Elektromanyetik Tayf Ve Tayf Türleri

Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki rölatif yerlerini ifade eden kavramdır Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder

Elektromanyetik tayf, dalgaboylarına göre atomaltı değerlerden başlayıp (bkz Gama ışını veya X-ışını) binlerce kilometre uzunlukta olabilecek radyo dalgalarına kadar birçok farklı radyasyon tipini içerir Elektromanyetik tayf teoride sonsuz ve sürekli olsa da, pratikte kısa dalgaboyu (yüksek frekans) ucunun limitinin Planck uzunluğuna, uzun dalgaboyu (alçak frekans) ucunun limitinin ise evrenin tümünün fiziksel büyüklüğüne eşit olduğu düşünülmektedir

Elektromanyetik tayfın genişliği

Elektromanyetik tayf binlerce kilometreden atomaltı uzunluklara kadar geniş bir yelpazedeki dalgaboylarında ışınımları kapsar 30 Hz ve altındaki frekansların (uzun-dalga) radyoastronomide bazı nebulalar tarafından üretildiği ve bu yapıların araştırılmasında kullanıldığı, 29 * 1027 Hz değeri civarında frekanslara sahip ışınımların da çeşitli kozmik kaynaklardan yayıldığı bilinmektedir

Boşlukta, belirli bir dalgaboyundaki (λ) elektromanyetik enerjinin bu dalgaboyu ile orantılı bir frekansı (f) ve proton enerjisi (E) bulunmaktadır Bu yüzden elektromanyetik tayf bu üç değerden herhangi biri kullanılarak ifade edilebilir Değerler birbirine aşağıdaki formüller ile bağlıdır:

c=frekans x dalgaboyu veya , ve veya

Burada; c=299,792,458 m/s (ışık hızı) ve h de Planck sabitidir

Buna göre;

* Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar yüksek enerjiye ancak kısa dalgaboyuna,

* Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar ise düşük enerjiye ancak uzun dalgaboyuna

sahiptirler Görünür ışık veya başka bir elektromanyetik türü belli bir madde içerisinde yaratılır veya içerisinden geçerse (örneğin atmosfer), bu ışınımın dalgaboyu artacak, dolayısıyla frekansı düşecektir Bu değişiklikten dolayı, ışınımların elektromanyetik tayf değerleri ile ilgili rakamsal bilgiler verilirken genellikle söz konusu ışınımlar uzaydaki (boşluk) sayısal değerleri ile ifade edilir

Spektroskopi ile insan gözünün algılayabildiği 400 ile 700 nm'lik dalgaboyları arasındaki görünür ışık bandı dışındaki diğer ışınım aralıkları da algılanabilir Normal bir laboratuvar spektroskobu 2 nm ile 2500 nm arasındaki dalgaboylarını kolayca algılayabilir Cisimlerin, gazların ve hatta yıldız ve galaksilerin fiziksel özellikleri ile ilgili birçok veri bunlardan yayılan elektromanyetik ışınım bir spektroskop yardımıyla analiz edilerek öğrenilebilir Örneğin hidrojen atomları 2112 cm'lik dalgaboyunda spesifik bir radyo dalgası yayar Söz konusu ışınım algılandığında, mesela uzak bir gezegenin atmosferinde hidrojen gazı da bulunduğu anlaşılabilir Bu teknik astrofizik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır

Elektromanyetik radyasyon başlıca yedi kategoride incelenir Bunlar düşük frekanstan yüksek frekansa doğru radyo dalgaları, mikrodalga, kızılötesi, görünür ışık, morötesi, X-ışınları ve Gama ışınlarıdır

Tayf Kategorileri

Yukarıda verilen sınıflandırma genelde doğru olsa da, söz konusu kategoriler arasında kesin sınır çizgileri yoktur ve bazı durumlarda aslında belirli bir kategoride yer alan bir ışınım, bir başka kategorinin dalgaboyu aralığında bulunabilir Örneğin, bazı az enerjili gama ışınları aslında bazi yüksek enerjili X-ışınlarından daha uzun dalgaboyuna sahiptir Bunun sebebi, "gama ışını" teriminin nükleer bozunum veya başka bir atomaltı işlem sonucu oluşan fotonlar için kullanılırken X-ışınlarının atom çekirdeğine yakın yüksek enerjili iç elektronların orbital değişimleri sonucu oluşmasıdır Sonuç itibariyle, X-ışınları ile gama ışınları arasındaki belirleyici fark dalgaboylarında degil, söz konusu ışınımları yaratan kaynaklardadır Ancak gama ışınları genellikle X-ışınlarından daha yüksek frekanslı ve dolayısıyla daha yüksek enerjilidir ve bu yüzden kendi kategorilerinde değerlendirilir

Radyo Dalgaları

Radyo dalgaları binlerce kilometreden yaklaşık bir milimetreye kadar dalgaboylarındadır ve sahip oldukarı rezonansa uygun antenler ve modülasyon teknikleri kullanarak analog veya sayısal veri aktarımı kanalları olarak değerlendirilebilirler Televizyon, cep telefonu, MRI, kablosuz bilgisayar ağları ve benzeri uygulamalar radyo dalgalarını kullanır

