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, dalga boylarına 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 dalga boyu (yüksek frekans) ucunun limitinin Planck uzunluğuna, uzun dalga boyu (alçak frekans) ucunun limitinin ise evrenin tümünün fiziksel büyüklüğüne eşit olduğu düşünülmektedir.
Genişliği
Elektromanyetik tayf binlerce kilometreden atomaltı uzunluklara kadar geniş bir yelpazedeki dalga boylarında ışınımları kapsar. 30 Hz ve altındaki frekansların (uzun-dalga) radyoastronomide bazı nebulalar tarafından üretildiği ve bu yapıların araştırılmasında kullanıldığı, 2,9 * 1027 Hz değeri civarında frekanslara sahip ışınımların da çeşitli kozmik kaynaklardan yayıldığı bilinmektedir.Boşlukta, belirli bir dalga boyundaki (λ) elektromanyetik enerjinin bu dalga boyu ile orantılı bir frekansı (f) ve foton enerjisi (E)
bulunmaktadır. Bu yüzden elektromanyetik tayf bu üç değerden herhangi
biri kullanılarak ifade edilebilir. Değerler birbirine aşağıdaki
formüller ile bağlıdır:
frekans x dalga boyu veya 
, ve 
veya 
Burada;
m/s (ışık hızı) ve 
de Planck sabiti 
'dir.Buna göre;
- Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar yüksek enerjiye ancak kısa dalga boyuna,
- Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar ise düşük enerjiye ancak uzun dalga boyuna
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 dalga boyları arasındaki görünür ışık bandı dışındaki diğer ışınım aralıkları da algılanabilir. Normal bir laboratuvar spektroskobu 2 ile 2500 nm arasındaki dalga boylarını kolayca algılayabilir. Cisimlerin, gazların ve hatta yıldız ve galaksilerin fiziksel
özellikleri ile ilgili birçok veri, bunlardan yayılan elektromanyetik
ışınımın bir spektroskop yardımıyla analiz edilerek öğrenilebilir.
Örneğin hidrojen atomları 21,12 cm'lik dalga boyunda 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, kızıl ötesi, görünür ışık, mor ötesi, X-ışınları ve Gama ışınlarıdır.
Tayf kategorileri
Yukarıda verilen sınıflandırma genelde doğru olsa da, söz konusukategoriler arasında kesin sınır çizgileri yoktur ve bazı durumlarda
aslında belirli bir kategoride yer alan bir ışınım, bir başka
kategorinin dalga boyu aralığında bulunabilir. Örneğin, bazı az enerjili
gama ışınları aslında bazı yüksek enerjili X-ışınlarından daha uzun dalga boyuna 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 itibarıyla X-ışınları ile gama
ışınları arasındaki belirleyici fark dalga boylarında değil, 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.
Başlıca elektromanyetik tayf bantları ve yaklaşık sayısal değerleri:
Sınıf Frekans (f) Dalga boyu (λ) Enerji (E) Açıklama Y 300 EHz - 30 EHz 1 pm - 10 pm 1,24 MeV - 124 keV Gama ışınları HX 30 EHz - 3 EHz 10 pm - 100 pm 124 keV - 12,4 keV Sert X-ışınları SX 3 EHz - 30 PHz 100 pm - 10 nm 12,4 keV - 124 eV Yumuşak X-ışınları EUV 30 PHz - 3 PHz 10 nm - 100 nm 124 eV - 12,4 eV Uzak mor ötesi NUV 3 PHz - 300 THz 100 nm - 1 μm 12,4 eV - 1,24 eV Yakın mor ötesi VIS* Görünür ışık aralığı* NIR 300 THz - 30 THz 1 μm - 10 μm 1,24 eV - 124 meV Yakın kızıl ötesi MIR 30 THz - 3 THz 10 μm - 100 μm 124 meV - 12,4 meV Orta kızıl ötesi FIR 3 THz - 300 GHz 100 μm - 1 mm 12,4 meV - 1,24 meV Uzak kızıl ötesi EHF 300 GHz - 30 GHz 1 mm - 1 cm 1,24 meV - 124 μeV Aşırı yüksek frekans SHF 30 GHz - 3 GHz 1 cm - 1 dm 124 μeV - 12,4 μeV Süper yüksek frekans UHF 3 GHz - 300 MHz 1 dm - 1 m 12,4 μeV - 1,24 μeV Ultra yüksek frekans VHF 300 MHz - 30 MHz 1 m - 10 m 1,24 μeV - 124 neV Çok yüksek frekans HF 30 MHz - 3 MHz 10 m - 100 m 124 neV - 12,4 neV Yüksek frekans MF 3 MHz - 300 kHz 100 m - 1 km 12,4 neV - 1,24 neV Orta frekans LF 300 kHz - 30 kHz 1 km - 10 km 1,24 neV - 124 peV Alçak frekans VLF 30 kHz - 3 kHz 10 km - 100 km 124 peV - 12,4 peV Çok alçak frekans VF/ULF 3 kHz - 300 Hz 100 km - 1 Mm 12,4 peV - 1,24 peV Ses frekansı SLF 300 Hz - 30 Hz 1 Mm - 10 Mm 1,24 peV - 124 feV Süper alçak frekans ELF 30 Hz - 3 Hz 10 Mm - 100 Mm 124 feV - 12,4 feV Aşırı alçak frekans
Radyo dalgaları
Radyo dalgaları el telsizlerinden gelişmiş uzay haberleşme sistemlerine kadar birçok platform tarafından kullanılmaktadır.
