Elektromanyetik Spektrum

“Elektromanyetik teorisi ve deneyi bize; telefonu, radyoyu, televizyonu, bilgisayarları ve -böylece, araba ve uçağı, roket ve uzay keşfine kaçınılmaz olarak yönlendiren- içten yanmalı motorun pratiklerini sağladı.” -Gregory BENFORD, Astrofizikçi, Yazar

Işık denilince ne düşünüyorsunuz? Güneşten, lambadan gelen parlaklık, gördüğümüz dünyayı görebilme sebebimiz, renkler, cisimler… Işık bir kaynaktan çıkarak, bir cisme çarparak ve geri yansıyarak görmemizi sağlayan, hayatımızın en önemli olgularından biridir. Ancak ışık denildiğinde genelde aklımıza gelenler görünür ışık ile ilgilidir. Görünür ışık, insan gözünün algıladığı elektromanyetik dalgalardan oluşur ve elektromanyetik spektrumda dalga boyları 380 nm ile 760 nm arasında değişir.

Renkleri nasıl görürüz?

Görünür aralıktaki ışık enerjileri, insan gözünün, bu frekanslar göze girdiğinde yanıt vermesine neden olan elektromanyetik dalgalardır. Göz beyine bir sinyal gönderir ve birey çeşitli renkleri görür. Görünür bölgedeki en yüksek enerji dalgaları beynin mor görmesine neden olur ve enerji azaldıkça renkler mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızıya döner. Dalganın enerjisi görünür aralığın üstünde veya altında olduğunda, göz onlara cevap vermez. Göz aynı anda birkaç farklı frekans aldığında, renkler beyin tarafından harmanlanır. Tüm ışık frekansları birlikte göze çarparsa, beyin beyaz görür ve göze çarpan görünür bir frekans yoksa, beyin siyah görür.

Etrafınızda gördüğünüz nesneler ışık emicilerdir – yani, nesnenin yüzeyindeki kimyasallar diğerlerini değil belirli frekansları emecektir. Gözleriniz, gözünüze çarpan frekansları algılar. Bu nedenle, eğer arkadaşınız kırmızı bir tişört giyiyorsa, bu tişörtün içindeki boya kırmızı hariç her frekansı emer ve kırmızı frekanslar yansıtılır. Tek ışık kaynağınız tam bir mavi ışık frekansı olsaydı ve onu güneş ışığında kırmızı olan bir forma tuttuysanız, gömlek siyah görünürdü çünkü ışık yansıtılmazdı. Floresan ışık türlerinden gelen ışık, güneş ışığının tüm frekanslarını içermez ve bu nedenle bir mağazanın içindeki giysiler, eve geldiklerinden biraz farklı bir renk gibi görünebilir.

Elektromanyetik Dalga Nedir?

Yüklerin ivmeli hareketinden meydana gelen elektromanyetik dalga birbirine dik elektrik ve manyetik alanlar içerir ve James Clark Maxwell tarafından keşfedilmiştir. Spektrumu farklı elektromanyetik dalgalar oluşturur. Fotonlardan meydana gelirler (dalga-parçacık ikiliği).

 Elektromanyetik Spektrum Nedir?

Daha önce görünür ışıktan bahsederken elektromanyetik spektrumdan bahsetmiştik. Elektromanyetik spektrum, tüm elektromanyetik radyasyon tiplerinin sıralanmasıdır. Radyasyon ise taşınan enerji olarak özetlenebilir. Elektromanyetik spektrum, bir hertz altından 1025 hertz üstüne kadar değişen frekanslarda elektromanyetik dalgaları kapsar. Elektromanyetik spektrumu oluşturan frekans aralığı düşük frekanstan (yüksek dalga boyu) yüksek frekansa (kısa dalga boyu) gider ve bunlar sırasıyla radyo dalgası, mikrodalga, kızıl ötesi, görünür ışık, morötesi, x-ray ve gama ışınıdır.

Nasıl Keşfedildi?

Bilim dünyasında bazı keşifler vardır ki neredeyse inanılmaz bir şans ile, İngilizce “serendipity” ile ifade edilen dilimize tam olarak çevrilemese de basitçe tesadüf dediğimiz kavram ile ancak açıklanabilir. Elektromanyetik spektrum gibi gözlerimizle göremediğimiz bir şeyi keşfedilmesinin de böyle olması yüksek bir ihtimaldir.

1800 yılında Sir William Herschel adında bir bilim adamı, görünür ışığın farklı renklerinin ne kadar ısı içerdiği sorusunu araştırıyordu. Güneş ışığını renklerin gökkuşağına ayırmak için bir cam prizmanın kullanıldığı yeri tasarladı ve denedi. Daha sonra, her rengin altına bir termometre yerleştirdi, spektrumun kırmızı ışığının hemen ötesine bir termometre daha koydu. Işıktan görünen termometrenin en yüksek sıcaklığa sahip olduğunu buldu. Bu da kızılötesi ışığı keşfetmesine yol açtı. Bir yıl sonra, Johann Wilhelm Ritter, yelpazenin mor ucunun hemen ötesinde ışık olup olmadığını görmek için Herschel’in keşfinden ilham aldı. Gerçekten de vardı ve Ritter ultraviyole ışığını keşfetti.

