Elektromanyetik Dalgalar Nedir?
Elektromanyetik dalga, tıpkı mekanik dalga, yerçekimi dalgası ve madde dalgası (olasılık dalgası) gibi bir dalga türüne ait olan bir enerji türüdür. Frekans ne kadar yüksekse, yayılan elektromanyetik dalganın frekansı o kadar yüksek ve dalga boyu o kadar kısa olur. Bu elektromanyetik dalgaya kara cisim ışıması denir. İnsanlar havanın içinde yaşıyor olsalar da gözler havayı göremeyeceği gibi, ışık dalgalarının yanı sıra her yerde bulunan diğer elektromanyetik dalgaları da göremezler.
Elektromanyetik dalgalar nasıl oluşur?
Elektromanyetik alan, elektrik alanı ve manyetik alan olmak üzere iki bileşeni içerir ve özellikleri sırasıyla elektrik alan şiddeti E (veya elektriksel yer değiştirme D) ile manyetik akı yoğunluğu B (veya manyetik alan şiddeti H) ile ifade edilir.
Maxwell'in elektromanyetik alan teorisine göre, bu iki kısım birbiriyle yakından ilişkilidir. Zamanla değişen bir elektrik alanı manyetik alana, zamanla değişen bir manyetik alan ise elektrik alanına neden olur.
Elektromanyetik alanın kaynak alanı zamanla değiştiğinde, elektrik alanı ve manyetik alan birbirlerini uyararak elektromanyetik alanın hareketine neden olur ve elektromanyetik dalgalar oluşur. Elektromanyetik dalgaların yayılma hızı ışık hızına eşittir. Serbest uzayda bu hız c=299792458 m/s≈3×108 m/s'dir. Elektromanyetik dalgaların yayılmasına güç aktarımı da eşlik eder.
Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri
Elektromanyetik dalgaların üç özelliği vardır: genlik (yoğunluk, ışık yoğunluğu), frekans (dalga boyu) ve dalga şekli (spektral dağılım). Görünür ışık söz konusu olduğunda, bu üç özellik sırasıyla ışık renginin açıklığı, tonu ve renkliliğine karşılık gelir. Elektromanyetik dalga söz konusu olduğunda, başlangıç fazı kavramı da vardır. Dalga şekli, sinüs dalgası (kosinüs dalgası) olarak adlandırılan bir sinüs eğrisidir (kosinüs eğrisi). Bir elektromanyetik dalganın dalga şekli sinüs dalgasına ne kadar yakınsa, spektrumu o kadar saf ve tek renkli olması o kadar iyidir. Bunun tipik bir örneği lazerlerdir.
1. Elektromanyetik Genlik
Elektromanyetik dalganın elektrik alan şiddeti (E) ve manyetik alan şiddeti (H) tarafından ulaşılabilen en yüksek mutlak değere, elektromanyetik dalganın maksimum değeri veya genliği denir. Elektromanyetik dalgaların genliği, elektrik alanı genliği ve manyetik alan genliği olarak ikiye ayrılır; bunların birimleri sırasıyla V/m ve A/m’dir. Her ikisi de elektromanyetik dalgaların şiddetini ifade edebilir, ancak pratik uygulamalarda elektromanyetik dalga genliğinin ifade edilmesinde genellikle elektrik alan şiddeti kullanılır.
1.1 Elektrik alan şiddeti
Elektrik alan şiddeti, elektrik alanının şiddetini ve yönünü ifade etmek için kullanılan bir fiziksel büyüklüktür ve genellikle "E" harfiyle gösterilir.
1.11 Hesaplama formülü
Farklı durumlarda, elektrik alan şiddetinin hesaplama yöntemi farklılık gösterir. Aşağıdaki formül yalnızca noktasal yükler için geçerlidir:
E=KQ/r2
Burada "E" elektrik alan şiddeti, "K" elektrostatik kuvvet sabiti, "Q" kaynak yükün büyüklüğü ve "r" kaynak yük ile test yükü arasındaki mesafedir.
1.2 manyetik alan şiddeti
Tarihsel olarak manyetik alan şiddeti ilk olarak manyetik yük kavramından hareketle türetilmiştir. Coulomb’un yük yasasına benzer şekilde, doğada pozitif ve negatif olmak üzere iki tür manyetik yükün bulunduğu varsayılır ve Coulomb’un manyetik yük yasası ortaya atılır. Manyetik alanda birim pozitif manyetik yükün maruz kaldığı kuvvete manyetik alan şiddeti (sembolü H) denir.
1.21 Hesaplama formülü
Bir ortamda manyetik alan şiddetini hesaplamak için kullanılan formül şöyledir:
H=B/μ0-M
"B" manyetik indüksiyon, "M" manyetizasyon, "μ0" vakumdaki manyetik geçirgenliktir, μ0=4π×10-7 Tesla m/A. "H" birimi An/metredir.
2 Elektromanyetik Frekans
Saniye başına düşen elektromanyetik dalgalanma sayısına elektromanyetik frekans denir.
Hesaplama formülü
Elektromanyetik dalgaların frekansını hesaplamak için kullanılan formül şöyledir:
f(Hz)=c(m/s)/λ(m)
"c": dalga hızı (ışık hızı sabittir, vakumda 299792458 m/s'ye eşittir, yaklaşık olarak 3×108 m/s'ye eşittir) birim: m/s;
"f": frekans (birim: Hz, 1 MHz = 1000 kHz = 1×106 Hz);
"λ": dalga boyu (birim: m);
3 Elektromanyetik Spektrum
Bu elektromanyetik dalgaları dalga boyu veya frekans sırasına göre sıralamak, elektromanyetik spektrumu oluşturur. Her bir bandın frekansları düşükten yükseğe doğru sıralandığında, bunlar şebeke frekansı elektromanyetik dalgaları, radyo dalgaları (uzun dalgalar, orta dalgalar, kısa dalgalar ve mikrodalgalar olarak ayrılır), kızılötesi ışınlar, görünür ışık, ultraviyole ışınlar, X ışınları ve gama ışınlarıdır. Radyo en uzun dalga boyuna sahiptir ve kozmik ışınlar (X ışınları, gama ışınları ve daha kısa dalga boylarına sahip ışınlar) en kısa dalga boylarına sahiptir.
Elektromanyetik Spektrum Tablosu
Elektromanyetik Dalgaların Uygulamaları
- Radyo dalgaları: iletişim vb. amaçlarla;
- Mikrodalga: mikrodalga fırınlarda, uydu iletişiminde vb. kullanılır;
- Kızılötesi ışınlar: uzaktan kumanda, termal görüntüleyiciler, kızılötesi güdümlü füzeler vb. için kullanılır;
- Görünür ışık: Tüm canlıların nesneleri görebilmesinin temelidir;
- Ultraviyole ışık: tıbbi dezenfeksiyon, sahte banknotların tespit edilmesi, mesafe ölçümü, mühendislikte kusur tespiti vb. için kullanılır;
- X-ışını: CT fotoğrafçılığı için;
Gama ışınları: tedavi, atomları zıplatarak yeni ışınlar üretmek vb. için kullanılır.
