Elektromanyetik dalgalar, bir ortama ihtiyaç duymadan boşluktan geçerler. Elektromanyetizma, bu yüklerden ışık hızında dalgalar halinde yayılan hızlanan yüklerin ürettiği alternatif elektrik ve manyetik alanların birleşimi olarak tanımlanır. Bunlara elektromanyetik dalgalar veya radyasyon denir. Dünyanın çevresi, enerji dalgaları, radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, görünür, ultraviyole, x-ışınları ve gama ışınları gibi farklı radyasyon türlerinden geniş ölçüde etkilenir. Bu makale elektromanyetik dalgaların kökeni ve teorisi hakkında bilgiler içermektedir.
İçindekiler
Menşei
Elektrik ve manyetizma hakkındaki gerçekler, on dokuzuncu yüzyılın büyük bir bölümünde incelenmiştir. Ancak, iki alanın birbirine bağlı olduğu bilgisi, 1820’lerin başında Hans Christian Oersted’in olağanüstü keşfiyle başladı. Manyetik bir pusula iğnesinin yanına yerleştirilmiş bir telden geçen akıma tepki verdiğini fark ettiğinde, manyetizmanın nihai olarak hareket eden elektrik yüklerinden veya akımdan kaynaklandığını öğrendi. Daha sonra, Michael Faraday ve Joseph Henry, 1830’larda eşzamanlı fakat ayrı ayrı elektromanyetik indüksiyon keşifleri yaptılar. Bu çalışmalar James Clerk Maxwell’in elektriği, manyetizmayı ve optiği büyük bir ışık teorisinde birleştiren elektromanyetik dalgalar teorisine yol açtı.
Değerli Akademisyenlerin Katkısı
Maxwell, Elektrik ve Manyetizma Üzerine İnceleme adlı eserini 1873’te yayınladı ve dört temel matematiksel denklemin bilinen tüm elektrik ve manyetik olayları tanımladığını gösterdi. İlk denklem, Gauss’un pozitif ve negatif yüklerin manyetik alanlar oluşturduğunu belirten elektrik yasasıdır; Gauss’un manyetizma yasası ise, akımların kuzey ve güney kutuplarını birbirine bağlayan ancak tek kutupları (tek kutuplar) birleştirmeyen manyetik alanlar yarattığını belirtir. Ampere yasası, zamanla değişen manyetik ve elektrik alanları indüklediğini belirtir. Faraday’ın indüksiyon yasası, zamanla değişen elektrik alanlarının zamanla değişen manyetik alanlar oluşturduğunu belirtir. Ayrıca Maxwell’in denklemi, ışık hızında hareket eden dalgalar, yani elektromanyetik dalgalar gibi birleşik ve değişen elektrik ve manyetik alanların varlığını öngördü. Hızlanan yüklerin nihayetinde bu dalgaları yarattığını ve çeşitli frekanslarda ve dalga boylarında var olmaları, boşlukta ışık hızında hareket etmeleri ve yansıma gibi görünür ışığın tüm optik özelliklerini sergilemeleri gerektiğini tahmin etti.
Diğer keşifler
1887’de Heinrich Rudolf Hertz, Maxwell’in teorisini deneysel olarak doğruladı ve bu, onun ölümünden yaklaşık on yıl sonra geldi. Hertz, yüksek çıkış voltajının kıvılcımların iki metal plaka arasındaki bir hava boşluğunda ileri geri sekmesine neden olduğu, esasen bir yükseltici transformatör olan bir endüksiyon bobini cihazı yaptı. Uçları arasında hava boşluğu bulunan bir tel bükülür ve başka bir telin yanına yerleştirilir. Hertz, bu telin uçları boyunca endüksiyon bobininin kıvılcımlarıyla aynı frekansta zıpladığını fark etti. Elektromanyetik dalgaların bobinden bükülmüş tele kadar havada yayıldığı sonucuna vardı.
Bu dalgaların yaklaşık 1 metre dalga boyuna sahip radyo dalgaları olduğu kanıtlanmıştır. Dalgaların ışığın tüm olağan özelliklerini sergilediğini, yani parabolik aynalara odaklandığını ve camdan kırıldığını gösterdi. Müdahalelerine neden oldu ve hızını ışık hızı olarak hesaplamasına izin veren bir duran dalga modeli yarattı. Daha sonraki deneyler, radyo, televizyon, radar ve toplum için önemli olan sayısız diğer teknolojinin gelişmesine yol açan çok çeşitli elektromanyetik dalga boylarının ve frekanslarının varlığını göstermiştir.
