Elektromanyetik Dalgaların Oluşumu

 

Elektromanyetik dalgaların oluşumunu Maxwell dört yasa ile açıklamıştır.

James Clark Maxwell 19. yy da yaşamış İskoçyalı bir bilim insanıdır. Maxwell elektrik ve manyetizma ile ilgi­li bilinenleri tek teoride birleştirmiş ve bu teorisini dört denklem ile açıklamıştır.

Maxwell ayrıca, elektro­manyetizmanın doğası­nın dalgalı yapısının varlı­ğını önceden tahmin et­mek için bu dört bağıntı­yı kullanmıştır. Biz bura­da bağıntıları vermeden yorumları üzerinde duracağız.

Maxwell in bu katkılar­dan dolayı, bağıntılar ge­nellikle başkaları tarafın­dan geliştirilmiş olsa da, bu bağıntı grubuna Maxwell in ismi verilmiş ve Maxwell denklemleri olarak literatü­re geçmiştir.

Esas olarak, elektriksel kuvvetle, manyetik kuvveti tek bir elektromanyetik kuvvete indirgemiş ve birbirinden farklı kuvvetler ya da alanların birbiriyle simetrik olarak ilişkili olduğu gösterilmiştir. Bu simetri bağıntıları geliş­tirilmiş matematiksel formüllerden anlaşılmaktadır.

Durgun Yüklerle İlgili Gauss Yasası

Gauss yasası olarak da bilinen ilk denklemin anlamı elektrik alanın skaler kaynağının elektrik yükleri olma­sıdır. Elektrik alan noktasal yüklerde sonlanır. Herhan­gi bir kapalı yüzeydeki elektrik alanın akışı o yüzeyin içindeki toplam yükle doğru orantılıdır.

Diğer bir ifade ile elektrik alan, elektrik yükleri tarafından oluşturulur.

Hareketli Yüklerle İlgili Gauss Yasası

İkinci denkleme göre manyetik alanın skaler kaynağı yani manyetik yük yoktur. Manyetik alan daima kendi üzerinde sonlanır. Bu nedenle herhangi bir kapalı yüzeydeki manyetik alanın akışı sıfırdır.

Değişken Manyetik Alanlarla İlgili Faraday Yasası

Üçüncü denklem, değişen bir manyetik alan etrafında oluşan elektrik alanı inceler. Bu durum Faraday yasası olarak da bilinir.

Manyetik Dolanımla İlgili Ampere Yasası

Değişen bir elektrik alan manyetik alan oluşturur. Dör­düncü denklem bu durumu ifade eder. Bu denklemler tüm klasik elektromanyetik etkileşimleri açıklar.

Maxwell denklemleri elektromanyetik dalgaların yapı­sının anlaşılmasına ve bu dalgaların ivmeli hareket eden yükler tarafından salındığının anlaşılmasına bü­yük katkısı olmuştur.

  • Zamana göre değişen bir manyetik alan zamana bağlı elektrik alan üretir.
  • Zamana göre değişen bir elektrik alan zamana bağlı bir manyetik alan üretir.

İlk ifade değişen manyetik akının bir İletken telde geri­limi indüklediğini veya uzayda bir elektrik alan oluştur­duğunu söyler, ikinci ifade, değişen elektrik alanın de­ğişen bir manyetik alan oluşturduğunu vurgular. Bu si­metri elektromanyetik dalgaların analizinde önemlidir.

Temel olarak elektromanyetik dalgalar ivmeli hareket eden elektrik yükleri tarafından üretilir. Buna basit harmonik hareket yapan bir elektronun titreşimini örnek olarak verebiliriz. Bu elektronlar bir radyo vericisinde­ki birçok elektrondan biri olabilir. Buradaki her bir elek­trik yükü 106 Hz frekansla titreşir. Böyle bir elektron hareket ettiğinde, elektron ivmelenir ve elektromanye­tik dalga yayar.

Herhangi bir noktada meydana gelen manyetik alan değişimi hemen bir elektrik alan değişimine, elektrik alan değişimi de bir manyetik alan değişimine sebep olur.

Bu iki alanın değişim vektörleri birbirlerine diktir. Bir noktada enerji harcanarak periyodik bir alan değişimi meydana getirilirse, bu enerji ışık hızıyla, aynı periyotlu elektrik ve manyetik alan dalgaları olarak uzaya ya­yılır. Bu olaya elektromanyetik dalgaların ışıması de­nir.

