IŞIĞIN FARKLI DALGA BOYLARI VE Elektromanyetik ışın

 

Güneş ışınımı değişik dalga boylarında yayınlanır. Yayınlanan bu dalga boylarının sıralı görünümü de güneş spektrumu olarak isimlendirilir. Bilinen tam adı ise elektromanyetik güneş spekturumudur. Tam olarak ifade edilecek olursa; güneşten yayınlanan ve bilinen farklı dalga boylarındaki tüm elektromanyetik radyasyonun bütünü elektromanyetik Güneş Spektrumu olarak isimlendirilir. Anılan bu spektrumda, güneş ışınımı dalga boylarına göre sıralanır ve aşağıda verilen temel gruplar ile ifade edilir.
  1. Gama Işınları
  2. X- Işınları
  3. Ultraviole Işık
  4. Görünür (Visible ) Işık
  5. Kızıl Ötesi (Infrared) Işık
  6. Radyo Dalgaları olarak bilinir. .

Aşağıda şekilde görüldüğü üzere her bir ışına ait dalga boyu sınırları bir sonraki ile çakışabilir. Sınırlarda bir örtüşme söz konusudur. Bu nedenle sınırlar kesin çizgilerle belli değildir. Örtüşme alanlarındaki farklı ışınımların madde ile olan etkileşimleri aynıdır. Not: 1 nm = 10-9 metredir.


Elektromanyetik Spektrum

 Güneş spektrumuna ait ana grupların bazıları alt gruplara da ayrılır. Bütün elektromanyetik dalgalar birbirlerine benzemekle beraber, var oluş şekli ve en önemlisi maddelerle olan ilişkilerinin farklılığı ve etkileşimleri bakımından büyük farklılıklar sergilerler.

Dalga boylarına göre ışığın enerjisi çok küçük, çok büyük veya iki farklı dalga boyundaki ışıkların arasındadır. Bu elektromanyetik radyasyon enerjilerinin boyutlarına göre sıralı dizini elektromanyetik spektrum olarak adlandırılır. Elbette, bu verilen enerji fotonları, (enerji paketleri) için belirli frekans ve dalga boyları vardır. Böylece tercihimize bağlı olarak, elektromanyetik spektrumu bir enerji serisi, dalga boyu serisi veya frekans serisi olarak düşünebiliriz. Daha çok dalga boyu tabirini kullanırız.

Elektromanyetik radyasyonun dalga boylarının miktarı sonsuz olabilir. Güneşten gelen ışının bir kısmı dışarıya geri kaçar ki, bu madde ile de benzer ilişkilere sahiptir. Genellikle dalga boyları çok çeşitlidir (10 veya daha fazla ana grup) ve maddelerle farklı ilişkilere sahiptirler. Bu dalga boyu bölümleri sayesinde elektromanyetik spektrumu bölümlere ayırabiliriz.

1- Gama Işınları

En enerjik dalgalar olarak bilinen gama ışınları; en kısa dalga boylarına sahip, ancak buna bağlı olarak da en yüksek frekanslara ve en büyük foton enerjisine sahiptirler. Gama ışınları nükleer reaksiyonla üretilebilirler. Madde içinden geçtiklerinde maddenin atomları ve molekülleri dışındaki elektronların tamamına çarparlar. Bu çarpışma sonucunda meydana getirdikleri iyonlaşmadan dolayı Gama Işınlarına bazen “iyonize radyasyon” da denir. Gama ışınları ile iyon oluşumu çok tepkiseldir. Yaşayan organizmaların, bu iyonize eden radyasyona maruz bırakılması yok edici etkilere sebep olabilir. Bunun yanı sıra kontrollü kullanımı ile besinler üzerindeki mikropların öldürülmesi söz konusudur.

