Fizik

Elektromanyetik Dalgalar

Radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, görü­nür bölge ve morötesi ışınların tümünün elektroma­nyetik dalga olduğunun deneylerle doğrulanmasından çok daha önce Maxwell, elektromanyetik dalgaların oluşumunu matematiksel olarak açıklamıştır.

Bu amaçla, önce manyetik ve elektrik alan dola­nımı kavramlarını geliştirmiş, daha sonra da bu alan­ları bileşik olarak bir arada yayılabileceklerini göster­miştir.

Üzerinden elektrik akımı geçen bir iletken tel ya­kınında bulunan pusula sapar. Aynı zamanda telin çevresin­deki demir tozlarının tel çevresinde halkalar biçiminde düzene girer.  

Bu olayların nedeni, elektrik akımının telin çevre­sinde manyetik bir etki, manyetik bir alan yaratmasıdır. Daha ilerde göreceğimiz gibi bu olayın tersi de olabilir. Yani manyetik akı değişimi de çevresinde bir elektrik­sel alan oluşturabilir. Nedeni bilinmeyen bu karşılıklı ilişki, elektrik ve manyetizma konularının elektromanyetizma adı altında birleşmesine yol açmıştır.

Düz bir iletken tel çevresindeki manyetik alan nelere bağlıdır? Manyetik alan şiddeti ölçümü olan B, birim alandan geçen çizgi sayısının ölçüsü olarak ta­nımlanmıştır. Yapılan ölçümler, üzerinden geçen akım şiddeti (i) olan düz bir telden (r) kadar uzaktaki manyetik alan şiddetinin B = K.2i/r olduğunu ortaya koymuştur.

manyetik dolanım

Manyetik alan şiddeti, akımın şiddetiyle doğru, telden uzaklıkla ters orantılı­dır. Telden eşit uzaklıktaki noktaların manyetik alan şiddeti eşit büyüklüktedir.

Tel merkezil çember üzerinde, çembere teğet, eşit büyüklükteki B manyetik alan çizgilerinin bazıları görülmektedir. (r) yarıçaplı bu çember üzerin­deki tüm B şiddetlerinin bir tür toplamı olarak düşü­nebiliriz.

Manyetik dolanım DB = 4.π.k.i bağıntısıyla bulunur.

X Işınları

Röntgen tarafından bulunan X ışınları, ivmeli elektrik yükü hareketiyle elde edilen elektromanyetik dalga (ışık) örneklerinden biridir.

Fotoelektrik olayında bir metal yüzeyine yeterli enerjiye sahip ışık düşürülünce, metal yüzeyinden fotoelektron adı verilen elektronların ayrıldığını görmüş­tük. X ışını elde edilmesi işlemi, fotoelektrik olayının tersidir. Yani bu kez elektronların metal bir yüzeye çarptırılarak yavaşlayan (ivmeli) bir hareket yapması sağlanacak ve sonuçta metalden ışık elde edilecektir.

Röntgen, X ışını elde etmek amacıyla bir düzenek kurmuştur. Bu düzenekte, havası boşaltılmış tüp içine (-) yüklü katot ve (+) yük­lü anot karşılıklı yerleştirilmiştir. Katot arkasındaki fitil­den ikinci bir devre ile akım geçirilir. Bu fitil, geçen akı­mın etkisiyle aldığı ısı enerjisi sonucu elektron salar. Bu olaya termiyonik salma denir. Ortası delik levha bi­çimindeki katot ile anot arasındaki elektrik alanında bu elektronlar hızlanırlar. Daha geniş yüzeyli bir hedef olan (+) yüklü anoda çarpan elektronlar yavaşlayıp dururlar. Elektronun kaybettiği enerji şimdi, başka tür bir enerji olarak karşımıza çıkar. X ışını denilen bu enerji, elektromanyetik enerjidir.

Elektromanyetik Spektrum

Radyo dalgalarının ve X ışınlarının yapısını ince­ledik. Gördüğümüz ortak özellik, her ikisinin de ivmeli elektrik yükü hareketinin sonucu olduğudur. İlerdeki bölümlerde daha detaylı inceleyeceğimiz diğer elektromanyetik dalgalardan burada kısaca söz edelim ve elektromanyetik spektrum denilen düzende tümünü bir arada gösterelim.

Betatron adı verilen araçlarda, manyetik alan kul­lanılarak elektrik yükleri hızlandırılır. Bu amaçla ma­nyetik alan şiddeti giderek artırılır. Böyle bir alana fırla­tılan elektronlar hızlanan (ivmeli) bir hareket yaparlar. Elektronların yörünge çevrelerinde ışık yayıldığı göz­lenir. Bu olay, görülebilen böyle ışınların da ivmeli yük hareketinin sonucu olduğunu kanıtlar.

Radyo dalgalarının benzeri mikrodalgalar da, ilet­kenler içinde elektrik yüklerine basit harmonik titre­şimler yaptırılarak elde edilebilir.

Yüksek sıcaklıklara ulaştırılmış cisimlerden yayı­lan kızılötesi, görünür bölge ve morötesi ışınlar elde edilebilmektedir. Bu ışınların elde edilebilmesi için elektron bombardımanı, gaz boşalması, elektrik geri­limi gibi başka uyarma yöntemleri de kullanılabilir. Ön­ceki örnekleri göz önünde tutarak, ışın yayılan her olayda ivmeli yük hareketi aramak gerekecektir. Bu bölümün devamında atomların elektronlarım farklı enerji düzeyine sahip yörüngelerde dolaşabildiğini gö­receğiz. Uyarılmış atomların enerji düzeyleri arasın­daki geçişler sırasında, elektronların ivmeli hareketler yaptığını ve ışınların bunun sonucu olarak yayıldığını doğrulayacağız.

Çekirdek yapısının incelenmesi sırasında, radyo­aktif elementlerin çekirdeklerin alfa, beta, gama ışın­larının yayıldığı gözlenir. Bu ışınlar da çekirdekteki iv­meli yük hareketinin sonucudur.