Teori – temel ilke
Birçok doğal fenomen dalga benzeri davranış sergiler. Su dalgaları, deprem dalgaları ve ses dalgaları yayılmak için bir ortam veya madde gerektirir ve bunlar mekanik dalgalara örnektir. Işık aynı zamanda kaynaklarından dışarı doğru yayılan alternatif elektrik ve manyetik alan dalgaları olarak da tanımlanabilir. Ancak bu dalgalar bir ortam gerektirmez.
Vakumla saniyede 3.000.000,00 metre hızla yayılır. Elektromanyetik dalgalar, enine dalgalardır, daha basit bir ifadeyle, birbirine ve yayılan dalgaların yönüne dik değişen, değişen salınımlı elektrik ve manyetik alanlar. Elektromanyetik dalgaların en iyi kaynağı hızlanan dalgalardır. Hızlandırılmış bir yük, hızını artıran veya azaltan veya hareket yönünü değiştiren veya her ikisini birden yapan bir yüktür. Birbirinin etrafında birbirinin elektrik kuvvet alanına daldırılmış iki yük düşünün, yük aniden aşağı yukarı salınmaya başlarsa, ikinci yük çok sınırlı bir süre sonra birinci yükün alanındaki değişimi yaşar. Salınımlı bir yük hızlanır ve hareketli yükün elektrik alanları, manyetik alanlar gibi değişir. Bu değişen elektrik ve manyetik alanlar, Faraday indüksiyon kanunu ve Ampère kanunu ile birbirini oluşturur. Bu değişen alanlar titreşen yükten ayrılır ve uzayda ışık hızında yayılır.
dalga boyu ve frekans ilişkisi
İster elektromanyetik ister mekanik olsun, tüm periyodik dalgaların dalga boyu, frekans ve hız gibi özellikleri vardır. Elektromanyetik dalgalar için dalga boyu, elektrik veya manyetik alanların ardışık darbeleri arasındaki mesafeyi ölçer. Dalgaların frekansı, saniyede belirli bir noktadan kaç darbenin geçtiğini gösterir ve saniyedeki döngü veya saniyedeki dalgalarla ölçülür. Saniyede bir dalgaya bir hertz denir. Elektromanyetik dalgalar boşlukta ışık hızında hareket ederler, ancak hava, cam ve su gibi farklı ortamlardan geçtiklerinde daha yavaş hareket ederler. Elektromanyetik dalgalar için frekans, dalga boyu ve hız arasında bir ilişki vardır; Frekans ve dalga boyunun çarpımı ışık hızına eşittir. Bu nedenle, dalga boyu ve frekans ters orantılıdır. Frekans ne kadar yüksek olursa, dalga boyu o kadar düşük olur.
Elektromanyetik dalga türleri
Düşük frekanslı dalga boylarından (enerji dalgaları) çok yüksek dalga boylarına (gama ışınları) kadar değişen tam bir elektromanyetik dalga spektrumu vardır. Görünür ışık olarak tanımlanan sadece dar dalga boyları ve frekans bantları değil, tüm dalga boylarına topluca elektromanyetik dalga boyları denir. Işığın dalga doğası, davranışının birçok yönünü açıklar. Bununla birlikte, radyasyonun parçacık benzeri özellikleri de vardır. Işık, hızlanan bir yükten kaynaklanan sonsuz veya neredeyse sonsuz bir dizi elektromanyetik dalga yerine, parçacık benzeri enerji patlamaları gibi görünür. Bu bireysel enerji patlamaları veya kuantumlara fotonlar denir. Her foton, kendisiyle ilişkili elektromanyetik dalganın frekansına doğrudan bağlı olan bir miktar enerji içerir. Bir radyasyon fotonunun frekansını iki katına çıkarmak, enerjisini iki katına çıkarır. Bu nedenle, tüm elektromanyetik dalga türleri arasında, enerji dalgası fotonları en düşük enerjiye, gama ışını fotonları ise en yüksek enerjiye sahiptir.
Dünya üzerindeki yaşam sürekli olarak her türlü elektromanyetik radyasyonla bombardımana tutulduğu için, bilim adamları elektromanyetik dalgalara maruz kalmanın yararlarının yanı sıra olası tehlikelerinin de farkında olmalıdır.
kaynak:
https://www.comsol.com/multiphysics/electromagnetic-waves-theory
https://www.britannica.com/science/electromagnetic-radiation
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]