Elektromagnetik ışınım -siyah Cisim ışınımı- Radyo Dalgaları-gama ışınları-X ışınları

Elektromagnetik ışınım -siyah cisim ışınımı- radyo dalgaları-gama ışınları-X ışınları



işık, radyo dalgalan ve X ışınları, birbirleriyle bağlantısız gibi görünmelerine karşın, aynı ışınımın, yani elektromagnetik ışınımın değişik türleridir Gerçekte bunlar, bir elektrik yükü giderek hız kazandığında ortaya çıkan, ENERJİ dalgalarıdır

Bir elektrostatik yük, sözgelimi ELEKTRON gibi yüklü bir tanecik, kuvvet çizileriyle çevrilidir Kuvvet çizgileri, elektronun yanına benzeri bir yük getirildiğinde, bu yükün hareket edeceği doğrultuyu da gösterir Yüklü tanecik aşağı yukarı hareket ettirilirse, yolun uç noktalarında hızı, önce azalır sonra yeniden artar İşte bu ivmelenmeler, kuvvet çizgilerinde elektrik yükünden dışarı doğru yayılma oluşturur Hareket eden bir elektrik yükü, magnetik alan ortaya çıkarır (Bk elektromagnetizma) İvmeli elektrik yükü de, gene dışa doğru yayılan bir magnetik alan oluşturur Bu alanın kuvvet çizgileri, elektrik alanının kuvvet çizgilerine diktir Yayılmaların dışa doğru hareket hızları, elektrik yükünü çevreleyen maddenin cinsine bağlıdır


Bu tür elektromagnetik uyarımların varlığını ve hızlarını ilk olarak James Clerk MAXWELL hesaplamıştır Maxwell, hızlarının aynı olması nedeniyle, ışığın da bir elektromagnetik ışınım olacağını ileri sürdü Maxwell'in zamanında, söz konusu dalgaların, «ESÎR» adı verilen bilinmeyen bir ortam içinde titreştiği sanılıyordu Esir, çelikten daha katı bir yapıda olduğu, ama varlığının ancak, içinde yayılan titreşimlerle kanıtlanabildiği varsayılan bir öğeydi Daha sonraları EİNSTEİN'in özel GÖRECELİK kuramı, elektromagnetik dalgaların yayılması için herhangi bir ortama gerek olmadığını gösterdi ve esir varsayımı bütünüyle ortadan kalktı

Frekans ve dalgaboyu:

Sürekli bir elektromagnetik ışınım elde etmek için, yüklü bir taneciğin sürekli olarak aşağı yukarı titreşmesi gerekir Bir saniyede yükün yapmış olduğu titreşim sayısına, oluşan dalganın «frekansı» denir Frekans birimine, radyo dalgalarını ilk bulan bilim adamının adından «Hertz» (Hz) adı verilir 150 000 Hz (150 kHz) dolayındaki uzun dalga radyo frekansı, en düşük frekanslardandır VHF (çok yüksek frekanslı) radyo dalgaları, 100 000 000 Hz (100 MHz) düzeyindedir Işığın frekansı çok daha büyüktür (600 000 GHz); X ışının-kiler ise, 3 000 000 000 GHz'i aşar

Elektromagnetik ışınımlar birbirlerinden, dalga-boylarına (dalganın iki tepe noktası arasındaki uzaklık) göre de ayrılır Her dalga hareketi için, «dalga hızı = frekans x dalgaboyu» eşitliği geçerlidir

Daha önce de belirtildiği gibi, elektromagnetik dalgalar, değişik ortamlarda, değişik hızlarla yayılırlar Dolayısıyle, içinden geçtikleri ortama bağlı olarak, dalgaboyları da değişir Oysa, frekansları hep aynı kalır Herhangi bir ışınımın dalgaboyu denilince, onun vakum içindeki dalgaboyu akla gelmelidir Sözgelimi, bir sodyum lambasından çıkan sarı ışığın, vakum içindeki dalgaboyu 589,3 nanometredir (1 nanometre, 1 metrenin milyarda biridir ve nm olarak gösterilir Dalgaboyları aynı zamanda, angström birimleriyle de gösterilebilir; buna göre 589,3 nm = 5893 angström'dür) Bu dalgaboyu değeri, havada 589,1 nm'ye, cam içinde de 388,6 nm'ye düşer

En uzun radyo dalgası, 10 000 m'den büyüktür Buna karşılık, en kısa dalga (gama ışını), bir atomun çapından daha küçüktür (0,001 nm kadar) Düşük frekanslarda dalgaboyları uzun, yüksek frekanslarda dalgaboyları kısadır

Radyo dalgaları:

Uzunluğu 1 mm'den daha büyük olan elektromagnetik dalgalara, «radyo dalgaları» adı verilir Frekansa bağlı olma koşuluyla, çok yüksek frekans (VHF) ve aşırı yüksek frekans (UHF) gibi gruplara ayrılırlar Algılanabilen en uzun dalga-boyunun frekansına, «en düşük frekans» (VLF) denir Bu frekans, dalgaboyu 10 km'den büyük ışınımlar için, 30 000 Hz'den daha düşüktür Bu sınırdan daha üstte ise, artık algılanamayan çok düşük enerjili sinyaller yeralır

Radyo vericileri, elektrik akımının hızla kesilip verilmesi ilkesine göre çalışır Devre açılınca, bir elektromagnetik ışınım sinyali, yani kuvvet çizgilerinde bir yayılma oluşur Devre büyük bir frekansla açılıp kapanırsa, aynı frekansta elektromagnetik ışınım da ortaya çıkacaktır Bu, ilke olarak radyo vericisinin çalışma yöntemidir: Elektronlar, yayılan dalgaboyuna yetecek bir enerjiyle, verici ANTEN üstünde, seçilen frekansta yayılmaya zorlanır En yüksek vericinin elde edilmesi için, antenin boyu, yayımlanan dalgaboyu kadar uzun olmalıdır

Akımı oluşturan elektronlar, akım değişmeleri sırasında hızlanır ve elektrik alanı, verici antene paralel olan elektromagnetik ışınımı ortaya çıkarır Verici anten düşey doğrultudaysa, dalgalar ancak düşey bir antenle alınabilir; bu durumda ışınımın dü şey olarak polarılmasından söz edilir Benzer biçimde, yatay bir antenin ışınımı, gene yatay bir anten tarafından algılanabilir (elektromagnetik ışınımın her türünde, çok yararlı özellikleri bulunan POLARILMA etkisi sağlanabilir)

Elektromagnetik ışınım, alıcı antende elektrik akımı doğurur Bu akım alıcıda yükseltilir
Elektronik olarak elde edilebilecek en yüksek frekans, 300 000 000 000 Hz dolayındadır Bu değer, 1 mm' lik bir dalgaboyuna karşılıktır «Radyo» terimiyle, genellikle elektronik yöntemlerle ortaya çıkarılan ışınım anlatılır Dalgaboyu değerinin de, radyo bölgesinin sınırım belirlediği söylenebilir

Bir katıyı oluşturan moleküllerin doğal titreşimleri kullanılarak, daha yüksek frekanslar elde edilebilir Bu moleküller elektron içerdiklerinden, titreşim sırasında elektromagnetik ışınım oluştururlar Katı cisim ne kadar sıcaksa, molekül titreşimi de o kadar artar ve ışıyan dalgaların frekansı aynı oranda yükj selir Bu biçimde oluşan ışınım, genellikle polarılmamıştır; çünkü elektronların çeşitli yönlerde polarılması, birbirlerini yok etmelerine yolaçar

Siyah cisim ışınımı:

Değişmez sıcaklıkta tutulan bir cisimden çıkan ışınımlar bile, aynı dalgaboyunda değildir Yayılan dalganın enerjisinin frekansa bağlı değişimi, değişik sıcaklıktaki cisimler için çizelgede gösterilmiştir Bu, bir siyah cismin kuramsal davranışına bağlı olarak hesaplanmış, kuramsal bir eğridir Siyah cisim, üstüne düşen bütün ışınımları yutar ve daha sonra bunları değişik dalgaboylarında salar Kapalı bir fırına yerleştirilen bütün cisimler, buna benzer bir özellik gösterir Güneş sıcaklığında bir kütle, enerjisinin büyük bölümünü, 520 nm düzeyindeki dalgaboylarında salar 520 nm, yeşil rengin dalgaboyudur Oda sıcaklığındaki bir cismin yaydığı ışınım çok azdır (10 000 nm) ve tayfın görülebilen bölgesinin dışında, (kızılaltı) kalır Kızılaltı ışınım, elektromagnetik tayfda görünen bölge ile radyo bölgesi arasında yeralırDalgaboyu 1 mm'den küçük olan radyo dalgalarına, «mikrodalga» adı verilir; bunlar, kızılaltının bazı özelliklerini taşır Kızılaltı ışınımın başlama sınjrı, 1 mm dalgaboyu dolayındadır
Bu ışınımın radyo ışınımından ayrıldığı nokta, radyo dalgalarının elektronik olarak, kızılaltı ışınımın ise ısıl olarak oluşmasındadır

Kızılaltı ışınım genellikle «ısıl ışınım» olarak düşünülür Bunun nedeni, daha çok enerji yayması değildir; çünkü, sözgelimi Güneş, görünür ışık biçiminde kızılaltı ışın yayan kaynaklarda, çok daha fazla enerji salar Asıl neden, oda sıcaklığındaki cisimlerin moleküllerinin, kızılaltı ışığın frekansıyla titreşmesidir Böylece ışınım enerjisi, doğrudan doğruya titreşen moleküllere geçer Ek enerji, molekülleri daha hızlı titreştirir; bu da ısı olarak algılanır Ancak, Güneş'ten çıkan sarı ışık, herhangi bir cismi, kızılaltı ışıktan çok ısıtır
Kızılaltı ışınım, radyo dalgası alıcısıyla algılanamaz BOLOMETRE ve bazı elektronik aygıtlarla ölçülebilir Bolometre, aldığı toplam ışınımın şiddetini ölçer

Işık:

Görünen ışığın dalgaboyu, kızılaltı ışığın dalgaboyundan daha kısadır: 390-750 nm Göz, farklı dalgaboylarını, farklı renkler olarak algılar 680 nm kırmızı, 560 nm sarı, 500 nm yeşil, 420 nm mavi, 400 nm mor olarak görünür Işık gözle, fotoğraf kağıdıyla ya da FOTOSEL'le algılanabilir

Söz konusu organ ve aygıtların, neden kızılaltı ışınları algılamadığını anlamak için, elektromagnetik ışınımın kesiksiz bir enerji akımı olmadığını bilmek gerekirKızılaltı ışınımda enerji, kuvantumlar (ya da fotonlar) adı verilen enerji paketçikleri biçiminde verilir Her kuvantumun enerjisi, ışınımın frekansına bağlıdır: Enerji (jul olarak) = 66 x 10-3!- x frekans (Hz olarak) Oysa, sözgelimi 100 watt'lık bir ampul, saniyede 100 jullük bir enerji yayar (yüksek frekanslarda, yüksek enerjili fotonlar bulunmaktadır)
Görünen ışık frekansmdaki fotonun enerjisi, yalnızca 4 x 10-" juldür Ama bu değer, bazı kimyasal tepkimeleri başlatmaya yeterlidir Sözgelimi, gözde*ki sinir hücresini uyararak, beyne sinyal ulaştırılabilir ya da fotoğraf FİLM'indeki gümüş bileşimini, gümüş metaline dönüştürerek, görüntünün belirmesini sağlayabilir

Fotoğraf makinası POZOMETRE'si ve benzeri aygıtlar, buluculardaki elektronların enerjisini yükselten ışık kuvantumlarınm enerjisiyle çalışır Değişiklikler bir göstergede belirtilir TV kameralarımla ve FOTOÇOĞALTICI TÜP'te ise, bunun tersi görülür Katottan gelen( ışın, elektronları ayırarak serbest duruma getirir Bunlar da, elektrostatik bir alanda hızlandırılarak, yükseltilebilen bir akıma dönüştürülürler

Morötesi:

Dalgaboyu 390 nm ile 1 nm arasında değişen ışınımlara, morötesi ışık denir Bu ışınım, aşırı derecede ısınmış kütlelerden yayılır Ne var ki, gerekli sıcaklık, bilinen bütün maddelerin kaynama noktasının üstündedir; bu yüzden morötesi ışın, ancak çok sıcak yıldızlar tarafından üretilebilir
Dünya'da ise, morötesi ışınım değişik biçimde oluşturulur Molekül ve atomlardaki elektronların, belirli enerji düzeyleri vardır Bunlar, bir enerji düzeyinden ötekine geçirildiklerinde, fazla enerjiyi elektromagnetik ışınım halinde salarlar Elektromagnetik ışınım, atomdaki enerji değişmelerine göre, belirli frekanslarda ortaya çıkar Atomların çoğu, sözgelimi cıva, tayfın morötesi bölgesinde frekanslar oluşturur (güneş banyosu için kullanılan MORÖTESİ LAMBASl'nda cıva vardır)
Bu yolla, atomların aynı zamanda gözle görülebilen dalgaboylarında da ışınım yapmaları sağlanabilir Sokak lambalarının sarı ışık vermesinin nedeni, sodyum atomundaki enerji değişmesinin yaydığı dalgaboyunun, sarı ışığınkine eşdeğer olmasıdır


X ışınları:

Bir elektron demetinin hızı apansızın yavaşlatılarak, daha da yüksek frekanslar elde edilebilir Özel aygıtlarda elektron akımı, metal bir anoda çarptırılarak apansızın durdurulabilir Elektronların hareket hızına bağlı olarak çıkan ışınımın dalgaboyu, 10 nm ile 0,001 nm arasında değişir İşte bu ışınlara, «X ışınları» denir
X ışınları, fotoğraf kağıdını kolayca etkilerler Hastanelerdeki röntgen aygıtlarında sıradan fotoğraf filmleri kullanılır Eğer resim gerekmiyorsa, TANECİK BULUCU'ları da kullanılabilir Bunların birçok türü (GEİGER SAYACI gibi) vardır, ama tümünün ilkesi aynıdır

Gama ışınları:

Atom çekirdeğindeki doğal olaylar, daha da kısa dalgaboyları oluşturur Tıpkı elektronda olduğu gibi, çekirdek içindeki protonun da enerji düzeyi değişebilir Ne var ki, bu durumda, yayılan frekans çok yüksek, dalgaboyu da 0,01 nm'den kısadır Bu dalgalara «gama ışını» denir Gama ışınları, günümüzde bilinen en kısa elektromagnetik dalgadır
Elektromagnetik ışınımın, tayfın iki ucu arasında önemli değişiklikler göstermesine ve bunların oluşturulup algılanmasının değişik aygıtlarla gerçekleşmesine karşın, olay temelde aynıdır:

Elektrik yüklü taneciklerin hızlandırılmasıyla elektrik ve magnetik alanlarda oluşan uyarımlar sonucu ortaya çıkar