Elektromanyetik Spektrum

Merhabalar, bu yazımda sizlere elektromanyetik spektrumu (tayfı) anlatacağım.

Elektromanyetik spektrumu bilmeden önce öğrenmemiz gereken bir kavram var: Elektromanyetizma.

Elektromanyetizma Nedir?

Elektromanyetizma, en basit tanımıyla, evrendeki 4 temel kuvvetten birisidir (diğer üç kuvvet için bakınız: Güçlü Nükleer Kuvvet, Zayıf Nükleer Kuvvet ve Kütle-Çekim Kuvveti).  Elektromanyetizma bizlere elektrik ile manyetizmanın birbiriyle bağlantılı olduğunu söyler. Yani herhangi bir maddede elektrik akımı oluştuğu zaman manyetik alan da oluşacaktır (bakınız: bobin, elektromıknatıs). Elektromanyetik kuvvetlerin temelinde elektromanyetik dalgalar vardır.

Elektromanyetik Dalgalar

Hareketli resimde gördüğünüz üzere elektromanyetik dalgalar elektrik ve manyetik alanların titreşimleriyle oluşur. Bu hareketli resimde kırmızı alan manyetik alanı, mavi alan elektrik alanını, siyah ok işareti de elektromanyetik dalganın yönünü temsil etmektedir. X-ışınları ve radyo dalgaları serbest elektronların hızlanması veya yavaşlamasıyla oluşurlar (evet, X-ışınları ve radyo dalgaları birer elektromanyetik dalgadır. Elektromanyetik dalga çeşitlerini spektrumu incelerken öğreneceğiz). Bunların haricindeki diğer bütün elektromanyetik dalgalar atomların enerji düzeylerinin değişmesiyle oluşurlar.

Bir elektron yüksek enerji düzeyinden (orbital) düşük enerji düzeyine geçtiği zaman enerji kaybeder. Kaybettikleri enerji ise Foton parçacığı olarak karşımıza çıkar. Fotonlar durgun kütlesi sıfır olan, vakumda (boşlukta) ışık hızında (299 792 458 m/s) hareket eden, bölünemeyen, parçacık-dalga ikililiği gösteren (hem parçacık hem dalga), parçacıklardır. Evet, tüm elektromanyetik dalgalar Fotonlardan oluşur! Elektromanyetik dalgalar arasındaki fark sadece dalga frekanslarının farklılığıyla oluşur.

Elektromanyetik dalgalarla ilgili bir diğer ilginç bilgi ise bütün elektromanyetik dalgaların aslında elektromanyetik radyasyonlar olduğudur. Radyasyon (ışınım) dediğimiz şey aslında enerji aktarımıdır. Bir sonraki bölümde elektromanyetik dalga çeşitlerini öğrenirken aslında hayatımızda radyasyona ne kadar fazla maruz kaldığımızı anlayacağız.

Yukarıda öğrendiğimiz üzere elektromanyetik dalgaların kendi aralarındaki farklılığın sebebi sadece frekanslarının farklı olmasından dolayıydı. Peki, elektromanyetik dalgaları frekanslarına göre sınıflandırmak mümkün mü? Evet, biz buna elektromanyetik spektrum diyoruz.

Elektromanyetik Spektrumun Tarihsel Gelişimi

1800 yılına gelinceye kadar insanlık ışığın sadece “gördüğümüz” ışıktan ibaret olduğunu zannediyordu. 1800 yılında ise astrofizikçi William Herschel ilk defa kızılötesi ışığı keşfetti. Herschel prizmadan geçen ışık kırınımlarının (yani renklerin) sıcaklıklarını ölçerken ilginç bir durum fark etti. Görülebilir renkler içerisinde en sıcak renk kırmızıydı ancak Herschel kırmızıdan öte bir yerin sıcaklığını ölçtüğü zaman çıkan sonucun kırmızı renginden de fazla olduğunu gördü. O halde sıcaklığını ölçtüğü yerde bir ışınım vardı fakat onu göremiyordu. Herschel bu ışınıma “kalorifik (ısı veren) ışınlar” ismini verdi. Günümüzde biz buna “kızılötesi” ışınlar diyoruz.