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 resmî
kuruluşlar tarafından kısıtlanmakta ve denetlenmektedir. Elektromanyetik
radyasyon bir iletkene empoze edildiğinde, iletkenin yüzeyindeki
atomların elektronlarını daha enerjik kılarak iletken yüzeyinde küçük
bir elektrik akımı oluşmasını sağlar. Radyo antenlerinin çalışma ilkesi bu etkiye dayanır.
Mikrodalga
Mikrodalgalar tipik olarak uygun çap ve şekilde metal dalga kılavuzu tüpler kullanabilecek kadar kısadırlar ve magnetron veya klistron tüpler kullanarak istenen faz ve frekansta üretilebilirler. Mikrodalga üretimi TED ve IMPATT gibi katı yapılı diyotlarkullanılarak da yapılabilir. Çeşitli frekanslardaki mikrodalga enerjisi
bazı materyaller tarafından emilebilir ve bu süreç sonucunda ısı açığa
çıkar. Mikrodalga fırınlar su moleküllerinin bu özelliğini kullanır.
Wi-Fi gibi kablosuz sinyal aktarımında da düşük yoğunluklu mikrodalga
kullanılır. Mikrodalga fırınlar bu yüzden çalışır durumda ve yeterince
yakın mesafede olduklarında cep telefonu ve diğer bazı elektronik
cihazları etkileyebilirler.
Terahertz ışınım
Terahertz (THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızıl ötesi ile mikrodalgalararasındaki 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
kullanılmaktadır. Bu bandın askerî
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 ekipmanını da iş göremez hâle getirecektir.
Kızıl ötesi ışınım
Kızıl ötesi radyasyon yaklaşık olarak 300 GHz ile 400 THz frekanslarıve 1 mm ile 750 nm arasındaki dalga boylarını kapsar. Üç ana kategoride
incelenir:
- Uzak kızıl ötesi, 300 GHz (1 mm 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 kızıl ötesi ışınım, atmosferin saydam olmasında büyük rol oynamaktadır. Astronomide 200 μm ile birkaç mm arasındaki dalga boylarına genellikle milimetre altı denir ve "uzak kızıl ötesi" tanımı 200 μm'nin altındaki dalga boyları tarafından kullanılır.
Atmosferin hangi dalga boylarını geçirip hangilerini bloke ettiğini özetler bir ilüstrasyon.
- Orta kızıl ötesi, 30 THz (10 μm λ) ile 120 THz (2,5 μm λ)
arasında bulunur. Sıcak cisimler bu sıklıkla bu aralıkta ışınım
yayarlar. Orta kızıl ötesi ışınım normal moleküler titreşim tarafından
emilebilir. Bu frekans aralığına bazen parmak izi bandı da denir. - Yakın kızıl ötesi, 120 THz (2500 nm λ) ile 400 THz (750 nm λ) arasındadır. Görünür ışığa benzer fiziksel işlemler tarafından üretilir ve benzer optik kurallara tabidir.
Görünür ışık
İnsan gözünün ışık veya renk olarak algıladığı aralığa denk gelen elektromanyetik enerjidir. Beyaz ışık bir prizmadangeçirildiğinde bileşenleri olan diğer dalga boylarına ayrılabilir. Her
dalgaboyu farklı bir frekansa sahiptir ve göz tarafından farklı bir renk olarak algılanır.
Mor ötesi ışınım
Dalga boyu görünür ışıktan daha kısadır. Oldukça enerjik olduğu için mor ötesi (UV) ışınım kimyasal bağları bozup çeşitli molekülleri iyonize edebilir veya katalizör etkisi gösterebilir. Güneş yanıkları mor ötesi 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 Güneş'ten gelen UV radyasyonunun büyük bir kısmı yüzeye ulaşmadan önce atmosferdeki ozon tabakası tarafından emilir.X-ışınları
X-ışınları, mor ötesi ışınlardan daha kısa dalga boyuna, dolayısıyla 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 ışınları
Gama ışınları 1900 yılında Villiardtarafından bulunmuştur. Bilinen en enerjik elektromanyetik radyasyon
türü olan gama ışınları nükleer aktivite ve çeşitli kozmik kaynaklar
tarafından üretilirler.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder