FizikEvrenPopüler Bilim

Elektromanyetik Spektrum (Tayf) Nedir?

Elektromanyetik spektrum (ya da elektromanyetik tayf), bütün elektromanyetik dalgaları barındıran bir ölçektir. Işık dediğimizde, aklımıza ilk önce gözlerimizin gördüğü ışığın gelmesi oldukça muhtemeldir. Ancak ışık sadece görünür ışıktan ibaret değildir. Aslında ışık dediğimiz olgu, bir elektromanyetik dalgadır. Daha teknik bir dille ışıktan bahsederken sıklıkla onu, taşıyıcı parçacığı olan fotonla ifade ederiz.

Cep telefonlarımızdaki radyo dalgalarından, mikrodalga fırınlardaki mikrodalgaya, uzaktan kumandalardaki kızılöte LED’lerden, hastanelerdeki moröte (UV) sterilizasyon cihazlarına kadar elektromanyetik dalgalar (yani ışık), hayatımızın hemen hemen her yerinde, farklı şekillerde karşımıza çıkmaktadır. Dahası gözle gördüğümüz ışık, elektromanyetik dalgaların yalnızca ufak bir bölümünü oluşturur. Elektromanyetik spektrum (tayf) da, oldukça farklı şekilde karşımıza çıkan ışığı sınıflandırma yöntemimizdir.

Elektromanyetik Spektrum Nedir?

Radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar, evrende bulunan tüm elektromanyetik dalgalar, elektromanyetik spektrumda sınıflandırılır. Başka bir deyişle elektromanyetik spektrum, var olan tüm ışık aralığını barındıran bir ölçektir.

elektromanyetik spektrum elektromanyetik tayf
Figür: Elektromanyetik spektrum (tayf)

Elektromanyetik Dalgalar

Elektromanyetik dalgaDalga boyuFrekansFoton enerjisi
Gama ışını< 0.02 nm> 15 EHz> 62.1 keV
X-ışını0.01 nm – 10 nm30 EHz – 30 PHz124 keV – 124 eV
Moröte (UV)10 nm – 400 nm30 PHz – 750 THz124 eV – 3 eV
Görsel bölge390 nm – 750 nm770 Thz – 400 THz3.2 eV – 1.7 eV
Kızılöte (IR)750 nm – 1 mm400 THz – 300 GHz1.7 eV – 1.24 meV
Mikrodalga1 mm – 1 m300 GHz – 300 MHz1.24 meV – 1.24 µeV
Radyo dalgaları1 m – 100 km300 MHz – 3 kHz1.24 µeV – 12.4 feV
Bu aralıklar aslında birer tanımlama olduğundan, başka yerlerde ufak farklılıklar görebilirsiniz. Tablo: Wikipedia

Işık, periyodik olarak değişen elektrik alan ve manyetik alandan oluşmaktadır. Bu dalgaların frekansı (ya da dalga boyu), ışığın fiziksel özelliğini ve elekromanyetik spektrumdaki yerini belirler.

Elektromanyetik dalganın spektrumdaki yeri, frekansı ya da dalga boyuyla belirlenir. Frekans (ν) bir saniye içerisinde herhangi bir noktadadan geçen dalga sayısını, dalga boyu (λ) ise iki dalga tepesi (ya da çukuru) arasındaki mesafeyi ifade etmektedir. Bu sebepledir ki dalga boyu ve frekans, ters orantılıdır.

elektromanyetik spektrum ışık hızı frekans dalga boyu

Burada c ışık hızıdır. Elektromanyetik dalgalar için enerji ifadesi:

şeklindedir. Öyleyse, elektromanyetik dalganın frekansı arttıkça enerjisi de artar diyebiliriz. Bir başka deyişle, frekans arttığında dalga boyu azalacağından, dalga boyu azaldığında da enerjinin arttığını söyleyebiliriz.

Elektromanyetik spektrum, elektromanyetik dalgaları enerjilerine göre sınıflandırır. Yukarıdaki figürde, soldan sağa doğru gittikçe frekans artmakta (dalga boyu azalmakta) yani enerji artmaktadır.

  • Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar, düşük frekanslılara göre daha yüksek enerjiye sahiptir. Bu sebeple, yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar, cisimlerin daha derinlerine işleyebilir.
  • Yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar, birim zamanda daha fazla bilgi taşıyabilirler.
  • Dalga boyu ne kadar kısaysa (yani frekans ne kadar yüksekse), elektromanyetik dalga, düştüğü yüzeyin detaylarını o kadar iyi gösterir.
Elektromanyetik dalgaÜretim mekanizmasıUygulamalarıEtkileri ve Kullanımı
Gama ışınıNükleer bozunumNükleer TıpMedikal tanı, kanser terapisi ve görüntüleme. Kanser oluşturabilir.
X-ışınıİvmelenen yüklerMedikal ve GüvenlikMedikal tanı, kanser terapisi ve görüntüleme. Kanser oluşturabilir.
Moröte (UV)Termal radyasyon ve elektron geçişleriSterilizasyonD vitamini üretimi, Ozon tabakasındaki kimyasal süreçler. Kanser oluşturabilir.
Görünür ışıkTermal radyasyon ve elektron geçişleriPek çok alanFotosentez ve görme olayında kullanılır.
Kızılöte (IR)Termal radyasyon ve elektron geçişleriTermal görüntülemeAtmosfer tarafından soğrulur ve sera etkisine neden olur.
Mikrodalgaİvmelenen yükler ve termal radyasyonİletişim, fırınlar ve radarPolar molekülleri titreştirerek nesneyi ısıtır (mikrodalga fırınlar).
Radyodalgalarıİvmelenen yüklerİletişim ve uzaktan kumandaManyetik Rezonans (MR) görüntülemede kullanılır.
İfadeler örnek teşkil etmesi açısından çok geneldir ve değişiklik gösterebilir. Tablo: Lumenlearning