2- X- Işınları

Elektromanyetik spektrumda Gama Işınlarından bir adım daha uzun dalga boyuna sahip (daha düşük frekans ve daha küçük enerji) grup ise X ışınları olarak bilinir. X ışınları da nükleer tepkimelerle gerçeklenebilirler. Ancak çok hızlı hareket eden elektronlar ile metal yüzeylerin bombardıman edilmesiyle de üretilebilir. Güneş yüzeyinde oluşan fırtınalarda yoğun şekilde bulunurlar. X ışınları da iyonize radyasyonlardır ancak gama ışınlarından daha az potansiyele sahiplerdir. X ışınları düşük bir enerjiden daha yüksek bir enerjiye giden atomdaki elektronları yapabilir fakat hep atom olmaya çalışır. Atomik bir çekirdeğin enerjisini de değiştirebilir. Bu ışınlar elektronları ve atomik çekirdekleri saptırdığından, tıbbi amaç ve moleküllerin tam yapılarının araştırılması için kullanılır. X ışınları ve gama ışınlarının ikisi de yıldız ve galaksilerde astrofiziksel işlemlerle oluşur ve onlar dünyayı sürekli bombardımana tutan “ kozmik ışınların “ parçasını oluştururlar.

3- Ultraviyole Işık

Ultraviyole radyasyon, güneş spektrumunun özel bir bölümüdür. Ultraviyole radyasyon, elektromanyetik spektrumun görünür ışıktan daha kısa dalga boylu (doğal olarak daha yüksek enerjili) olan belli bir parçasını oluşturur. Bu konudaki detaylı bilgi “ultraviyole radyasyon nedir” ana başlığı verilmiştir.

4- Görünür (visible) Işık

Ultraviyole Radyasyondan biraz daha uzun dalga boyuna sahip görünür ışık, elektromanyetik spektrumun dar bir bölümünde yer almıştır. Göz retinasındaki renk pigmentleri ile direk ilişkili olduğundan, bizim görmemize yardımcı olur. Görünür radyasyon iyonize değildir. Atom ve moleküllerle ilişkisi; hemen hemen sahip olduğu tüm enerjiden, başka bir enerjiye dönüşen elektronların sonucudur. Ancak moleküller için sınırlı kalır. Gerçek şudur ki fotonları emen farklı enerjilere sahip farklı maddeler, sahip oldukları farklı renklerin dışardan algılanmasının sonucudur. İnsan gözü 400 nm ile 700 nm aralığında ki elektromanyetik radyasyona duyarlıdır. Bütün renkler bu dalga boyu aralığında görünen gökkuşağında bulunur (menekşe, çivit, mavi, yeşil, sarı,turuncu ve kırmızı). En kısa dalga boyları (en büyük foton enerjisi) menekşe rengi olarak algılanır, en uzun dalga boyu (en küçük foton enerjisi) ise kırmızı olarak algılanır. Bazı canlı türleri ışığı daha uzun veya daha kısa dalga boylarında algılayabilir.

5- Kızılötesi (Infrared) Işıklar

Elektromanyetik spektrumda biraz daha uzun dalga boyunda (daha düşük enerjili) görünen bölüm spektrumunun kızıl ötesi bölümüdür (IR). Infrared ışınların enerjileri elektronların enerjilerini değiştirmek için çok küçüktür. Bunun yerine, infrared radyasyon; moleküllerin titreşim durumlarını değiştirme eğilimindedir ki bu, bir moleküldeki atomların çok hızlı ileri ve geri sallanması anlamına gelir. Moleküller kızılötesi ışınları emdiklerinde atomları daha hızlı hareket eder ve böylece moleküllerin sıcaklıkları artar. Isı lambaları bu prensiple çalışır. Isı taşınımı, infrared elektromanyetik radyasyonda çoğunlukla “radiant ısı” olarak bilinir.

6- Radyo Dalgaları

Spektrumda daha da uzun dalga boyları Radyo Dalgalarıdır. İsminden de anlaşılacağı gibi; elektromanyetik spektrumun bu bölümünü biz radyo haberleşmesinde, televizyonda ve radarda kullanırız. Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun geniş bir bölümünü kapsar. Genelde (uhf, vhf, televizyon, radar, mikrodalga, milimetre dalga vb.) olarak alt bölümlere ayırırız, bu isimler kullanım yerine göre değişir. Atmosfer boyunca bu dalga boylarının yayılma yollarında ki farklılıklarından dolayı çeşitleri açıkça bellidir.

Özet olarak; elektromanyetik spektrumla ilgili elektromanyetik radyasyonun bütün bilinen dalga boylarının aralığı, geleneksel olarak bir seri aralıklara bölünmüştür. Bulunduğu bir bölgeye nazaran başka bir bölgede temel olarak bir farklılık yoktur. Farklılıklar, radyasyonun maddelere ne yaptığına bakılarak veya onlarla olan etkileşimlerine bakılarak şekillendirilir. Biz yalnızca doğal özelliği olan görülebilirliği sayesinde Visible Işığı görünür olarak biliriz. Geleneksel olarak, ışık terimini yalnızca Ultraviyole, Visible ve Infrared radyasyon için kullanılır. Bu radyasyon grupları; güneşten yayınlanan ve atmosferin üst sınırına ulaşan en yoğun ve en etkili radyasyonlardır.

 

Elektromanyetik ışın veya elektromanyetik radyasyon, atomlardan çeşitli şekillerde ortaya çıkan enerji türleri ve bunların yayılma şekillerine verilen addır. İçinde X ve γ ışınlarının ve görülebilir ışığın da bulunduğu ışımalar, dalga boyları ve frekanslarına göre elektromanyetik spektrumu oluştururlar.

Bu spektrumun bir ucunda dalga boyları en büyük, enerjileri ve frekansları ise en küçük olan radyo dalgaları bulunur. Diğer ucunda ise; dalga boyları çok küçük, fakat enerji ve frekansları büyük olan X ve γ ışınları bulunur.

Işığın parçacık teoremine göre elektromanyetik ışımanın da en küçük birimi fotondur. Fotonların kütlesiz olduğu ve boşlukta ışık hızında enerji paketleri şeklinde yayıldığı kabul edilir.

Görülebilir ışık için geçerli olan bütün fizik kuralları tüm elektromanyetik ışımalar için de geçerlidir.

Elektromanyetik ışımaların ortak özellikleri şunlardır;

  1. Boşlukta düz bir doğrultuda yayılırlar.
  2. Hızları ışık hızına (yaklaşık 300.000 km/sn) eşittir.
  3. Geçtikleri ortama; frekanslarıyla doğru orantılı, dalga boylarıyla ters orantılı olmak üzere enerji aktarırlar
  4. Enerjileri; maddeyi geçerken, yutulma ve saçılma nedeniyle azalır, boşlukta ise uzaklığın karesiyle ters orantılı olrak azalır.

Elektromanyetik radyasyonlar, sinüsoidal yayılım yaparlar. Sinüsoidal yayılımı anlayabilmek için, dalga modelini incelemek gerekir. Elektromanyetik dalgaların elektriksel ve manyetik güçleri birbirine dik ve eş zamanlı olarak salınım yaparlar.

Sinüsoidal yayılımdaki hız, frekans ve dalga boyu parametreleri fotonun yayılımını açıklamaktadır. Dalga yüksekliğinin (genlik veya amplitüd) burada diğer parametrelerle bir ilişkisi yoktur.

Hız; dalga boyu (λ) ile frekansın (f) çarpımına eşittir.

Elekromanyetik radyasyonların hızları, ışık hızına eşittir. Bu nedenle formül "c" (ışık hızı) ile gösterilmektedir.

c=lambda *f ,

Nokta ışık Kaynağından yayılan elektromanyetik radyasyonların enerjileri, uzaklığın karesi ile azalır. Işığın yayılım alanına dikey birim alandan birim sürede geçen enerji miktarına intensite adı verilir.

I1/I2=(d1/d2)^2 ,

Bu formüle göre ışık kaynağına 2x uzaklıkta ışığın intesitesi, x uzaklığına göre 4 kat azalır.

