Elektromanyetik Dalga Nedir?

Elektromanyetik dalga terimi, elektromanyetik radyasyonun (EMR) boşlukta nasıl hareket ettiğini açıklar. Farklı EMR formları, bir atom çekirdeğinin çapından daha küçük bir mesafeye kadar birçok metre (metre) arasında değişen dalga boylarıyla ayırt edilir. Tüm dalga boyu azalan sırada, radyo dalgalarından mikrodalgalara, görünür ışığa, ultraviyole ve X ışınlarından gamma ışınlarına kadar gider ve elektromanyetik spektrum olarak bilinir. Elektromanyetik dalgalar, hem bilimde hem de günlük yaşamda birçok uygulamaya sahiptir.

Işık dalgaları

Bir çok açıdan, elektromanyetik bir dalga sudaki dalgalara veya hava gibi bir ortamdan geçen sese benzer şekilde davranır. Örneğin, bir ışık iki perdeli bir bariyerden bir ekrana parlıyorsa, açık ve koyu renklerden oluşan bir desen görülür. Buna bir girişim kalıbı denir: bir yarıktan gelen dalgaların tepeleri diğerlerinden gelenlerle birleştiğinde, birbirlerini güçlendirir, parlak bir şerit oluşturur, ancak bir tepenin bir çukurla birleştiği yerde, karanlık bir şerit bırakarak iptal ederler. Işık ayrıca bir liman duvarının etrafındaki okyanus kesicileri gibi bir engelin etrafında da bükülebilir: bu kırınım olarak bilinir. Bu fenomenler ışığın dalgaya benzer doğasının kanıtıdır.

Ses gibi ışığın bir tür ortamdan geçmesi gerektiği uzun zaman aldı. Buna “eter” adı verildi, bazen “aether” yazılmıştı ve alanı dolduran ancak katı nesnelerin engellenmeden geçebileceği görünmez bir malzeme olduğu düşünülüyordu. Eteği farklı yönlerde ışığın hızı üzerindeki etkisiyle tespit etmek için tasarlanan deneylerin hepsi bunun için herhangi bir kanıt bulamadı ve fikir sonunda reddedildi. Işığın ve diğer EMR formlarının herhangi bir ortama ihtiyaç duymadığı ve boş uzayda seyahat edebileceği açıktı.

Dalga boyu ve Frekans

Tıpkı bir okyanus dalgası gibi, elektromanyetik bir dalganın tepe noktaları ve olukları vardır. Dalgaboyu, dalganın döngüden döngüye kadar iki özdeş noktası arasındaki mesafedir, örneğin, bir tepe veya tepe ve arasındaki mesafe. EMR, belirli bir zaman aralığında geçen tepe sayısının sıklığı olarak da tanımlanabilir. Tüm EMR formları aynı hızda hareket eder: ışığın hızı. Bu nedenle, frekans tamamen dalga boyuna bağlıdır: dalga boyu kısaldıkça frekans da artar.

Enerji

Daha kısa dalga boyu veya daha yüksek frekans, EMR daha uzun dalga boylarından veya daha düşük frekanslardan daha fazla enerji taşır. Elektromanyetik bir dalga tarafından taşınan enerji, maddenin nasıl etkilendiğini belirler. Düşük frekanslı radyo dalgaları, atomları ve molekülleri hafifçe bozarken, mikrodalgalar onların daha kuvvetli hareket etmelerine neden olur: malzeme ısınır. Röntgenler ve gama ışınları çok daha fazlasını bir araya getirir: kimyasal bağları kırabilirler ve elektronları atomlardan vurarak iyon oluşturabilirler. Bu nedenle iyonlaştırıcı radyasyon olarak tanımlanırlar.

Elektromanyetik Dalgaların Kökeni

Işık ve elektromanyetizma arasındaki ilişki, 19. yüzyılda fizikçi James Clerk Maxwell'in çalışmasıyla kuruldu. Bu, ışık gibi elektromanyetik dalgaların, elektrik yüklü yüklü parçacıkların hareketi ile oluşturulan elektromanyetik bir alanda rahatsızlıklar veya “dalgalanmalar” olarak kabul edildiği elektrodinamik çalışmalarına yol açtı. Var olmayan eterin aksine, elektromanyetik alan sadece yüklü bir parçacığın etki alanıdır ve somut, maddi bir şey değildir.

Daha sonra yapılan çalışmalar, 20. yüzyılın başlarında, EMR'nin de partikül benzeri özelliklere sahip olduğunu gösterdi. Elektromanyetik radyasyonu oluşturan parçacıklara fotonlar adı verilir. Her ne kadar çelişkili görünse de, EMR yapılan deney türüne bağlı olarak dalgalar veya parçacıklar gibi davranabilir. Bu dalga-parçacık ikiliği olarak bilinir. Aynı zamanda atom altı parçacıklar, bütün atomlar ve hepsi bazen dalgalar gibi davranabilen oldukça büyük moleküller için de geçerlidir.

Dalga-parçacık ikiliği, kuantum teorisi geliştirildikçe ortaya çıkmıştır. Bu teoriye göre, “dalga”, foton gibi bir parçacığı belirli bir yerde bulma olasılığını temsil eder. Parçacıkların dalga benzeri doğası ve dalgaların parçacık benzeri doğası, çok sayıda bilimsel tartışmaya ve bazı akıllara durgunluk veren fikirlere yol açmıştır, ancak gerçekte ne anlama geldiği konusunda genel bir fikir birliğine varmamıştır.

Kuantum teorisinde, atom altı parçacıklar enerjiyi serbest bıraktığında elektromanyetik radyasyon üretilir. Örneğin, bir atomdaki bir elektron enerjiyi emebilir, ancak sonunda daha düşük bir enerji seviyesine düşmeli ve enerjiyi EMR olarak bırakmalıdır. Nasıl gözlendiğine bağlı olarak, bu radyasyon bir parçacık ya da elektromanyetik bir dalga gibi görünebilir.

Kullanımları

Modern teknolojinin çoğu elektromanyetik dalgalara dayanır. Radyo, televizyon, cep telefonları ve İnternet, EMR radyo frekansının hava, uzay veya fiber optik kablolar aracılığıyla iletilmesine güvenir. DVD'leri ve ses CD'lerini kaydetmek ve oynatmak için kullanılan lazerler, disklere yazmak ve okumak için hafif dalgalar kullanır. X-ışını makineleri tıp ve havaalanı güvenliğinde önemli bir araçtır. Bilimde, evren hakkındaki bilgimiz büyük ölçüde ışık, radyo dalgaları ve uzak yıldızlardan ve galaksilerden gelen X ışınlarından yapılan analizlerden gelir.

Tehlikeler

Radyo dalgaları gibi düşük enerjili elektromanyetik dalgaların zararlı olduğu düşünülmemektedir. Ancak, daha yüksek enerjilerde EMR risk teşkil eder. X ışınları ve gama ışınları gibi iyonlaştırıcı radyasyon canlı hücreleri öldürebilir veya zarar verebilir. Kansere yol açabilecek DNA'yı da değiştirebilirler. Tıbbi X ışınlarından kaynaklanan hastalar için risk önemsiz sayılır, ancak düzenli olarak maruz kalan radyografi uzmanları kendilerini korumak için - X ışınlarının nüfuz edemediği - kurşun önlükler kullanırlar. Güneş ışığında bulunan ultraviyole ışık güneş yanığına neden olabilir ve maruz kalma aşırı olduğunda cilt kanserine neden olabilir.