1801 yılına gelindiğinde ise kimyager, fizikçi ve filozof olan Johann Ritter farklı renkteki ışıklarla gümüş klorürü karartıp hangi rengin ne kadar sürede gümüş klorürü kararttığını ölçüyordu. Ritter bu deneyde mordan da öte bir ışınımın gümüş klorürü mor renginden daha hızlı kararttığını fark etti ve bu ışınımlara “kimyasal ışınlar” dedi. Günümüzde biz buna “ultraviyole” ya da “morötesi” ışınlar diyoruz.

19. yüzyılın ikinci yarısında Michael Faraday ve James Clerk Maxwell’in çalışmalarıyla beraber Elektromanyetizma kuramının ilkeleri de belirlenmiş oldu. Bu gelişmelerin ardından bilim camiası sırasıyla X-ışınını, radyo dalgalarını ve gama ışınlarını da bulmayı başardılar. İşte elektromanyetik spektrumun tarihsel gelişimi genel hatlarıyla böyle olmuştur. Şimdi elektromanyetik spektrumun ne olduğunu, dalga türleri arasındaki farkları ve çeşitli dalga türlerini hayatımızda nasıl kullandığımızı öğrenelim.

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik Spektrum, elektromanyetik dalgalarını frekans değerlerine göre sıralayan bir gösterim biçimidir.

Yukarıdaki resimde elektromanyetik spektrumu ayrıntılı bir şekilde görüyoruz. Resmi incelemeden önce öğrenmemiz gereken iki basit kavram var:

Frequency: Dalganın saniyede yaptığı salınım sayısına “frekans” (frequency) denir.

Wavelength: Dalganın iki tepe/iki çukur noktası arasındaki mesafeye “dalga boyu” (wavelength) denir. Resimde metre cinsinden gösterimi var.

Gördüğünüz üzere bütün elektromanyetik dalgalar Fotonlardan oluşuyor fakat aralarında devasa farklar var. Örneğin Gama ışınlarının dalga boyları yaklaşık olarak 10^-12 metreyken Radyo dalgalarının dalga uzunluğu yaklaşık olarak 10000 metredir. Spektruma bakınca görebileceğimiz başka bir ayrıntı ise frekansın artarken dalga boylarının azalmasıdır. Üstelik bu değişim sadece bu durumla da kalmıyor; yüksek frekanstaki dalgalar çok daha fazla salınım yaptıklarından dolayı daha fazla enerji taşıyorlar (daha sonradan öğreneceğimiz üzere bu durum gama ışınlarının çok tehlikeli olmasına yol açar).

Spektrumu incelediğimizde 7 tür dalga olduğunu görüyoruz: Radyo, mikro, kızılötesi, görünür, morötesi, X ve gama dalgaları. Şimdi bu dalga türlerinin hayatımızda nasıl kullandığımıza bakalım.

Radyo Dalgaları

Radyo dalgaları spektrumda en küçük frekans değerine ve en uzun dalga boyu değerine sahiptirler. Çok uzun dalga boyuna sahip olmalarından ötürü çok uzak mesafelerde bozulmadan enerjiyi aktarabilirler. Bu yüzden uzayı araştırırken genellikle radyo dalgalarını kullanırız. Uzaydan gelen bir radyo dalgasını inceleyerek tahminler yaparız. Radyo dalgalarını keşfetmeseydik yıldız, kuasar ve diğer gök cisimleri hakkında bu kadar bilgi bilemezdik. Üstelik radyo dalgalarını kullanarak radyo yayınları yaparız ve bu sayede iletişime geçeriz. Tüm bunların haricinde radyo dalgaları radar, navigasyon, ses ve video teknolojilerinde de kullanılır.

Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı mobil telefonlarda kullanılan radyo dalgalarını 2B tipi kanserojenler listesine eklemiştir. Ancak bu listede sıralanan maddelerin tanımı şöyledir: Kanser yapabileceğine dair bulgular vardır fakat bu durum kesinlikten çok uzaktır.

Mikrodalgalar

Mikrodalgalar radyo dalgalarına çok benzerler. Mikrodalgalar da radyo dalgaları gibi navigasyon, iletişim, radar teknolojilerinde ve astronomide kullanılır. Bunların haricinde ısıtma sistemlerinde de kullanılır, mikrodalga fırın gibi. (Ekstra bilgi: Mikrodalga fırınlarda magnetron bulunur. Elektrik akımıyla bu magnetronlar mikrodalga üretirler ve bu dalgalar doğrudan fırının içindeki yiyeceğe giderek yiyeceğin içindeki su, yağ ve şeker moleküllerine titreşim uygularlar. Böylelikle yiyeceğin içsel enerjisi artmış olur ve yiyecek çok daha hızlı ısınır.

Mikrodalgalar hücrelere girip onları iyonize edemezler, yani iyonlaştırıcı değillerdir. Genel olarak radyasyonlar iyonlaştırıcı ve iyonlaştırıcı olmayan şeklinde iki gruba ayrılır. İyonlaştırıcı radyasyonlar hücrelerin içine girip DNA’nın yapısına zarar verebilirler, bu yüzden insan sağlığına zararlıdır. Ancak Uzmanlar yine de uzun süreli mikrodalgalara maruz kalmanın kansere yol açabileceğini söylüyor.

Kızılötesi Işınlar

Kızılötesi ışınlar sıklıkla sıcak maddeler tarafından üretilirler. Gece görüşü, termografi, ısıtma, soğutma, iletişim, meteoroloji, klimatoloji ve astroloji gibi alanlarda kızılötesi ışınlar kullanılır. Termal kameralar bir maddenin sıcaklığını uzaktan kızılötesi ışınları sayesinde ölçer.

Endüstride kullanılan çok güçlü kızılötesi ışınlar gözlere zarar verebilir. Onun dışında sağlığa bir zararı yoktur.

İnsanlar da kızılötesi ışınlar yaydıklarından dolayı termal kameralar insanlar üzerinde de çalışır.

Görünür Işık

Elektromanyetik spektrumda insan gözünün görebildiği tek dalga türüdür. Kendi içerisindeki farklılıklar sayesinde renkler oluşur. İnsan gözünün görebileceği tüm renkler spektrumda olan renklerden ve onların karışımından oluşur. Üstelik tüm bu renkler birleştiği zaman bizim “beyaz” dediğimiz renk oluşur. Görünür ışığın en uzun dalga boyu kırmızı, en kısası ise mor görünür.

İnsanlar renkleri tamamen aynı göremezler. Sahiden de, bütün insanlar değişik sinir yapısına ve göz hücrelerine sahiptirler. Yani beynimize gelen girdi aynı olarak kalsa bile (ki bu da değişiklik gösterir) beynimiz onu farklı işleyeceğinden diğer insanlardan farklı görürüz. Ancak renkleri farklı görme durumu günlük hayatta bir problem yaratmaz, çünkü bu fark çok azdır. Bu farkın en çok görüldüğü kimselerde “renk körlüğü” hastalığı vardır.

Hayatımızda gördüğümüz her şey 400-700 nanometre dalga boyu aralığına sahip bu elektromanyetik dalga türü sayesindedir. Eğer spektrumda daha büyük ya da daha küçük bir aralığı görseydik, dünyayı algılayış biçimimiz tamamen değişirdi! (Düşünmesi bile çok ilginç, değil mi?)

Ultraviyolet ışınlar (morötesi)

Ultraviyole ışınlarının sağlığa hem yararlı hem zararlı özellikleri vardır. Güneşten gelen ultraviyole ışınlarının çoğu (zararlı olanları) ozon tabakası tarafından absorbe edilir, pek azı dünyamıza ulaşır (Sırf buradan bile ozon tabakası delinmesinin bizim için ne kadar önemli olduğunu anlayabiliriz). Dünyamıza ulaşan ultraviyole ışınları D vitamini üretmemizi sağlar. Ancak ultraviyole ışınlarına çok fazla maruz kalırsak deri kanseri olabiliriz.