Elektrik alan vektörü E, manyetik alan vektörü B ye diktir ve her biri zamanla sinizoidal olarak değişir. E ve B ikisi birlikte aynı fazdadır ve dalganın ilerleme yönü­ne diktir. Bundan dolayı elektromanyetik dalgalar eni­ne dalgalardır.

Elektrik alan ile manyetik alan arasında,

E = c.B bağıntısı vardır. E/B oranı sabit ve ışık hızına (c) eşittir.

Elektromanyetik Dalgaların Hızı

Mekanik dalgalar çeşitli büyüklükteki hızlarla hareket edebilirler. Ancak elektromanyetik dalgalar boşlukta sadece ışık hızı ile yayılırlar. Işığın hızı saniyede 300.000 kilometredir. Bu hızın büyüklüğünü anlamak için şöyle bir modelleme yapalım.

Dünyanın çevresinin uzunluğu 40.000 km’dir. Buna göre ışık bir saniyede Dünyanın çevresini 7,5 defa do­lanabilir. Bu nedenle, elektromanyetik dalgaların kulla­nıldığı cep telefonu ile Dünyanın öbür ucundaki bir ya­kınımızla görüşmemiz fark edemeyeceğimiz kadar kü­çük bir zaman farkıyla gerçekleşir.

Elektromanyetik Dalga Çeşitleri

Elektromanyetik dalgaların frekans ve dalga boyu de­ğerleri farklı da olsa bu değerlerin çarpımı daima ışık hızına eşittir. Dalga boyu farklı elektromanyetik dalga­lar farklı özellikler gösterir. Çok çeşitli kullanım alanları olan bu elektromanyetik dalgalara örnek olarak aşağı­daki ışınlar verilebilir.

  1. Radyo dalgaları
  2. Televizyon dalgaları
  3. Mikrodalgalar,
  4. Kızılötesi dalgalar,
  5. Radar dalgalan,
  6. Görülebilir ışık dalgaları,
  7. Ultra-viole ışınları,
  8. X ışınları
  9. Gamma ışınları

Elektromanyetik dalgaların, dalga boylarının büyüklü­ğüne göre sıralandığı cetvele elektromanyetik spektrum denir. Şimdi bu dalga çeşitleri hakkında bilgi ve­relim.

Elektromanyetik dalgaların özellikleri:

  • Yüklerin ivmeli hareketlerinden meydana gelirler. Dolayısıyla bir elektromanyetik dalgayı oluşturmak için enerji harcanması gereklidir.
  • Elektrik ve manyetik alanlar birbirini doğurarak ışık hızıyla yayılır. Dolayısıyla bütün elektromanyetik dalgalar ışık hızıyla yayılır.
  • Işığın da bir elektromanyetik dalga olduğu hatırla­nırsa, elektromanyetik dalgalar yansımaya ve kırıl­maya uğrar.
  • Yüklü parçacık olmadıkları için elektrik ve manye­tik alanda sapmazlar.
  • Enerji taşırlar ve elektromanyetik dalgayı soğuran cisimler ısınır.
  • Fotonlardan meydana gelmişlerdir.
  • Hızları ortamdan etkilenir.
  • Elektrik ve manyetik alan bileşenleri aynı fazdadır.

Radyo Dalgaları

Radyo dalgala­rı, iletken anten üzerinde ivmelendirilen yük­ler tarafından meydana getiri­lir. Dalga boyu en büyük olan elektromanye­tik dalgalardır. Dalga boyu 30 cm den daha büyük olan tüm elektromanye­tik dalgalar rad­yo dalgaları ola­rak adlandırılır.

Elektromanyetik spektrumdaki en geniş aralığa radyo dalgaları sahiptir. Radyo istasyonları sesi elektrik akı­mına çevirirler. Bu elektrik akımı elektromanyetik dal­galar üretir. Büyük antenlerle her yöne yayılması sağ­lanan elektromanyetik dalgalar radyolarımız tarafın­dan alınarak tekrar sese dönüştürülür.

Günümüzde en çok FM adı verilen radyo dalgaları kul­lanılmaktadır. FM radyo dalgalarına göre daha uzakla­ra gidebilir. FM dalgaları elektriksel gürültülerden daha az etkilenmesi nedeniyle radyolarımızdan alınan ses daha kalitelidir. Radyo dalgalarının taşıdıkları enerji çok küçük olduğundan canlı sağlığı üzerinde herhan­gi bir zararı yoktur.

