ELEKTROMANYETIK SPEKTRUM: ÖZELLIKLER, BANTLAR, UYGULAMALAR - FIZIKSEL - 2024

Elektromanyetik spektrum herhangi bir kısıtlama olmadan, herhangi bir pozitif bir değer kabul elektromanyetik dalgaların tüm dalga boyları, sıralı bir düzenleme oluşur. Görünür ışık dahil 7 bölüme ayrılmıştır.

Her rengin farklı bir dalga boyuna karşılık geldiği gökkuşağını gördüğümüzde görünür ışığın frekanslarına aşinayız: kırmızı en uzun ve menekşe en kısadır.

Elektromanyetik spektrum. Bu şemada frekansın (ve bununla birlikte enerjinin) soldan sağa doğru arttığını unutmayın. André Oliva / Kamu malı

Görünür ışık aralığı, spektrumun yalnızca çok kısa bir alanını kaplar. Göremediğimiz diğer bölgeler radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, ultraviyole, X ışınları ve gama ışınlarıdır.

Bölgeler aynı anda değil, farklı zamanlarda keşfedildi. Örneğin, radyo dalgalarının varlığı 1867'de James Clerk Maxwell tarafından tahmin edilmiş ve yıllar sonra, 1887'de Heinrich Hertz bunları ilk kez laboratuarında üretmiştir, bu yüzden Hertz dalgaları olarak adlandırılmıştır.

Hepsi madde ile etkileşime girebilir, ancak taşıdıkları enerjiye bağlı olarak farklı şekillerde. Öte yandan, elektromanyetik spektrumun farklı bölgeleri keskin bir şekilde tanımlanmamıştır, çünkü aslında sınırlar belirsizdir.

bantlar

Elektromanyetik spektrumun bantları. Tatoute ve Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Elektromanyetik spektrumun farklı bölgeleri arasındaki sınırlar oldukça belirsizdir. Bunlar doğal bölünmeler değildir, aslında spektrum bir sürekliliktir.

Bununla birlikte, bantlara veya bölgelere ayrılma, spektrumun özelliklerine göre uygun bir şekilde karakterize edilmesine hizmet eder. Açıklamamıza dalga boyları daha uzun olan radyo dalgalarıyla başlayacağız.

Radyo dalgaları

En düşük frekanslar 10 ⁴ Hz civarında bir aralığa sahiptir ve bu da en uzun dalga boylarına, tipik olarak bir binanın boyutuna karşılık gelir. AM, FM ve vatandaşlar bantlı radyo bu aralıktaki dalgaları ve ayrıca VHF ve UHF televizyon yayınlarını kullanır.

Guglielmo Marconi radyoyu icat ettiğinde, iletişim amacıyla radyo dalgaları ilk kez 1890 civarında kullanıldı.

Radyo dalgalarının frekansı daha düşük olduğundan madde üzerinde iyonlaştırıcı etkisi yoktur. Bu, radyo dalgalarının elektronları moleküllerden fırlatmak için yeterli enerjiye sahip olmadığı, ancak moleküllerin titreşimini yükselterek nesnelerin sıcaklığını artırdıkları anlamına gelir.

Mikrodalga fırın

Mikrodalgaların dalga boyu santimetre civarındadır ve ilk olarak Heinrich Hertz tarafından tespit edilmiştir.

Az ya da çok su içeren yiyecekleri ısıtmak için yeterli enerjiye sahiptirler. Su, kutupsal bir moleküldür, yani elektriksel olarak nötr olmasına rağmen, negatif ve pozitif yükler hafifçe ayrılarak bir elektrik dipolü oluşturur.

Elektromanyetik alanlar olan mikrodalgalar bir dipole çarptığında, onları alanla hizalamak için dönmelerini sağlayan torklar üretirler. Hareket, yiyecek boyunca yayılan ve onu ısıtma etkisine sahip olan enerjiye dönüşür.

Kızılötesi

Elektromanyetik spektrumun bu kısmı, 19. yüzyılın başlarında William Herschel tarafından keşfedildi ve görünür ışıktan daha düşük, ancak mikrodalgalardan daha yüksek bir frekansa sahip.

Kızılötesi spektrumun dalga boyu (kırmızının altında) bir iğnenin ucuyla karşılaştırılabilir, bu nedenle mikrodalgalara göre daha enerjik bir radyasyondur.

Güneş radyasyonunun çoğu bu frekanslarda gelir. Herhangi bir nesne, özellikle mutfak ocakları ve sıcakkanlı hayvanlar gibi sıcaksa, belirli miktarda kızılötesi radyasyon yayar. İnsanlar için görünmezdir, ancak bazı yırtıcılar kızılötesi emisyonu avlarından ayırarak onlara avlanma avantajı sağlar.