Foton ışık hızı ile hareket ederler ve enerjileri frekensları ile doğru orantılıdır. Enerjileri;

E=h*f ,

denklemiyle gösterilebilir. Burada E; fotonun enerjisi, h; Planck sabiti (4,13x10-18 keVsn), f; frekası gösterir. Bu denklem daha önce verilen c = λ x f denklemiyle birleştirilirse,

E=h*c/lambda  Longrightarrow  12.4/lambda

denklemi elde olunur.

Tanısal amaçlı X ışını fotonlarının enerjileri 100keV, dalga boyları 10-2 nm. frekansları 1019 Hz civarındadır.

Elektromanyetik radyasyonların madde ile etkileşimini dalga boyları belirler. Dalga boyları metreleri bulan radyo dalgaları, radyo anteyleriyle alınabilir. Mikrodalgaların dalga boyları santimetrelerle belirtilir. Görülebilir ışığın dalga boyu, görme hücrelerini (rod ve cone) etkileyecek boyuttadır. Ultraviyole ışık, X ışını ise atom ve subatomik parçacıklarla etkileşir.

Eklektromanyetik spekturumun algılayabileceğimiz bölümü olan görülebilir ışık, spektrumun çok dar bir bölümünü oluşturur. Görülebilir ışığın, bir uçta kısa uzun dalga boyu olan kırmızı radyasyona uzanan bir renk spektrumu vardır. Elektromanyetik spektrumda görülebilir ışığa yakın yerleşen morötesi ve kızılötesi radyasyonlar insan gözüyle görülmezler fakat fotografik emülsiyon ve benzeri diğer yöntemlerle saptanabilirler.

Görülebilir ışığın madde ile etkileşimi x ışınından farklıdır. Görülebilir ışık fotonu maddeye çarptığında madde uyarılır ve foton, maddenin moleküler yapısına göre değişen diğer bir ışık fotonu şeklinde yansıtılır. Bir madde, günışığında eğer kırmızı görülüyorsa, bu madde gün ışığındaki kırmızı dışında tüm görülebilir ışık fotonlarını absorbe eder, yalınca uzun dalga boylu olan kırmızı ışığı tekrar yayar.

Görülebilir ışığın ve dolayısyla elektromanyetik radyasyonların birçok özellikleri, yukarıda da belirtildiği gibi dalga modeliyle açıklanabilmiştir.

Yapay dalgalarla yapılan deneylerde elektromanyetik radyasyonların; yansıma (refleksiyon), emilim(absorbsiyon) ve maddeyi geçebilme (transmisyon) gibi özellikleri gösterilebilmektedir.

Görülebilir ışığı geçiren maddeler saydam (transparent), yarı geçirgen maddeler translusent, geçirmeyen maddeler ise opak olarak adlandırılır. Radyoloji pratiğinde kullanılan tanısal amaçlı x-ışınını fazla geçiren vücut yapıları (akciğerler, yağ dokusu gibi) radyolusent, az geçiren vücut yapıları (kemik, kalsifikasyon gibi) ise radyoopaktır.

Gama ışınları
Gamma ışınları
Gama ışınları'Gama ışınlarının kaynağı atomun çekirdeğidir. Bu ışınlar atom çekirdeğinin enerji seviyelerindeki farklılıklardan meydana gelir. Çekirdek bir alfa veya bir beta parçacığı çıkarttıktan sonra genellikle kararlı bir durumda olmaz. Fazla kalan çekirdek enerjisi bir elektromanyetik radyasyon halinde yayınlanır. Gama ışınları, beta ışınlarından daha yüksek enerjili ve dolayısıyla daha girici (nüfuz edici) ışınlardır. g ile sembolize edilirler.

Gama ve x ışınlarının, alfa ve beta parçacıklarına göre madde içine nüfuz etme kabiliyetleri çok daha fazla, iyonlaşmaya sebep olma etkileri ise çok daha azdır. Ancak birkaç santimetre kalınlığındaki kurşun tuğlalarla ve sadece belli bir kısmı durdurulabilir. Madde içerisinden geçerken üstel bir fonksiyon şeklinde bir şiddet azalmasına uğrarlar. Yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alanda sapma göstermezler.