Bu üç maddeden de görebileceğimiz gibi, farklı frekansa sahip elektromanyetik dalgalar, farklı fiziksel özelliklere sahiptir. Benzer şekilde, bu özelliklerin farklılığı sebebiyle kullanım alanları da değişmektedir.

Radyo dalgaları: Radyolarımızda dinlediğimiz müziği bize getiren elektromanyetik dalgalar, radyo dalgalarıdır. Özellikle letişimde kullanılan bu dalgalar, aynı zamanda evrendeki yıldızlardan ve gaz bulutlarından da yayılmaktadır.

Mikrodalga: Yukarıda bahsettiğimiz gibi, frekans arttıkça birim zamanda taşınan bilginin arttırılması mümkündür. Bu sebeple, mikrodalgalar uydularla iletişimde kullanılmaktadır. Benzer şekilde, radar teknolojileri de mikrodalgalar kullanılarak geliştirilmiştir. Tüm bu bilimsel ve teknolojik kullanımların yanı sıra, evimizdeki mikrodalga fırınlar da, mikrodalga kullanarak yemeklerimizi ısıtır.

Kızılötesi (IR): Mikrodalgaların sonundan, görünür bölgenin düşük enerjili kısmına kadarki alanı kaplayan kızılötesi bölgedeki elektromanyetik dalgalar, atmosferde bulunan CO2 ve H2O molekülleri tarafından yakalanmaktadır. Bu da, atmosferin sıcaklığının artmasına sebep olmaktadır. Kızılötesi görüntülemeye sahip teknolojiler, bedenimizden ve cisimlerden saçılan kızılötesi ışınları kullanarak görüntüleme yapmaktadır.

Görünür Bölge: 400 nm ile 750 nm arasında dalga boyuna sahip olan elektromanyetik dalgaların oluşturduğu bu bölge, insan gözünün gördüğü aralıktır. Spektrumun, bizim için yaşamı “renkli” kılan kısmı bu bölgedir.

Moröte (UV) Bölge: 400 nm ile 10 nm arasında dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgaların oluşturduğu bu bölge, 1801 yılında Johann Ritter tarafından, Güneş’in tayfını incelerken keşfedilmiştir. Güneş’in cildimizi bronzlaştırmasının sebebi, morötesi ışınlardır.

X-ışınları: Oldukça yüksek frekansa sahip olan bu elektromanyetik dalgalara X-ışını denmesinin sebebi, özelliklerinin ve doğasının bilinmemesindendir. 0.01 nm’den daha küçük dalgaboylarını da içinde barındıran bu bölge, havaalanlarındaki güvenliğin kullandığı cihazlardan kristal yapılarını görüntüleyen yüksek teknoloji ürünlerine kadar, pek çok farklı görüntüleme teknolojisinde sıkça kullanılmaktadır.

Gama ışınları: En tehlikeli ve delici radyoaktif bozunumlardan birisi olan gamma ışınları, 1890’lı yıllarda, radyoaktivite keşfedildikten hemen sonra keşfedildi. Gıda sterilizasyonundan görüntülemeye kadar pek çok alanda kullanılan bu ışınlar, Elektromanyetik spektrumdaki en yüksek enerjili dalgalardır.


Hazırlayan: Ege Can Karanfil
Editör: Ögetay Kayalı

Referanslar
1. NASA, “Electromagnetic Spectrum” <https://imagine.gsfc.nasa.gov/sc ience/toolbox/emspectrum1.html>
2. LumenLearning, “Electromagnetic Spectrum” <https://courses.lumenlearning.com/physics/chapter/24-3-the-electromagnetic-spectrum/>
3. EarthSky, “Word of the week: Electromagnetic spectrum” <https://earthsky.org/space/what-is-the-electromagnetic-spectrum>
4. NASA, “The Electromagnetic Spectrum” <https://hubblesite.org/contents/articles/the-electromagnetic-spectrum>

Görsel Referansları
1. http://www.bioedonline.org/videos/lesson-demonstrations/waves-and-electromagnetic-radiation/
2. https://tr.wikipedia.org/wiki/Dosya:EM_Spectrum_Properties_edit_tr.svg

Ege Can Karanfil

Rasyonalist editör ve yazar. Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) Fizik bölümü 4.sınıf öğrencisi. Nükleer fizik üzerine araştırmalar yapmaktadır.
Back to top button

 
Bilim dünyasındaki önemli gelişmelerden haberdar olmak için haftalık/aylık bültenimize abone olun.
Devam ederek gizlilik politikasını kabul etmiş olursunuz.