Radyo dalgalarının veri taşıma özellikleri dalga yüksekliği, frekans ve faz belirli bir bant aralığında modüle edilerek belirlenir Elektromanyetik spektrumun bu bölümünün kullanımı birçok ülkede çeşitli resmi kuruluşlar tarafından kısıtlanmakta ve denetlenmektedir Elektromanyetik radyasyon bir iletkene empoze edildiğinde, iletkenin yüzeyindeki atomların elektronlarını daha enerjik kılarak iletken yüzeyinde küçük bir elekrik akımı oluşmasını sağlar Radyo antenlerinin çalışma ilkesi bu etkiye dayanır

Mikrodalga

Terahertz (THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile mikrodalgalar arasındaki frekans bandında bulunur Yakın zamana kadar spektrumun bu bölgesi büyük oranda ihmal edilmişti ancak günümüzde bu milimetre-altı bant özellikle haberleşme, doku gösterimi ve savunma teknolojilerinde kullanılmaya başlanmıştır Bu bandın askeri amaçlı uygulaması şimdilik düşman askerleri üzerine yansıtılan terahertz ışınımı suretiyle derilerinde yanma hissi yaratarak bu tehditleri etkisizleştirme uygulaması ile sınırlıdır Aynı ışınım söz konusu hedeflerin elektronik eküpmanını da iş göremez hale getirecektir

Terahertz ışınım

Terahertz (THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile mikrodalgalar arasındaki frekans bandında bulunur Yakın zamana kadar spektrumun bu bölgesi büyük oranda ihmal edilmişti ancak günümüzde bu milimetre-altı bant özellikle haberleşme, doku gösterimi ve savunma teknolojilerinde kullanılmaya başlanmıştır Bu bandın askeri amaçlı uygulaması şimdilik düşman askerleri üzerine yansıtılan terahertz ışınımı suretiyle derilerinde yanma hissi yaratarak bu tehditleri etkisizleştirme uygulaması ile sınırlıdır Aynı ışınım söz konusu hedeflerin elektronik eküpmanını da iş göremez hale getirecektir

Kızılötesi Işınım

Kızılötesi radyasyon yaklaşık olarak 300 GHz ile 400 THz frekansları ve 1 mm ile 750 nm arasındaki dalgaboylarını kapsar Üç ana kategoride incelenir:

* Uzak kızılötesi, 300 GHz (1mm λ) ile 30 THz (10 μm λ) arasındadır Bu bandın alt bölümleri için mikrodalga da denilebilir Bu radyasyon tipik olarak spin yapan gaz molekülleri, sıvılarda moleküler akışkanlık ve katılarda fotonlar tarafından emilir Dünyanın atmosferindeki yaklaşık %1 su buharı tarafından emilen uzak kızılötesi ışınım, atmosferin saydam olmasında büyük rol oynamaktadır Astronomide 200 μm ile birkaç mm arasındaki dalgaboylarına genellikle milimetre altı denir ve "uzak kızılötesi" tanımı 200 μm'nin altındaki dalgaboyları tarafından kullanılır

Atmosferin hangi dalga boylarını geçirip hangilerini bloke ettiğini özetler bir ilüstrasyon

* Orta kızılötesi, 30 THz (10 μm λ) ile 120 THz (25 μm λ) arasında bulunur Sıcak cisimler bu sıklıkla bu aralıkta ışınım yayarlar Orta kızılötesi ışınım normal moleküler titreşim tarafından emilebilir Bu frekans aralığına bazen parmak izi bandı da denir

* Yakın kızılötesi, 120 THz (2500 μm λ) ile 400 THz (750 μm λ) arasındadır Görünür ışığa benzer fiziksel işlemler tarafından üretilir ve benzer optik kurallara tabidir

Görünür Işık

İnsan gözünün ışık veya renk olarak algıladığı aralığa denk gelen elektromanyetik enerjidir Beyaz ışık bir prizmadan geçirildiğinde bileşenleri olan diğer dalgaboylarına ayrılabilir Her dalgaboyu farklı bir frekansa sahiptir ve göz tarafından farklı bir renk olarak algılanır

Morötesi Işınım

Dalgaboyu görünür ışıktan daha kısadır Oldukça enerjik olduğu için morötesi (UV) ışınım kimyasal bağları bozup çeşitli molekülleri iyonize edebilir veya katalizör etkisi gösterebilir Güneş yanıkları morötesi radyasyonun insan derisi üzerindeki yıkıcı etkisine örnek olarak verilebilir Bazı durumlarda kanserojen etki yapabilir UV ışınım ayrıca etkin bir mutajendir ve hücrelerin DNA yapısını bozarak kontrolsüz mutasyona sebep olabilir Dünya'ya güneşten gelen UV radyasyonun büyük bir kısmı yüzeye ulaşmadan önce atmosferdeki ozon tabakası tarafından emilir

X Işınları

X-ışınları, morötesi ışınlardan daha kısa dalgaboyuna, dolayısı ile daha yüksek frekans ve enerjiye sahiptir Çeşitli materyallerin içinden geçebildikleri için tıpta organ ve kemiklerin görüntülenmesinde sıkça kullanıldığı gibi, ayrıca yüksek-enerji fizik ve gökbilim uygulamalarında da kullanım alanı bulmuştur X-ışınlarının bir başka adı Röntgen ışınlarıdır

Gama Işınları

Gama ışınları 1900 yılında Villiard tarafından bulunmuştur Bilinen en enerjik elektromanyetik radyasyon türü olan gama ışınları nükleer aktivite ve çeşitli kozmik kaynaklar tarafından üretilirler