Gamma ışıması
Alfa ışıması (ust) bir parca kagit ile bile durdurabilir.  Beta ışıması icin daha kalin bir madde lazimdir (ornegin pleksiglas). Gamma ışıması ise cok kalin maddelerin hepsinden gecebilir.
Alfa ışıması (ust) bir parca kagit ile bile durdurabilir. Beta ışıması icin daha kalin bir madde lazimdir (ornegin pleksiglas). Gamma ışıması ise cok kalin maddelerin hepsinden gecebilir.

Gamma ışıması ultraviyole isiktan ve röntgen ışımasından daha yuksek enerjiye sahip [[gorunmeyen bir elektromanyetik dalgadir. Ancak iyonize etme gucu alfa ışımasından daha dusuktur fakat bu onun kalin cisimlerden kolayca gecmesini saglar.
Resim:Science.jpg 

Güneşin Elektromanyetik Spektrumu

Evrendeki yıldızların ve diğer ışık kaynaklarının hepsi aynı türde ışın yaymazlar. Bu farklı ışınlar, dalga boyuna göre sınıflandırılır.
Farklı dalga boylarının oluşturduğu yelpaze ise çok geniştir. En küçük dalga boyuna sahip olan gama ışınları ile, en büyük dalga
boyuna sahip olan radyo dalgaları arasında 1025'lik (milyar kere milyar kere milyarlık) bir fark vardır. Konunun ilginç yanı ise,
Güneş’in yaydığı ışınların tamamına yakınının, bu 1025'lik yelpazenin tek bir birimine sıkıştırılmış olmasıdır. Çünkü bu daracık alanda,
yaşam için gerekli olan yegane ışınlar bulunmaktadır.

RADYO DALGALARI
Hem ışık hem de ısı, elektromanyetik ışınım olarak bilinen enerjinin farklı şekilleridir. Elektromanyetik ışınımın tüm farklı şekilleri,
uzayda enerji dalgaları şeklinde hareket ederler. Bu, bir gölün üzerine atılan taşların oluşturduğu dalgalara benzetilebilir. Ve nasıl bir
göldeki dalgaların farklı boyları olabiliyorsa, elektromanyetik ışınımın da farklı dalga boyları olur.
Ancak elektromanyetik ışınımın dalga boyları arasında çok büyük farklar vardır. Bazı dalga boyları kilometrelerce genişlikte olabilir.
Başka dalga boyları ise, bir santimetrenin trilyonda birinden daha ufaktır. Bilimadamları, bu farklı dalga boylarını sınıflara ayırırlar.
Örneğin santimetrenin trilyonda biri kadar küçük dalga boylarına sahip olan ışınlar, gama ışınları olarak bilinir. Bunlar çok yüksek
enerji taşırlar. Dalga boyları kilometrelerce genişlikte olan ışınlara ise "radyo dalgaları" adını veririz ve bunlar çok zayıf bir enerjiye
sahiptir. Bu nedenle gama ışınları bizim için öldürücü iken, radyo dalgalarının bize hiçbir etkisi olmaz.
Otomatik olarak açılan kapılardaki fotoelektrik alıcılar:
Tahmin edeceğiniz gibi fotoelektrik alıcılar ışığa karşı aşırı duyarlı elektronik malzemeler kullanılarak yapılır (diyot gibi). Eğer ışık şiddetinde
büyük bir değişme olursa alıcıdaki diyot özelliği değişerek daha iletken hale gelir ve devreden akım geçmesini sağlar (diyot burada anahtar görevi görür).
Dolayısıyla bir düğme kullanarak kapıyı açıp kapatabileceğimiz gibi böyle bir fotoelektrik alıcılı bir devre ile de bir kapıyı açıp kapatabiliriz.

GÖKKUŞAĞI OLUŞUMU



Gökkuşağı oluşumu ışığın dalga teorisi ile açıklanabilmektedir, güneş ışınlarının yağmur damlaları veya sis bulutlarında yansıması
ve kırılmasıyla meydana gelen ve ışık tayfı renklerinin bir yay şeklinde göründüğü meteorolojik olayı. Gökkuşağında görülen yedi renk;
kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordur.