Ultraviyole ışınlar astronomide kullanılır ancak bir şartı vardır, uzay gözleminde kullanılan cihaz dünya yörüngesinde olması gerekir. Çünkü atmosfer ultraviyole ışınlarının çoğunu absorbe eder.

X-ışınlar

X-ışınları radyoterapi, kristalografi ve tıp gibi alanlarda kullanılır. Hepimiz hayatımızda en azından 1 kere röntgen çektirmişizdir. X-ışınları iyonlaştırıcı ışınlar olduğu için çoğu ortamın içinden direk geçebilirler. Vücudumuzda sadece kemik ve dişlerimiz x-ışınlarını absorbe eder.  Böylelikle röntgen filmlerinde kemiklerimizi ve dişlerimizi ayrıntılı bir şekilde görebiliriz.

Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı X-ışınlarını 1. grup kanserojen maddeler arasına almıştır. Bu grupta listelenen maddelerin tanımı şöyledir: İnsanları kanser yaptığına dair yeteri kadar kanıt vardır. 

Gama ışınları

Gama ışınları elektromanyetik spektrumun en yüksek enerjili ışınlarıdır. Dalga boyları genellikle en kısadır, ancak bazı x-ışınlarının dalga boyları gama ışınlarının dalga boylarına eşittir. O halde enerjilerinin aynı olduğunu söyleyebilir miyiz? Hayır, çünkü gama ışınları direkt olarak radyoaktif atomlar tarafından açığa çıkarlar. Bu yüzden enerjileri daha yüksektir.

Gama ışınları nükleer patlamalarda da bolca açığa çıkar. Evrenimizde kuasarlar, pulsarlar veya kara delikler gibi gök cisimleri tarafından bolca üretilirler.

Gama ışınlarına kesinlikle maruz kalmamak gerekir. X-ışınları gibi gama ışınları da kanserojen yapıcılar arasında 1. grupta yer alır.

Sonuç

  • “Radyasyon” kavramının zihnimizde yaptığı çağrışımlar çok kötü olsa da gördüğünüz gibi yaşamımızın her anında radyasyona (elektromanyetik dalgalara) maruz kalıyoruz, ancak onların pek azı sağlığımızı tehdit ediyor.
  • Görmek, tamamen elektromanyetik dalgalara bağlı bir kavramdır, renkler de öyle. Spektrumda başka bir aralığı görebilseydik o zaman çevremiz çok farklı görünürdü.
  • Genelde “ışık” kelimesini günlük hayatımızda “görünür ışık” için kullanırız ancak bu tam olarak doğru değildir. Bütün elektromanyetik dalgalar birer ışıktır.
  • Bütün elektromanyetik dalgalar Fotonlardan oluşurlar. Frekanslarının değişik olması aralarındaki farkı belirler (frekansın değişikliği dolaylı olarak dalga boylarının ve enerjilerinin de değişik olmasına yol açar).
  • Elektrik ve manyetik alanlar birbirinden bağımsız düşünülemez. Bir elektrik akımında manyetik alan da oluşur.

Sağlıcakla kalın.

Kaynakça 

Illustrated Dictionary of Science, BASF, Usborne Publishing

https://science.hq.nasa.gov/kids/imagers/ems/index.html

https://www.wikiwand.com/en/Electromagnetic_spectrum

https://www.wikiwand.com/en/Electromagnetic_radiation

https://www.wikiwand.com/en/International_Agency_for_Research_on_Cancer

ELEKTROMANYETİK SPEKTRUM BİZE NE ANLATIYOR?

Işık ve Elektromanyetik Spektrum

 

Yazar hakkında

İlgili Gönderiler

Cevap Bırak

Kaçırma