolet radiation, most of which is absorbed by the ozone
layer in the upper atmosphere.
Ultraviolet radiation will cause fluorescence and ionisation, promote
chemical reactions, affect photographic film and produce photoelectric
emission. It will also give you a sun tan although since radiation of the
required wavelength will not pass through glass you will not go brown unless
you are exposed to sunlight directly! Like the preceding radiations it can
be dangerous in large doses, particularly to the eyes. Its main uses are in
spectroscopy and mineral analysis (some minerals exhibit strong fluorescence
under ultraviolet radiation).
Visible light
This is due to electron transitions in atoms. It affects a photographic
film, stimulates the retina in the eye and causes photosynthesis in plants.
Infrared radiation
Infrared radiation, discovered around 1800 by William and Caroline Herschel
is due to small energy changes of an electron in an atom or to molecular
vibrations. It may be detected by a thermopile or special photographic film.
Since it is less scattered by fine particles than visible light (be- cause
of its longer wavelength) infrared radiation is useful for haze photography.
It is also used by Earth resource satellites to detect healthy crops; most
of us are familiar with its use for heating, both in the home and in
hospitals. It may be refracted by rock salt.
Microwaves
These are produced by valves such as a magnetron or with a maser. They are
used in radar, telemetry and electron spin resonance studies and in
microwave ovens. In a microwave oven the food is heated because it contains
water that is a strong absorber of microwaves. The microwaves excite the
water molecules, the velocity of the molecules rises and therefore the
temperature of the food rises. This explains why the food is heated but the
temperature of the containers does not rise very much. Microwave ovens are
useful because they reduce cooking time considerably since they cook the
food from within.
Microwaves may be detected with crystal detectors or solid-state diodes. The
radiation from interstellar hydrogen has a wavelength of 21 cm (0.21 m) and
so lies at the edge of the microwave region: the detection and analysis of
this radiation has added greatly to our knowledge of the structure of the
universe.
Radio waves
These waves have the longest wavelengths of any region of the
electromagnetic spectrum and therefore the smallest frequency and hence the
lowest energy per quantum. They are produced by electrical oscillations and
may be detected by resonant circuits in radio receivers. Their use is of
course in radio and television communications.
Figure: An EM
radiation showing oscillatory electric and magnetic fields
What is electromagnetic radiation?
How electromagentic waves propagate with electrical and magnetic waves at
right angles
Light waves and other types of energy that radiate (travel out) from where
they're produced are called electromagnetic radiation. Together, they make
up what's known as the electromagnetic spectrum. Our eyes can see only a
limited part of the electromagnetic spectrumthe colorful rainbow we see on
sunny-rainy days, which is an incredibly tiny part of all the
electromagnetic radiation that zaps through our world. We call the energy we
can see visible light (we discuss it in detail in our main article on light)
and, like radio waves, microwaves, and all the rest, it's made up of
electromagnetic waves. These are up-and-down, wave-shaped patterns of
electricity and magnetism that race along at right angles to one another, at
the speed of light (300,000 km per second or 186,000 miles per second, which
is fast enough to go 400 times round the world in a minute!). The light we
can see stretches in a spectrum from red (the lowest frequency and longest
wavelength of light our eyes can register) through orange, yellow, green,
blue, and indigo to violet (the highest frequency and shortest wavelength we
can see).
Artwork: How an electromagnetic wave travels: If we could peer inside a
light ray (or other electromagnetic wave), this is what we'd see: an
electrical wave vibrating in one direction (blue in this case, and vibrating
up-and-down) and a magnetic wave vibrating at right angles to it (red in
this case, and vibrating from side to side). The two waves vibrate in
perfect step, at right angles to the direction they're traveling in. This
diagram shows us something scientists only really understood in the 19th
century: electricity and magnetism are equal partners that work together
closely at all times.
Elektromanyetik Spektrum
Elektromanyetik Spektrum, elektromanyetik dalgaların dalga boyu ve
dolayısıyla frekansına göre yerleştirildiği hayali bir cetveldir. Bu
cetvelde atom altından, kilometrelere kadar ulaşan dalgaboylarına sahip
elektromanyetik dalgalar sıralanmıştır.
Resimden de görüleceği üzere ve kısaca değinmek istersek, dalga boyu ve
frekans arasında ters orantı mevcuttur. Dalga boyunu "λ" ve frekansı da "f"
ile ifade ederek (v; elektromanyetik dalganın hızı olmak üzere) ;
λ=v/f
bağlantısını da vermiş olalım.
Frekans birimi: Hertz (Hz) [örn; 4 Hz], dalga boyu birimi: metre (m) [örn;
400 nano metre].
YÜKSEK FREKANS, YÜKSEK SIKLIK
Gama ışınlarından radyo dalgalarına doğru dalga boyunun arttığı ve frekansın
ise azaldığı görülmektedir. Frekansı daha basit bir ifade ile "sıklık"
olarak tanımlamamız da mümkündür.
Bir başka ve son tanım olarak "periyot" ifadesine değinmek istersek
periyodu, bir dalganın oluştuğu süre olarak tanımlayabiliriz. Yani bir
dalgadan kastımız, kendini sürekli tekrarlayan her bir parçasının oluşma
süresidir. Çok basit bir dille, örneğin Dünya'nın Güneş etrafındaki bir
turunu bu hareketin bir periyodu olarak ifade edebiliriz.
Yandaki resim üzerinden tarif etmemiz gerekirse, bir tam devir olarak
gösterilen parçanın sürekli kendini yinelediğini görürüz ve bu dalganın
periyodu da bu parçanın oluşma süresi olmuş olur.
Frekans ile Periyot (T) arasında;
f=1/T
bağıntısı bulunmaktadır. 2. resimden de teyit edebileceğimiz üzere, frekansı
yüksek (sık) dalganın periyotu düşük (oluşma zamanı kısa) olacaktır.
Hiç bilmeyenler için kısa kısa verilen bu bilgilerle kafa karıştırmaktan
başka bir şey yapmamış olabiliriz fakat, esas konumuz olan fiber optik
iletimde kullandığımız dalga boyları, görünür ışık bölgesi ve neden bazı
dalga boylarını tercih ettiğimiz gibi konulara temel teşkil etmesi adına
paylaşma gereği duydum.
Son olarak arzu ederseniz, elektromanyetik spektrumda görünür ışık
bölgesinin neresi olduğuna bakıp bu konuyu sonlandıralım.
Işık nedir?
Işık, esas itibariyle elektromanyetik radyasyondur. Görünür ışık ise; insan
gözü tarafından algılanabilen ışıktır. Bu da elektromanyetik spektrumda, 400
nanometre ile 700 nanometre dalga boyları arasındaki alana denk gelir.
Işığın temelde çok önemli iki özelliği vardır. Bunlardan ilki ışığın hareket
eden bir enerji olmasıdır. Işık hareket etmezse ışık olmaktan çıkar. Işık
boşlukta, saniyede 299 792 458 metre hızla hareket eder ki bu hız evrensel
hız sınırı olarak kabul edilir.
Işığın ikinci temel özelliği bilgi taşımasıdır. Yani herhangi bir nesneden
çıkan ışık gözümüze ya da bir aygıta girdiğinde, bu ışık ışını nereden
geldiğine dair bize bazı bilgiler verir.
Işığın Yapısı
Işığın bir dalga mı yoksa parçacık akımı mı olduğu uzun yıllar
biliminsanlarını meşgul etmiştir. İki durumun birden mevcut olamayacağı
düşünülse de 20.yy ile birlikte ışığın ikili yapısı kabul edilmiştir. Yani
ışık belli durumlarda dalga, bazı durumlarda ise parçacık gibi
davranmaktadır.
IŞIĞIN DALGA YAPISI
Bir dalganın yüksekliğine, o dalganın genliği adı verilir. Genlik bir
dalganın tepesinden çukuruna kadar olan düşey uzaklığın yarısıdır.
Dalga tepeleri arası uzaklık, dalga çukurları arasındaki uzaklığa tamı
tamına eşittir. Bu uzaklığa dalga boyu adı verilir.
Frekans ise, bir gözlemcinin yanından birim zamanda geçen dalga tepelerinin
sayısıdır. frekansın dalga boyu ile çarpımı, dalganın hızını verir.
Işık dalgaları, elektromanyetik dalgalar adı verilen ve boşlukta ışık hızı
ile hareket eden elektrik ve manyetik enerji dalgalarından oluşmuş daha
geniş bir dalga topluluğunun küçük bir parçasını oluşturur.
Elektromanyetik dalgalar birleştirilebilir ya da toplanabilir. Buna girişim
denir. Örneğin grafiksel olarak, iki basit dalga aynı zaman aralığında
çizilip her noktada yükseklikleri toplanabilir.
IŞIĞIN PARÇACIKLI YAPISI
Atom, merkezinde küçük ve yoğun bir çekirdek ve onu çevreleyen atomlardan
oluşur. Elektronlar çekirdekten farklı uzaklıklarda dolanırlar ve ne kadar
uzakta olurlarsa o kadar çok enerjiye sahip olurlar. Elektronlar enerji
seviyelerini çoğu kez değiştirirler. Bu enerji geçişleri doğal yollardan
olabildiği gibi dış müdahalelerle de olabilir.
Atoma etki eden enerji miktarı, atomun bir enerji seviyesinden diğerine
geçiş yapması için gereken miktara eşitse, atom bu enerjiyi alarak daha
yüksek enerji durumuna geçebilir. Ancak miktar eşit değilse atom bu enerjiyi
alamaz. Atomlar rastgele miktarlarda enerji soğuramazlar, sadece belirli
miktarlarda olan enerji paketlerini soğurabilirler ve bu miktar atomun kendi
özelliklerine bağlıdır.
Bu geçiş tersine çevrilebilir bir süreçtir. Atomların düşük enerji
durumundan yüksek enerji durumuna geçiş yaparken ve tekrar düşük enerji
durumuna dönerken soğurdukları ya da saldıkları belirli miktardaki enerji
paketleri bazen, doğru frekansta olduklarında ışık olarak algıladığımız,
elektromanyetik ışıma birimi olarak tanımlanan fotonlar olarak gözlenebilir.
Farklı türden olan atomlar, farklı dalga boylarında foton yayar.
ELEKTROMANYETIK ENERJİ
Elektromanyetik enerji iki bileşenden oluşmaktadır. Elektrik alan ve
manyetik alan.
Elektromanyetik enerjinin belirli özellikleri vardır. Tüm elektromanyetik
enerji ışık hızında hareket etmektedir, (c = 299,793 km/saniye veya c = 3 *
108 m/saniye (vakum ortamında)), ve hem tanecik hem de dalga modeli ile
açıklanmaktadır. Elektromanyetik enerjinin hareketi hız, dalga boyu ve
frekans cinsinden ifade edilebilir: Hız (c), dalga boyu (L), ve frekans (f)
olmak üzere, ilişki L = c/f eşitliği ile ifade edilmektedir.
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Elektromanyetik spektrumda dalga boyları bina mertebesinde uzunluğa sahip
radyo dalgalarından, bir atom çekirdeği mertebesindeki kısa dalga boylarına
kadar uzanır. İnsan gözünün algılayabildiği dalga boyları, sadece görünür
bölgedekilerdir.
ESRF, Avrupa Senkrotron Radyasyonu Laboratuvarı (The European Synchrotron
Radiation Facility), Grenoble, Fransa
Işık, Senkrotron ve Serbest Elektron Lazeri (Free
Electron Laser FEL) olarak adlandırılan devasa araştırma laboratuvarlarının
temelini oluşturmaktadır. Bu devasa makinelerin herhangi birinin kalbinde,
son derece yüksek parlaklıklarda ışık üretmek için kullanılan parçacık
ivmelendiriciler vardır. Bu ışık o kadar şiddetlidir ki, etrafımızdaki
maddelerin atomik ve moleküler ölçekte detaylarını inceleyebilmemizi sağlar.
Bu nedenle belki de aklınıza gelebilecek tüm bilimsel araştırma dallarından
bilim insanları bu kaynakları kullanmaktadırlar. Bugün dünya üzerinde fizik,
mühendislik, farmakoloji ve malzeme bilimi gibi farklı alanlara hizmet veren
60ın üzerinde Senkrotron ve Serbest Elektron Lazeri sistemi bulunmaktadır.
Işık tabiri genel olarak elektromanyetik spektrumun
dar bir bölümünü teşkil eden görünür dalga boylarını akla getirse de,
aslında radyo dalgalarından x-ışınlarına kadar çok geniş bir dalga boyu
yelpazesi (spektrum) bulunmaktadır. Bu farklı tür ışık kaynakları günlük
hayatımızda çok farklı yerlerde kullanılabilmektedir. Örneğin,
havaalanlarında güvenlik taramaları X-ışınları ile yapılırken mutfağınızda
yemek ısıtma işi mikro dalgalar tarafından gerçekleştirilebilmektedir.
Bir ışının hızı ( c ), dalga frekansı( v ) ve dalga boyunun( λ )
çarpımına eşittir.
Elektromanyetik spektrum dalga boyu ve frekansına göre dizilmiştir.
Dalgaboyunun birimi µm(mikrometre)dir. Dalgaboylarına göre ise küçükten
büyüğe gamma ışınları, X ışınları, morötesi (UV), görünür, kızılötesi(IR),
mikrodalgalar, FM ve AM radyo dalgaları ve uzun radyo dalgalarıdır. Görünür
ışınlar ve daha kısa dalgalar, kısadalgalar(shortwave) olarak adlandırılır.
Güneşten gelen radyasyon kısadalga olarak ve görünür( visible) bantta
gelirler. Görünür dalgalar 0.4-0.7 µm aralığındadır ve görünür dalgadaki
gökkuşağı renkleri dalgaboylarına göre aşağıdaki grafikte görünmektedir.
Güneşten gelip yeryüzeyinden yansıyan ışınlar ise kızılötesi yani uzundalga
boyundaki ışınlardır. Yeryüzeyinin esas ısınma kaynağı yerden yansıyan
uzundalga boylu radyasyonlardır.
ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM
Elektromanyetik spektrum, düşünülenden daha anlaşılır bir şeydir.
Gözlerimizin gördüğü ışık, elektromanyetik dalganın gerçek bir parçasıdır.
Elektromanyetik spektrumun görünür kısmı, gök kuşağının sahip olduğu
portakal rengi ve kırmızıdan, mor ve maviye kadar bütün renkleri
içermektedir. Bu renklerin her biri gerçekten ışığın farklı dalga boylarına
karşılık gelmektedir.
FARKLI DALGA BOYLARINA SAHİP ELEKTROMANYETİK DALGALAR
Radyo dalgaları, televizyon dalgaları ve mikro dalgalar, bütün hepsi
elektromanyetik dalga tipleridir. Onlar sadece birbirinden dalga boyu olarak
farklıdır. Dalga boyu, iki dalganın
ardışık tepeleri arasındaki uzak dır.
Radyo dinlerken, TV seyrederken, mikro dalga fırında yemek pişirirken hep
elektromanyetik dalga kullanmaktasınız. Elektromanyetik dalgalardaki
dalgalar, çok uzun dalga boylarına sahip radyo dalgalarından, atomun
boyutundan daha küçük olan kısa dalga boyuna sahip gama- ışınlarına kadar
değişmektedir.
Elektromanyetik dalgalar, sadece dalga boylarına göre değil, aynı zamanda
frekans ve enerjilerine göre de tanımlanmaktadır. Bu üç nicelik aşağıda
verilen matematiksel ifadelerle birbirlerine bağlıdır.
Bunu şu şekilde açıklayabiliriz: bir radyo dalgasının frekansı veya bir
mikrodalganın dalga boyu veya bir x-ışınının enerjisi hakkında konuşmak
doğru olmaktadır. Bir elektromanyetik spektrumu en uzun dalga boyundan en
kısa dalga boyuna sırasıyla ifade edersek, radyo dalgaları, mikrodalga,
kırmızı altı, görünür bölge, morötesi, x-ışınları vegama-ışınları biçiminde
sıralanmaktadır.
RADYO DALGALARI
Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun sahip oldukları en uzun dalga
boyuna sahiptir. Bu dalgalar, bir futbol sahasından büyük olacağı gibi bir
top boyutundan da küçük olmaktadır.
Radyo dalgaları radyolarınıza müzik getirmekten çok daha fazla iş
yapmaktadırlar. Onlar aynı zamanda televizyon ve cep telefonu sinyallerini
de taşıma görevini yapmaktadırlar.
Evlerinizdeki televizyon üzerinde bulunan anten, televizyon istasyonundan
yayılan sinyali elektromanyetik dalga biçiminde almaktadır ve bu TV olarak
isimlendirdiğimiz görüntü cihazı
tarafından işlenerek karşımıza görüntü olarak çıkmaktadır.
Cep telefonlarında da bilgi iletişimi için, yani bilgi materyallerini
taşıyan radyo dalgalarıdır. Bu dalgaların dalga boyları TV ve FM in sahip
olduğu dalga boylarından daha küçüktür.
MİKRODALGA
Mikrodalgalar santimetre mertebesinde ölçülen dalga boylarına sahiptir. Uzun
dalga boyuna karşılık gelen ve mikrodalga bölgesinin başlangıcını oluşturan
dalgalar, bir mikrodalga fırınında bulunan yiyeceklerimizi ısıtan
dalgalardır. Bu dalgalar, maddeleri oluşturan atom ve moleküllerle
etkileşerek onların hareketlerinde meydana getirdikleri sürtünme nedeniyle
ortaya ısı enerjisinin çıkmasına neden olmaktadır. Bu şekilde de
mikrodalgaya maruz kalan maddeler ısınmaktadır.
Mikrodalgalar, bilgileri içinde bulunduran sinyalleri, bir yerden başa bir
yere taşımak için oldukça iyi bir taşıyıcı görevleri yaparlar. Çünkü
mikrodalga enerjileri, sisli ortamlara, hafif yağmurlu ve karlı ortamlara,
bulutlu ve sigara dumanının bulunduğu ortamlara çok iyi bir şekilde nüfus
edebilmektedir.
Kısa dalga boylarına karşılık gelen mikrodalgalar, uzaktan algılamalarda
kullanılmaktadır. Bu mikrodalgalar, hava tahminlerinde kullanılan doppler
radar sistemlerindeki gibi, radar olarak
kullanılmaktadır. Yine bu dalgalar, yaklaşık boyları birkaç inç boyutunda
olan dalgalarla bildiğimiz radar sistemleri içinde kullanılmaktadır. Yandaki
şekilde gösterilen mikrodalga kuleleri, telefon ve bilgisayar verileri gibi
bilgileri bir şehirden başka bir şehre iletmek için kullanılmaktadır.Radar,
radio dedection and ranging yazılımının bir kısaltılmasıdır. Radar, kısa
mikrodalga atmalarının iletilmesiyle cisimleri saptamak ve onların
konumlarını belirlemek için geliştirilmişlerdir. Mikrodalganın çarptığı
cisimlerden gelen yankının orijini ve şiddeti, alıcı tarafından kaydedilir,
daha sonra kaydedilen bu dalgalar cisimlerin her bir birim kesitinin
özelliklerine bağlı olan yüzeylerden yansıtmış oldukları dalgaları tanzim
ederek bunları değerlendirmelerini yapabileceğimiz resimler haline
getirirler. Radar, aktif taşımayı yapan dalgalara hassas olduğu için, aktif
bir uzağa hassas sistem olarak göz önüne alınabilir.
Temelleri
Uydu Radyo Spektrum - Frekanslar
Bu haberleşme uyduları söz konusu olduğunda, kullanılacak radyo
spektrumunun kısmı hemen hemen tüm sistem kapasitesi, güç ve fiyat
belirlenir. Bu nedenle, uydu sistemlerinde kullanılan temel frekans
bantlarında kısa bir özetini verir. Bu yönüyle mevcut bilgiler çok ayrıntılı
değildir ve günlük haberler vardır.
Frekans bantlarında
Farklı dalga boyları farklı özelliklere
sahiptir. Uzun dalga boyları uzun mesafelerde seyahat ve engellerin
üzerinden yapabilirsiniz. Büyük dalga travers binalar veya dağlar
çevreleyen, ancak yüksek frekans (ve böylece daha düşük dalga boyu), daha
