Elektromanyetik Dalga Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Elektromanyetik dalga nedir: Yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşur. Birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılır. Yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c (ışık hızı) ile yayılan enine dalgalardır. 

Elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın.( EM radyasyon veya EMR olarak kısaltılır). Bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur.

Elektromanyetik dalgalar birçok makine ve cihazda karşılaştığımız dalgalardır. Gözle görülemeyen bu dalgalar uzunluğu veya kısalığına göre sağlığa zararlı olabilmektedir.

Elektromanyetik dalga kavramı ilk olarak James Clerk Maxwell tarafından ortaya atılmıştır. Sonra Heinrich Hertz tarafından doğrulanmıştır. Maxwell elektrik ve manyetik alanların dalga benzeri yapılarını ve simetrilerini açığa çıkaran alan dalga formu denklemleri elde etmiştir.

Maxwell, ışığın ölçülen hızının, dalga denklemlerinden çıkan EM dalgaları hızları ile çakışık olmasından dolayı ışığı da bir elektromanyetik dalga olarak kabul etmiştir. Maxwell’in denklemlerine göre, hareketsiz bir elektrik yükü etrafında bir elektrik alan oluşturur. İvmeli hareket eden bir elektrik yüküyse oluşturduğu elektrik alana ek olarak manyetik alan oluşturur. Bu alanlar birbirlerine dik olarak salınırlar ve EMR oluşur.

Bundan dolayı ivmeli hareket eden yükler elektromanyetik dalga yayarlar. Elektrik alan (E) ve manyetik alan (B) bileşenleri olmak üzere elektromanyetik dalganın iki bileşeni vardır. Bu iki bileşen birbirine dik, elektromanyetik dalganın yayılma yönü ise her ikisine de diktir.

Elektrik alan, birim yüke etki eden kuvvet olarak bilinir. Bu kuvvetin yönü, artı yükten eksi yüke doğrudur. Elektrik alanlar yönlü oklarla gösterilir. Bir başka anlatımla elektrik alan çizgileri yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğrudur.

Manyetik alan ise bir noktada “v” hızıyla hareket eden “q” yükünde “F” kuvvetini meydana getiren alan vektörüdür.

Elektromanyetik dalganın yayılma yönü

Elektromanyetik dalganın yayılma yönü sağ el kuralı ile bulunur.

Sinüzoidal dalganın herhangi bir noktasından başlamak üzere, aynı noktaya varıncaya kadar geçen süreye “periyot (T)” denir. Birim zamandaki (1 sn.) periyot sayısına ise “frekans (f)” denir. f = 1 / T”dir. Frekans birimi Hertz (Hz)”dir.

1 KHz = 1.000 Hz           1 MHz = 1.000.000         Hz 1 GHz = 1.000.000.000 Hz „ dir.

Elektromanyetik dalgalar ışık hızı (c= 300.000 km/sn. = 161.800 NM/sn.) ile yayılır. Bir elektromanyetik dalganın bir periyodunda kat edilen yol, dalga boyunu (λ) verir.

(λ) Lamda ışığın dalga boyu gösterim simgesi.

Birimi metredir (m). c = λ . f ve λ = c / f ” dir.

Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar, uzun dalga boyuna sahip iken kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalar ise büyük frekanslıdır. Elektromanyetik dalgalar; dalga boyları, frekansları ve taşıdıkları enerjiye göre gruplandırılır. Frekans değerleri farklı olan ışınlar, bu değerler sıralandığında elektromanyetik spektrum elde edilir.

Elektromanyetik Dalga Spektrumu

Yüksek enerjili gama ışınlarından çok düşük enerjili radyo dalgalarına kadar tüm ışınlar yelpazesine elektromanyetik spektrum denir. Buna göre elektromanyetik dalga spektrumunda sıralama radyo dalgalarından başlar ve gama dalgalarında biter.

Elektromanyetik Dalgaların Üretilmesi

Elektromanyetik dalgaların dalga boylarına bağlı elektromanyetik dalga üretecinin yapısı da değişir. Şekilde kısa dalga yayın yapan dalga üreteci “ω=1/√LC” frekansı ile titreşen “LC” devresini kapsamaktadır. Bu sistemdeki yük ve akımlar rezonans frekansında salınır.

Elektromanyetik enerji, titreşim periyodunun yarısında yüklerin kondansatör de elektrik enerjisi depolar. Diğer yarısında ise akımların bobinde manyetik enerji depolanması şeklinde depolanır. “LC” salınıcısındaki anten “ω” (omega) frekanslı salınımlar şeklinde rezonansa gelir. Çevreye elektromanyetik dalga şeklinde enerji yayılır. Yani “LC” salınım devresi ve anten sistemi, bir enerji dönüşümü meydana getirir.

Elektrik dipol antenin iki kolunun uçları arasında elektrik yüklerinin salınım hareketini yapar. Aşağıdaki şekilde dipol antenin uçları arasındaki yüklerin salınımı sonucu yayınlanan elektromanyetik alan çizgilerinin yayılımı görülmektedir. Elektrik ve manyetik alan çizgileri, dipol antenin ekseni civarında dönel şekiller meydana getirerek antenden c ışık hızıyla uzaklaşır.

Elektromanyetik Dalga Çeşitleri

Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla (artan frekansa ve azalan dalga boyuna göre)

Radyo Dalgaları

Dalga boyu 1 mm ile birkaç km arasında olan dalgadır. Radyo ve televizyon yayınlarında kullanılan dalgadır. Radyo dalgaları da kendi içerisinde kısa, orta ve uzun şeklinde ayrılmaktadır.

Mikrodalga Işınları

Bu dalga çeşidi atom ve moleküler yapıların çözümlenmesinde, fırınlarda ve uçak iniş kalkışlarında kullanılmaktadır. Dalga boyları 0,1- 100 cm ve frekansları 0,3-300 Giga hertz (GHz) olan elektromanyetik dalgalardır. Küçük ev aleti olarak kullanılan mikrodalgalar örnek verilebilir.

Mikrodalga fırınlar ve bazı elektronik cihazlar tarafından üretilirler.

• Atom ve moleküllerin incelenmesi, uçakların iniş ve kalkışları sırasında kullanılan radar sisteminde
• Televizyon yayınları, radyo, uydu veya uzak telefon haberleşmeleri, telgraf,
• Astronomi, bilgisayarda data transferi gibi iletişim amaçları mikrodalgalardan faydalanılır.

Toz, ışık ve yağmurun içinden kolay bir şekilde geçeceği için uzaydan dünyayı görüntüleme amaçlı olarak ta kullanılır. Mikrodalga fırınlarda da aynı tip ışınlar bulunmaktadır. Mikrodalgaların etkisine en duyarlı organlar gözler ve testislerdir.

Infrared Dalgalar

Bütün cisimler, düşük yüzeysel sıcaklık değerine sahip olan diğer cisimlere infrared ışın yayar. Infrared ışınlar 1mm ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahiptir. Sıcaklığın artması, enerjinin ve frekansının artmasına sebep olur.

Görünür Işık

Elektronların atom molekülleri içindeki hareketleri sonucu oluşan manyetik dalgadır. Örnek olarak gök kuşağı söylenebilir. Dalga boyları 4⋅10–7m–7⋅10–7m arasındadır. İnsan gözünün algıladığı ışıktır. Bunlar çok sıcak cisimlerden yayılır. (Kırmızı, sarı, yesil, mavi, mor gibi)

Mor Ötesi Işınlar 

Sterilizasyon makinelerinde kullanılan dalga türüdür. Elektriksel deşarj sırasında atom ve moleküller tarafından üretilir. Bunların kaynağı genelde güneştir. Dalga boyları 4⋅10–7m–6⋅10–10m arasındadır. Yeryüzüne az miktarda ulaşırlar. Güneş çarpmasının sebebi bu ışınlardır.

Kızılötesi Işınlar

Sıcak cisimler tarafından üretilen dalgadır. Dalga boylan 1mm–7⋅10–7m arasındadır. Gözle görülemezler ancak termal kameralardan görülürler. Ateş ölçerler bu tür manyetik dalgaya verilebilen örnektir. Kızılötesi ışınlar için detaylı yazımız sayfamızdadır.

Ultraviyole Işınları

Ultraviyole ışınları göz ile görülmez. 10 ile 380 nanometre aralığında dalga boylarına sahiptirler. Ultraviyole ışınlarının ana kaynağı güneştir.

X Işınları

Yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu dalgalardır. Röntgen ışını olarak bilinen bu dalga elektronların yavaşlatılmasıyla elde edilir. X ışınları

Gama Işınları 

Sağlığa en zararlı ışınlarıdır. Gama ışınları dalga boyu en kısa olan elektromanyetik dalgadır.

Çeşitli organizmaların gözleri bu ışınların sadece küçük bir frekans aralığındaki ışınları algılayabilir. Buna “ışık” ya da “görülebilir tayf” denir.

Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

Elektromanyetik oldukça fazla özelliğe sahip dalgalardır.

• Yüklü cisimlerin ivmeli hareketleri sonucu oluşurlar.
• Işık hızıyla yayılırlar.
• Yüksüzdürler.
• Yüksüz oldukları için elektrik ve manyetik alandan etkilenmezler.
• Enerjileri E=h⋅ν formülü ile hesaplanır.
• Hızları farklı ortamlara geçtiklerinde değişir.
• Soğurulabilirler;  soğuran  cisimler ısınır.
• Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır. İlerleme çizgileriyle titreşimler birbirine dik şekildedir.
• Kendini meydana getiren elektrik ve manyetik alanları aynı fazdadır.
• E = B . c  dir. (c; ışık hızıdır.)
• Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yapabilirler.
• Boşlukta yayılabilirler.
• Polarize edilebilirler.