Elektromanyetik radyasyon, çevremizde sürekli bulunan bir enerji türüdür. Radyo dalgaları, mikrodalgalar, X-ışınları ve gama ışınları gibi birçok farklı formda ortaya çıkar. Güneş ışığı da elektromanyetik enerjinin bir biçimidir. Ancak görünür ışık, elektromanyetik spektrumun yalnızca küçük bir bölümünü oluşturur.
Elektromanyetik radyasyon terimi, aslında elektromanyetik dalgalarla aynı olguyu anlatır. Aralarındaki fark, sadece bakış açısıyla ilgilidir. “Radyasyon” daha çok bu dalgaların enerji taşıma yönünü vurgularken, “dalga” ifadesi fiziksel yapısına odaklanır. Radyo dalgalarından görünür ışığa kadar tüm bu formlar hem dalga özelliği taşır hem de enerji yayar. Bu nedenle, iki kavram çoğu zaman birbirinin yerine kullanılır.
Günlük yaşamda birçok fiziksel dalga türünü yakından tanırız. Su yüzeyinde oluşan dalgalar ya da ses dalgaları, hepimizin aşina olduğu örneklerdir. Ancak elektromanyetik dalgalar, günlük deneyimlerimizde bu kadar belirgin değildir.
Elektromanyetik Dalgalar Nedir?
Dalga boyu ve frekans özelliklere dayalı olarak farklı elektromanyetik dalga türlerini incelemenin bir yolu elektromanyetik spektrumdur. Elektromanyetik radyasyon spektrumunu, sekiz perdeli bir gitar teline benzetebiliriz.
En düşük notayı çaldığınızda radyo dalgaları ortaya çıkar; en yüksek notada ise gama ışınları. Gitar telindeki titreşim desenleri nasıl farklı sesler üretiyorsa, elektrik ve manyetik alanlardaki farklı salınım biçimleri de çeşitli elektromanyetik dalga türleri oluşturur.
Radyo dalgaları
Elektromanyetik spektrumun en düşük frekanslı ve en az enerjili üyeleri radyo dalgalarıdır. 3 kHz ile 300 GHz arasındaki frekans aralığında yer alırlar. Dalga boyları oldukça uzundur: 3 kHz’de yaklaşık 100 kilometre, 300 GHz’de ise 1 milimetreye kadar kısalır. Bu kadar düşük frekans ve uzun dalga boyu, foton başına taşınan enerjinin son derece az olmasına yol açar.
Radyo dalgaları maddeyle zayıf etkileşir. Genellikle birçok atoma yayılan küçük elektrik yükleri oluştururlar. Ancak bu etki, işe yaramaz değil; tam tersine çok kullanışlıdır. İletken bir anten, bu yükleri toplar ve onları doğrudan elektrik sinyallerine çevirir. Bugün kullandığımız tüm kablosuz iletişim sistemleri bu ilkeye dayanır.
Aynı mekanizma tersine de çalışır. Devreye bağlı olmayan bir iletken —örneğin havadaki bir uçak—radyo dalgalarıyla karşılaştığında, yüzeyinde yük ayrışması oluşur ve bu da yeni radyo dalgaları üretir. Radarlar, bu yansıyan dalgaları algılayarak cisimlerin yerini belirler.
Bu özellikler nedeni ile, radyo dalgaları bugün hayatın her alanında kullanılıyor. Uzayda da izlerini sürmek mümkün; gökbilimciler uzak galaksileri ve yıldızları bu sayede gözlemliyor.
Mikrodalgalar
Mikrodalgalar, 300 MHz ile 300 GHz arasındaki frekans aralığında yer alan elektromanyetik dalgalardır. Dalga boyları 100 santimetreden 1 milimetreye kadar kısalır. Frekans yükseldikçe fotonların taşıdığı enerji artar; bu da mikrodalgaları, radyo dalgalarına göre daha yoğun ve etkili hâle getirir. Ancak temel yapıları hâlâ oldukça benzerdir.
Aralarındaki fark, yayılma özelliklerinde belirginleşir. Mikrodalgalar, radyo dalgaları gibi bükülmez; dağların arkasından dolanamaz, iyonosferden yansımaz, yeryüzü eğimini takip etmez. Bu nedenle doğrudan görüş hattı gerekir. Yine de daha yüksek frekansları sayesinde, radyo dalgalarının geçemediği kalın bulutlar veya toz tabakaları gibi engelleri aşabilirler. Bu özellikler mikrodalgaları pek çok alanda vazgeçilmez kılar.
Mikrodalgalar, mutfakta da işe yarar. 2.45 GHz frekansındaki (yaklaşık 12 cm dalga boyunda) mikrodalgalar, su moleküllerini titreştirerek ısı üretir. Gıdalarda mutlaka bir miktar su bulunduğundan, bu dalgalar yiyecekleri doğrudan ısıtarak hızlı ve verimli bir şekilde pişirir.
Kızılötesi (IR) Işınlar
Kızılötesi ışınlar, 300 GHz (1 mm) ile 430 THz (700 nm) arasında yer alır ve elektromanyetik spektrumda görünür ışığın hemen altındadır. Bu aralık, çevremizdeki nesnelerin ısı yaydığı frekansları kapsar. Sıcaklık arttıkça cisimler doğal olarak kızılötesi radyasyon yayar.
IR ışınları, radyo ve mikrodalgalardan farklı olarak kutuplaşmış moleküllerle — özellikle suyla — güçlü biçimde etkileşir. Bu sayede hemen her organik madde tarafından emilir ve bu enerji doğrudan ısıya dönüşür. Tersine, ısınan maddeler de bu enerjiyi IR ışık olarak geri yayar.