kolay dalgalar durabilir.
Frekansları (biz gigahertz onlarca
bahsediyoruz) yeterince yüksek olduğunda, dalgalar "yağmur solmaya" olarak
bilinen fenomene neden, yapraklar ya da yağmur damlaları gibi nesneler
tarafından durdurulabilir. Bu fenomen aşmak için oldukça fazla güç
gereklidir, hangi uydu artış fiyatı neden daha güçlü vericiler veya odaklı
antenler, demektir.
Yüksek frekansları (Ku ve Ka bantları)
avantajı, bunlar vericileri saniyede daha fazla bilgi göndermek
sağlamasıdır. Sırt, vadi, başında veya sonunda: bilgiler genellikle dalganın
belirli bir kısmını yatırılır olmasıdır. Yüksek frekans bağlılığı daha fazla
bilgi taşıyabilen, ama onlar tıkanıklıkları, daha antenler ve daha pahalı
donanımları önlemek için daha fazla güç gerekir.
Spesifik olarak, uydu sistemlerinde
kullanılan bantlar vardır:
- Band L
- Frekans aralığı: 1.53 2.7 GHz
- Avantajları: Büyük dalga boyları daha düşük güç verici gerektiren,
karasal yapılar nüfuz edebilir.
- Düşük veri iletim kapasitesi dezavantajları.
- Ku Band
- Frekans aralığı: resepsiyon 11.7 12.7-GHz ve iletim 14 17.8-GHz
- Avantajları: En engelleri geçmek ve veri büyük miktarda taşımak, orta
dalga.
- Dezavantajları: En yerlerin tahsis edilir.
- Ka Bandı
- Frekans aralığı: 18 31 GHz
- Avantajları: mevcut yerlerin geniş dalga boylarında büyük miktarda
veri taşımak.
- Dezavantajları: Çok güçlü vericilerin ihtiyaç vardır; çevresel
girişime duyarlıdır.
ANTEN ÇEŞİTLERI VE YAPIMI ELEKTRİK ELEKTRONİK
ANTEN ÇEŞİTLERİ VE HESABI
Ağustos 8th, 2015
Anten Çeşitleri ve Hesabı
Durgun sulu bir göle küçük bir taş atıldığında, taşın değdiği yerden çevreye
doğru halkalar biçiminde dalgalar yayıldığı görülecektir.
Sudaki dalga
Bu durum elektromanyetik dalga yayılımında da vardır. Ancak tek bir fark
vardır ki o da verici antendeki elektronlar, alıcı antendeki elektronlara
etkisini binlerce km uzaktan bile taşıyabilmektedir. Yani enerji (etki)
havada yol amaktadır.
Dalgaları daha iyi anlamak için kısa aralıklarla dalgaların hareketlerini
inceleyelim.
Dalga yayılmasından değişik görünümler
İki dalga tepesi arası metre cinsinden ölçülür ve bu uzunluğa dalga boyu
(λ) denir. Bir salınımın inip çıkması için geçen zamana (kendini
tekrarladığı en küçük zaman aralığı) periyot (T) denilir ve birimi
saniyedir. Dalganın saniyede aldığı yol ise dalganın yayılma hızını verir.
Dolayısı ile bir dalga yayılımı için aşağıdaki formül geçerlidir.
T=1/ V=λ / T =λ.
V yayılım hızıdır. Diğer bir tanımla buna faz hızı da denir. f ise
frekanstır.
Frekans (sıklık), elektromanyetik dalgaların ana belirleyici özelliği
olduğuna göre, onları bir frekans sırasına dizebiliriz. İşte bu sıralamaya
Elektromanyetik spektrum (dağılım) denir. Elektromanyetik dalgaların özet
biçimindeki bir spektrumunu aşağıda inceleyebiliriz.
Elektromanyetik Spektrumu
Anten Çeşitleri
Antenler, yüksek frekanslı enerjiyi elektromanyetik dalgalar halinde yayan
veya gelen elekromanyetik dalgaları alan ve elektrik akımına çeviren
sistemlere verilen genel addır.
Anten Rf (radyo frekans) sinyallerini boş alana ya da boş alandan alıcıya
ulaşmasını sağlayan bir ara birimdir. Antenleri verici antenleri ve alıcı
antenleri olmak üzere ikiye ayırabiliriz.
Verici Antenler yüksek frekanslı elektrik enerjisini elektromanyetik
dalgalara çevirerek boş alana yayan iletkenler sistemidir. Alıcı antenleri
ise vericinin gönderdiği elektromanyetik dalgaları alarak tekrar elektrik
ekımına çeviren iletkenler sistemidir.
Antenler, her ne kadar pasif eleman olarak tanımlansa da örneğin fiziki
engeller arkasına yerleştirilen bir antenin yayın alanının önünün kesilmesi
veya vericiden gelen sinyalin bir yönde odaklanarak yansıtılması ile
istenilen noktada en çok yayın şiddeti elde edilmesi gibi özellikleri
dikkate alındığında, aktif birer pasif eleman olarak tanımlanabilir. Aynı
zamanda antenlerin kazançları vardır. Bu kazançlar alış sisteminin
randımanına ve anten elemanlarına bağlıdır.
Bir telsiz veya alıcı sisteminde, en az alıcı kadar hatta alıcıdan belki de
daha önemli olanın antenin konumu ve yapısı olduğunu söyleyebiliriz.
Elimizdeki en iyi verici veya alıcı, anten uygun olmadığı taktirde işimize
yaramayacaktır.
Temel olarak iki tip anten bulunmaktadır. Bunlar hertz ve markoni antenleri
olarak ayrılabilir. Hertz anteni yarım dalga boyunda (λ/2) olup; diğer bir
adları da dipol antenlerdir. Markoni antenler ise çeyrek dalga (λ/4) boyunda
antenlerdir. Bu tip antenler yere dik olarak kullanılmakta sinyalin yarısı
toprakta, diğeri ise anten üzerinde meydana gelir. Bu tip antenler alçak
frekanslarda çalışmaktadır ve dalga boyları çok uzun olan istasyonlarda
kullanılır.
Evlerimizde kullandığımız tv antenleri dipol antenlere güzel bir örnek
teşkil ederken, çoğunuzun rastladığı telsiz antenleri ise markoni tip
antenlere teşkil etmektedirler. Dikkat ederseniz bütün telsiz antenleri yere
dik olarak monte edilir.
Temel bir anten, iletim hattının iletkenleri açılarak yapılabilir. Buradaki
amaç iletim hattından daha fazla enerji yaymaktır. İletim hattının iki ucu
açılıp uçları arasındaki mesafe arttırılırsa yayılan enerjinin miktarı da
artar. İletim hattının uçları birbirine zıt yönde 90º katlanırsa elde edilen
antene dipol anten denir. Antenden yayılan elektromanyetik dalganın yayılımı
merkezden kenarlara doğru büyüyen daire halkaları şeklinde olmaktadır. Bunu
durgun bir suya atılan taşın oluşturduğu dalgalar şekline benzetebiliriz.
Temelde gerekçe olarak dalga boyunun düşmesi (λ/2, λ/4, λ/8
) bant
aralığının da daralması anlamındadır. Bunun sonucunda da dalga boyu
yükselecektir. (radyonuzda kullandığınız kısa, uzun, orta dalga boyları
).
Hertz Anten (Yarım Dalga Anten)
Mümkün olduğunca az enerji harcayarak daha uzak noktalarla haberleşme
düşüncemizi, yönlü antenlerle gerçekleştiriyoruz. Adından da anlaşılacağı
üzere bu tip antenler, vericimizin yayın gücünü belirli bir noktaya
yoğunlaştırarak iletmemizi sağlıyor. Çevremizden duyduğumuz isimleriyle
yagiler, quad, beamler, dipol antenler veya hertz antenler yönlü antenin
türevleridir.
Yönlü antenlerin en basit, temel biçimi, hertz antenlerdir. λ/2 dalga
boyundaki dipol antene hertz (yarım dalga dipol) anten denir. Genellikle
2MHz üzerindeki frekanslarda yaygın olarak kullanılır.
Dipol, sözcük anlamı ile iki kutup ya da iki uç anlamına gelir. Buradan da
aslında dipol antenimizin özelliğini kavrayabiliriz. Kabaca iki uçlu tel de
diyebiliriz.
Gerek maliyetinin düşük oluşu, gerek neredeyse her yerde uygulanabilir
oluşu, yönlü anten kullanmak isteyenlerin dipol anten ile ilk denemeler
yapmasını sağlar.
Hertz anten bir seri rezonans devresine eşittir. Bu sebeple hertz anten aynı
zamanda bir rezonans antendir. Yüksek frekanslı elektrik enerjisi, antenin
ortasından beslenir. Açık olan anten uçlarında gerilim maksimum, akım ise
sıfırdır. Anten uçlarında oluşan gerilim zıt yönlüdür, her alternansta yer
değiştirirler. Yön değiştiren zıt elektrik kutupları arasında, değişen
elektrik alanları oluşur.
Yarım dalga boyu dipol antenler, uzun tel antenlerin kısaltılmış bir şekli
olarak düşünülmüş ve bu esastan hareket edilerek geliştirilmiştir. Diğer
uzun tel anten cinslerinin kökeni, bu belli başlı anten boyutlarından
kaynaklanır. Bir dipol antenin iletim hattı (genellikle, besleme hattı, iniş
kablosu, koaks bağlantısı gibi tanımlamalar verilmiştir.) İki elemanın tam
ortasında yer almaktadır. Orta noktasına ise besleme noktası denilmektedir.
Bu besleme noktasının her iki tarafında çeyrek dalga boyu uzunluğunda dipol
elemanları uzanır.
Örnek: f=100 MHzde çalışacak dipol antenin boyutunu bulunuz.
λ=300.10 üzeri 6/ 100.10 üzeri 6 = 3 metre l= λ/2 = 3/2 = 1,5 metre = 150 cm
Dipol antenlerde, tamamen boşlukta ve en pratik anten yüksekliklerinde
besleme noktası empedansı yaklaşık olarak 72 Ωdur. Kendisinden başka,
yakınlarında herhangi bir cisim ve anten yüksekliğinin fonksiyonu bu
empedansın değişmesine neden olacaktır. Yapı, direk tepe ve diğer antenlerin
bu empedansı etkileyeceğini hiçbir zaman hatırdan çıkarmamak gerekir. Aynı
şekilde antenin yeterli düzeye sahip olmaması da bu empedansı
etkilemektedir.
Enerjinin anten beslediği giriş uçlarında akım en büyüktür. Açık olan hat
ucuna doğru antenden geçen akım yavaş yavaş azalır. Hat ucunda sıfır olur.
Her alternans değişen akım yönleri merkezde büyük ve uçlara doğru azalarak
yayılan manyetik alan çizgileri oluşturulur. Oluşturulan manyetik alan,
boşluğa elektromanyetik dalgalar şeklinde yayılır. Hertz antenin empedansı
uçlarda yaklaşık 2500 Ωluk bir maksimum değer gösterirken antenin besleme
noktasında empedansı az önce söylediğimiz gibi yaklaşık 72 Ωdur.
Hertz antenin yeryüzünde h kadar yüksekliğe monte edildiğini düşünürsek,
hertz antenden yayılan elektromanyetik dalgalar boşlukta bir P noktasına
ulaşır. P noktasına ulaşan elektromanyetik dalgalar iki yol izlemiştir,
bunlar antenden direkt ulaşan dalgalar, diğeri ise yer yüzeyinden yansıyıp
ulaşan dalgalardır.
Yer yüzeyinin hertz anten üzerindeki etkisi
Antenden çıkan enerjinin bir kısmı uzaktaki P noktasına doğrudan gider.
Doğrudan giden dalganın takip ettiği yön yatay ile belli bir A açısı yapar.
A anteninden çıkan enerjinin bir kısmı aşağı doğru yeryüzüne doğru iner.
Yeryüzü iyi bir iletken olmadığından yeryüzünden yansıyıp P noktasına gider.
Yansıyan dalga ile doğrudan dalganın toplamı P noktasında görülür. Eğer
yansıyan dalganın fazı 180º kaymışsa P noktasında ters fazlı iki dalga
meydana gelir. Dolayısıyla toplam enerji bu durumda sıfırdır. Eğer yansıyan
dalgadaki faz kayması olmamışsa P noktasında enerji iki katına çıkar. Hayal
antenin gerçek antenin toprak yüzeyinden yüksekliği kadar, toprak altında
yer aldığı ve yansıyan dalgaların hayal antenden yayıldığı kabul edilir. Bu
etkiyi yok etmenin en iyi yolu, gerçek anteni yerden oldukça yükseğe monte
etmektir. Ancak uygulamada bu imkansız olur. Çünkü antenin yüksekliği,
antenin yayılma direncini etkiler. Bu da elektromanyetik dalgaların
zayıflamasına yol açar.
Markoni Anten
Düşey olarak monte edilmiş alçak ucu doğrudan toprağa bağlanmış ya da
antenin bir ayağı topraklanmış 1/4 dalga boyundaki tek kutuplu antenlere
Markoni Anten denir. Markoni anteni, yer yüzeyi üzerinde dik olarak
durmakta olan çeyrek dalga uzunluğunda bir çubuktan oluşur. Yer yüzeyi bir
iletken olduğu için elektriksel ayna işlevi görür. Aşağıdaki görüntüde
anlaşıldığı gibi markoni anteni topraktan yansır ve sonuç olarak ortaya bir
yarım dalga dipolü çıkar. Çalışma ve etki bakımından Markoni anten yarım
dalga dipolun eşidir.
Yerden yansıyan dalgalar nedeniyle markoni antenin özellikleri hertz antenin
özelliklerine benzer.
şekil 1.5: Markoni Anten
Şekil 1.5te markoni anteninin gerilim ve akım duran dalgaları
görülmektedir. Şekilde Markoni antenin doğrudan yeryüzüne monte edildiği
taktirde, gerçek anten ile hayal antenin birleştiği ve yarım dalga hertz
antenin dalga izine eş değer olduğu görülmektedir. Akımın maksimum değeri,
antenin topraklandığı uçlarda meydana geldiği şekilden anlaşılmaktadır. Bu
durum toprağa yüksek akım akışına neden olur. Anten gücü azalır. Güç kaybını
azaltmak için yerin, kil ve humuslu toprak gibi iyi bir iletken olması
gerekir.
Markoni antenin hertz antenine oranla en önemli avantajı, markoni antenin
uzunluğunun hertz antenin uzunluğunun yarısı olmasıdır. Dezavantajı ise
markoni antenin toprağa yalnız monte edilmesidir.
YEREL ANTEN ELEMANLARI
Yerel Anten Elemanları
Televizyon antenleri üç elemandan meydana gelir.
Bunlar yansıtıcı (reflektör), dipol ve yönlendirici(direktör)dir.
Yansıtıcı(Reflektör)
Metal taşıyıcı üzerine monte edilmiş bir dipolün sinyal geliş veya gidiş
yönünde arkasına düşen ve yaklaşık olarak λ / 4 mesafeye yerleştirilen düz
bir borudan yapılmış anten elemanına Yansıtıcı denir. Yansıtıcının görevi
vericiden gönderilen elektromanyetik dalgaları dipole doğru yönlendirmektir.
Dipol
İki ucu birbirine yaklaştırılmış, bükülü ve λ / 2 boyundaki anten elemanına
dipol denir. Alıcı anteni televizyon alıcısına dipol ile bağlanır. Dipol
ile televizyon alıcısı arasındaki bağlantıda koaksiyel kablolar kullanılır.
Burada kullanılan koaksiyel kabloların empedansının dipol empedansına eşit
olması gerekir. Günümüzde kullanılan alıcı antenindeki dipol empedansı 75 Ω
dur. Dolayısıyla kullanılan koaksiyel kabloların empedansıda 75 Ωdur.
Televizyon yayınlarının başladığı ilk yıllarda dipol empedansı 300 Ωdu.
Kullanılan iletim hattı ise iki telli paralel hatlardı. Bu durumda anten ile
televizyon alıcısı arasında, empedans uygunlaştırıcı devreler
kullanılıyordu. Artık günümüzde bu durum ortadan kalkmıştır.
Yönlendirici (Direktör)
Dipolün ön kısmında dalga boyu λ /8e kadar mesafeye, dipolün dış
boyutlarından daha küçük çubuk şeklindeki metal borudan yapılmış anten
elemanına yönlendiriciler denir. Anten dizisinde ne kadar fazla
yönlendirici kullanılırsa, anten kazancı o kadar fazla olur. Yansıtıcı ve
yönlendirici aldıkları radyasyon sinyallerini dipol üzerine tekrar yayar.
Böylece dipol üzerindeki indüklenmiş bir gerilim meydana getirilir.
İndüklenen gerilimin büyüklüğü ve fazı kullanılan elemanların uzunluğu
aralarındaki mesafeye bağlıdır.
Anten Hesabı
FM Anten Hesabı
FM antenler, dikey (vertikal) çubuk antenler ile sinyalleri bütün yönlere
yayar. Bu antenler normal menzilli görüşmeler için de yeterlidir. Bu tür
antenler, diğer antenler gibi kullanılan frekansın dalga boyuyla orantılı
olmak zorundadır.
Anten uzunluğunu hesaplamak için kullanacağımız formül;
λ=30000000/
λ= Dalga boyu (metre)
f= Sinyalin frekansı (Hertz)
Örneğin, 90 MHz frekansında yayın yapan antenin uzunluğu aşağıdaki şekilde
hesaplanır.
λ=300000000/ = 300000000/900000000 =3,33 metre
3,33 metre, söz konusu frekansın tam dalga cinsinden karşılığıdır. İdeal
anten boyunu anlatır. Ancak 3,33 metre uzunluğunda bir anteni çatıya dikmek
hemen hemen olanaksızdır.
Bu nedenle söz konusu dalga boyunun 5/8, 1/2 ya da ¼ü alınır.
Dolayısı ile ; 90 MHz için anten boyları:
1/1: 3,33 metre 5/8: 2,08 metre 1/2: 1,665 metre ¼: 0,825 metre
Bir antenin koaksiyel kabloya bağlanması
Antenin boyu, tam dalga boyuna yaklaştığı oranda daha iyi sonuç alınır. Daha
geniş bir alana seslenmek isteyen istasyonların 5/8 olarak anılan
seçmelerinin nedeni budur. FM antenlerinin boyu konusunda ülkeden ülkeye
değişen bazı kısaltmalar olabilir.
Örneğin kimi ülkelerde yarım dalga ve üstü anten kullanılması teorik olarak
yasaktır.
Antenin, kendisine gönderilen sinyali en az kayıpla yayması için SWR
ayarının yapılması gerekir. Teorik olarak yarım dalga bir antenin 90 MHz
üzerinden çalışabilmesi için boyunun 2.08 metre
- Elektromanyetik dalgalar: (fizik) Yüklü parçacıkların
hızlanmasıyla oluşan enerji dalgaları. Birbirlerine ve hareket yönüne
dikey ve sinüzoidal olarak salınan manyetik ve elektrik alanlarından
oluşan elektromanyetik dalgalar, yayılmak için herhangi bir ortama gerek
duymazlar ve boşluktaki yayılma hızları saniyede 2997925 x 108
metredir.
- Elektromanyetik indüksiyon: (fizik) Bir manyetik akı
içinde, alan çizgilerini kesecek biçimde hareket eden iletkenin uçlarında
gerilim farkı oluşması. bu gerilim farkı, hareketin hızına, yönüyse
manyetik alanın konumuna bağlıdır.
- Elektromanyetik kuram: (fizik) Işığın elektrik ve
manyetik alanların birlikte yayılmasıyla oluşan bir olay olduğunu savunan
kuram.
- Elektromanyetik kuvvet: Elektrik yüklü bir parçacığın manyetik
alandan geçerken üzerine etki eden kuvvettir.
- Elektromanyetik kütle: (fizik) yüklü bir parçacığın
toplam eylemsizliğinin, elektrik yükünden ileri gelen bölümü.
Elektromanyetik dalga; elektrik
alanı ve manyetik alanı içerir. Elektrik (E) ve manyetik (B) alanları
dalganın hareketine ve birbirlerine dik, enine salınım (osilasyon) gösterir.
Elektromanyetik dalgalar, belirli elektromanyetik işlemlerden sonra
oluşan enerji saçılımı gösteren dalga türleridir. X-ray'den radyo dalgaları
ve ışıklara kadar geniş bir çeşitliliğe sahiptirler.
(Not: Foton içeren dalgaların dalga boyu yükseldikçe gidebileceği mesafe
artar; ancak gücü azdır. Bu yüzden dalga boyu yüksek olan radyo sinyalleri
uzak mesafeleri gidebilmekte ancak X-ray UV gibi güçlü dalgalar uzun
mesafelere taşınamamaktadır. Bunu ise aşağıdaki formülden çıkarabiliriz:
v=f*λ (1)
Denklem 1'de v dalganın hızını (m/s), f dalganın frekansını (1/s) ya da
gücünü, λ ise dalganın dalga boyunu (m) göstermektedir.)
Elektromanyetik dalgalar, dalga boyuna göre aşağıdaki şekilde
sınıflandırılırlar:
Bu yazımızda mikrodalga spektrumu ve bu dalga ile çalışan mikrodalga
fırınlardan bahsedeceğiz. Mikrodalga frekansı 1 GHz ile 300 GHz, dalga boyu
ise 1 m ile 1 mm arasında olan elektromanyetik dalga sınıfıdır. Kullanımı
aşağıdaki alanlardadır:
İletişim: GSM, GPS, wi-fi ve bluetooth'lar ve amatör radyolarda (düşük
frekanslarda, radyo dalgalarına yakın); uydularda (yüksek frekanslarda)
Hız radarlarının çalışma prensibi. Arabaya gönderilen ve yansıyan
dalgalardan arabanın hızı bulunur.
Radarlar cisimlerin yerini ve hızını algılayan aletlerdir. Otomatik kapı
algılayıcılardan askeri uygulamalara kadar geniş bir uygulama alanına
sahiptir. Radarlar mikrodalganın en sık kullanıldığı alanlardan biridir.
Yüksek hassasiyet isteyen uygulamalarda yüksek frekanslar; hava durumu
veya hız belirleme radarları gibi düşük hassasiyet içeren uygulamalarda
düşük frekanslar kullanılır.
Radyo teleskoplarda güneş sistemini incelerken mikrodalga kullanılır.
Ev tipi mikrodalga fırınlarda (2.45 GHz) ise amaçlanan işlem mikrodalga
radyasyon ile besinlerin içerisindeki suyun ısıtılmasını, dolayısıyla
besinin pişmesini sağlamaktır. Prensip ise basittir: Mikrodalga ısıtılacak
madde ile etkileşime geçince maddenin içindeki polar moleküller oluşan