 

19. yüzyılın başlarına kadar ışık küçük parçacıkların akışından oluştuğu düşünülüyordu. Parçacık teorisinin baş mimarı olarak kabul edilen Newton, ışığın bir ışık kaynağından parçacıklar olarak yayıldığı ve bunların gözde meydana getirdiği uyarımlar sonucunda görme olayının gerçekleştiği görüşüyle yansıma ve kırılma olaylarını başarılı bir şekilde açıklamıştır.
Newton`un teorisi ( görüşü ) zamanının bilim adamları tarafından büyük kabul gördü. Onun yaşadığı zamanda ışığı açıklayan diğer bir teori ortaya atıldı. Bu teoriye göre ışık bir çeşit dalga hareketi idi ki 1678 de alman fizikçi ve gök bilimci Christian Huygens kırılma ve yansıma olaylarının dalga modeliyle de açıklanabileceğini gösterdi.

1801 yılında Thomas Young ışığın dalga teorisini destekleyen ilk gösteriyi gerçekleştirdi. Işığın uygun koşullarda dalgalar gibi girişime uğradığını gösterdi.
19. yüzyılda (1873)Maxwell ışığın bir çeşit elektromanyetik dalga olduğunu öne sürdü. Daha sonraki yıllarda Hertz tarafından Maxwell in teorisi ispatlanınca, dalga modeli daha fazla taraftar topladı.
19. yüzyılın sonlarında Planck ve Einstein yaptıkları çalışmalar sonucu tekrar parçacık modeli güçlendi.Plank`a göre bir enerji türü olan ışığın yapısı keşikli yani tanecikli olmalıydı. Işık enerjisini taşıyan bu tanecikler daha sonra Einstein tarafından foton olarak adlandırıldı.Tanecik modeline göre foton, ışık enerjisini taşıdığı kabul edilen ve kütlesi olmayan çık hızlı taneciklerdir.
20. yüzyıla kadar iki farklı modelle açıklanmaya çalışılan ışık hakkındaki tartışmalara 1920`li yıllarda De Broglie ve Scrödinger tarafından farklı bir bakış açısı getirildi. Bu bilim adamlarına göre ışığın tek bir modelle açıklanamayacağı hem dalga hem de parçacık özelliği gösteren dual (çift ) bir yapıya sahip olduğu fikrini savundular.Işık hakkındaki bugün kabul edilen görüş budur.
Yukarıda da açıklandığı üzere ışık, bazen dalga bazen de parçacık davranışı gösteren bir tür enerjidir




Tek yarıkta girişim (Kırınım)


Su dalgalarının kırınım özelliği gösterdiğini biliyoruz. Yani su dalgaları dalga boyundan daha küçük bir aralıktan geçerken dairesel dalgalar şeklinde yayılırlar. Işıkta da kırınım olayı gözlenir. İnce bir yarıktan geçen ışık önündeki perde üzerinde aydınlık ve karanlık saçaklanamalar meydana getirir. Çift yarıkta girişimden farklı olarak, kırınım olayında merkezi aydınlık saçak çok parlak ve diğerlerinden iki misli geniştir.

Çift yarıkta girişim (Young deneyi)


Birbirine yakın ince iki yarıktan ışık geçirildiğinde, resimdeki gibi aydınlık ve karanlık çizgiler (saçaklar) görülür. Mavi ışıkla yapılan bu deneyden aydınlık ve karanlık saçakların oluşması, ışığın perde üzerindeki bazı noktalarda birbirini söndürdüğünü bazı nıktalarda ise birbirini güçlendirdiğini anlıyoruz. Bu olay su dalgalarındaki girişim olayına benzer. Maksimum noktaları aydınlık, minimum noktaları karanlıktır.






Elektromanyetik ışın


Bir elektromanyetik spektrumun çizimi
Bir elektromanyetik spektrumun çizimi

Yorum Yaz