Televizyon Dalgaları

Televizyon sinyallerinin iletiminde kullanılan elektro­manyetik dalgalar da radyo dalgalarıdır. Televizyon ya­yını yapan istasyonlar, FM kısa dalgalar ile sesleri, da­ha uzun radyo dalgaları ile de görüntüleri iletirler. Gü­nümüzde çok daha geniş bir alana televizyon yayını yapabilmek için yapay uydular kullanılmaktadır.

Yapay uydular dünya yüzeyinden belirli bir yükseklik­te ve sürekli aynı nokta üzerinde olacak şekilde belir­lenmiş yörüngede hareket ederler. Merkez istasyon­dan uyduya ulaştırılan televizyon dalgaları uydudan geniş bir alana yansıtılır. Yeryüzünde uygun alıcıya sa­hip olanlar bu yayınları izleyebilirler.

Mikro Dalgalar

Mikrodalgalar uzun mesafeli bilgi aktarımında kullanı­labilen elektromanyetik dalgalardır. Mikrodalgalar yağ­mur, kar, sis ve kirli havanın içinden geçebilir. Bu yüz­den iletişimde kullanılırlar.

Denizcilerin kullandığı telsizler ile haberleşme, mikro­dalgalarla sağlanır. Mikrodalgalar metal yüzeylerden yansır. Bu özelliklerinden faydalanılarak radarlar yapıl­mıştır. Radarlardan istifade edilerek trafikte hareket ha­lindeki araçların hız kontrolü ve uçakların iniş, kalkış ve rotalarının takip edilmesi mümkün olur.

Mikrodalga fırınlarda yiyecekler çok daha kısa sürede ısıtılabilir. Mikrodalga fırınlarda, Magnetron adı verilen cihaz ile mikrodalgalar üretir. Bu dalgalar, yiyeceklerin yapısındaki su moleküllerini titreştirerek kinetik enerji­lerini artırır. Su moleküllerinin kinetik enerjilerindeki bu artış, yiyeceğe aktarılarak hızlı bir ısınma sağlanır.

Mikrodalgalar cam ve kâğıttan kolayca geçebilirler. Bu nedenle yiyecekler cam veya kâğıt kap içinde mikro­dalga fırına yerleştirilmelidir.

Metallerin mikrodalgaları yansıtması nedeniyle metal kaplar kullanılmamalıdır. Mikrodalgaların, canlıların sağlığı üzerinde olumsuz etkileri vardır.

Kızıl Ötesi Işınlar

Kızılötesi dalgalar, dalga boyları 700 nm (nanomet­re = metrenin 1 milyarda biri) ile 1 mm arasında olan elektromanyetik dalgalardır. Tüm sıcak cisimlerin yay­dığı gözle görülemeyen elektromanyetik dalgalardır. Bitkiler, hayvanlar, eşyalar ve vücudumuz kızılötesi ışınlar yayar. Gece görüş kamerası da denilen termal kameralar, sıcak cisimlerden gelen bu dalgaları algıla­yarak görünür ışığa çevirir ve karanlık ortamlarda dahi görebilmemizi sağlar.

Canlı dokuların aşırı kızılötesi ışına maruz kalması, yanmalarına neden olabilir. Tıpta tümörlerin aranma­sında kullanılır. Endüstride bilinmeyen maddelerin hangi madde olduğunun anlaşılmasında kullanılır. Bir madde kızılötesi ışınlarına maruz kalırsa, madde için­deki atomlar titreşmeye başlar. Maddedeki her bir bi­leşiğin titreşimleri bir spektrum meydana getirir. Her bileşiğin kendine has parmak izi gibi bir kızılötesi spektrumu vardır. Petroldeki bileşiklerden birçoğu bu metotla belirlenir.

Görülebilir Işık Dalgaları

Dalga boyu 400 nm ile 700 nm arasında olan elektro­manyetik dalgalar görülebilir ışık dalgalarıdır. Görüle­bilir ışık dalgaları, elektromanyetik spektrumunun çok küçük bir bölümünü oluşturur.

Güneşten Dünyaya ulaşan enerjinin bir kısmı görünür ışık olarak gelir. İnsan gözü ışığı farklı renklerde algılar. Bunun nedeni farklı dalga boylarındaki ışığın gözde oluşturduğu farklı şiddetteki uyarılardır. En uzun dalga boylu görünür ışık ışını kırmızı renkte görülür. En kısa dalga boylu görünür ışık ışını mor renkte görülür. Diğer renklerdeki dalgaların dalga boyları kırmızı ve mor renkli ışınların dalga boylarının arasında bir değere sa­hiptir.

Görülebilir ışıkların renk sıralaması kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, lacivert ve mordur.

Morötesi Işınlar

Güneş kaynaklı olan ultraviole ışınlarının dalga boyları 60 nm ile 400 nm arasındadır. Ultraviole ışınlarının canlılar üzerinde hem yararlı hem de zararlı etkileri vardır. Kemik gelişimi için çok önemli olan D vitamininin vücutta kullanılabilir hâle gelmesi için vücudun Güneşten gelen ultraviole ışınlara ihtiyacı vardır. Vücut bu ışınlara fazla maruz kaldığında ise yanıklara, kırışıklık­lara ve ilerleyen safhalarda cilt kanserine neden olabi­lir. Ayrıca morötesi ışınlar elektrik arklarından ve gaz boşalmalarından meydana gelir.

Bu nedenle Güneşte kalınan süre kontrol altında tu­tulmalıdır. Güneşin tam tepede olduğu yaz günlerinde mümkünse dışarı çıkmamalı veya uygun giysilerle çıkılmalıdır.

Ultraviole ışınları mikropları öldürür. Bu sebeple, hastanelerin ameliyat odalarında mikropları yok etmek için ultraviole lambaları kullanılır.

X Işınları

Dalga boyu 0,001 nm ile 60 nm arasında olan elektromanyetik dalgalar X ışını olarak adlandırılır. Elektronların metal hedeflere çarptırılması sonucu metaller X ışını yayar. X ışınları birçok maddeden geçebilir. Maddeler X ışınlarını farklı miktarlarda soğurur.

Örneğin kemik dokusunda daha fazla, et dokusunda daha az soğurulur.

Bu nedenle tıptaki bir kol olarak gelişen röntgen uzmanlığı çok dikkatli çalışır.

X ışını cihazları hava alanları gibi yerlerde güvenlik amaçlı olarak valizleri açmadan içlerinin kontrol edil­mesinde de kullanılır. X ışınları kurşundan geçemez. X ışınlarından korunmanın gerektiği durumlarda kurşun­dan yapılmış malzemeler kullanılır.

Gamma Işınları

Dalga boyu 0,1 nm den daha küçük olan elektromanyetik dal­galardır. Birçok mad­denin içine kolayca nüfuz edebilir. Gam­ma ışınları tıpta kanserli hücrelerin yok edilmesinde kullanılmaktadır. Gamma ışınları kullanılarak yiyeceklerdeki zararlı bakteriler yok edilir. Gamma ışınlarına maruz kalan yiyecekler bu ışınları üzerlerinde tutmaz. Bu nedenle gamma ışınından geçirilmiş yiyeceklerin yenilmesinde bir sakınca yoktur.

Cep Telefonunun Çalışma Prensibi

Cep telefonu ile konuşurken belki de ışıkla bir alakasının olmadığını düşünür­sünüz. Fakat cep telefonlarında ışık teknolojisi yani elektromanyetik dalgalar kullanılır. Öğrendiğimiz gibi elektromanyetik dalgaların birçok çeşidi vardır. Radyo ve mikro dalgalar bu çeşit­tendir. Cep telefonları mikro dalgaları kullanarak sin­yal gönderir.

Cep telefonlarına, elektromanyetik dalga yayan, bir çeşit taşınabilir radyo verici ve alıcısı gözüyle bakılabilir. Cep telefonları yan yana dursalar bile hiçbir zaman birbirleriyle doğrudan iletişim kuramazlar. Bunların arasındaki iletişim, genellikle yüksek yerlere (ev çatıla­rına, direklere vb.) yerleştirilmiş ve adına baz istas­yonları denen, sistemler aracılığıyla yapılıyor.

Cep telefonu kullanan kişilerin sayısı çoğaldıkça zorunlu olarak baz istasyonları sayısı da çoğalmakladır. Bir kenti ve hatta bir ülkeyi kapsayan baz istasyonları, bal peteğine benzetilebilecek birçok hücrenin merkezleri­ne yerleştirilmiş, alıcı ve verici antenli sistemlerden oluşmaktadır. 