1867’de James Clerk Maxwell, kızılötesi ışığa kıyasla daha uzun dalga boylu ışığın olması gerektiğini öngördü. 1887’de Heinrich Hertz, laboratuvarında radyo dalgaları üreterek Maxwell tarafından öngörülen dalgaların varlığını gösterdi. Röntgen ilk kez 1895 yılında Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Röntgen tarafından vakum tüpleriyle yapılan deney sırasında kazayla bulundu. Onları ilk kez gözlemledikten bir hafta sonra karısının elinin X-ışını fotoğrafını çekti, bu da alyansını ve kemiklerini açıkça ortaya koydu. Fotoğraf halkı etkiledi ve yeni radyasyon formunda büyük bilimsel ilgiyi uyandırdı. Röntgen, bilinmeyen bir radyasyon türü olduğunu belirtmek için “X” olarak nitelendirdi. Adı sıkışmış, meslektaşlarının çoğu, onlara Röntgen ışınları demeyi önerdi.

Gama ışınları ilk olarak 1900 yılında Paul Villard tarafından radyumdan radyasyonu araştırırken gözlendi. Birkaç yıl sonra, Ernest Rutherford bu yeni radyasyon için “gama ışınları” ismini önerdi. X ışınları gibi, gama ışınlarının doğasını ortaya çıkarmak da bilim adamları için biraz zaman aldı. 1914’te Rutherford, bir kristalin katmanlarından yansıyabileceğini gözlemlediğinde, gama ışınlarının, X-ışınlarına (başka bir deyişle, farklı bir ışık biçimine) benzer oldukları, ancak çok daha kısa dalga boylarına sahip oldukları sonucunu ortaya koydu.

Sınıflandırma

• Radyo Dalgaları:

Spektrumun en düşük frekanslı ancak en yüksek dalga boyuna sahip olan radyo dalgaları genellikle televizyon, telefon ve adı üstüne radyo gibi iletişim teknolojilerinde kullanılır. NASA’ya göre radyo dalgalarının dalga boyları 1 milimetre ile 100 kilometreden daha fazlası arasında ve frekansları saniyede 3.000 çevrim (3 kilohertz) ile 300 milyarhertz(300 gigahertz) arasında sınıflandırılır. Teknolojik kullanımında sıklıkla radyo dalgaları cihazlar tarafından mekanik titreşimlere dönüştürülüp ses dalgası yaratılarak kullanılır.

• Mikrodalgalar:

  

Tahmin edeceğiniz üzere pişirme teknolojisinde kullanılır. Mikrodalgaların frekansları saniyede 1 milyar çevrim (1 gigahertz) ile 300 gigahertz ve dalga boyları 30 santimetreden 1 milimetreye değişen değerlere sahiptir. Mikrodalgalar ayrıca iletişim teknolojilerinde ve radarlarda kullanılır.

• Kızılötesi:

 

Gece görüş kameraları, bu kameraların kızılötesi dalgalarını algılayarak görünür ışığa çevirmesiyle karanlık ortamlarda görmemizi sağlar. Kızılötesini göremesek de sıcaklığını hissedebiliriz. Tüm objeler bir miktar yaysa da asıl kaynağı güneş ve ateştir. Kızılötesinin frekansı 3 gigahertz ile 400 terahertz arasında ve dalga boyu 1.000 mikrometre ile 760 nanometre arasında değişir.

 

• Görünür Işık:

380 ile 760 nm arasında değişen dalga boyuna sahip, gördüğümüz her şeyi borçlu olduğumuz elektromanyetik dalgalardır. Kırmızı renkten mor renge gider.

• Morötesi:

 

Güneş kaynaklıdır ve D vitaminini kullanabilmemiz için bu ışınlara ihtiyacımız vardır ancak cilt kanserine neden de olabildiği için hem yararlı hem de zararlıdır. Mikropları yok ettiği için hastanelerde kullanılır. Morötesi frekansları 8×10^14 ile 3×10^16 arasında ve dalga boyları 380 nanometre ile 10 nanometre arasında değişir.

 

• X ışını:

Özellikle alışveriş merkezi, havaalanı gibi yerlerde güvenlik amaçlı kontrollerde kullanılır. Röntgen ismiyle de anılan X ışınları röntgen olarak bildiğimiz teknikte kullanılır. Bu teknikte kemiğin X ışınlarını et dokusundan daha az soğurması sayesinde kemik görüntüleriz. Elektronların metal plakaya çarpması sonucu X ışını yayılır.

 

• Gama:

Tıpta kanserli hücreleri yok etmek için kullanılır. Temel olarak füzyon, fisyon, alfa bozunması ve gamma bozunması olmak üzere 4 farklı nükleer reaksiyon sonucu oluşur.

 

Kaynakça ve İleri Okuma:

• https://chem.libretexts.org
• https://www.brainyquote.com
• https://www.khanacademy.org
• https://imagine.gsfc.nasa.gov
• https://imagine.gsfc.nasa.gov
• https://chem.libretexts.org
• https://www.livescience.com