elektromanyetik alana göre kendini konumlandırır. Elektromanyetik dalganın
içindeki elektrik ve manyetik alanları sürekli salınım halinde olduğu için
polar moleküller sürekli kendini konumlandırmaya çalışır. Bu rotasyon ise
moleküllerin hareketine ve birbiriyle çarpışmasına; dolayısıyla maddenin
ısınmasına sebep olur. Apolar maddelerde ise ısınma nispeten daha zordur;
çünkü polar maddelerdeki gibi hareket edebilecek serbest elektronlar yoktur.
Dolayısıyla mikrodalga fırında suyun ısınması, yağ ve şekerin ısırmasından
daha kolaydır.
Mikrodalga ısınmanın normal ocakta (konveksiyonel) ısıtmaktan en önemli
farkı mikrodalga ısıtmada ısınma içeriden dışarıya doğru olurken,
konveksiyonel ısıtmada ısınma dışarıdan içeriye doğru olur. Dolayısıyla
mikrodalga fırından çıkardığınız bir yemeği ya da herhangi bir cismi elinize
hemen almayın veyahut illa alacaksanız bile ısıya dayanıklı bir fırın
eldiveni kullanın, çünkü ilk başta ısınmadığı sandığınız cisim kısa bir süre
sonra kor gibi sıcak olacaktır.
Mikrodalga fırınlarda mikrodalga radyasyonu, Magnetron adı verilen yüksek
vakumlu tüpte elektronların hızlandırılması ve hızlanan elektronların bir
seri metal boşluklardan (multi-mode cavities) geçmesiyle oluşur.
Fiziksel açıdan bakıldığında etki=tepki prensibi düşünüldüğünde herşeyin
herşey üzerinde bir etkisi mevcuttur...
Peki, bu etki incelenen durum açısından çok küçük bir öneme mi sahip yoksa
gerçekten önemli mi?Yada çok küçük etkinin tanımı nedir?
Cep telefonları uzun süredir yaşamımızda, daha doğrusu GSM sistemleri
(vericileri de) uzun süredir yayında....Dünyada kullanılan cep telefonu
sayısı 2005 yılında 2 Milyar civarındaydı, şuanki sayının daha da arttığını
söylemek zor değil...Bu kadar yayılmış bir sistemin insan sağlığına etkisi
varsa (ki küçük yada büyük bir etki mutlaka mevcut) bu etkilerin ortaya
çıkmaya başlayacağını sezgisel olarak öngörebilsek de etkinin ne olduğu
konusunda ciddi araştırmalar yapılmaktadır...GSM sistemleri Elektromanyetik
spektrumun Mikrodalga bölümünde yer almaktadır....Yukarıdaki resimde de
görüleceği üzere radyodalgaları içerisinde en fazla enerji taşıyan
elektromanyetik bölgeyi oluşturmaktadır.Elektromanyetik Mikrodalganın
canlıya etkisi ısı şeklinde oraya çıkmatadır.Isıtma etkisinin kaynağı ise su
molekülleri ile mikrodalganın rezonans oluşturmasıdır.Bu rezonans su
molekülünün bağ uzunluğundan kaynaklanmaktadır.Su molekülü bağ uzunluğu ve
mikrodalgaboyu birbirine yakın olduğundan elektromanyetik dalganın
enerjisini maksimum oranda moleküle aktararak titreşime ve dolayısıyla ısıya
neden olmaktadır.
İnsan vücudundaki su molekülü de bu durumdan bağımsız değildir!Ancak etkinin
cep telefonuna yakın bölgelerde ne miktarda olduğu önemlidir.Öncelikle
mikrodalganın birincil etkisi olan ISI etkisinin modellenmesi gerekmektedir.
Yukarıda, 1900 Mhz frekansında, 125 mW'lık bir güce sahip antenin insan
kafasına olan etkisi görülmektedir.Normalde güneşin ısıtıcı etkisi yüzeysel
bir etki oluşturmaktadır. Ancak bir mikrodalga kaynağı gücüne göre vücudun
iç bölgerini etkilemektedir. Kan dolaşımı yoluyla bu ısının tolere
edilebileceği düşünülebilir. Bu durumun bile ististanaları mevcuttur;
Gözdeki kornea tabakasının soğutucu bir mekanizması yoktur...
Katarakt ile cep telefonları arasında bir ilişki henüz kanıtlanmamış olsa da
ilişki olabileceği görülmektedir.Fareler üzerinde yapılan deneylerde;SAR
değeri 100-140W/kg civarındaki bir kaynağın 2-3 saat içerisinde 41C dereceyi
bulduğu gözlemlenmiş...
Yukarıdaki görüntüde, 1.1Ghz frekanslı ve 2.22mW gücündeki bir EMD'nin 50
dakika boyunca bir lense uygulandığında 39.5 C derece sıcaklığa yükseldiği
gözlemlenmiş...(Kabarcıklar sıcaklık nedeniyle ortaya çıkmış...)Gözün
dışında mikrodalgaların proteinleri etkileyebileceği düşünüldüğünde
incelenen durumun karmaşıklığı daha da artmaktadır.
Mobil telefonların kanser etkisi yukarıdaki karmaşık mekanizmalar
anlaşıldığında ortaya koyulabilecektir.Çünkü ısı etkisi iyonize edici bir
bölgede olmadığından birincil etkilerin kanser oluşturma olasılığının düşük
olduğu söylenebilir. Ancak ikincil etkiler için ( Protein yapısı,
reseptörler, ....) aynı şeyi söylemek doğru olmayacaktır...
Ayrıca mikrodalgaların uyku üzerine etkileri de gözlemlenmiş...Çalışmalarda
uyku düzeni ve kalitesini etkileyen bulgulara rastlanmış...Sonuç olarak cep
telefonlarının etkisinin olduğu kesin ancak etkinin ne düzeyde olduğu o
kadar da kesin değildir...
Ayrıca GSM şebekelerinin yanında kablosuz ağ standartaları da mikrodalga
bölgesini kullanmaktadır...Cep telefonu kullanıcılarının yapabileceği ilk
şey, deneylerde de görüldüğü gibi konuşma süresinin azaltılmasıdır...
Kulaklık kullanmakta bir önlemdir. Ancak kulaklığın kablosuz olmaması ve cep
telefonu üreticisine ait olması önemlidir. (Yapılan çalışmalarda kablolu
kulaklıkların kablo uzunluğunun belirli bir değerde olması durumunda,
kablonun anten görevi görerek, etkiyi arttırabilmektedir.)
Cep telefonunu tasarımcının öngördüğü şekilde yani en rahat biçimde
kullanmak önemlidir. Tasarımcı SAR değerlerini normal kullanıma göre
hesaplmakta ve anteni bu duruma göre tasarlamaktadır.Konuşma aralarında
diğer kulağıda kullanmak da bir önlem olabilir.(süre yine de uzun
tutulmamalıdır...).
Yolda iken cep telefonu "Hand Over" yaparak diğer istasyonlara geçiş
yapacağından telefonun
harcadığı güç artacaktır. Bu yüzden yolda kullanmak etkiyi
arttıracaktır...Cep telefonu aranma ve arama durumunda en fazla gücü
harcayacaktır. Bu güç toplam gücün yanında çok yüksek olmasa da aceleci
olmamak yararlı olabilir.
Ayrıca cep telefonunuz elden geldikçe vücuttan uzak tutulmalıdır...Uyurken
kapalı veya uzak bir konumda tutulmalıdır...Evde kullanılan kablosuz
modemler elden geldikçe uzakta tutulmalıdır. (Modemi yatak odanıza koymak
parlak bir fikir olmayabilir.)
Cep telefonları konusudaki zararlar ve yararların! uzun vadede çıkacağı
düşünülmektedir. O yüzden elden geldikçe temkinli olmakta fayda var...Gözün
dışında mikrodalgaların proteinleri etkileyebileceği düşünüldüğünde
incelenen durumun karmaşıklığı daha da artmaktadır.
Mobil telefonların kanser etkisi yıkarıdaki karmaşık mekanizmalar
anlaşıldığında ortaya koyulabilecektir. Çünkü ısı etkisi iyonize edici bir
bölgede olmadığından birincil etkilerin kanser oluşturmadığı söyelenebilir.
Ancak ikincil etkiler için ( Protein yapısı, reseptörler, ....) aynı şeyi
söylemek doğru olmayacaktır...Ayrıca mikrodalgaların uyku üzerine etkileri
de gözlemlenmiş...
Çalışmalarda uyku düzeni ve kalitesini etkileyen bulgulara
rastlanmış...Sonuç olarak cep telefonlarının etkisinin olduğu kesin ancak
etkinin ne düzeyde olduğu o kadar da kesin değildir...
Ayrıca GSM şebekelerinin yanında kablosuz ağ standartaları da mikrodalga
bölgesini kullanmaktadır...Cep telefonu kullanıcılarının yapabileceği ilk
şey, deneylerde de görüldüğü gibi konuşma süresinin azaltılmasıdır...
Kulaklık kullanmakta bir önlemdir. Ancak kulaklığın kablosuz olmaması ve cep
telefonu üreticisine ait olması önemlidir. (Yapılan çalışmalarda kablolu
kulaklıkların kablo uzunluğunun belirli bir değerde olması durumunda,
kablonun anten görevi görerek, etkiyi arttırabilmektedir.)
Cep telefonunu tasarımcının öngördüğü şekilde yani en rahat biçimde
kullanmak önemlidir. Tasarımcı SAR değerlerini normal kullanıma göre
hesaplmakta ve anteni bu duruma göre tasarlamaktadır.
SAR değerleri üretciler tarafından duyurmaktdır. SAR değeri düşük bir
telefon almakta önemli olabilir. (Amerikan Federal Haberleşme bölümünün web
sitesinde de incelenebilir.)Konuşma aralarında diğer kulağıda kullanmak da
bir önlem olabilir (süre yine de uzun tutulmamalıdır...)
Dalga boyu ve frekanslar
Renk basitçe farklı dalga boyları ve
frekanslarındaki ışıktır ve ışık fotonlardan yapılan bir enerji formudur.
Hepimiz rengin sadece küçük bir parçası olduğu enerjinin elektromanyetik
dalgaları ile kuşatılıyoruz.
Görünür spektrum gökkuşağından oluşur.
Retinalarımızda koni şeklinde üç tip renk alıcısı vardır. Bu renklerin
sadece üçünü fark edebiliriz kırmızı mavi ve yeşil. Bu renkler temel
renkler olarak adlandırılır. Gördüğümüz tüm diğer renkler, bu üç rengin
karışımından yaratılır.
Gördüğümüz ışığın dalgaboyu ve frekansı,
gördüğümüz rengi etkiler. Spektrumun yedi rengi farklı dalga boylarına ve
frekanslara sahiptir. Kırmızı, spektrumun en altındadır ve yüksek dalga
boyuna, ama düşük frekansa sahiptir, Mor spektrumun en üstündedir ve düşük
dalga boyuna, yüksek frekansa sahiptir.
Işıktaki renkler
Prizma
Güneş ışığının yoluna bir prizma
yerleştirildiğinde, bu 7 renk görünür olur. Işık prizmadan geçerken, kırılma
ile spektrumun görünür yedi rengine ayrılır. Kırılmaya, ışık ortam
değiştirdiği zaman, ışığın dalga boyunun hızındaki değişim neden olur.
Işık enerjisi
Belli bir ışık dalgasındaki enerji
miktarı onun frekansı ile orantılıdır, böylece yüksek frekanslı bir ışık
dalgası, düşük frekanslı bir ışık dalgasından daha yüksek enerjiye sahiptir.
Dalga Boyu
Her renk saniyedeki döngü veya dalga
olarak ölçülür. Işığı, okyanustaki dalgalar gibi imgeleyebilirsek, bu
dalgalar dalga boyu ve frekans özelliklerine sahiptir. Bir dalga boyu
bitişik dalgalar arasındaki mesafedir. Bir örnek olarak; okyanus aralarında
10 metre olan dalgalar ile dolu ise, 10 dalga boyuna sahip olduğu
söylenebilir, 30 metre aralıklı dalgaları olan okyanusta ise dalga boyu 30
diyebiliriz.
Aynı şey ışığa uygulanır. KIRMIZI renk
yaklaşık 700 nanometre uzunlukta dalga boyuna sahiptir bir metrenin on
milyonda birinin 7 katı! Mor, daha düşük dalga boyuna sahiptir, her mor renk
dalgası daha uzun mesafeyi geçer.
Enerji Dalgaları
Evrende, pozitif ve negatif yükler
(enerji dalgaları) sürekli titreşir ve inanılmaz yüksek hızda yolculuk yapan
elektromanyetik dalgalar üretir. (Saniyede 186,000 mil). Bu dalgaların her
biri farklı bir dalga boyuna ve titreşim hızına sahiptir. Birlikte
elektromanyetik spektrumu oluştururlar.
Işık dalgalar halinde yolculuk yapar. Bir
dalga boyu bitişik dalgalar arasındaki mesafedir.
Dalga Boyu
Frekans
Dalganın frekansı, her saniyede belli bir
noktadan geçen tam dalgaların veya dalga boylarının sayısı ile tayin edilir.
KIRMIZI renk saniyede yaklaşık 430
trilyon titreşime sahiptir, Mor renk daha yüksek frekansa sahiptir, böylece
her mor dalga belli bir noktada, KIRMIZI renkten daha hızlı geçecektir.
Tüm ışık aynı hızda yolculuk yapar, ancak
her renk farklı dalga boyuna ve frekansa sahiptir.
Dalgaların Frekansı
Yukarıdaki dalga boyu örneğine geri
dönersek, sahile her 5 saniyede bir çarpan 10 metre aralıklı dalgalara sahip
olan okyanus 5 frekansa sahip olarak sınıflandırılabilirken, her 10 saniyede
sahile çarpan 10 metre aralıklı dalgalara sahip olan okyanus 10 frekansa
sahip olarak sınıflandırılır.
Işığın farklı renklerinin, bir prizmadan
geçerken ayrılmasına ve görünür olmasına neden olan bu farklı dalga boyları
ve frekanslardır. Bu, radyo dalgalarının farklı frekanslara ve dalga
boylarına sahip olması gibidir, bazı istasyonlar sadece özel bir frekansta
veya dalga boyunda dinlenebilir. Örneğin mavi renk sadece özel bir frekans
ve dalga boyu aralığında görünebilir.
Rengin frekansı ne kadar yüksek olursa,
enerji dalgaları daha yakın olur.
Yüksek frekanslı renkler mor indigo
mavi
Düşük frekanslı renkler sarı turuncu-
kırmızı
Radyasyon Nedir?
Işık (ışınım): Anlatması belki en kolay kavram. Kısaca güneşten
gelen "şey" diyebiliriz. Ancak teknoloji ilerleyince en zor ve karışık
kavram ortaya çıkmış. İngilizce yazınca radiation, Türkçe'leşmişi
"Radyasyon" oluyor. Bunsuz da hayat, yaşam olmuyor. Yine bir denge geliyor
karşımıza. Azı olmuyor, ideali tamam ama fazlası yine sıkıntı getiriyor.
İşte burada karşımızaa büyük bir alan çıkıyor. 1900'lü yıllara kadar güneşin
gönderdiği ışık konuşulmuş. "x" ışınlarının keşfi ve sonrası ile
insanoğlunun inanılmaz bir ışık-ışınım çeşitliği (spektrum) içinde yaşadığı
ortaya çıkmıştır. Dalga boyundan (veya frekansından) tutun da orijini bile
ışın kaynağı için farklılık olmuş, özellikleri ve etkileşimi ile ortalık
iyice karışmıştır. Tarifi ise;
Atomlardan, doğal veya uyarılma sonucu yayılabilen;
a. Madde içine nüfus edebilen elektromenyetik dalgalar (gama, x ışınları)
b. Elektron, proton, nötron a-alfa ve b-beta gibi tanecikler,
radyasyon (ışık-ışınım) adı altında toplanır.
Bir başka tarif ise: Dalga veya parçaçık olarak hareket eden enerji
paketlerine ışınım veya radyasyon denilmektedir.
Işık, elektromanyetik (EM) radyasyonun en çok bilinen örneği olup çeşitli
renk nüansları ile gözümüz tarafından algılanır. Işık veya EM dalga, dalga
boyları veya frekansları ile tanımlanırlar. Görünen ışığın dalga boyu çok
kısadır. Kulanılan birim ise Angström'dür. 1 Angström = 0,00000001 cm'dir.
Görünen ışık dalga boyu 4.000-8.000 Angström (0.8-0.4 mm) arasındadır.
Frekansı ise 4-8 1014 Hz civarıdır. Yeşil ışık 6.000 A. yani görünür
bölgenin tam ortasında olup, gözü dinlendirme iddalarının nedeni de buna
bağlanır. Gözün görme sınırlarının ötesinde olanlara;
a. 4.000 A. küçük dalgaboylarına, Morötesi (ültraviyole) ışık,
b. 8.000 A. büyük dalgaboylarına, Kızılötesi (infrared) ışık adı verilir
Bir EM dalga radyasyonunun dalgaboyu ne kadar küçükse, onun bir maddenin
içine girme (nüfûz etme) yeteneği de o kadar büyük olur. Örneğin güneşin
ışığı bir insanın vücuduna ancak derisi düzeyinde nüfuz ederken, röntgen
aygıtında kullanılan ve dalgaboyu görünen ışığınkinden yaklaşık 1.000 defa
daha küçük olan x-ışınları insan vücudunu boydan boya geçip içindeki
kemiklerin bile görünmesini sağlamaktadır. Elektromanyetik spektrum (bilinen
frekans listesi) oldukça geniştir. (Bak: Sayfa sonundaki EM dalga listesi)
Radyoaktif atomların yaydıkları ve gama ışınları olarak bilinen ışık-ışınım
ise çok daha girgin (nüfus edici) ışınlardır. Işınımların (radyasyonun) yolu
üzerine, arkasına geçemeyeceği bir madde konularak her radyasyonun yolu
kesilebilir ve verebileceği tüm zararlara engel olunabilir. İşte bunun
içindir ki röntgen operatörleri kurşun içeren önlük giyerek ve kalın kristal
cam arkalarından bakarak x-ışınlarının vereceği zararlardan
korunmaktadırlar. Nükleer santral kalbi de benzer koruyucular vasıtası ile
çevreye ve insana zarar veremez duruma getirilmişlerdir. "Radyasyondan
korunma" bugün pek çok üniversitede rutin olarak okutulan bir pozitif
bilimdir. Bu kuralları belirleyen bir de "Uluslararası Radyasyondan korunma
komitesi" ICRP vardır. Bu komite bir insanın bir yıl boyunca almasına izin
verilen maksimum radyasyon dozunun düzeyini de tespit eder.
Türkiye Atom Enerjisi Kurumu TAEK'de görev yapan radyasyon güvenliği,
emniyeti ve radyasyondan korunma konularında yetişmiş uzmanlar ülkemiz
ihtiyaçlarını başarı ile karşılamaktadırlar. Ancak, şurası iyi bilinmeli ki
radyasyondan korunma; doz hesapları, risk değerlendirmeleri vb konuları
içeren ve özel uzmanlık gerektiren bilimsel bir disiplindir. Bu uzmanlık
alanında daha çok fizik mühendisleri ve fizikçiler yer almaktadır. Fen
bilimlerinin diğer alanlarında eğitim almış nükleer mühendis, kimya
mühendisi, kimyacı vb. disiplinlerde yetişmiş kişilerin de uzmanlaşabileceği
bir alandır.
Doğal Radyasyon:
Şu anda hepimiz dünyada "doğal bir radyasyon banyosu" içinde yaşamaktayız.
Bu banyoyu oluşturan etkenler;
a. Yer kabuğundaki radyoaktif elementlerin yayınladıkları
ışınım-radyasyonlar,
b. Uzayın boşluklarından gelen kozmik ışınım-radyasyonlar.
Toprakta yetişen ve potasyum, fosfor gibi elementler içeren her gıda maddesi
doğal olarak radyoaktiftir. Bunun sonucu olarak 70 kiloluk bir insan
vücudunda sürekli olarak 17 miligram radyasyon yayınlayan radyoaktif element
deposu bulunur.
Doğal radyasyon banyosunun insana yüklediği yıllık radyasyon dozu "yere"
bağlıdır. İstanbul 0.66 mSv/yıl, Ankara 0.9 mSv/yıl, Erzurum 1.75 mSv/yıl,
altında toryum yatakları bulunan Sivrihisar'da 3.74 mSv/yıl dır. Yurt
dışında Rio de Janeiro'nun plajları 6 mSv/yıl, Hindistan-Kerala bölgesi 15
mSv/yıl, İran-Ramsar 148.9 mSv/yıl;, Brezilya Guarapari kumsalları 788.40
mSv/yıl dır. ABD kendi vatandaşları için doğal ve çevre radyasyonunun müsade
edilen toplam ortalam dozunu 1.8mSv/yıl olarak tesbit etmiştir. Uluslararası
Radyasyondan Korunma Komitesi ICRP'ye göre bu düzeydeki radyasyonların hiç
biri insan sağlığı için asla bir tehlike oluşturmamaktadır. Aksine düşük
düzeydeki radyasyonların hücre sağlığına yararlı olduğu hakkında yaygın
kanaati destekleyen de bini aşkın bilimsel çalışma yapılmıştır. Dünyada
yüksek yerlerde ve doğal radyasyon düzeyi yüksek olan ovalarda yaşayanların
ömürlerinin, ortalama olarak daha düşük radyasyon düzeyine maruz yerlerde
yaşayanlarınkinden daha yüksek olduğu bilinen bir gerçektir. Bununla bereber,
bilimsellik ve bilim ahlâkı açısından, bu gözlem de; söz konusu radyasyon
düzeyi ile uzun ömürlü olmanın arasında bir "sebep-sonuç ilişkisi"
bulunduğunun kesin kanıtı değildir.
X-Işınlarını 8 Kasım 1895 yılında Alman bilim adamı Wilhelm C. Röntgen
keşfetmiştir. İlk görüntüleme ise aynı yılı 22 Aralık günü eşinin el
röntgenini çeken Röntgen tarafından gerçekleştirilmiştir.. X-Işınları
insanlık hizmetine öyle hızlı girmiştir ki: 1896 yılı Ocak ayında Şikago'da
2 kanser vakası, Şubat ayında Hamburg'ta bir gırtlak (nazofarenks) kanseri
vakası, Şubatta Lyon'da bir mide kanseri ve Kasım ayında da Viyana'da 4
yaşındaki bir çocuk tedavi edilmiştir.
Diğer keşifler sırasıyla şöyle gelişmiştir: 1896 yılında Henry Bequerel
Radyoaktiviteyi, 1898 de Marie ve Pierre Curie Radyum elementini, 1911'de
Ernest Rutherford atom çekirdeklerini, 1913'de Neils Bor Atom modeli
tasarımını, 1932 Chadwick nötronu, Juilet Curie yapay radyoaktiviteyi.
Elektromanyetik Spektrum
|Dalgaboyu
||Frekans [Hz]
||Enerjisi [eV]
||İsmi
||Uygulaması


|18.000 km
||16 2/3
||6,9*10-14
||Alternatif şebeke gerilimi
||Tren yolları elektriği


|6.000 km
||50
||2,1*10-13
||Alternatif şebeke gerilimi
||Şehir elektrik şebekesi


|18.800 - 15 km
||16 - 20.000
||6,6*10-14 - 8,3*10-10
||SES Dalgası
||İnsan sesi, müzik


|10.000 - 1.000 m
||3*104 - 3*105
||1,2*10-10 - 1,2*10-9
||Uzun dalga - Radyo
||Radyo dalgaları (weather, broadcast)


|1.000 m - 182 m
||3*105 - 1,65*106
||1,2*10-9 - 6,8*10-9
||Orta dalga - Radyo
||Radyo dalgaları (broadcast, naval radio)


|100 m - 10 m
||3*106 - 3*107
||1,2*10-8 - 1,2*10-7
||Kısa dalga - Radyo
||Radyo dalgaları (broadcast, flight and amateur radio)


|10 m - 1 m
||3*107 - 3*108
||1,2*10-8 - 1,2*10-7
||Ultra kısa dalga FM
||Radyo dalgaları (broadcast, tv, police and radio relay sys.)


|1 m - 10 cm
||3*108 - 3*109
||1,2*10-6 - 1,2*10-5
||Decimeter waves
||Cep telefonu, Askerî ve uydu haberleşmesi


|10 cm - 1 cm
||3*109 - 3*1010
||1,2*10-5 - 1,2*10-4
||Cm dalga
||Radar, mikrodalga ısıtıcı


|1 mm - 0,78 µm
||3*1011 - 3.9*1014
||1,2*10-3 - 1,6
||İnfared-kızılötesi
||infrared-, communication, mühendislik lazeri


|0,78-0,38 µm
||3,9*1014 -7,9*1014
||1,6 - 3,3
||Görünür ışık
||Resimler, gökkuşağı


|0,38-0,01 µm
||7,9*1014 - 3*1016
||3,3 - 124
||Ultraviole morötesi ışık
||Güneş yanığı


|30 nm - 10-8 nm
||1016 - 3*1025
||41 - 1,2*1011
||Very soft to very hard X-ray
||X-ray cihazı, kanser tedavi aletleri, nükleer reaksiyonlar


|0,4 - 10-4 nm
||7,5*1017 - 3*1021
||3,1*103 - 1,2*107
||Gama radyasyonu
||Radyasyon tedavisi, malzeme testleri, nükleer reaksiyonlar


|< 10-5 nm
||> 3*1022
||> 1,2*108
||Secondary comic radiation
||Parcacık oluşumu


Elektromanyetik spektrum, ışık, radyofrekans
Elektromanyetik spektrum deniz dalgalarına benzer ve farklı büyüklükte
dalgalardan oluşmaktadır. Bazıları bir futbol sahasından büyük bazıları
atomlardan küçük. Elektromanyetik dalgalar yayılma doğrultularında dalgalara
uyan elektriksel ve manyetik alanlar oluştururlar. İsimlendirilmesi buradan
gelmektedir. Elektromanyetik dalgalar, yayılmaları için herhangi bir ortama
ihtiyaç duymadıkları için ses dalgalarından faklıdırlar.
Elektromanyetik dalgalar, hava ve katı materyaller içinde yayıldığı gibi
herhangi bir madde içermeyen boş uzayda da yayılabilmektedir.
Elektromanyetik dalga
Radyo dalgaları, televizyon dalgaları, mikro dalgalar ve gözlerimizin
gördüğü ışık elektromanyetik spektrumun gerçek bir parçasıdır. Bunlar
elektromanyetik spektrumun bir parçalarıdır ve birbirinden dalga boyları ile
farklıdırlar. Cep telefonu ile konuşurken, TV seyrederken, mikrodalga
fırında yemek pişirirken, rontgen çektirirken yada lazer epilasyonda aslında
elektromanyetik spektrumun bir parçasını kullanmaktayız.
Elektromanyetik spektrumu en uzun dalga boyundan en kısa dalga boyuna
sırasıyla ifade edersek, radyo dalgaları, mikrodalga, kızıl ötesi, görünür
ışık, morötesi, x-ışınları ve gama-ışınları yer almaktadır.
Elektromanyetik spektrum
Radyo dalgaları
Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun en uzun dalgaboyuna sahiptir. Bir
gökdelende büyük olacağı gibi bir tenis topu kadar küçük olabilmektedir.
Radyo, TV ve cep telefonu sinyallerini de taşıma görevini yapmaktadırlar.
Mikro dalgalar
Mikrodalgalar santimetrelerle ölçülen dalga boylarına sahiptir. Mikrodalga
fırınında bulunan ve yiyeceklerimizi ısıtan dalgalardır. Bu dalgalar,
maddeleri oluşturan atom ve moleküllerde hareketlenme yaparak bunların
meydana getirdikleri ısı enerjisinin ortaya çıkmasına
neden olmaktadır. Buda mikrodalgaya maruz kalan maddelerin ısınmasını
sağlamaktadır.
Mikrodalgalar, bilgileri içinde bulunduran sinyalleri, bir yerden başa bir
yere taşımak için oldukça iyi bir taşıyıcı görevleri yaparlar. Yine bu
dalgalar, yaklaşık boyları birkaç cm olan dalgalarla bildiğimiz radar
sistemleri içinde kullanılmaktadır.
Mikrodalgalar dünyayı gözlemleyen uydularda da kullanılmaktadır.
Kızıl ötesi dalgalar
Infrared ışınımları olarakta isimlendirilmektedir. Bu ışınımı yakın ve uzak
infrared olmak üzere iki bölgede tanımlayabiliriz. Yakın infrared ışınımı,
görünür bölge ışınımının dalga boyuna çok yakınken, Uzak infrared ise
elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölgesine çok yakındır. Uzak infrared
ışınımın dalga boyunun uzunluğu, yaklaşık bir toplu iğnenin başından daha
küçük olurken, yakın
infrared ışınımın dalgaboyu, bir hücre boyutu olan mikro boyuttadır. Uzak
infrared dalgaları, ısısal özelliğe sahiptir. Güneşten, bir ateşten ve bir
radyotörden hissettiğimiz sıcaklık infrareddir. Yakın infrared dalgaları ise
sıcak değildirler. Bu kısa dalga boyları ise TV uzaktan kumanda sistemleri
gibi teknolojide kullanılmaktadır.
Bir cisim görünür bölge ışığı yaymak için yeterli sıcaklığa sahip değilse,
enerjisinin çoğunu infrared ışınımı olarak yayacaktır.
Normal vücut sıcaklığına sahip insanlar, yaklaşık 10 mikron büyüklüğündeki
bir dalga boyuna sahip olan çok güçlü bir infrared ışınımı yaymaktadır (Bir
mikron metrenin milyonda biridir).
Görünür ışık dalgaları
Görünür ışık dalgaları, elektromanyetik dalganın sadece çıplak gözle
görülebilen kısmına karşılık gelir. Biz bu dalgaları, gök kuşağında oluşan
renkler olarak görebiliriz. Buradaki her bir renk farklı bir dalga boyuna
karşılık gelir.
Kırmızı renge karşılık gelen dalga, görünür bölgenin en uzun dalga boyuna
karşılık gelirken, mor en kısa dalga boylarına karşılık gelir. Görünür
bölgedeki bütün dalgaları birlikte gözlendiği zaman beyaz ışığı oluşturur.
Tam tersi beyaz ışık bir pirizmadan veya gökkuşağı oluşurken su damlacıkları
ve buharı ortamından geçirildiği zaman renklere ayrılmaktadır. Gördüğümüz
bir cismin rengi, görünür bölgedeki yansıyan ışığın dalga boylarına karşılık
gelen renklerdir.
Mor ötesi dalgalar
Mor ötesi (ultraviole UV) görünür bölgeden daha kısa dalga boylarına
sahiptir. Bu dalgalar insan gözüyle görülemezler. Ultraviole (mor ötesi)
spektrumu üç kısma ayırılmaktadırlar. Bunlar, yakın mor ötesi, uzak mor
ötesi ve aşırı mor ötesi olarak isimlendirilmiştir. Bu üç bölge, mor ötesi
ışığın dalgaboyuna ve mor ötesi ışınımın frekansına bağlı olarak, bunların
enerjileri ile de ifade edilmektedir. NUV olarak kısaltılan yakın mor ötesi,
görünür bölgeye yakın olurken, EUV olarak kısaltılan aşırı (ekstrem) mor
ötesi, X-ışınlarına yakın bölgelere karşılık gelmektedir ve en enerjik
kısmıdır. FUV olarak kısaltılan, Uzak mor ötesi bölge de yakın ve aşırı UV
bölgeleri arasında kalan kısımdır.
Güneşimiz, elektromanyetik spektrumdaki farklı dalgaboylarının hepsinde ışık
yaymaktadır. Güneşten gelen bazı UV dalgaları Dünya atmosferine geldiğinde
çoğu atmosfere girerken ozon gibi çeşitli gazlar tarafından tutulmaktadır.
X dalgaları
Işığın dalga boyu azaldıkça, enerjileri artmaktadır. X-ışınları, oldukça
küçük dalga boylarına sahip olduğu için, bunların enerjileri ultraviole
(morötesi) ışınlarından daha büyüktür. X-ışınları, dalgaboylarından daha
ziyade enerjileri ile temsil edilmektedir. X-ışınlarının ışığı, bir dalga
etkisinden daha çok parçacık etkisi göstermektedir.
X-ışınları, vakum tüpleriyle deney yaparken şans eseri onu bulan Alman bilim
adamı Vilhem Conrad Roentgen tarafından keşfedilmiştir. Roentgen, bilinmeyen
ışınımın bu tipini göstermek için onu X olarak isimlendirdi.
Dünya atmosferi uzaydan dünya yüzeyine gelen hiçbir X-ışını Dünya
atmosferinden yüzeyine nüfus edemez.
Gama dalgaları
Gamma-ışınımı olarakta tanımlanmaktadır. Elektromanyetik spektrumun en kısa
dalgaboyuna ve en fazla enerjiye sahip olduğu bölgesine karşılık
gelmektedir. Bu dalgalar, radyoaktif atomlar veya nükleer patlamalar sonucu
oluşmaktadır. Gamma-ışınları, canlı hücreleri öldürebilir. Bu özelliği
tıpta, kanserli hüçreleri öldürmek için tedavi amaçlı kullanılmaktadır.
Gamma-ışınları, evrenin çok uzak noktalarlından bizlere kadar
gelebilmektedir. Bunlar sadece Dünya atmosferi tarafından soğurulmaktadır ve
bu nedenle, atmosferimiz zararlı gamma-ışınlarına göre bizi koruma görevi
yapmaktadır. Işığın farklı dalga boylarına karşılık gelen kısımları Dünya
atmosferinin farklı derinliklerine geçebilmektedir.
Elektromanyetik dalgalar ilk kez James Clerk Maxwell
tarafından keşfedilmiştir. Elektromanyetik dalgaları anlayabilmemiz için
öncelikle Maxwel'in geliştirdiği matematiksel yöntemleri iyi anlamalıyız.
Çünkü Maxwell elektromanyetik dalgaları matematiksel yollarla bulmuştur.
Bu konunun iyi anlaşılması için, manyetizma, elektromanyetik indüksiyon,
manyetik akı gibi konuların iyi bilinmesi gerekir.
Elektromanyetik dalgalar birlikte değişen ve birbirine dik düzlemdeki
elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Uzayda değişen elektrik alanlar
manyetik alanları oluşturur. Bu değişim sinüzodial (sinüs fonksiyonunun
şekli) bir eğri şeklindedir. Bir ortamda elektrik alanı değiştirmek için
yüklü cisimleri ivmeli hareket ettirmek gerekir. Dolayısıyla ivmeli hareket
eden yükler elektromanyetik dalga yayar.
Yukarıdaki simulasyonda, yüklü cisim hareket ederken etrafındaki elektrik
alan sürekli değişir. Elektrik alandaki bu değişim manyetik alan oluşturur,
bu da elektrik alan ouşturur.....
Ortamdaki her noktada elektrik ve manyetik alan sürekli değişir. Bu değişim
sanki bir dalga gibi yayılır.
İvmeli hareket eden bir yüklü cisim animasyondaki gibi etrafında elektrik
alan çizgilerini değiştirir.
ELEKTROMANYETİK DALGALARIN ÖZELLİKLERİ
1.Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır.
2.Birbirine dik elektrik ve manyetik alanlardan oluşur.
3.Boşlukta ışık hızıyla ilerler. (Işık bir elektromanyetik dalgadır.)
4.Tıpkı periyodik dalgalarda olduğu gibi frekansı, dalgaboyu vardır ve hızı
bulunduğu ortama göre değişir.
5.Polarize edilebilirler.
6.Enerji taşırlar ve boşlukta bu enerjiyi çok uzaklara taşıyabilirler.
7.Dalganın frekansı arttıkça dalgaboyu azalır. c=λ.f c: ışık hızı
EMD nın frekansına ve dalgaboyuna göre sınıflandırılmasıyla elektromanyetik
spektrum elde edilir. Frekansı en küçük (dalgaboyu en büyük) elektromanyetik
dalgalar radyo dalgaları olarak adlandırılır. Frekansı en büyük (dalgaboyu
en küçük) elektromanyetik dalgalar gama ışınları olarak adlandırılır.
Üstteki şekilde soldan sağa gidildikçe frakans büyümekte, dalgaboyu
küçülmektedir.
Elektromanyetik Radyasyon Nedir?
Elektromanyetik
radyasyonun oluşmasına sebep olan yeni teknolojik ürünleri günlük
yaşamımızda yoğun olarak kullanmaktayız. Sağlık alanında, güvenlik
sistemlerinde ve yaşamımızı kolaylaştırıp konfor sağlamaları için
elektromanyetik dalga yayan ürünlere bağlı duruma geldik.
Yüksek Gerilim Hatları,
TV ve bilgisayarlar, FM ve TV vericileri, mikrodalga fırınlar, mobil
telefonlar, mobil telefon baz istasyonları ,kablosuz telefonlar, uydu
antenleri ve verici antenler, radar antenleri, bluetooth, kablosuz internet,
kablosuz ses ve görüntü sistemleri vb.). Fakat, hayat standartımızı
yükseltirken, elektromanyetik radyasyonun canlı organizmayı etkilemesi gibi
bir faturayı da ödemekteyiz. Elektromanyetik enerjinin kullanımı hızla
artarken bizler de her geçen gün daha fazla Elektro-manyetik radyasyona
maruz kalıyoruz, yani Elektromanyetik kirlilik artıyor.
Radyasyon (ışıma)
genel anlamda enerjinin uzayda dalgalar ya da tanecikler (fotonlar) halinde
yayılmasıdır. Isı, ışık ve radyo dalgaları günlük yaşamdan bildiğimiz ışıma
yoluyla yayılma örnekleridir. Evlerde ısınma amacıyla kullanılan radyatörler
de isimlerini ısı yayıcı anlamına gelmek üzere aynı kökten alırlar.
İyonlaşma, atomlardan ve
moleküllerden elektron koparılmasıdır . Enerji yüklü
fotonlardan oluşan elektromanyetik dalgalar, çarptıkları cisimlerden
elektron kopararak
iyonlaşmalarına yol açabilirler. Yüksek frekanslı ve dolayısıyla yüksek
enerjili olan xışınları
ve gama ışınları iyonlaştırıcı radyasyonlardır. Daha düşük frekanslı, bir
başka
deyişle düşük enerjili elektromanyetik dalgalar RF gibi ise iyonlaştırıcı
olmayan
radyasyon olarak adlandırılırlar. Mobil iletişim sistemlerinin neden
oldukları ışınım,
iyonlaştırıcı olmayan radyasyon bölgesi içinde yer almaktadır.
Bir
noktadaki elektromanyetik enerji miktarı, kaynağından olan uzaklığa,
kaynağın etkin çıkış gücüne ve yayılım ortamına bağlıdır.
Elektromanyetik
dalgalar binaların içine girebilirler. Bütün cisimler elektriksel
iletkenliklerine bağlı olarak elektromanyetik dalgaları yansıtma ya da
geçirme özelliğine sahiptir. Elektromanyetik dalgalar, bina duvarından
geçerken havada yayılmalarına göre enerjilerinin daha büyük bir kısmını
kaybederek zayıflarlar.
Elektrikle çalışan
bütün cihazlar elektromanyetik enerji yayar. Günlük yaşamda sıkça kullanılan
bazı ev aletlerinin ortamda neden oldukları elekrik alan şiddetleri Tablo
1te örnek olarak verilmiştir.
Çalışma gerilimi = 110
V , çalışma frekansı = 60 Hz, uzaklık = 30 cm [6]


Cihaz Elektrik
Alan Şiddeti


(V/m)


Elektrikli
battaniye


250


Su ısıtıcısı


130


Müzik seti


90


Buzdolabı


60


Ütü


60


Mikser


50


Ekmek Kızartıcısı


40


Televizyon


30


Kahve Makinası


30


Elektrikli Süpürge


16


Saç Kurutma Makinası


40


Tablo 1.
Bazı ev aletlerinin
neden oldukları elektrik alan şiddetleri
ELEKTROMANYETİK ALAN
NEDİR ?
Elektrik
ve elektromanyetik alanlar doğada kendiliğinden ortaya çıkmaktadır. Doğal
elektromanyetik alan, yer küre etrafında kuzey-güney doğrultusunda mevcut
olup kuslar ve balıkların yön bulmalarına yardımcı olan ancak gözle
görülemeyen dalgalardan olusmaktadır. Doğal elektrik alan ise atmosferde
meydana gelen yıldırım, simsek olusumları ile lokal olarak ortaya
çıkmaktadır. Doğal elektrik ve elektromanyetik alanların yanı sıra insan
yapımı kaynaklardan yayılan elektrik ve elektromanyetik alanlar günlük
hayatımızda tüm çevremizi kaplamıs bulunmaktadır. İnsan yapısı kaynaklar
arasında X ısınlarının kaynağı olan röntgen cihazları, düsük frekanslı
elektromanyetik dalga kaynağı olan elektrik soketleri, yüksek frekanslı
radyo dalgaları yayan TV anteni, radyo istasyonu veya mobil telefon
istasyonları gibi veri iletim hatları yer almaktadır.
Bir
iletken üzerinden geçen akım siddeti ve gerilim seviyesine bağlı olarak, bu
iletkenin bulunduğu ortama elektrik alan ve manyetik alan yayılmaktadır. Ev
ve isyerlerinde yasamı kolaylastırıcı olarak kullanılan elektrikli
cihazların tümü birer elektromanyetik (EM) alan kaynağıdır. Elektromanyetik
alanlar hassas elektronik cihazlar üzerinde etki yaparak bu cihazların doğru
çalısmasını engellemekte, parazit olusturup göstergeleri bozarak hatalı
değer okunmasına neden olabilmektedir Bu olumsuz etkileri önlemek için
elektrik ve manyetik alan ekranlama veya kalkanlama isleminin yapılması
gerekmektedir.
Elektrik Alan ve
Elektro Manyetik Alan
Elektrik enerjisi çağımızın en önemli enerji kaynaklarından birisini
olusturmaktadır. Teknolojik gelismeler ve ekonomik kalkınmıslık düzeyine
bağlı olarak, elektrikli araç ve gereçlerden yararlanma da her gün biraz
daha artmaktadır. Bu ihtiyaçların karsılanması amacı ile yasam alanlarındaki
elektrik ve elektromanyetik alan yoğunlukları da artmaktadır. Elektrik alan
ortamdaki voltaj farklılıklarının sonucunda ortaya çıkmakta ve voltaj
yüksekliğine bağlı olarak artmaktadır. Manyetik alan ise ortamdaki elektrik
akımının varlığına bağlı olarak ortaya çıkmakta ve akım değerine bağlı
olarak artmaktadır. Ortamda elektrik akımı olmaksızın voltaj varlığı
elektrik alan olusumu için yeterli olup akımın varlığı ile elektrik alanın
büyüklüğü değismezken ortamdaki manyetik alanın büyüklüğü güç harcamasına
bağlı olarak artmaktadır. Tablo2 de elektrik alan ile elektromanyetik alan
özellikleri karsılastırmalı olarak verilmektedir.


Elektrik alan


Elektromanyetik alan


-
Elektrik
alan siddeti voltaja bağlı
olarak artar.
-
Olcu birimi
(V/m)dir.
-
Cihazların
acma kapama duğmeleri
kapalı
konumda bile olduğunda
elektrik alan olusur.
-
Elektrik
alan siddeti kaynaktan uzaklastıkca
azalır.
-
Bina yapı
malzemelerinin buyuk coğunluğu
elektrik alan icin yalıtım
etkisi yapabilir.


