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 Dalgalar
| Elektromanyetik dalga | Dalga boyu | Frekans | Foton enerjisi |
| Gama ışını | < 0.02 nm | > 15 EHz | > 62.1 keV |
| X-ışını | 0.01 nm – 10 nm | 30 EHz – 30 PHz | 124 keV – 124 eV |
| Moröte (UV) | 10 nm – 400 nm | 30 PHz – 750 THz | 124 eV – 3 eV |
| Görsel bölge | 390 nm – 750 nm | 770 Thz – 400 THz | 3.2 eV – 1.7 eV |
| Kızılöte (IR) | 750 nm – 1 mm | 400 THz – 300 GHz | 1.7 eV – 1.24 meV |
| Mikrodalga | 1 mm – 1 m | 300 GHz – 300 MHz | 1.24 meV – 1.24 µeV |
| Radyo dalgaları | 1 m – 100 km | 300 MHz – 3 kHz | 1.24 µeV – 12.4 feV |
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.
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 dalga | Üretim mekanizması | Uygulamaları | Etkileri ve Kullanımı |
| Gama ışını | Nükleer bozunum | Nükleer Tıp | Medikal tanı, kanser terapisi ve görüntüleme. Kanser oluşturabilir. |
| X-ışını | İvmelenen yükler | Medikal ve Güvenlik | Medikal tanı, kanser terapisi ve görüntüleme. Kanser oluşturabilir. |
| Moröte (UV) | Termal radyasyon ve elektron geçişleri | Sterilizasyon | D vitamini üretimi, Ozon tabakasındaki kimyasal süreçler. Kanser oluşturabilir. |
| Görünür ışık | Termal radyasyon ve elektron geçişleri | Pek çok alan | Fotosentez ve görme olayında kullanılır. |
| Kızılöte (IR) | Termal radyasyon ve elektron geçişleri | Termal görüntüleme | Atmosfer tarafından soğrulur ve sera etkisine neden olur. |
| Mikrodalga | İvmelenen yükler ve termal radyasyon | İletişim, fırınlar ve radar | Polar molekülleri titreştirerek nesneyi ısıtır (mikrodalga fırınlar). |
| Radyodalgaları | İvmelenen yükler | İletişim ve uzaktan kumanda | Manyetik Rezonans (MR) görüntülemede kullanılır. |
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