Bu özelliği, kızılötesi dalgaları uzun menzilli iletişim için elverişsiz kılar; atmosferdeki su buharı sinyali hızla emer. Ancak kısa mesafelerde oldukça etkilidir. Örneğin televizyon kumandaları IR ile çalışır. Bu teknoloji; astronomide, endüstride, hava tahminlerinde ve tıpta yaygın olarak kullanılır. Askerî sistemlerde ise hem gözetleme hem de hedefleme için kritik bir rol oynar.
Tüm elektromanyetik dalgalar gibi IR de hem dalga hem parçacık özellikleri gösterir ve enerji taşır. Güneşten Dünya’ya ulaşan enerjinin yarısından fazlası kızılötesi bölgededir. Bu yüzden güneş ışığı sıcak gelir.
Görünür Işık
Görünür ışık, elektromanyetik spektrumun gözümüzün algılayabildiği aralığıdır. 430 ile 770 terahertz (390–700 nanometre) arasında yer alır. Bu aralık içindeki farklı dalga boyları, renkleri oluşturur. Bir cismin rengini görmemizin nedeni, o cismin bazı dalga boylarını soğurması ve kalanlarını yansıtmasıdır. Örneğin bir nesne kırmızı görünüyorsa, diğer tüm renkleri soğuruyor, sadece kırmızı dalga boylarını yansıtıyordur.
Renk algısı sadece yansımaya değil, ışığın maddeyle etkileşme biçimine de bağlıdır. Bir cismin yüzey dokusu da bu etkileşim sayesinde görünür hâle gelir. Örneğin kar, uzaktan bakıldığında mat, beyaz ve yansıtıcı bir yüzeye sahiptir. Ancak tek tek kar kristalleri cam gibi şeffaf ve parlaktır. Bu fark, ışığın nasıl dağıldığı ve yansıdığıyla ilgilidir.
Morötesi Işık
789 terahertz’in (THz) üzerindeki frekanslar, elektromanyetik spektrumda ultraviyole (UV) olarak adlandırılır. UV ışık, 10 ila 400 nanometre arasındaki kısa dalga boylarına sahiptir ve taşıdığı enerji oldukça yüksektir. Bu noktadan itibaren fotonlar, bazı kimyasal bağları bozup yeni yapılar oluşturacak kadar güçlüdür. Bu da özellikle DNA için ciddi bir tehdit oluşturur
Daha düşük enerjili UV-A ışınları bile vücutta “reaktif oksijen türleri” oluşturur. Bu moleküller DNA dahil pek çok yapıya zarar verir. Bu nedenle UV, canlı organizmalar için tehlikeli bir radyasyon türüdür. Güneş yanıkları yalnızca ısıyla değil, doğrudan bu radyasyon etkisiyle oluşur. Uzun süreli maruziyet, cilt kanseri riskini artırır.
Güneş ışığının yaklaşık %10’u UV’den oluşur. Neyse ki atmosfer ve ozon tabakası, bu ışınların büyük bölümünü süzer ve yeryüzündeki canlıları korur.
Zararlı etkilerine rağmen UV’nin faydalı kullanımları da vardır. İnsan vücudu, D vitamini sentezi için UV ışığına ihtiyaç duyar. Bunun dışında UV; sterilizasyon, sahtecilik önleme, astronomi, adli tıp, hava tahmini ve bazı fotoğrafçılık uygulamalarında kullanılır.
X ışınları / Röntgen
X-ışınları, 30 petahertz ile 30 exahertz arasında frekansa ve 0.01 ila 10 nanometre arasında dalga boyuna sahiptir. Bu değerler, onları elektromanyetik spektrumun en enerjik dalgalarından biri hâline getirir. Dalga boyu 0.2 nanometreden daha kısa olanlar “sert X-ışınları” olarak adlandırılır.
Sert X-ışınları, çok küçük dalga boyları sayesinde yumuşak dokulardan neredeyse hiç etkilenmeden geçer. Bu özellik, tıpta kemiklerin görüntülenmesinde ve havaalanlarında bavulların taranmasında kullanılır. Aynı zamanda jeologlar, bu ışınları kullanarak kristal yapıların atomik düzenini analiz eder. Çünkü X-ışınlarının dalga boyu, atom boyutlarıyla karşılaştırılabilecek kadar küçüktür.
Gama Işınları
Gama ışınları, bilinen en yüksek enerjili elektromanyetik dalga türüdür. Frekansları 30 exahertz’in üzerindedir; dalga boyları ise 10 pikometreden (bir pikometre, bir nanometrenin binde biri) daha kısadır. Bu uzunluk, bir atomun çapından bile küçüktür. Taşıdıkları enerji olağanüstüdür.
Yeryüzünde gama ışınları genellikle radyoaktif bozunma sonucu ortaya çıkar. Nükleer patlamalar veya Çernobil gibi kazalar, bu ışınların yoğun biçimde yayıldığı ortamlardır. Uzayda ise çok daha güçlü gama ışını patlamaları gözlemlenir. Bunlar, ömrünün sonuna gelen yıldızların süpernova veya hipernova olarak patlayıp nötron yıldızına ya da kara deliğe dönüşmesi sırasında oluşur.
Gama ışınları, canlı organizmalar için en tehlikeli elektromanyetik radyasyon türüdür. Neyse ki Dünya atmosferi, bu ışınların büyük bölümünü soğurarak yüzeye ulaşmalarını engeller.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- The different types of electromagnetic radiation: from radio waves to gamma rays. Yayınlanma tarihi: 9 Ocak 2023; Bağlantı: https://www.zmescience.com/
- What is electromagnetic radiation? Yayınlanma tarihi: 22 Mart 2022; Bağlantı: https://www.livescience.com
Matematiksel