Gözle görülür

Spektrumun 400 ile 700 nanometre (1 nanometre, kısaltılmış nm 1 × ^10-9 m) dalga boyunda tespit edebildiğimiz kısmıdır .

Beyaz ışık, bir prizmadan geçerken ayrı ayrı görebileceğimiz tüm dalga boylarının bir karışımını içerir. Bulutlardaki yağmur damlaları bazen prizmalar gibi davranır, böylece gökkuşağının renklerini görebiliriz.

Gökkuşağının renkleri, görünür ışığın farklı dalga boylarını temsil eder. Kaynak: Pixabay.

Nanometre cinsinden gördüğümüz renklerin dalga boyları:

-Kırmızı: 700–620

-Turuncu: 620–600

-Sarı: 600–580

-Yeşil: 580–490

-Mavi: 490–450

-Menekşe: 450-400

morötesi

Görünür ışıktan daha enerjik bir bölgedir, mor ötesi dalga boyları, yani 450 nm'den büyüktür.

Göremiyoruz ama Güneş'ten gelen radyasyon çok fazladır. Ve görünür kısımdan daha yüksek enerjiye sahip olduğu için, bu radyasyon madde ile çok daha fazla etkileşime girerek biyolojik önemi olan birçok moleküle zarar verir.

Ultraviyole ışınları, kızılötesi ışınlardan kısa bir süre sonra keşfedildi, ancak ilk başta gümüş klorür gibi maddelerle reaksiyona girdikleri için "kimyasal ışınlar" olarak adlandırıldılar.

Röntgen ışınları

Bir hedefe yönlendirilen hızlandırıcı elektronlarla (katot ışınları) deney yaparken, 1895 yılında Wilhelm Roentgen tarafından keşfedildi. Nereden geldiklerini açıklayamayınca onlara X-ışınları adını verdi.

Atomun boyutuna benzer bir dalga boyuna sahip, opak cisimlerden geçebilen ve X ışınlarında olduğu gibi görüntü üretebilen oldukça enerjik bir radyasyondur.

Radyografiler X-ışınları kullanılarak elde edildi: Kaynak: Pixabay.

Daha fazla enerjiye sahip olduklarından, moleküllerden elektron çıkararak madde ile etkileşime girebilirler, dolayısıyla iyonlaştırıcı radyasyon adıyla bilinirler.

Gama ışınları

Bu, atom çekirdeği sırasına göre dalga boylarına sahip en enerjik radyasyondur. Daha kararlı çekirdeklere bozunurken radyoaktif elementler tarafından yayıldığı için doğada sık sık meydana gelir.

Evrende, süpernova patlamalarında gama ışınlarının kaynaklarının yanı sıra atarcalar, kara delikler ve nötron yıldızları gibi gizemli nesneler vardır.

Dünya'nın atmosferi, gezegeni evrenden gelen bu oldukça iyonlaştırıcı radyasyonlardan korur ve yüksek enerjileri nedeniyle biyolojik doku üzerinde zararlı bir etkiye sahiptir.

Uygulamalar

-Radyo dalgaları veya radyo frekansları, bilgi taşıyabildikleri için telekomünikasyonda kullanılır. Ayrıca dokuları ısıtmak ve cilt dokusunu iyileştirmek için tedavi amaçlı.

-Manyetik rezonans görüntüleri elde etmek için radyofrekanslar da gereklidir. Astronomide, radyo teleskopları bunları gök cisimlerinin yapısını incelemek için kullanır.

-Cep telefonları ve uydu televizyonu, mikrodalgaların iki uygulamasıdır. Radar bir diğer önemli uygulamadır. Ek olarak, tüm evren Büyük Patlama'dan gelen bir mikrodalga radyasyon arka planına daldırılmıştır ve bu, söz konusu arka plan radyasyonunun tespiti bu teori lehine en iyi kanıttır.

Radar, enerjiyi her yöne dağıtan bir nesneye doğru bir darbe yayar, ancak bir kısmı yansıtılarak nesnenin konumu hakkında bilgi verir. Kaynak: Wikimedia Commons.

-Görünür ışık, çevremizle etkili bir şekilde etkileşime girmemize izin verdiği için gereklidir.

-Röntgenlerin tıpta teşhis aracı olarak ve aynı zamanda malzeme bilimi düzeyinde birçok maddenin özelliklerini belirlemek için birden fazla uygulaması vardır.

-Farklı kaynaklardan gelen gama radyasyonu, kanser tedavisi için olduğu kadar gıdaları sterilize etmek için de kullanılmaktadır.

Referanslar

1. Giambattista, A. 2010. Fizik. İkinci baskı. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Bilim ve Mühendislik için Fizik. 10. Baskı. Cilt 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. Fiziksel Bilimlere Giriş. Onikinci baskı. Brooks / Cole, Cengage Editions.