-
Manyetik
alan siddeti akım
arttıkca
artar.
-
Olcu birimi
(A/m)dir. Ayrıca
microtesla (μT) veya millitesla (mT) birimleri de kullanılır.
-
Manyetik
alan olusumu icin ortamda elektrik akımı
olusması
gerekir. Yani cihazın
acık
konumda olması
gereklidir.
-
Manyetik
alan siddeti mesafe arttıkca
azalır.
-
Manyetik
alan siddetini azaltan malzeme sayısı
son derece sınırlıdır.
Tablo
2. Elektrik alan ile
elektromanyetik alan özellikleri karsılastırması
Elektromanyetik dalgalar dalganın; dalga boyu, frekansı ve hızı ile
tanımlanır. Dalga boslukta ve madde içinde yayılabilen ritmik bir olaydır.
Bir iple yaratılan dalga, bir tepe ve bir vadiye sahiptir. (Sekil 1). Her
dalga belli bir dalga boyuna sahiptir. Bir tepeden bir tepeye veya bir
vadiden bir vadiye olan toplam mesafeye bir dalga boyu adı verilir.
Sekil 1. Dalga
yapısı ve özellikleri
Genlik,
bir dalganın normal konumundan yükselme ve alçalma mesafesidir. Uzanımın en
büyük ve en küçük olduğu konumlar diye de tarif edilebilir. Genlik, dalgayı
ortaya çıkaran enerjinin miktarına bağlıdır. Dalganın enerjisi arttığında
genliği de artmaktadır. Tüm dalgalar belli bir frekansa sahiptir. Frekans,
bir saniyede belli bir noktadan geçen dalgaların sayısı olarak tanımlanır.
Maddenin ileri geri hareketine titresim hareketi denir. Bir titresimin
frekansı, hertz birimi ile ölçülür. Bir hertz (Hz), bir dalganın her
saniyede bir devir veya bir titresim yapmasıdır. Bir dalganın frekansı ve
dalga boyu arasında bir iliski vardır. Bir dalganın boyu arttığında frekansı
azalmaktadır. Uzun dalgalar düsük frekansa, kısa dalgalar ise yüksek
frekansa sahiptir.
Elektromanyetik
Spektrum
Elektromanyetik spektrum gama ısınlarından radyo dalgalarına kadar bilinen
tüm elektromanyetik dalgaları içeren dizilimdir. Sekil 2de görüldüğü gibi
elektro manyetik spektrum içinde dalga boyları 1010 ile (elektrik dalgaları)
10-16 metre (kozmik ısınlar) arasında değismektedir. Bundan dolayı, çok
düsük elektromanyetik dalga frekansları ile çok yüksek kozmik ısınların
frekansları arasında frekanslar değisme gösterirler. En yüksek frekanslı
dalgalar, en büyük enerjiye sahiptirler.
Sekil 2.
Elektromanyetik spektrum
Spektrum üzerinde yer alan ısınlara ait genel tanımlar asağıda
verilmektedir. Gamma ısınları: 0,01 nanometreden daha küçük dalga boylu
ısınlar olup bir atom çekirdeğinin çapından daha küçük dalga boylu dalgalar
içerirler. Elektromanyetik spektrum içinde en yüksek enerjili ve frekanslı
bölgede yer alırlar. X ısınları: 0.01 ile 10 nanometre arasında dalga boyuna
sahip ısınlardır (bir atomun boyu kadar).Morötesi (UV) radyasyon: 10 ile 310
nanometre arasında dalga boyuna sahip ısınlardır (yaklasık olarak bir virüs
boyutunda). A, B ve C olmak üzere üç kısımda incelenirler. Kısa dalga boylu
morötesi ısınlar zararlı olabilirler. Görünür ısık: 400 ile 700 nanometre
dalga boyları arasındaki ısınları kapsar (bir molekül ile tek hücreli arası
boydadırlar). Isık olarak tanımlanmakta olan elektromanyetik spektrumun bu
küçük bölümü insan gözü ile görülebilir. Bu bölümde mor ile baslayan ve
kırmızıyla biten renkler vardır. Kızılötesi (IR) radyasyon: 710 nanometreden
1 milimetre arası dalga boylarına sahip ısınları kapsar (iğne ucu ile küçük
bir tohum kadar boyları vardır). Mikrodalga radyasyonu: 1 mm ile 1 metre
arası dalga boylarına sahip ısınları kapsar. Radarlarda kullanılan çok kısa
dalga boyuna sahip radyo dalgalarıdır. Aynı zamanda mikrodalga fırınlarda ve
kablo gerektirmeyen uzak mesafe iletisimlerde kullanılır. Radyo dalgaları: 1
milimetreden uzun dalgalardır. En uzun dalga boyuna sahip olduklarından en
düsük enerjiye ve sıcaklığa da sahipler. Radyo dalgaları her yerde
bulunabilir: Bu dalgaların kaynakları elektrik titresimleridir. Telefon,
televizyon ve radyoda bağlantı kablosu gerektirmeden kullanımı sağlar.
Işık Frekansları
Maxwell elektromanyetik dalgalar
kavramını ortaya koyduktan sonra, her şey yerli yerine oturuverdi. Bilim
adamları artık dalgaboyu ve frekans gibi terimler ve kavramlar kullanarak
eksiksiz bir ışık modeli geliştirebilirlerdi. Bu modele görec ışık dalgaları
birçok boyda gelir. Bir dalganın büyüklüğü dalgaboyu ile
ölçülür. Dalgaboyu, iki dalga arasındaki tepeden tepeye veya çukurdan çukura
olan uzaklıktır. Görebildiğimiz ışığın dalgaboyları 400-700 nanometre
arasındadır. (Nanometre metrenin milyarda-biri'dir.) Ama elektromanyetik
ışımanın tanımında yer alan dalgaboyları serisinin tümü gama ışınlarında
olduğu gibi 0.1 nanometreden, radyo dalgalarında olduğu gibi santimetrelere
ve metrelere kadar uzanır.
Işık dalgaları aynı zamanda birçok
frekansta gelir. Frekans, belli bir zaman aralığında,
genellikle bir saniyede, uzaydaki bir noktadan geçen dalga sayısıdır.
Frekansı saniyedeki döngü birimleri (dalgalar) veya hertz
olarak ölçeriz. Görünür ışığın frekansına renk adı verilir ve kırmızıda
olduğu gibi 439 trilyon hertz'den morda olduğu gibi 750 trilyon hertz'e
kadar uzanır. Yine frekanslar serisinin tümü görünür kısmın ötesine uzanır
ve radyo dalgalarında olduğu gibi 3 milyon hertz'den küçük, gama ışınlarında
olduğu gibi 3 milyar milyar hertz'den
(3 x 1019)
büyüktür.
Bir ışık dalgasındaki enerji miktarı bu
dalganın frekansıyla orantılıdır. Yüksek frekanslı ışığın yüksek bir
enerjisi vardır. Düşük frekanslı ışığın ise düşük enerjisi vardır. Böylece,
gama ışınları en çok enerjiye sahiptir (ve onları insanlar için bu kadar
tehlikeli yapan şeylerden biri budur) ve radyo dalgaları ise en az enerjiye
sahiptir. Görünür ışık sözkonusu olduğunda mor en çok enerjiye ve kırmızı en
az enerjiye sahiptir.
Yukarıdaki şekilde görülen frekanslar ve
enerjiler serisinin tümü elektromanyetik spektrum olarak
adlandırılır. Ama şunu belirtelim ki, bu şekil ölçekli olarak çizilmemiştir
ve görünür ışık, spektrumun sadece binde birini oluşturur.
Tartışma sona ermiş görünüyordu, ta ki
20. yüzyıl başlarında Albert Einstein ışığın parçacık olduğu yolundaki eski
düşünceyi canlandırıncaya kadar...
Doğru Dalga Boyu
Hem ışık hem de ısı, elektromanyetik ışınım olarak bilinen enerjinin
farklı şekilleridir. Elektromanyetik ışınımın tüm farklı şekilleri, uzayda
enerji dalgaları şeklinde hareket ederler. Bu, bir gölün üzerine atılan
taşların oluşturduğu dalgalara benzetilebilir. Ve nasıl bir göldeki
dalgaların farklı boyları olabiliyorsa, elektromanyetik ışınımın da farklı
dalga boyları olur.


Işığın Farklı Dalgaboyları


Evrendeki yıldızların ve diğer ışık kaynaklarının hepsi aynı türde ışın
yaymazlar. Bu farklı ışınlar, dalga boyuna göre sınıflandırılır. Farklı
dalga boylarının oluşturduğu yelpaze ise çok geniştir. En küçük dalga
boyuna sahip olan gama ışınları ile, en büyük dalga boyuna sahip olan
radyo dalgaları arasında 1025 lik (milyar kere milyar kere milyarlık)
bir fark vardır. Konunun ilginç yanı ise, Güneş'in yaydığı ışınların
tamamına yakınının, bu 1025 lik yelpazenin tek bir birimine
sıkıştırılmış olmasıdır. Çünkü bu daracık alanda, yaşam için gerekli
olan yegane ışınlar bulunmaktadır.


Ancak elektromanyetik ışınımın dalga boyları arasında çok büyük farklar
vardır. Bazı dalga boyları kilometrelerce genişlikte olabilir. Başka dalga
boyları ise, bir santimetrenin trilyonda birinden daha ufaktır. Bilim
adamları, bu farklı dalga boylarını sınıflara ayırırlar. Örneğin
santimetrenin trilyonda biri kadar küçük dalga boylarına sahip olan ışınlar,
gama ışınları olarak bilinir. Bunlar çok yüksek enerji taşırlar. Dalga
boyları kilometrelerce genişlikte olan ışınlara ise "radyo dalgaları" adını
veririz ve bunlar çok zayıf bir enerjiye sahiptir. Bu nedenle gama ışınları
bizim için öldürücü iken, radyo dalgalarının bize hiçbir etkisi olmaz.
Burada dikkat edilmesi gereken nokta, dalga boylarının olağanüstü
derecede geniş bir yelpazede dağılmış olmalarıdır. En kısa dalga boyu, en
uzun dalga boyundan tam 1025 kat daha küçüktür. 1025, 1 rakamının yanına 25
tane sıfır eklenmesiyle oluşan bir sayıdır. 10, 000, 000, 000, 000, 000,
000, 000, 000 şeklinde yazabileceğimiz bu sayının büyüklüğünü daha iyi
kavramak için bazı karşılaştırmalar yapmak yerinde olur. Örneğin Dünya'nın
dört milyar yıllık ömrü boyunca geçen saniyelerin toplam sayısı, sadece
1017'dir. Eğer 1025 sayısını saymak istersek, gece gündüz hiç durmadan
saymamız ve bu işi Dünya'nın yaşından 100 milyon kez daha uzun bir zaman
boyunca sürdürmemiz gerekir! Eğer 1025 tane iskambil kağıdını üstüste
dizmeye kalksak, Samanyolu Galaksisinin çok dışına çıkmamız ve
gözlemlenebilir evrenin yaklaşık yarısı kadar bir mesafe gitmemiz icap eder.
Evrendeki farklı dalga boyları, işte bu kadar geniş bir yelpaze içine
dağılmıştır. Ama ne ilginçtir ki, bizim Güneşimiz, bu geniş yelpazenin çok
dar bir aralığına sıkıştırılmıştır. Güneş'ten yayılan farklı dalga
boylarının % 70'i, 0.3 mikronla 1.50 mikron arasındaki daracık bir sınırın
içindedir. Bu aralıkta üç tür ışık vardır: Görülebilir ışık, yakın
kızılötesi ışınlar ve biraz da yakın morötesi ışınlar.
Bu üç tür ışık sayıca çok gibi durabilir. Ama gerçekte üçünün toplamı,
elektromanyetik yelpazenin içinde tek bir birim yer kaplamaktadır! Bir başka
deyişle, Güneş'in ışığının tümü, üstüste dizdiğimiz 1025 tane iskambil
kağıdının tek bir tanesine karşılık gelmektedir.
Peki acaba neden Güneş'in ışınları bu daracık aralığa sıkıştırılmıştır?
Cevap son derece önemlidir: Güneş ışığı bu daracık aralığa
sıkıştırılmıştır, çünkü Dünya üzerindeki yaşamı destekleyecek olan ışınlar,
sadece bu ışınlardır.
İngiliz fizikçi Ian Campbell, Energy and the Atmosphere (Enerji ve
Atmosfer) adlı kitabında bu konuya değinmekte ve "Güneş'ten
yayılan ışınların, Dünya üzerindeki yaşamı desteklemek için gereken çok dar
aralığa sıkıştırılmış olması gerçekten çok olağanüstü bir durumdur"
demektedir. Campbell'e göre bu durum, "inanılmaz derecede şaşırtıcıdır".
Şimdi ışığın bu "inanılmaz derecede şaşırtıcı" yapısını biraz daha
yakından inceleyelim.
Morötesinden Kızılötesine
Işığın 1025 farklı dalga boyunda olabileceğini belirttik. Bu dalga
boylarının farklı enerji seviyeleri taşıdığına da değindik. Bu enerji
seviyelerini incelediğimizde, farklı dalga boyundaki ışınların, madde ile
temas ettiklerinde çok farklı etkiler meydana getirdiğini görürüz.
Elektromanyetik yelpazenin kısa dalga boyuna sahip ışınlarının ortak
özelliği, çok yüksek enerji taşımalarıdır. Gama ışınları, X ışınları ve
morötesi (ultraviyole) ışınları olarak bilinen bu ışınlar, atomlarla ya da
moleküllerle karşılaştıklarında, yüksek enerjileri nedeniyle onları
parçalarlar. Karşılarına çıkan maddeyi, mikro düzeyde, "delik deşik"
ederler.
Öte yandan, daha uzun dalga boyuna sahip olan ışınlar ise, ki bunlar
kızılötesinden başlar ve radyo dalgalarına kadar gider, çok az enerji
taşıdıkları için, madde üzerinde önemli bir etki oluşturmazlar.
"Madde üzerinde önemli etki" dediğimiz şey ise, kimyasal reaksiyonlardır.
Bilindiği gibi kimyasal reaksiyonların önemli bir bölümü, ortama enerji
girişi ile mümkün olur. Bu gerekli enerji miktarına, "aktivasyon enerjisi"
denir. Bu enerji miktarından daha azı ya da fazlası işe yaramayacaktır.


1. Morötesi


2. Görünen ışık
3. Kızılötesi


y. Güneşin yaydığı ışının yoğunluğu


x. Dalgaboyu (mikron)


Güneş ışınlarının hemen hepsi, 0.3 mikron ile 1.50 mikron arasındaki
daracık bir dalga boyu aralığına sıkıştırılmıştır. Burada yakın morötesi
ışınlar, görülebilir ışık ve kızıl ötesi ışınlar yer alır.


İşte elektromanyetik yelpazenin içinde yer alan çok farklı ışınların
sadece çok küçük bir kısmı, bu "aktivasyon enerjisi"ne eşit bir enerjiye
sahiptir. Dalga boyları 0.70 mikron ile 0.40 mikron arasında değişen bu
ışınların hangi ışınlar olduğunu anlamak isterseniz, biraz başınızı kaldırıp
etrafı seyredebilirsiniz. Çünkü bu ışınlar, şu an görmekte olduğunuz
"görülebilir ışık"tır. Bu ışınların etkisiyle gözünüzde kimyasal
reaksiyonlar oluşmakta ve zaten bu sayede görmektesinizdir.
"Görülebilir ışık" olarak adlandırılan bu ışınlar, elektromanyetik
yelpazenin 1025'te 1'inden bile daha az bir aralıkta olmalarına rağmen,
Güneş ışınlarının toplam % 41'ini oluşturur. Tanınmış fizikçi George Wald
Scientific American dergisinde yayınlanan "Life and Light" (Yaşam
ve Işık) adlı ünlü bir makalesinde bu konuyu ele almış ve "biyolojik
kimyanın enerji ihtiyacı ile Güneş ışınımı arasındaki olağanüstü uyum"u
vurgulamıştır. Gerçekten de Güneş'in yaşama bu kadar uygun bir ışık yayması,
olağanüstü bir tasarımdır.
Peki Güneş'in geriye kalan ışınları ne özelliğe sahiptir?
Bunu incelediğimizde, Güneş'in görülebilir ışık dışında kalan ışınlarının
çok büyük bölümünün "yakın kızılötesi" dediğimiz alanda
kalan ışınlar olduğunu görürüz. Yakın kızılötesi alanı, görülebilir ışığın
bittiği noktada başlar ve çok daracık bir aralığı içine alır. Bu aralık da,
yine elektromanyetik yelpazenin 1025'te 1'inden bile daha dar bir aralıktır.
Acaba bu yakın kızılötesi ışınları neye yarar? Bu kez bu ışınların neye
yaradığını görmek için başınızı kaldırıp etrafı seyredemezsiniz, çünkü
bunlar görülemeyen ışınlardır. Ama göremediğiniz bu ışınları güneşli bir yaz
ya da bahar gününde kolaylıkla hissedebilirsiniz. Dışarı çıkıp yüzünüzü
Güneş'e doğrultun, yüzünüzde hissedeceğiniz ısı, kızılötesi ışınların
yaptıkları etkidir.
Kızılötesi ışınlar ısı enerjisi taşırlar ve dolayısıyla Dünya'nın
ısınmasını sağlarlar. Yani onlar da, yaşam için en az görülebilir ışık kadar
zorunludurlar. Ve Güneş, tam da bizim için gerekli olan bu ışınları yaymak
için yaratılmıştır: Güneş ışınlarının çok büyük bir bölümü, bu iki tür
ışından oluşur.
Peki acaba Güneş'in geriye kalan ışınları nelerdir? Ve bu ışınların bize
bir yararı var mıdır?
Güneş'in yaydığı ışığın içinde oranı en düşük olan üçüncü grup ışınlar, "yakın
morötesi" ışınlardır. Morötesi ışınlar, temelde yüksek enerji
taşıyan, dolayısıyla yaşam için zararlı ışınlardır. Ancak Güneş'in yaydığı
morötesi ışınlar, morötesinin en "zararsız" kısmında, yani görülebilir
ışığın hemen yanıbaşında yer alan ışınlardır. Bu ışınlar ise, mutasyon ve
kanser gibi zararlı etkilerine rağmen, çok önemli bir ayrıntı nedeniyle
yaşam için gereklidirler. Bu daracık aralık içindeki morötesi ışınlar,
insanda ve diğer omurgalılarda, D vitamininin sentezi için gereklidirler. D
vitamini vücuttaki kemiklerin oluşumu ve beslenmesi için zorunludur. Bu
nedenle uzun süre Güneş ışığından uzak kalan kimselerde D vitamini eksikliği
ve buna bağlı kemik hastalıkları baş gösterir
Kısacası Güneş'in yaydığı ışınların tümü, insan yaşamı için gerekli
ışınlardır. Güneş ışınları, elektromanyetik yelpazenin içinde yer alan 1025
farklı dalga boyundan sadece tek bir aralık içine sıkıştırılmıştır ve bunlar
da, ne ilginçtir ki, tam bizim ısınmamızı, görmemizi ve diğer vücut
fonksiyonlarını gerçekleştirmemizi sağlayan ışınlardır.
Yaşam için kitabın önceki bölümlerinde bahsettiğimiz tüm gerekli koşullar
gerçekleşmiş olsa bile, yalnızca Dünya 1025'lik yelpazenin herhangi başka
bir aralığındaki ışınlara maruz kalsaydı yaşam yine olamazdı. İnsanın
varlığı için 1025'te bir ihtimallik bu koşulun da sağlanmış olmasının
tesadüf mantığıyla açıklanması elbette mümkün değildir.
Bu arada bu ışınların bir başka özelliğini daha belirtmek gerekir: Bu
ışınlar, aynı zamanda bizi beslemektedirler de!
Elektromanyetik Spektrum Nedir?
Elektromanyetik tayf ya da elektromanyetik spektrum (EMS), görülebilen ışık
ve görünemez ışın türlerinin dalga boyu veya frekanslarının tayftaki rölatif
yerlerine ifade etmek için kullanılan bir kavramdır. Kısaca; elektromanyetik
spektrum, dalgaların dalgaboyu sırasına göre dizilişidir. Işık veya ışın
yayan bütün maddelerin ışımaları cam prizmalardan veya daha karmaşık
mekanizmalardan geçtiklerinde dalga boylarına göre ayrışarak tayf adı
verilen çeşitli izler oluştururlar. Bu sayede çok uzun radyo
dalgaboylarından, çok kısa gama ışınlarına kadar değişen radyo dalgaları
belirlenebilir.
Ayrıca; elektromanyetik spektrum (tayf) ölçümüyle kimyasal çözümleme, bir
nesnede hangi elementlerin bulunduğu, yıldızların maddesel yapısı hakkında
da bilgi sahibi olunabilir. Örnek; yağmur damlalarına çarparak kırılan güneç
ışınları da dalga boylarına ayrılarak çeşitli renklerde gözüken ışık
tayfına, gökkuşağına sebep olur.
Elektromanyetik Spektrum Nasıl Oluşur?
Her elementin atom yapısı farklıdır. Bir elementin atom yapısındaki çekirdek
tanecikleri, öteki elementlerin atom yapısından farklı olduğu için kendine
özgü dalgaboylarıyla farklı tayf çizgileri oluşturur.
Elektromanyetik Spektrum Çizelgesinde Dalga Boyları Sıralaması:
Kozmik ışınlar
Gamma ışınları
X ışınları
Morötesi ışınlar
Güneş ışınları (Görülebilir ışık)
Kızılötesi ışınlar
Mikrodalga ışınlar
Radyo dalgaları
Çok uzun dalgalar
Kozmik ışınlar: Uzaydan, yeryüzüne ulaşan elektron ve ağır
parçacık sağanağıdır. Dalga boyu 0,0001 0,00001 nanometre civarında olan
ışın türüdür. İnsan sağlına zararlıdır ancak doz çok düşük olduğunu için
etkisi olduğu söylenemez.
Gamma ışınları: Atom bombası, bazı şimşekler ve ışın tedavisinde
kullanılan cihazlar tarafından oluşturulan ışınım türüdür. Dalga boyu 0,0001
0,001 nanometre civarındadır. Kanser tedavisinde kanserli hücreleri yok
etmek için de gamma ışınlarından yararlanılır. İnsan sağlına son derece
zararlı gözle görünmez ışımadır. Atom bombaları ve çok nadir de olsa bazı
şimşekler gamma ışınlarına sebep olurlar.
X ışınları: Röntgen ve tomogrofi gibi tıbbi görüntüleme cihazlarında
kullanılan bir ışın türüdür. Dalga boyu 1 nanometre civarındadır. İnsan
sağlığına son derece zararlı ışınlardır.
Morötesi ışınlar: Güneşten gelen gözle görülemeyen ışınlardır.
Güneşten gelen ışınların %7 morötesi ışındır. Yeryüzündeki bakterileri
öldürmeyi sağladığı gibi vücudun D vitamini üretmesini de sağlar. Ancak
tavsiye edilenden daha uzun bu ışınlara maruz kalmak güneş yanıklarına da
neden olmaktadır. Bu tip ışınlar bulutlardan tamamen geçerek insan sağlığına
zarar verirler. İnsan sağlığına zararlı olduğundan, bu ışınlardan korucu
giysi ve güneş kremleri kullanılmalıdır.
Görünür ışık: Güneş ışığı, ampul ışığı, mum ışığı, ateş ışığı gibi,
insan gözünün görebildiği tüm ışıkları kapsar. Güneşten gelen ışınların %46
görünür ışıktır.
Kızılötesi ışınlar: Isıya sahip her canlı ve cansız madde kızılötesi
ışımaya sahiptir. Güneş ışınların %47 kızılötesi ışınlardan oluşur. Güneşten
gelen yüksek dozda kızılötesi ışınlar insan sağlığına zararlıdır.
Mikrodalgalar: Elektromanyetik dalganın dalga boyunun 1 metreden kısa
olduğu frekanslar için mikrodalga terimi kullanılır. Telsiz, telgraf,
telefon, cep telefonu, radar, mikrodalga fırın, kablosuz internet, kablosuz
kulaklık ve kablosuz diğer elektronik cihazlarda mikrodalgalar kullanılır.
İnsan sağlığına zararlı olduğunu gösteren bilimsel araştırmalar mevcuttur.
Radyo dalgaları: 1 metre ile 100 metre arasındaki elektromanyetik
dalga boyları, radyo dalgaları olarak adlandırılır. Radyo alıcı-vericileri,
TV alıcı-vericileri, cep telefonları, MR (emar), kablosuz bağlantılar, vb.
cihazlar radyo dalgalarını kullanarak çalışır.
Işık, esasında doğrusal dalgalar halinde yayılan elektromanyetik dalgalara
verilen addır. 380nm ile 780nm dalga boyları arası gözle görülebilir. Bu
nedenle spektrumun bu bölümüne görünen ışık (visible light) adı verilir.
Ancak bilimsel terminolojide gözle görünmeyen dalga boylarına da ışık
denilebilir. Işığın özellikleri, radyo dalgalarından gamma ışınlarına kadar
uzanan elektromanyetikdalganın boyuna göre değişir. Başka bir ifadeyle;
ışık, maddenin fiziksel ve kimyasal yapısında atomik düzeyde meydana gelen
bir enerji yayınımıdır.
Elektromanyetik spektrum üzerinde görünen ışık dalgaboyu aralığı
Kaynağından çıktıktan sonra hem madde hem dalga özellikleri göstererek tüm
yönlerde ilerler. Dalga özelliği taşıdığı için tüm dalgalar gibi 1)
dalgaboyu ve 2) frekans (salınım sıklığı) özelliklerine sahiptir. Dalgaboyu,
bir dalga görüntüsünün tekrarlanan birimleri arasındaki mesafe, başka bir
deyişle, komşu iki dalganın tepe noktaları arasındaki uzaklıktır. Dalgaboyu
genelde Yunanca lamda (λ) ile gösterilir. Dalgaboyu frekans ile ters
orantılıdır. Dolayısıyla dalgaboyu uzadıkça frekans azalır. Işığın yayılma
hızı, dalgaboyu ve frekans değerleri çarpılarak bulunur. Aşağıdaki tabloda
görünen ışığın veya renklerin dalgaboyu ve frekans değer aralıkları
görülmektedir. Günışığının frekansı yaklaşık 600 milyardır. Yani kaba bir
ifadeyle günışığı saniyede 600 milyar kez yanıp söner.
Işık dalgaboyu ve frekans aralıkları
Işığın boşlukta yayılma hızı saniyede 300.000 kilometreye yakındır. Işık
farklı yoğunlukta ortamlarda farklı hızlarla ilerler. Bir nesnenin
görülebilmesi için ya kendisinin bir ışık kaynağı olması ya da yüzeyine
çarpan ışığı yansıtması gerekir.
Işığın ve tüm diğer elektromanyetik dalgaların temel olarak üç özelliği
vardır: 1) Frekans; 2) Şiddet; 3) Polarite.
Frekans, dalgaboyu ile ters orantılıdır ve insan gözü tarafından renk olarak
algılanır.
Şiddet, genlik olarak da geçer ve insan gözü tarafından parlaklık olarak
algılanır.
Polarite, titreşim açısıdır ki normalde insan gözü tarafından algılanmaz.
Işık, pratikte ikiye ayrılır:
1) doğal ışık (günışığı, ayışığı vb.) ve 2) yapay ışık (lamba vb.)
Işık üç ana grupta incelenebilir: 1) direkt ışık, 2) yansıyan ışık ve 3)
filtrelenmiş ışık.
Fotoğrafta ışığın dört temel özelliğinden söz edilebilir: 1) parlaklık, 2)
yön, 3) renk ve 4) kontrast.
Işığın fotoğrafta dört temel fonksiyonu vardır:
1) konuyu aydınlatır, 2) hacim ve alan derinliğini belirler, 3) psikolojik
etkiye neden olan atmosferi etkiler ve 4) aydınlık ve karanlık bölgeler
yardımıyla desenler oluşturur.
Renk (Işık Frekansı)
Renk, ışığa ait farklı dalgaboylarının göz retinasına ulaşmasıyla ortaya
çıkan bir algılamadır. Bu algılama, ışığın yüzeylere çarpması ve kısmen
soğurulup kısmen yansıması yüzünden çeşitlilik gösterir. Ortaya çıkan
çeşitlilik, renkler ve renk tonları olarak adlandırılır. Tüm dalga boyları
aynı anda retinaya ulaşırsa beyaz, hiç ışık ulaşmazsa siyah algılanır.
Kısaca renk ışıktır denebilir. Çünkü ışığın olmadığı yerde en renkli
nesneler bile siyaha dönüşürler veya hiç görünmezler. Renk aslında var ama
ışık olmadığı için görülemiyor şeklinde bir ifade kabul edilemez. Örneğin;
beyaz bir bina günışığında beyazdır. Gece kırmızı spotla aydınlatıldığında
kırmızı, mavi spotla aydınlatıldığında mavi görünür. Nesnenin rengi o
nesneyi görmemizi sağlayan ışıkla birlikte değişir.
Işık Enerjisi:
Doğada temel enerji ışık enerjisidir.Güneşteki nükleer patlamalar sonucu
Helyum atomları oluşurken bir enerji açığa çıkar.Bu enerjinin küçük bir
kısmı güneş ışınlarıyla dünyaya ulaşır.
Güneş ışığı dünyaya farklı dalga boylarında gelir. Işığın kısa ve uzun dalga
boylarına göre sıralanmasına elekromanyetik spektrum denir. İnsan gözü 3900
ve 7600 A° arasındaki dalga boylarını ayırt edebilir. Her dalga boyunun
oluşturduğu bir ışık rengi vardır. Görebildiğimiz renkler;mor, mavi,yeşil,
sarı, turuncu ve kırmızıdır. Kırmızıdan daha uzun dalga boylarına kızıl
ötesi ışınlar denir.Mordan daha kısa olanlara ise mor ötesi ışınlar
denir.Kısa dalga boyundaki ışınlar ve daha fazla enerji
yüklüdürler.Genellikle daha zararlıdırlar.
Renkler arasındaki farkın nedeni
Maviden kırmızıya uzanan renkleri birbirinden farkı görünmesini nedenine
bakarsak cevabın ışığın dalga modelini kullanarak bulunacağını
görebiliriz.Tabi bunu açıklarken aynı zamanda göremediğimiz ışık türleri
olan (radyo dalgaları-x ışınları gibi) elektromanyetik dalgalarıda açıklamış
olacağız.
Işık dalgalardan oluşuyorsa farklı ışık türleri (renkler gibi) farklı
dalgalardan oluşur. Yani renkleri birbirinden ayıran şey ışığın dalgaboyudur.Mesela
ışığın dalgaboyu 700 nanometre ise kırmızı renkde dalgaboyu 400 nanometre
ise mor renkte görülür.Dalgaboyundaki her değişiklik renk tonunun
değişmesine yol açar.
Bunu anladıktan sonra diğer elektromanyetik dalgalardan bahsedebiliriz.Işık
aslında elektromanyetik dalga ailesinin küçük bir kısmıdır sadece.İnsan gözü
bu dalgaların sadece 380-760 nanometre arasındakileri farkedebilir.Ve bu
farkettiği dalgalara da ışık adını vermiştir.Göremediğimiz kısımda ise radyo
dalgaları- x ışınları, infrared gibi diğer elektromanyetik dalga türleri
vardır.Mesela televizyon kumandaları aslında infrared ışın yayar ama bunu
biz göremeyiz.Çünkü dalgaboyu bizim görme sınırımız olan kırmızıdan daha
büyüktür, benzer şekilde ultraviyole ışınlarını da
açıklayabiliriz.Sahillerde tenimizin kararmasına yol açan bu ışın görme
sınırımızın diğer ucunda olan mor ışıktan biraz daha küçük dalgaboyuna
sahiptir.Biz gözlerimizle etrafımızdaki herşeyi gördüğümüzü sanarken aslında
herşeyin çok az bir dilimini görebiliyoruz.
Özellikle optikle uğraşan fizik laboratuvarlarında ya da dalgalar çalışmakta
olan bir fizik öğrencisinin defteri arasında bulunabilir. Elektromanyetik
spektrum, mevsimlerin ve ayların sıralanışı gibi dalga boylarına göre
elektromanyetik dalgaları sınıflandırır. Birçok fizikçi için elektromanyetik
dalgalar konusunda en önemli referanstır ve elektromanyetik spektrum da
mevsimler gibi süreklidir. Ağustos bitip eylül başlarken birdenbire sonbahar
iklimi yaşanmadığı gibi mikrodalgadan radyo dalgalarına geçerken de
dalgaların özellikleri birdenbire değişmez. Sınıflandırmalar her ne kadar
keskin gibi görünse de geneldir ve bir bütünlük arz eder. Onu ayıran tek şey
çizimine başlandığı zamandan bitirilene kadar yaklaşık 250 sene geçmesidir!
Elektromanyetik spektrum, oluştuğu tarihsel süreçle, sunduğu bilgiyle ve bir
başvuru kaynağı olmasıyla periyodik cetvelle de yakın akrabadır. Çok
rahatlıkla söylenebilir ki, bir kimyacı için periyodik cetvel ne ise, bir
fizikçi için elektromanyetik spektrum odur. Genelde periyodik cetvelden daha
az bilinir çünkü temel fizik eğitiminin üstüne çıkıldığında öğretilir. Fakat
göreceksiniz ki onu anlamak için sanıldığı kadar yüksek bir fizik bilgisine
ihtiyaç yoktur.
Elektromanyetik spektrumu anlamak şüphesiz onu oluşturan 250 yıldan
bahsetmeden pek mümkün değil. Birlikte, bu iki buçuk asırlık tarihsel süreci
işlerken, bir kez daha bilimin katlanarak ilerlediğine ve bilimsel
atılımların yüzyıllara uzanan sabırlar gerektirdiğine şahit olacağız.
Tarihsel Süreç
Aristodan bu yana beyaz ışığın kendi başına bir renk olduğuna inanılıyordu.
1666 yılında karanlık bir odada yaptığı prizma deneyiyle Newton, sanıldığı
gibi olmadığını, beyaz ışığın aslında tüm renklerin bir karışımı olduğunu
gösterdi. Newton bu deneyde tamamıyla gökkuşağının oluşumunu açıklayabilmeyi
amaçlıyordu. Bunun için yapay bir gökkuşağı oluşturdu. Güneş 1ışığını küçük
bir delikten geçirerek odaklandırdı ve doğruca yağmur damlası görevi görecek
olan prizmaya gönderdi. Prizmadan geçen beyaz ışık yansıdığı yüzeyde yapay
bir gökkuşağı oluşturuyordu. Peki, ne oluyordu da beyaz ışığın prizmadan
geçmesiyle bilinen tüm renklerin sürekli bir spektrumu oluşuyordu? Bu soru
ışığın yapısının henüz anlaşılamadığı bir dönemde yaşamış olan Newton için
cevaplandırılmaktan hayli uzaktı. 1801 yılında Youngın yaptığı çift yarık
deneyiyle dalga olduğu kanıtlanan ışığın, prizmadan geçerken, dalga boyuna
göre farklı açılarla kırıldığı ve böylece renklerine ayrıldığı anlaşıldı.
Newton, karanlık odada, prizmada kırılıp duvara yansıyan ışığı izlerken
tarihin ilk elektromanyetik spektrumunu seyrettiğinin farkında değildi.
Henüz bilimsel araştırma tekniklerinin içinde hangisinin doğru olduğunun
bile tartışıldığı bir dönemde hiç kuşkusuz bu farkındalık beklenmeyecek bir
atılım olurdu. O dönemlerde ışığın yapısının anlaşılması bir yana dursun,
hala birçok kişi görme olayının gözün bir ışık kaynağı olarak kabul
edilmesiyle açıklanabileceğine inanıyordu! Hal böyleyken Newtonun saçılan
ışıklarının aslında mini bir elektromanyetik tayf olduğunun anlaşılabilmesi
için yaklaşık 200 yıl geçmesi ve Maxwellin ışığın bir elektromanyetik dalga
olduğunu ortaya koyması gerekecekti.
Newtonun prizma deneyiyle oluşturduğu ışık tayfı.
Tayfın gerçekte bu kadarla sınırlı kalmadığına yönelik ilk çalışma 1800de
William Herschelden geldi. Herschel, Newtonun prizmada kırılan ışıklarını
bir termometreyle incelemeye karar verdi ve sırasıyla prizmada ayrışan bütün
renklerin sıcaklıklarını ölçtü. Kırmızı rengin ölçümünü aldıktan sonra çok
ilginç bir şeyle karşılaştı. Termometrenin, kırmızı rengin ötesinde de
yükseldiğini gördü! Bu durum kırmızı rengin ötesinde onun görmediği ama
termometrenin algıladığı bir ışımanın varlığına işaretti. Onu son derece
şaşırtan bu kırmızı ötesi ışıma türüne kalorifik ışınlar ismini verdi. 19.
yüzyılın sonlarında bu ışıma türü için kızılötesi terimi daha sıklıkla
kullanılmaya başlandı ve öylede kabul gördü.
1800de Herschelin kızılötesi keşfiyle birlikte görünmeyen ışınımların da
var olabileceği anlaşıldı ve izleyen yıllarda bilim adamları görünmeyen
ışımalara karşı ilk şaşkınlıklarını üzerlerinden atmışlardı. Herschelin
keşfinin hemen sonrasında, 1801 yılında, Alman fizikçi Johann Wilhelm Ritter
ışık tayfının kırmızı ötesinde ayrı bir ışıma türü varsa, mor ötesinde de
başka bir ışıma türü olabileceğini düşündü. O yıllarda ışığın gümüş klorürü
kararttığı biliniyor ve bu teknik fotoğrafçılıkta kullanılıyordu. Ritter,
gümüş klorürü tayfın farklı renklerini kullanarak kararttı ve bunu yaparken
geçen süreyi ölçtü. Kırmızıdan mora giderken ışığın enerjisi arttığından
gümüş klorürün kararma süresi de kısalıyordu. İnsan gözünün göremediği mor
ötesinde ise, kararma işlemi tayfın diğer tüm renklerinden daha hızlı
gerçekleşiyordu. Ritter, bu deneyle morötesindeki ışıma türünü keşfetmiş
oldu. Bu ışımaya, kimyasal bir yolla tespit etmesinden olacak ki, kimyasal
ışınlar ismini verdi. Fakat yine ilerleyen yıllarda bunun yerine morötesi
terimi kullanılmaya başlandı.
Tayfın iki ucunda da görünmeyen ışıma türlerinin keşfedilmesi birçok bilim
adamında onun tamamlandığı izlenimini uyandırmıştı ve ışık tayfı, tabiri
caizse işi bitmiş olarak kaldırılıp bir kenara konmuştu. Fakat Michael
Faradayın elektromanyetizma alanındaki ilerleyişi, ışığın bambaşka
gizemlere gebe olduğuna işaret edecekti.
Faradayın 1845 yılında yaptığı Faraday etkisi ismiyle bilinen keşfe göre
ışığın, bir manyetik alan içerisinden geçerken polarizasyon açısı (polarize
ışığın, dielektrik yüzeyden, yansıyan bileşen olmadan geçtiği özel açı)
değişiyordu. Bu olay ışığın elektromanyetizmayla ilişkili olduğuna işaret
eden ilk delildi. 1860lı yıllarda James Clerk Maxwellin matematiksel
zemine oturtarak ayakları yere basar hale getirdiği elektromanyetik kuramın
ışıkla olan bağlantısı tüm açıklığıyla gün yüzüne çıktı. Maxwell,
elektromanyetik dalga denkleminin işaret ettiği dalga hızını hesapladığında
şaşırtıcı bir sonuçla karşılaştı: 300 000 km/s. Yani ışığın boşluktaki hızı.
Öyle ki ışığın hızını veren değerler, ışıkla hiçbir ilgisi olmayan birtakım
deneyler sonucu elde edilmiş elektrik ve manyetik sabitlerdi. Bunlar
sonucunda ışık hızının elde edilmiş olması, elektromanyetik dalgaların ışık
hızıyla ilerlediğinin yanı sıra ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğunu
fısıldar gibiydi. Maxwell, bu ilişkinin yalnızca tesadüften ibaret
olamayacağını düşünerek 1865te ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu
ileri sürdü. Nitekim onun teorik keşfinin ardından yapılan deneysel
çalışmalar, ışığın, bir elektromanyetik dalganın karakteristik özelliği olan
elektrik ve manyetik alan salınımlarına sahip olduğunu ortaya çıkardı.
Maxwellin olağanüstü keşfi, elektromanyetik kuramı ana hatlarıyla
oluşturmakla birlikte, elektromanyetik spektrumun varlığının ilk
göstergesiydi. Kuram, spektrumun öyle sanıldığı gibi kızılötesi, görünür
ışık ve morötesi ışımadan ibaret olmadığını söylüyordu. Zira denklemler baz
alınarak spektrumun her bölgesini oluşturmak mümkündü. Geriye kalan tek şey
diğer tüm elektromanyetik dalgaları deneysel olarak keşfetmekti.
Keşifler birbiri ardına gelmekte gecikmedi. İlk olarak 1888de Heinrich
Hertz, basit bir elektriksel salınımla spektrumun kızılötesi tarafında düşük
enerjili radyo dalgalarını keşfetti ve bu dalgaların Maxwellin teorisinde
olduğu gibi ışık hızında ilerlediklerini doğruladı. Çalışmalarını ilerleten
Hertz, radyo dalgalarıyla kızılötesi arasında radyo dalgalarına göre daha
yüksek enerjili olan mikrodalga bölgesi elektromanyetik dalgaları da elde
edebilmeyi başardı. Hertzin ortaya koyduğu bulgularla spektrumun kızılötesi
tarafındaki elektromanyetik dalgalar tamamlanmış oluyordu.
Spektrumun yüksek enerjili morötesi tarafındaki keşifler daha sonra geldi.
1895te Wilhelm Röntgen, o dönemlerde fizikçilerin çokça üstünde çalıştığı
Crookes tüpüyle deneyler geliştirirken yeni bir ışıma türü keşfetti. Bu
ışımanın sınıflandırmada nereye ait olduğunu bilmediğinden ona X-ışınları
demeyi uygun gördü. Onun bu keşfi günümüzde tıbbi alanda halen kullanılmakta
olan yeni bir tanı yöntemini beraberinde getirirken, Röntgene de 1901de
tarihin ilk Nobel Fizik ödülünü kazandırdı.
Elektromanyetik spektrumun son parçası olan yüksek enerjili gama ışınlarının
keşfi 1900de Paul Villarddan geldi. Villard, radyoaktif bir çekirdeğe
sahip olan radyum atomunun yaydığı radyasyonu incelerken daha önceden
bilinen alfa ve beta ışımalarının dışında henüz keşfedilmemiş yüksek
enerjili bir ışıma türüyle karşılaştı. Bu yüksek enerjili ışımaya Villard
ışıması ismini verdi fakat 1903 yılında, alfa parçacığının kaşifi Ernest
Rutherford, bu ismin takip eden analojiye uygun olmadığını ve Villardın
keşfettiği ışıma türüne gama ismi verilmesinin daha uygun olacağını
belirterek bu ışıma türünün gama ismini almasını sağladı.
1666da Newtonla, bilim adamlarının ilk kez karşısına çıkan elektromanyetik
spektrum yaklaşık 250 yıllık bilimsel bir maceranın sonunda Villardın gama
ışınlarını keşfiyle tamamlanmış oluyordu. Artık tamamlanan spektrum,
laboratuvar duvarlarındaki ve fizik öğrencilerinin defterleri arasındaki
yerini almaya hazırdı.
Bugünkü Haliyle Elektromanyetik Spektrum
Spektrum (tayf) kelime anlamı itibariyle, birtakım fiziksel gerçeklerin
sürekli bir şekilde birbiri ardına sıralanmasıdır. Elektromanyetik spektrum
denildiğinde fiziksel gerçekliğimiz kuşkusuz elektromanyetik dalgalardır ve
onu önemli kılan şey de budur.
Elektromanyetik dalgalar artan teknolojiyle birlikte her geçen gün
hayatlarımızda daha fazla yer ediyor. Öyle ki bilimin dâhiyane çabalarla
tanıyıp spektrumdaki yerine yerleştirdiği bu dalgalar, uzaktaki bir
sevdiğinizin sesini birkaç tuşa basarak duyabilmenizi, artmış yemeğinizi
ısıtabilmenizi ve etrafınızı görebilmenizi sağlıyor! Hayatlarımız onlarla iç
içe geçmiş durumda. İşte elektromanyetik spektrum, her alanda karşımıza
çıkan bu dalgaları onların belli özelliklerine göre sınıflandırıyor ve
bizlere onlarla ilgili teknik bazı bilgiler sunuyor.
Peki, tam olarak nedir bu elektromanyetik dalgalar? Spektrum onları hangi
özelliklerine göre sınıflandırır ve nasıl böylesine hayatımızın içindeler?
Tüm bu soruların cevapları ve elektromanyetik spektrumu daha iyi
anlayabilmek için elektromanyetik dalgalara daha yakından bakalım. Fakat
önce dalgalar ile ilgili birkaç basit tanımı ele almalıyız.
Dalgalar
Konu dalgalar olduğunda verilen ilk örnek su dalgalarıdır. Durgun bir göle
attığınız taşın suda, merkezinden genişleyerek yayılan halkalar şeklinde
dalgalar oluşturduğunu mutlaka gözlemlemişsinizdir. Bu dalgalar yalnızca
suda değil, ses olarak havada, hatta deprem olarak hissettiğimiz dalgalar
dünyanın yerkabuğunda yayılırlar. İncelediğimiz elektromanyetik dalgalarda
dâhil olmak 4üzere birbirinden farklı tüm bu dalgaların ortak bazı
özellikleri var. Bu özellikler elektromanyetik spektrumdaki sınıflandırmanın
da ana öğesi konumunda.
Dalgalar, uzayda yayılan ve enerjinin taşınmasını sağlayan titreşimlerdir.
Onları tanımlayan sihirli sözcük enerji transferidir ve bu durum
elektromanyetik dalgalarda bilgi transferini de açıklayan bir özelliktir.
Dalgalar, kendini tekrarlayan, periyodik bir yapıda (keman sesi)
olabilecekleri gibi, tek seferlik, periyodik olmayan (patlama sesi) yapıda
da olabilirler. Bütün dalgalar, dalgaboyu, frekans, periyot gibi
birbirleriyle bağlantılı ve sadece dalgalara özgü kimi özellikler
barındırırlar.
Bir dalganın birbirini izleyen iki eş noktası arasındaki (iki tepe, iki
çukur..) uzaklığa dalgaboyu denir. Dalgaboyu bir dalganın en önemli
özeliğidir ve elektromanyetik dalgalar için sınıflandırma sadece bu bilgiyle
dahi yapılabilir.
Periyot, dalganın, tek bir salınım için harcadığı zamandır. Birimi
saniyedir. Frekans ise bunun tam tersi olup dalganın bir saniyedeki salınım
sayısıdır. Tüm bu tanımlar, dalgaları tanımamıza yarayan, parmak izi gibi
bir ayırt edici özellik oluştururlar. Aynı zamanda bu tanımlar birbiri ile
sıkı bir bağlantı içindedir. Öyle ki, periyot ve frekans birbirinin tersidir
ve dalganın hızı, tanımlardan da anlaşılacağı üzere dalgaboyu ve frekansın
çarpımına eşittir. Dalga hızı kavramı akılcı bir yaklaşıma da uyar;
dalgaboyu sabit olmak üzere frekans ne kadar büyükse veya frekans sabit
olmak üzere dalgaboyu ne kadar uzunsa dalga o kadar hızlı ilerler.
Elektromanyetik Dalgalar
Elektromanyetik dalgalar genel dalga tanımına tamamıyla uymakla birlikte
barındırdıkları birkaç farklı ayrıntıyla özelleşirler. Onlar üç boyutludur!
Bir elektromanyetik dalgayı yalnızca iki koordinat kullanarak çizmekte
zorlanabilirsiniz. Çünkü o, hem elektrik alan hem de manyetik alan olmak
üzere iki bileşen barındırır ve ilerleme doğrultusu üçüncü boyutu oluşturur.
Faradaydan beri biliyoruz ki değişen bir elektrik alan manyetik alan,
değişen bir manyetik alan da elektrik alan yaratır. Bir elektromanyetik
dalga oluşturmak için elektrik alanda bir salınım oluşturup ayrıyeten bir de
bunu manyetik alan için yapmanız gerekmez. Elektrik alanda meydana
getirdiğiniz salınım, manyetik alan bileşenini otomatikman meydana getirir.
Bu özelliğiyle bir elektromanyetik dalga birbirini yaratan iki bileşeniyle
uzayda sürekli bir salınım halindedir ve Maxwellin denklemleriyle ortaya
çıkan gerçeğe göre bütün elektromanyetik dalgalar c ile gösterilen ışık
hızıyla yayılır.
İncelediğimiz elektromanyetik dalgalar, elektromanyetik spektrumda
dalgaboylarına göre sıralanmıştır. Bu sıralama süreklidir yani arada
herhangi bir şekilde hiçbir boşluk yoktur. Dalgaboyuna göre sıralanan
ışımalar, dalga hızı formülüne göre dolaylı olarak ikinci bir ifadeye göre
daha sıralanmış olur. Elektromanyetik dalgaların tümünün yayılma hızı ışık
hızı gibi bir sabit değere eşit olduğundan, hızın çarpımını veren dalgaboyu
ve frekans değerlerinin ters orantılı olacağı rahatlıkla anlaşılabilir. Yani
spektrumda dalgaboyunun artışı frekansın azalması, frekansın artması
dalgaboyunun azalması demektir.
Bu versiyonda elektromanyetik dalgaların dalgaboyu özellikleri hayatın
içinden örneklerle betimlenmiş. Görüyoruz ki, spektrumun bir gökdelen
boyundaki radyo dalgalarından atomik ölçülere kadar giden geçerliliği,
önümüze oldukça şaşırtıcı ve bir o kadar da anlamaya değer bir tablo
çıkarıyor.
Elektromanyetik spektrumu çözümledikten sonra elektromanyetik dalgaların her
birinin nasıl üretildiklerine, kullanım alanlarına ve hayatımızdaki
yerlerine tanımlar oluşturarak bakalım:
Radyo dalgaları: Dalgaboyu 1 milimetreden uzun elektromanyetik dalga
sınıfıdır. Spektrumda en uzun dalgaboyuna sahiptirler ve dolayısıyla en
düşük frekanslı dalgalardır. Bir elektrik titreşimiyle üretilebilir ve
evrenin her yerinde bulunabilirler! Süpernova patlamalarının kalıntılarında
bile karşımıza çıkabilir. Bu nedenle evrenin uzak köşelerinden gelen radyo
dalgalarındaki soğurma tayfı incelenerek bazı yıldız ve gezegen
oluşumlarının madde yapısı anlaşılabilir. Evrenin oluşumunu açıklayan büyük
patlama kuramıyla ilgili en önemli kanıtlardan biri olan 1.9 mm dalgaboylu
arka plan ışıması bu dalga sınıfına ait bir ışımadır.
Mikrodalga radyasyonu: Radyo dalgaları sınıfının 1 mm ile 1 metre
arası dalgaboylarını kapsayan bir alt sınıfıdır. Elektrik devrelerinde
magnetron ve klystron gibi vakum tüpleri kullanılarak üretilebilirler.
Radarlarda, cep telefonlarında, kablosuz internet erişiminde ve hepimizin
bildiği mikrodalga fırınlarda mikrodalga sınıfı dalgalar kullanılır.
Mikrodalga fırınlar su moleküllerinin titreşimini arttıracak özel bir
dalgaboyu değerinde(12.25 cm) çalışırlar. Yani korkmayın, mikrodalga
aralığında çalışsa da kablosuz adaptörünüz sizi hiçbir zaman ısıtmayacaktır!
Kızılötesi(Infrared) radyasyon: Dalgaboyu aralığı 1mm ile 710
nanometre arasıdır ve belli bir sıcaklığa sahip tüm maddelerce üretilirler.
Eğer yakın zamanda ateşli bir hastalığa yakalanmadıysanız siz de yaklaşık 37
°C vücut sıcaklığınızla her saniye etrafınıza 10 mikrometre(10bin nanometre)
dalgaboylu kızılötesi ışıma yayıyorsunuz! Görselde örneğini gördüğünüz
termal kamera, bir köpeğin vücudundan yayılan bu ışımaları algılıyor. Farklı
sıcaklıklar farklı dalgaboylarında kızılötesi ışınımların oluşmasına neden
olduğundan bu kameralarla bölgesel sıcaklık değişimleri de rahatlıkla
gözlenebiliyor.
Görünür ışık: Spektrumun ilk keşfedilen ve insan gözünün algılayabildiği tek
kısmıdır. Görünür ışık 400 ile 700 nanometre dalgaboyu aralığında spektrumun
en dar bölgesini oluşturur. Bu aralıktaki bütün dalgaboyları insan gözü
tarafından farklı bir renk olarak algılanır. Kırmızı renk bu aralıkta en
uzun dalgaboylu ışıma olarak görülürken mor renk en kısa dalgaboylu
ışımadır. Güneş, görünür bölge dalgaları için doğal bir kaynaktır.
Morötesi ışınım: 10 ile 400 nanometre dalgaboyu aralığındaki
ışımalardır. İnsan gözü tarafından görülemeseler de eşek arıları gibi bazı
hayvanlar tarafından algılanabilirler. Her ne kadar morötesi ışımaları
algılayamasak da onlar sayesinde bronzlaşırız! Güneş kaynaklı morötesi
dalgaların çoğu ozon tabakası tarafından tutulsa da bir kısmı dünya yüzeyine
ulaşır. Diğer yandan, yıldız ve galaksilerin incelenmesinde de
kullanılırlar. Tek zorluk morötesi ışımaları algılayacak olan teleskopun
ozon tabakası dışına koyulması gerektiğidir.
X ışınları: Dalgaboyları 0.01 ile 10 nanometre aralığında değişen
dalgalardır. Yüksek hızlı atomların yavaşlatılması veya atom içindeki
elektron yörüngeleri arasındaki geçişlerle üretilirler. Yüksek enerjili bir
ışıma olup yüksek dozda maruz kalınması canlılar için tehlikelidir. Kullanım
alanları başta tıpta popüler bir tanı yöntemi olmak üzere, molekül
geometrilerinin oluşturulmasındaki kristalografi çalışmalarından, maddelerin
element analizlerinin yapıldığı cihazlara kadar uzanmaktadır.
Gama ışınları: 0.01 nanometreden daha küçük dalgaboylu ışımalardır.
Spektrumun en yüksek enerjili bölgesidir. Oluşumları doğrudan atom
çekirdeğinde gerçekleşen olaylara dayanır. Radyoaktif atomlar sayesinde veya
nükleer reaksiyonlar neticesinde oluşturulabilirler. Evrende, pulsarlar,
kara delikler ve kuasarlar gibi yüksek enerjiye sahip gök cisimlerinde
meydana gelen nükleer patlamalar neticesinde bolca bulunurlar. Gama ışınları
sahip oldukları yüksek enerjiyle canlılar üzerinde yok edici etkiye
sahiptir. Bunun yanında gama ışınlarının tıpta kanserli hücrelerin
öldürülmesinde ve besinler üzerindeki mikropların yok edilmesinde
kullanılıyor olması bu zararlı etkinin bilinçli kullanıldığında faydalı
olabileceğinin ispatıdır.
Kozmik Işınlar
Dış uzaydan gelen radyasyonlardır. Elektromanyetik Spektrumdaki en kısa
dalga boyuna sahiptirler.
Gama Işınları
Bunlar atom çekirdeğinden gelen radyasyonlardır ve genelde çekirdekteki
anlık değişimlerden sonra yayılırlar (radyoaktivite). Bir atom çekirdeğinin
çapından daha küçük dalga boylu dalgalar içerirler.
X-Işınları
Kaynaklar: lambalar, x ısını tüpleri ve metal bir hedefe çarpan hızlı
elektronlardır. X ısınları yumuşak maddelerin içine nüfuz ederler.
Ultraviyole Işınlar
Kaynaklar; lambalar, gaz deşarjları ve de yıldızlardır. Kısa dalga boylu
morötesi ışınlar zararlı olabilirler.
Görünen Işık
Işık diye hitap edilen elektromanyetik spektrumun bu küçük bölümünü insan
görebilir. Bu bölümde mor ile başlayan ve kırmızıyla biten renkler vardır.
Kızılötesi Işınlar
Bütün sıcak ve soğuk maddeler tarafından oluşturulurlar. Atomlar tarafından
emildiklerinde maddeyi ısıtırlar, onun için de ısı radyasyonu da denir.
Mikrodalgalar
Radarlarda kullanılan çok kısa dalgaboyuna sahip radyo dalgalarıdır. Aynı
zamanda mikrodalga fırınlarda ve kablo gerektirmeyen uzak mesafe
iletişimlerde kullanılır.
Radyo Dalgaları
Bunların kaynakları elektrik osilasyonlarıdır. Telefon, televizyon ve
radyoda bağlantı kablosu gerektirmeden kullanılır.
Electromagnetic Spectrum Wavelength
The waves which do not require any medium for propagation are called
Electromagnetic Waves. The electromagnetic waves have continuous
wavelength. These wavelengths are starting from gamma rays which
are short to radio waves that are long. The orderly distribution of
wavelength of an electromagnetic waves is called the Electromagnetic
Spectrum Wavelength.
From the above figure we could notice the Electromagnetic waves or light
waves are having varying wavelength and frequency. Thus, Electromagnetic
radiation is made of this varying frequency and wavelength.
Here we are considering the wavelengths of all range found in the spectrum
and classifying the rays produced by the electromagnetic radiations based
on their wavelength. We call this as Electromagnetic Spectrum
Wavelength. Thus, the entire range of
wavelength over which electromagnetic radiation exists is known as
Electromagnetic Spectrum Wavelength.
The
Wavelength spectrum is explained by the spectrum of electromagnetic
spectrum. The electromagnetic spectrum extends from low frequencies to
almost infinite frequencies. The low frequencies results in very large
wavelength as we know that the wavelength and frequency are inversely
proportional to each other and the infinite frequency corresponds to almost
zero wavelength which is measured in Plank's length. The Wavelength spectrum
has the following range as shown in the figure:
Electromagnetic Spectrum Wavelength Range
Visible Light Spectrum Wavelength Chart
The Visible light spectrum
starts from UV and ends at infrared, it means that the visible region lies
in between the UV rays (rays emitted by sun) and infrared rays (rays emitted
by deep space objects). It is also known as Light Spectrum Wavelength band.
The spectrum of visible light have Red, Orange, Yellow, Green, Blue, Indigo
and violet and you can see in the figure below. The Red being the lowest
frequency ray in the visible spectrum and violet being the highest frequency.
To learn the sequence we can remember VIBGYOR.
The following chart gives us the better understanding of the wavelength of
the colors:
|Color
||Wavelength


|Violet
||400 - 420 nm


|Indigo
||420 - 440 nm


|Blue
||440 - 490 nm


|Green
||490 - 570 nm


|Yellow
||570 - 585 nm


|Orange
||585 - 620 nm


|Red
||620 - 780 nm


This can also be called Visible light
Spectrum Wavelength chart.
Color Spectrum Wavelength
The Wavelength which is in the visible region constitutes the color
spectrum. These wavelength are very near to each other and have different
color which is visible to the human eye. The color spectrum is also known as
optical spectrum. Although the color produced are from very narrow band of
wavelengths. These colors are pure spectral color.
Below is given Electromagnetic Spectrum Wavelength chart which shows
wavelength and frequency in different regions :
This can also be called Wavelength Spectrum Chart.
What are radio waves?
The basic
building block of radio communications is a radio wave. Like waves on a pond,
a radio wave is a series of repeating peaks and valleys. The entire pattern
of a wave, before it repeats itself, is
called a cycle.
The wavelength is the distance a wave takes to complete one cycle. The
number of cycles, or times that a wave repeats in a second, is called
frequency. Frequency is measured in the unit hertz (Hz), referring to a
number of cycles per second. One thousand hertz is referred to as a
kilohertz (KHz), 1 million hertz as a megahertz (MHz), and 1 billion hertz
as a gigahertz (GHz). The range of the radio spectrum is considered to be 3
kilohertz up to 300 gigahertz.
A radio wave is generated by a transmitter and then detected by a receiver.
An antenna allows a radio transmitter to send energy into space and a
receiver to pick up energy from space. Transmitters and receivers are
typically designed to operate over a limited range of frequencies.
Electromagnetic Energy
The nature of light has been a subject of inquiry since antiquity. In the
seventeenth century, Isaac Newton performed experiments with lenses and
prisms and was able to demonstrate that white light consists of the
individual colors of the rainbow combined together. Newton explained his
optics findings in terms of a "corpuscular" view of light, in which light
was composed of streams of extremely tiny particles travelling at high
speeds according to Newton's laws of motion. Others in the seventeenth
century, such as Christiaan Huygens, had shown that optical phenomena such
as reflection and refraction could be equally well explained in terms of
light as waves travelling at high speed through a medium called "luminiferous
aether" that was thought to permeate all space. Early in the nineteenth
century, Thomas Young demonstrated that light passing through narrow,
closely spaced slits produced interference patterns that could not be
explained in terms of Newtonian particles but could be easily explained in
terms of waves. Later in the nineteenth century, after James Clerk Maxwell
developed his theory of electromagnetic radiation and showed that light was
the visible part of a vast spectrum of electromagnetic waves, the particle
view of light became thoroughly discredited. By the end of the nineteenth
century, scientists viewed the physical universe as roughly comprising two
separate domains: matter composed of particles moving according to Newton's
laws of motion, and electromagnetic radiation consisting of waves governed
by Maxwell's equations. Today, these domains are referred to as classical
mechanics and classical electrodynamics (or classical electromagnetism).
Although there were a few physical phenomena that could not be explained
within this framework, scientists at that time were so confident of the
overall soundness of this framework that they viewed these aberrations as
puzzling paradoxes that would ultimately be resolved somehow within this
framework. As we shall see, these paradoxes led to a contemporary framework
that intimately connects particles and waves at a fundamental level called
wave-particle duality, which has superseded the classical view.
Visible light and other forms of electromagnetic radiation play important
roles in chemistry, since they can be used to infer the energies of
electrons within atoms and molecules. Much of modern technology is based on
electromagnetic radiation. For example, radio waves from a mobile phone, X-rays
used by dentists, the energy used to cook food in your microwave, the
radiant heat from red-hot objects, and the light from your television screen
are forms of electromagnetic radiation that all exhibit wavelike behavior.
Waves
A wave is an oscillation or periodic movement that can transport energy from
one point in space to another. Common examples of waves are all around us.
Shaking the end of a rope transfers energy from your hand to the other end
of the rope, dropping a pebble into a pond causes waves to ripple outward
along the water's surface, and the expansion of air that accompanies a
lightning strike generates sound waves (thunder) that can travel outward for
several miles. In each of these cases, kinetic energy is transferred through
matter (the rope, water, or air) while the matter remains essentially in
place. An insightful example of a wave occurs in sports stadiums when fans
in a narrow region of seats rise simultaneously and stand with their arms
raised up for a few seconds before sitting down again while the fans in
neighboring sections likewise stand up and sit down in sequence. While this
wave can quickly encircle a large stadium in a few seconds, none of the fans
actually travel with the wave-they all stay in or above their seats.
Waves need not be restricted to travel through matter. As Maxwell showed,
electromagnetic waves consist of an electric field oscillating in step with
a perpendicular magnetic field, both of which are perpendicular to the
direction of travel. These waves can travel through a vacuum at a constant
speed of 2.998 × 108 m/s, the speed of light (denoted by c).
All waves, including forms of electromagnetic radiation, are characterized
by, a wavelength (denoted by λ, the lowercase Greek letter lambda), a
frequency (denoted by ν, the lowercase Greek letter nu), and an amplitude.
As can be seen in Figure 6.2.1, the wavelength is the distance between two
consecutive peaks or troughs in a wave (measured in meters in the SI system).
Electromagnetic waves have wavelengths that fall within an enormous range-wavelengths
of kilometers (103 m) to picometers (10−12 m) have been observed. The
frequency is the number of wave cycles that pass a specified point in space
in a specified amount of time (in the SI system, this is measured in seconds).
A cycle corresponds to one complete wavelength. The unit for frequency,
expressed as cycles per second [s−1], is the hertz (Hz). Common multiples of
this unit are megahertz, (1 MHz = 1 × 106 Hz) and gigahertz (1 GHz = 1 × 109
Hz). The amplitude corresponds to the magnitude of the wave's displacement
and so, in Figure, this corresponds to one-half the height between the peaks
and troughs. The amplitude is related to the intensity of the wave, which
for light is the brightness, and for sound is the loudness.
<fThis figure includes 5 one-dimensional sinusoidal waves in two columns.
The column on the left includes three waves, and the column on the right
includes two waves. In each column, dashed vertical line segments extend
down the left and right sides of the column. A right pointing arrow extends
from the left dashed line to the right dashed line in both columns and is
labeled, Distance traveled in 1 second. The waves all begin on the left
side at a crest. The wave at the upper left shows 3 peaks to the right of
the starting point. A bracket labeled, lambda subscript 1, extends upward
from the second and third peaks. Beneath this wave is the label, nu
subscript 1 equals 4 cycles per second equals 3 hertz. The wave below has
six peaks to the right of the starting point with a bracket similarly
connecting the third and fourth peaks which is labeled, lambda subscript
2. Beneath this wave is the label, nu subscript 2 equals 8 cycles per
second equals 6 hertz The third wave in the column has twelve peaks to the
right of the starting point with a bracket similarly connecting the seventh
and eighth peaks which is labeled, lambda subscript 3. Beneath this wave
is the label, nu subscript 3 equals 12 cycles per second equals 12 hertz.
All waves in this column appear to have the same vertical distance from peak
to trough. In the second column, the two waves are similarly shown, but lack
the lambda labels. The top wave in this column has a greater vertical
distance between the peaks and troughs and is labeled, Higher amplitude.
The wave beneath it has a lesser distance between the peaks and troughs and
is labeled, Lower amplitude.
Figure 6.2.1: One-dimensional sinusoidal waves show the relationship among
wavelength, frequency, and speed. The wave with the shortest wavelength has
the highest frequency. Amplitude is one-half the height of the wave from
peak to trough.
The product of a wave's wavelength (λ) and its frequency (ν), λν, is the
speed of the wave. Thus, for electromagnetic radiation in a vacuum:
c=2.998×108ms−1=λν(6.2.1)
Wavelength and frequency are inversely proportional: As the wavelength
increases, the frequency decreases. The inverse proportionality is
illustrated in Figure. This figure also shows the electromagnetic spectrum,
the range of all types of electromagnetic radiation. Each of the various
colors of visible light has specific frequencies and wavelengths associated
with them, and you can see that visible light makes up only a small portion
of the electromagnetic spectrum. Because the technologies developed to work
in various parts of the electromagnetic spectrum are different, for reasons
of convenience and historical legacies, different units are typically used
for different parts of the spectrum. For example, radio waves are usually
specified as frequencies (typically in units of MHz), while the visible
region is usually specified in wavelengths (typically in units of nm or
angstroms).
The figure includes a portion of the electromagnetic spectrum which extends
from gamma radiation at the far left through x-ray, ultraviolet, visible,
infrared, terahertz, and microwave to broadcast and wireless radio at the
far right. At the top of the figure, inside a grey box, are three arrows.
The first points left and is labeled, Increasing energy E. A second arrow
is placed just below the first which also points left and is labeled,
Increasing frequency nu. A third arrow is placed just below which points
right and is labeled, Increasing wavelength lambda. Inside the grey box
near the bottom is a blue sinusoidal wave pattern that moves horizontally
through the box. At the far left end, the waves are short and tightly packed.
They gradually lengthen moving left to right across the figure, resulting in
significantly longer waves at the right end of the diagram. Beneath the grey
box are a variety of photos aligned above the names of the radiation types
and a numerical scale that is labeled, Wavelength lambda ( m ). This scale
runs from 10 superscript negative 12 meters under gamma radiation increasing
by powers of ten to a value of 10 superscript 3 meters at the far right
under broadcast and wireless radio. X-ray appears around 10 superscript
negative 10 meters, ultraviolet appears in the 10 superscript negative 8 to
10 superscript negative 7 range, visible light appears between 10
superscript negative 7 and 10 superscript negative 6, infrared appears in
the 10 superscript negative 6 to 10 superscript negative 5 range, teraherz
appears in the 10 superscript negative 4 to 10 superscript negative 3 range,
microwave infrared appears in the 10 superscript negative 2 to 10
superscript negative 1 range, and broadcast and wireless radio extend from
10 to 10 superscript 3 meters. Labels above the scale are placed to indicate
1 n m at 10 superscript negative 9 meters, 1 micron at 10 superscript
negative 6 meters, 1 millimeter at 10 superscript negative 3 meters, 1
centimeter at 10 superscript negative 2 meters, and 1 foot between 10
superscript negative 1 meter and 10 superscript 0 meters. A variety of
images are placed beneath the grey box and above the scale in the figure to
provide examples of related applications that use the electromagnetic
radiation in the range of the scale beneath each image. The photos on the
left above gamma radiation show cosmic rays and a multicolor PET scan image
of a brain. A black and white x-ray image of a hand appears above x-rays. An
image of a patient undergoing dental work, with a blue light being directed
into the patient's mouth is labeled, dental curing, and is shown above
ultraviolet radiation. Between the ultraviolet and infrared labels is a
narrow band of violet, indigo, blue, green, yellow, orange, and red colors
in narrow, vertical strips. From this narrow band, two dashed lines extend a
short distance above to the left and right of an image of the visible
spectrum. The image, which is labeled, visible light, is just a broader
version of the narrow bands of color in the label area. Above infrared are
images of a television remote and a black and green night vision image. At
the left end of the microwave region, a satellite radar image is shown. Just
right of this and still above the microwave region are images of a cell
phone, a wireless router that is labeled, wireless data, and a microwave
oven. Above broadcast and wireless radio are two images. The left most image
is a black and white medical ultrasound image. A wireless AM radio is
positioned at the far right in the image, also above broadcast and wireless
radio.
Figure 6.2.2: Portions of the electromagnetic spectrum are shown in order of
decreasing frequency and increasing wavelength. Examples of some
applications for various wavelengths include positron emission tomography
(PET) scans, X-ray imaging, remote controls, wireless Internet, cellular
telephones, and radios. (credit Cosmic ray": modification of work by NASA;
credit PET scan": modification of work by the National Institute of Health;
credit X-ray": modification of work by Dr. Jochen Lengerke; credit Dental
curing": modification of work by the Department of the Navy; credit Night
vision": modification of work by the Department of the Army; credit Remote":
modification of work by Emilian Robert Vicol; credit Cell phone":
modification of work by Brett Jordan; credit Microwave oven": modification
of work by Billy Mabray; credit Ultrasound": modification of work by Jane
Whitney; credit AM radio": modification of work by Dave Clausen)
Example 6.2.1: Determining the Frequency and Wavelength of Radiation
A sodium streetlight gives off yellow light that has a wavelength of 589 nm
(1 nm = 1 × 10−9 m). What is the frequency of this light?
Solution We can rearrange the equation c = λν to solve for the frequency:
ν=cλ
Since c is expressed in meters per second, we must also convert 589 nm to
meters.
ν=(2.998×108ms−1589nm)(1×109nm1m)=5.09×1014s−1
What is EMF?
An electromagnetic field (also EMF or EM field) is a physical field produced
by the movement of electrically charged objects.
Illustration of electric and magnetic field. The
electric field is present when the lamp is plugged in, due to the voltage
difference between the connectors. The magnetic field is only present when
the lamp is switched on, because that's when current flows in the cable.
Source: Hydro-Québec
All around the world, people are constantly exposed to electromagnetic
waves.
Examples of man-made sources:
- cellular telephones
- radio-, and television transmissions
- WiFi networks
- satellite communications
- unintended emissions and stray fields arising from electronic
circuits
- electric motors
- cables and power transmission networks
Examples of natural sources:
- local build-up of electric charges in the atmosphere associated with
thunderstorms
- light from the sun carries infrared and ultraviolet radiation
- ionizing radiation from the Earth and space
- the Earth's magnetic field
Electric and magnetic fields are also present in electromagnetic
radiation. Electromagnetic radiation has a magnitude (size) and a
frequency (time-dependent periodic variation). The frequencies of
electromagnetic radiation ranges from static electric and magnetic fields,
through radiofrequency and infrared radiation, to x-rays. The European
power frequency is 50 Hz.
General (frequency, wavelength, and amplitude)
Electromagnetic fields are ubiquitous in our environment. In physics, as
light, they belong to the electromagnetic waves. In the electromagnetic
spectrum different ranges can be distinguished according to their frequency
and wavelength (see also Electromagnetic spectrum).
Frequency f
The frequency is defined as oscillations per second, given in units of Hertz
(Hz). 1 Hz corresponds to one complete oscillation per second (1 Hz = 1/s),
such as in mechanical oscillations (e.g. vibration, sound waves, and
heartbeats) or electromagnetic waves (e.g. light and electromagnetic fields).
2 Hz corresponds to two complete oscillations per second, 3 Hz to three
oscillations per second, and so on. The period describes the time, in which
one full oscillation takes place (e.g. 1 s at 1 Hz, 0.5 s at 2 Hz, and so
on; see figure).
Wavelength λ
The wavelength is defined as the length of one oscillation of an
electromagnetic wave (also called length of a period), given in units of
meters (m).
Frequency and wavelength relate directly to each other: the higher the
frequency, the shorter the wavelength (see figure).
Amplitude
The strength or height of an oscillation is called amplitude (see figure).
Depending on the kind of oscillation, different units are used. In the range
of electromagnetic fields these are:
the electric field strength E (unit V/m) for the electric field,
the magnetic field strength H (unit A/m) or in matter the magnetic flux
density B (unit T) for the magnetic field, and
the power flux density S (unit W/m2)for the electromagnetic field.
Terahertz Teknolojisi
Elektromanyetik dalga spektrumunun 0,1 ile 10 THz frekans aralığındaki
ışımalar Terahertz dalgaları veya T-ışını olarak adlandırılmaktadır. THz
teknolojisi algılama, görüntüleme ve yüksek hızlı veri iletimi yetenekleri
ile son yılların üzerinde en çok çalışılan araştırma konularından birisi
olmuş ve Massachusetts Institute of Technology University tarafından
geleceğin insan yaşamını etkileyecek 10 teknolojiden birisi olarak rapor
edilmiştir.
Terahertz dalgalarıyla haberleşme son yıllarda rağbet görmeye başladığından,
IEEE tarafından bir standardizasyon çalışması başlatılmıştır. Bu kapsamda
THz Interest Group for Wireless System Operating at 300 GHz and beyond
isimli bir çalışma grubu kurulmuş ve IEEE 802.15 standardının geliştirilmesi
çalışmalarına başlanmıştır.
THz ışıma su ve metal dışında çoğu maddeye (deri, kumaş, karton, kağıt vb.)
yaklaşık 0,5 cm kadar nüfuz edebilmektedir. Bu özellik istenmeyen maddelerin
hiçbir şekilde gizlenemeyeceği anlamını da taşıyor. Doktorların özellikle
deri ve göğüs kanseri vakalarında kanser teşhisini koymada ve kanser tipini
belirlemede daha doğru karar vermelerini sağlamaktadır. Dişçiler ise
hastalarının dişlerini bu yöntem sayesinde görüntüleyerek daha iyi muayene
edebildiklerini ifade etmektedirler.
Yukarıda da belirtildiği gibi THz dalgaları ile çok hassas algılama ve
görüntüleme yapılabilmektedir. Yüksek hassasiyetle kazandırdığı bu
yetenekler ile kısa sürede tüm dünyanın ilgisini çekmiş ve başta savunma
sanayi olmak üzere pek çok alanda araştırmalara konu olmuştur.
KULLANIM ALANLARI
1. Havaalanı güvenliğinde,
Havaalanlarındaki güvenlik çemberinden çanta, eşya veya giysiler X-ışını
kameralarından geçerken, yolcular üzerinde metal bulunup bulunmadığını
manyetik algılayıcılarla tespit etmektedir. Dolayısıyla yolcuların
taşıdıkları tüm metal nesneleri üzerlerinden çıkarıp, hatta ayakkabılarını,
X-ışını cihazına koymaları gerekmektedir ki bu da havaalanlarında uzun
kuyrukların oluşmasına neden olmaktadır. Biyolojik dokulara zarar vermeyen
T-ışınları ile yolcuların eşyalarını bırakmadan taramadan geçirilmeleri
mümkün olacaktır.
2. Tehlikeli maddelerin tanımlanmasında,
İstenmeyen maddelerin tanımlanmasına da imkân verebilen bu teknolojinin
X-ray cihazlarından daha kullanışlı olduğunu söylemek mümkündür. Tek tip
denetleme yapmak yerine aranılan maddeye yönelik çok yönlü bir denetleme
imkânını da bu teknoloji ile kazanmış oluyoruz.
3. Yüksek hızda kablosuz iletişimde,
Bu teknolojinin yüksek hızlarda güvenli haberleşme için gelecekte daha fazla
kullanılacağı öngörülmektedir. Bağlantı hızı doğal koşullardan (sis, bulut,
yağmur vb.) etkilenmez. Geniş bant özelliğine sahip olması ve jammer (sinyal
bozucu)lardan etkilenmemesi de ayrıca tercih sebebidir.
4. Tıbbi görüntülemede,
THz ışımasını X-ışınından ayıran en önemli özelliğinin, insan DNA sına
zararlı hiçbir etki bırakmaması olarak gösterilebilir. Dolayısıyla kanser
riski oluşturmadığını da söyleyebiliriz. THz ışıması için gerekli olan güç
seviyesinin hâlihazırda evlerimizde bulunan TV kumandalarının kızılötesi
ışını yayarken ki güç seviyesinden daha düşük olması, biyolojik dokuları
iyonize etmemesi bu teknolojinin ne kadar zararsız olduğunun da
göstergesidir. Tıbbi görüntülemede canlılar üzerinde dozaj sınırı olmadan
kullanılabilir.
5. Kara mayınlarının uzaktan algılanmasında ve herhangi bir bombalı
saldırılarının önceden tespitinde,
THz spektroskopisi kullanılarak kara mayınlarının 30 m kadar uzaktan
tespitini de yapmanın mümkün olduğu yapılan araştırmalarla da
gösterilmiştir.
THz spektroskopisini kullanarak kara mayınlarını tespit etmek savunma
sanayii için önemli bir ilerleme olacaktır. Dünya çapında 100 milyona yakın
kara mayını olduğu tahmin edilmektedir. Diğer görüntüleme ve tespit
sistemlerine nazaran THz teknolojisinin özellikle anti-personel mayınlarını
küçük kaya parçalarından daha iyi ayırıp tespit edebileceği
değerlendirilmektedir. Metal olmayan bir kara mayının kuru toprak altında
görüntülenmesine konsept teşkil edebilecek bir görüntüleme THz
teknolojisi ile geçekleştirilmiştir.
THz görüntüleme ile uzak ve kısa mesafeden intihar bombacısını tespit
edebilme, silah sistemlerinin fark edilebilmesi ile kritik paket ve
mektupların kimyasal ve biyolojik denetiminin yapılabilmesi de mümkün
olabilecektir.
THz DALGALARININ ÖNEMLİ 4 TEMEL ÖZELLİĞİ
1. Çeşitli materyaller için THz ışınımı teklik gösterir. Bu özellik parmak
izinin tekliği gibidir.
2. THz ışınları plastik, karton, kumaş gibi çoğu malzemeden geçerek su ve su
buharında soğrulup metallerden yansır. Çoğu patlayıcı maddenin THz bandında,
diğerlerinden ayırt etmeye yarayacak olan kendine özgü bir yapıya sahip
olduğu spektroskopik ölçüm sayesinde ortaya çıkarılmıştır. TNT, RDX, HMX,
PETN, Tetril vb. birçok patlayıcı madde THz dalga spektroskopi ile tespit
edilebilmiştir. Patlayıcının üzerinde kâğıt, plastik, kumaş vb.
materyallerden kaplı olmasına rağmen tespiti sağlanmıştır.
Aşağıdaki şekilde patlayıcıların farklı spektral yapıda oldukları ve çeşitli
örtülerin THz frekansı gösterilmiştir.
3. THz, çok düşük enerji seviyelerini içermektedir. Bu sayede biyolojik
dokulara zararlı değildir, dolayısıyla insan sağlığına zarar vermez. Bu
özelliği ile sağlık ve güvenlik alanlarında kullanılabilir.
4. Oda sıcaklığındaki bir cisim THz bölgesinde olan bir enerji yayar. Bu da
kullanım alanını artırmaktadır.
ÜLKEMİZDEKİ GELİŞMELER
Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanı Fikri Işık; insan üzerinde gizlenmiş
tabanca, bıçak, tüfek gibi tehlikeli maddelerin uzaktan tespitini sağlayacak
görüntüleme sisteminin çalışmalarının tamamlanmak üzere olduğunu
belirtirken, "Bu sistem uzaktan bomba tespiti de yapabilecek" dedi.
Bakan Işık, TÜBİTAK SAVTAG tarafından desteklenen "Terahertz Teknolojisinin
Kazanımı Projesi" (TEKAP) için de , MSB ile TÜBİTAK MAM, Uluslararası Yüksek
Teknoloji Laboratuvarları ve Bilkent Üniversitesi NANOTAM işbirliğinde
geliştirildiğini anlattı. Ulusal güvenlik uygulamaları için kritik olan THz teknolojisini milli
imkânlarla geliştirmek için yola çıktıklarını belirten Işık, geliştirilen
teknolojiyle savunma uygulamalarına yönelik prototipler oluşturmayı
hedeflediklerini söyledi. Proje kapsamında THz görüntüleme ve THz
spektroskopi prototiplerinin hazırlandığını kaydeden Işık, "TÜBİTAK
öncülüğünde Türkiye'de ilk kez geliştirilen THz görüntüleme sistemiyle sivil
ve askeri tesislerin girişlerinde insan üzerinde gizlenmiş tabanca, bıçak,
tüfek gibi tehlikeli maddeler 10 metre uzaklıktan tespit
edilebilecek. Dünyadaki muadillerine göre mesafe ve çözünürlük açısından
daha üstün kalitede görüntü sunabilen THz görüntüleme prototipi, tehlikeli
metal cisimleri 3 cm çözünürlükte, 5 snden kısa sürede 2 boyutlu olarak
görüntüleme yeteneğine sahip olacak" ifadelerini kullandı. Geliştirilen
ikinci prototip THz spektroskopi hakkında da bilgi veren Işık, sistemin 10
metreye kadar uzaktan bomba tespitinde kullanılabileceğini aktardı. Işık,
sistemin, X-ray cihazlarından daha üstün özelliklere sahip olduğunu
vurgulayarak, "Proje, uzaktan güvenlik kontrolü için adeta devrim
niteliğinde" dedi.
Ülkemizde THz teknolojisi alanında Bilkent Üniversitesinde MMIC yongaları
üzerine ve TÜBİTAK MAM Başkanlığının Milimetre Dalga ve Terahertz
Teknolojileri Araştırma Laboratuarlarında THz üreteç ve alıcılarına ait
anten ve kontrol devrelerine ilişkin çalışmalar halen sürdürülmektedir.
SONUÇ
THz ışınımının zararsız oluşu, insan vücudu üzerindeki olumsuz etkilerinin
X-ışını gibi benzerlerine oranla yok denecek kadar az oluşu ve nesnelerin
içinden geçmesi suretiyle gizli maddeleri göstermesi gibi özellikleri, bu
teknolojiyi eşsiz kılmaktadır. Özellikle nesne arkası cisimlerin
görüntülenebilmesi, THz ışınımının güvenlik alanındaki uygulamalarına olan
ilgiyi de artırmaktadır. Örneğin; İnsansız Hava Araçlarında (İHA) THz
teknolojisini kullanarak, insan faktörü olmadan teröristlerin sıklıkla
kullandığı EYP (El Yapımı Patlayıcı)ların tespiti yapılabilir ve imha
edilebilir.
Bu teknolojinin savunma faaliyetlerinde sık kullanılacağı düşünülüp olup,
ülke güvenliğine çok büyük faydalar getireceği de şüphesizdir. Ülke
güvenliğinin söz konusu olduğu bu durumda THz teknolojisinin milli
değerlerle üretilmesi gerektiği kanaatindeyim. Ayrıca, THz ışınlarını radyo
dalgaları gibi kullanarak sinyallerin cep telefonlarına taşınmasında ve
kablosuz iletişime yeni metodların kazandırılması da öngörülmektedir.
Fotonu herhangi bir araç kullanmaksızın bir noktadan diğer noktaya taşıyan
ve ileten sinüs eğrisi şeklindeki yola dalga denir.
Dalgaboyu ise oluşan bu dalganın ardışık şekilde dizilmiş herhangi iki
tanesinin tepe noktaları arasındaki mesafedir. Ayrıca oluşan bu dalgaların
tepe noktasından orjine olan uzaklığı da dalganın genliği (yüksekliği)' dir.
Dalgaboyu frekans ile ters orantılıdır, dalgaboyu uzadıkça frekans azalır.
Bu bağıntı aşağıdaki gibi formülize edilmiştir.
Burada f frekans, v dalga hızı, ise dalgaboyu'nu sembolize eder.
Frekans, bir dalganın birim zamanda hangi sıklıkla tekrarladığının
ölçümüdür. Enerjinin belli bir frekansla verilmesi ile, elde edilmek istenen
dalgaboyu ve fotonun enerjisi değişecek ve dolayısı ile az enerji ile daha
verimli foton elde ederek yapmak istediğimiz işi daha çabuk ve daha ucuza
mal etmemiz söz konusu olacaktır.
Elektromanyetik spektrum, hangi frekans aralığında, hangi dalga boyu ve
enerjinin elde edilebileceği öngörüsünde bulunan bir tablodur.
Çeşitli yollarla elde edilen elektromanyetik ışınımlar, değişik frekans ve
dalga boylarını kapsamaktadır. Elektromanyetik spektrum, yüksek frekanslı
kısa dalga Gama Işınlarından, düşük frekanslı Radya dalgalarına kadar farklı
frekans ve dalga boylarındaki tüm elektromanyetik ışımaları içermektedir.
Görünür ışınlardan daha kısa dalga boyuna sahip Gama, X ve Ultraviyole gibi
ışınlar çok daha büyük enerjiye sahiptirler ve tehlikelidirler. Bunun yanı
sıra Radyo, Mikrodalga ve İnfrared gibi ışımalar ise görünür ışınlardan daha
büyük dalga boyuna sahiptirler ve enerjileri daha düşüktür.
Yeryüzündeki
yaşamın temel enerji kaynağı güneştir. Hücrelerimizde kullandığımız enerji,
bitkilerin fotosentez sonucu ürettiği maddelerin içinde depolanan enerjidir.
Işık dalgalar halinde yayılır.
Arka arkaya olan tepe noktaları arasındaki mesafeye ışığın dalga boyu denir.
Işığın dalga boyu çok düşük (nm) olabileceği gibi, çok büyük (km)
olabilirler. Gama ışınlarının, X ışınlarının dalga boyu nm'den küçük
olmasına karşılık, radyo dalgalarının dalga boyu km den büyüktür.
Işık, dalga boyuna göre sıralanırsa elektromanyetik spektrum elde edilir.
Dalga boyu 380 nm ile 750 nm arasındaki ışık gözle görülebilen ışıktır.
The
relationship between frequency and wavelength
in EM waves (c is the speed of light).


ELECTROMAGNETIC RADIATION


This page is a basic introduction to the electromagnetic spectrum
sufficient for chemistry students interested in UV-visible absorption
spectroscopy. If you are looking for any sort of explanations suitable
for physics courses, then I'm afraid this isn't the right place for you.
Light as a wave form
Waves
Any wave is essentially just a way of shifting energy from one place
to another - whether the fairly obvious transfer of energy in waves on
the sea or in the much more difficult-to-imagine waves in light.
In waves on water, the energy is transferred by the movement of water
molecules. But a particular water molecule doesn't travel all the way
across the Atlantic - or even all the way across a pond. Depending on
the depth of the water, water molecules follow a roughly circular path.
As they move up to the top of the circle, the wave builds to a crest; as
they move down again, you get a trough.
The energy is transferred by relatively small local movements in the
environment. With water waves it is fairly easy to draw diagrams to show
this happening with real molecules. With light it is more difficult.
The energy in light travels because of local fluctuating changes in
electrical and magnetic fields - hence "electromagnetic" radiation.


Wavelength,
frequency and the speed of light


If you draw a beam of light in
the form of a wave (without worrying too much about what exactly is
causing the wave!), the distance between two crests is called the
wavelength of the light. (It could equally well be the distance
between two troughs or any other two identical positions on the wave.)
You have to picture these wave crests as moving from left to right.
If you counted the number of crests passing a particular point per
second, you have the frequency of the light. It is
measured in what used to be called "cycles per second", but is now
called Hertz, Hz. Cycles per second and Hertz mean
exactly the same thing.
Orange light, for example, has a frequency of about 5 x 1014
Hz (often quoted as 5 x 108 MHz - megahertz). That means that
5 x 1014 wave peaks pass a given point every second.
Light has a constant speed through a given substance. For example, it
always travels at a speed of approximately 3 x 108 metres per
second in a vacuum. This is actually the speed that all electromagnetic
radiation travels - not just visible light.
There is a simple relationship between the wavelength and frequency
of a particular colour of light and the speed of light:
. . . and you can rearrange this to work out the wavelength from a
given frequency and vice versa:
These relationships mean that if you increase the frequency, you must
decrease the wavelength.
Compare this diagram with the similar one above.
. . . and, of course, the opposite is true. If the wavelength is
longer, the frequency is lower.
It is really important that you feel comfortable with the
relationship between frequency and wavelength. If you are given two
figures for the wavelengths of two different colours of light, you need
to have an immediate feel for which one has the higher frequency.
For example, if you were told that a particular colour of red light
had a wavelength of 650 nm, and a green had a wavelength of 540 nm, it
is important for you to know which has the higher frequency. (It's the
green - a shorter wavelength means a higher frequency. Don't go on until
that feels right!)


Note: nm = nanometre = 10-9 metre.


The frequency
of light and its energy


Each particular frequency of light has a
particular energy associated with it, given by another simple equation:
You can see that the higher the frequency, the higher the energy of
the light.
So . . . have you got this sorted out? Try it!
Light which has wavelengths of around 380 - 435 nm is seen as a
sequence of violet colours. Various red colours have wavelengths around
625 - 740 nm. Which has the highest energy?
The light with the highest energy will be the one with the highest
frequency - that will be the one with the smallest wavelength. In other
words, violet light at the 380 nm end of its range.
The Electromagnetic Spectrum
Visible light
The diagram shows an approximation to the spectrum of visible light.


Important: This isn't a real spectrum - it's a made-up drawing.
The colours are only an approximation, and so are the wavelengths
assigned to them. It doesn't pretend to be accurate!


The main colour
regions of the spectrum are approximately:


|colour
region


wavelength (nm)


|violet


380 - 435


|blue


435 - 500


|cyan


500 - 520


|green


520 - 565


|yellow


565 - 590


|orange


590 - 625


|red


625 - 740


Don't assume that there is some clear cut-off point between all these
colours. In reality, the colours just merge seamlessly into one another
- much more seamlessly than in my diagram!


Placing the
visible spectrum in the whole electromagnetic spectrum


The
electromagnetic spectrum doesn't stop with the colours you can see. It
is perfectly possible to have wavelengths shorter than violet light or
longer than red light.
On the spectrum further up the page, I have shown the ultra-violet
and the infra-red, but this can be extended even further into x-rays and
radio waves, amongst others. The diagram shows the approximate positions
of some of these on the spectrum.
Once again, don't worry too much about the exact boundaries between
the various sorts of electromagnetic radiation - because there are no
boundaries. Just as with visible light, one sort of radiation merges
into the next. Just be aware of the general pattern.
Also be aware that the energy associated with the various kinds of
radiation increases as the frequency increases.
Radiation is energy and energy is the ability to do
work.
Unit of energy is the calorie which is by definition, the amount of
energy required to raise the temperature of 1 gram of water by 1 C.


||Energy is propagated in the form of electromagnetic waves. These
waves cover a wide range of wavelengths (λ). You can see from the
diagram (left) that wavelength is measured from say, wave crest to wave
crest (of next wave). You could also measure from trough to trough or
from the same spot on any two adjacent waves. In any case, you will get
the same distance.


- Solar radiation takes several forms: from long radio waves, AM
radio, FM/TV, Microwave, Infrared, Visible, Ultraviolet, X-rays,
gamma rays. These are shown in the electromagnetic spectrum diagram to
the right. The listing just given is from longest to shortest
wavelength. In the diagram (below), left side are the shortest and
right side are longest wavelengths. The units, μm, stand for
micrometers, which is 1/1,000,000 of a meter in length.
- You need to be especially familiar with the radiation in the range
from infrared to ultraviolet. Know which end is short wavelength and
which end is long (visible is in between the two). In the visible
portion of the spectrum, you need to know which color has the longest
wavelength (red) and which is the shortest (violet).
- The amount of energy carried by each individual particle (photon)
varies with wavelength. Light with shorter wavelengths carry more
energy per photon than do longer wavelengths.


Back to Contents
[
Ana Sayfa (Home)


UFO Technology


UFO's
Galleri | Kuantum
Fiziği | Roket bilimi


[ Astronomy |
E-Mail
| Index