 

Böyle bir sisteme hücresel iletişim sistemi deniyor. Baz istasyonu konuşmayı, sabit bir kablo üzerinden ya da yönlendirilmiş elektromanyetik dalga demeti halinde Mobil Anahtarlama Merkezlerine ulaştırır ve konuş­ma, oradan cep telefon sistem sunucusunun ana bilgisayarına iletilir.

Bu bilgisayar, tüm cep telefonlarının nerede oldukları­nı bildiğinden konuşmayı, alıcı cep telefonun bulundu­ğu en uygun baz istasyonuna yollar ve oradan da alcının cep telefonuna ulaşır ve karşılıklı konuşmalar aynı yoldan gidip gelir.

Radyo nasıl çalışır? (Sesin aktarımı)

Radyoların yayınları alması ve bu yayınların duyulabilir sesler haline gelmesi nasıl mümkün olabilmektedir? Seslerin radyolarda duyulabilir hale gelme serüveni, sesin yayınlanması ve bu yayınların alınması olarak iki aşamada ele alınabilir.

Seslerin yayınlanması

Bu aşama radyo istasyonunda başlar. Konuşmacıların ses dalgaları mikrofonlar tarafından alınarak elektrik sinyallerine dönüştürülür. Audio sinyali de denilen bu sinyaller vericilerde özel frekanslı ve taşıyıcı elektro manyetik dalgalar ile birleştirilerek büyük verici antenler ile her yöne yayınlanır.

Yayınların alınması

Radyolarımızın antenleri, istasyondan gelen elektromanyetik dalgaları alır. Radyonun frekans ayar düğ­mesi, istediğimiz frekanstaki dalgayı seçerek almamızı sağlar. Antenin aldığı dalgadaki taşıyıcı dalga ve elektrik sinyalleri birbirinden ayrıştırılır. Hoparlöre gelen elektrik sinyalleri ses dalgalarına dönüşerek kulağımıza ulaşmış olur.

Televizyon nasıl çalışır? (Görüntü aktarımı)

Elektromanyetik dalgalar ile sesler taşınabildiği gibi görüntüler de taşınabilmektedir. Televizyonda görün­tüleri nasıl seyredebildiğimizi yine iki aşamada incele­yebiliriz.

Görüntülerin yayınlanması

Televizyon istasyonlarında çekim yapan kameralarda görüntüler elektrik sinyallerine dönüştürülür. Video sinyalleri de denilen bu sinyaller ve ses sinyalleri, özel frekanslı elektromanyetik dalgalar ile birleştirilerek verici antenler ile her yönde yayınlanır. Ancak bu dalgaların alınması radyo dalgalarının alınması kadar kolay değildir.

Yeryüzü şekilleri, televizyon yayınlarının alınmasını olumsuz etkiler. Bu etkilerin azaltılması için günümüzde kablolu anten sistemleri ve uydu sistemleri kullanılmaktadır.

Görüntülerin alınması

Televizyonlarda bulunan frekans ayarı ile alınmak istenen yayın seçilir. Televizyonlarda hem görüntü hem de ses alıcıları vardır.

Bu alıcılar ses ve görüntü sinyallerini elektromanyetik dalgalardan ayırırlar. Ses sinyalleri radyoda olduğu gibi hoparlörlerde sese dönüşür. Görüntü alıcıları da görüntüleri ekrana aktararak görüntülerin oluşmasını sağlar.

Elektromanyetik Dalgalarda Doppler Olayı

Bir kaynaktan yayılan ses dalgalarının frekansı gözlemcinin hareket durumuna göre daha büyük ya da daha küçük algılanır. Bu durum Doppler olayı adı altında daha önce incelenmişti. Doppler olayı elektromanyetik dalgalar için de uygulanabilir. Ancak ses dalgaları ve elektromanyetik dalgalar için Doppler olayı uygulamasının iki temel farkına dikkat edilmelidir.

Bunlardan birincisi ses dalgalarının yayılmak için maddesel bir ortama ihtiyaç duyması, elektromanyetik dalgaların ise boşlukta da yayılabilmesidir.

İkincisi ise ses dalgalarının hızı farklı gözlemciler tara­fından farklı algılanabilirken ışık hızı ile hareket eden elektromanyetik dalgaların hızı gözlemcilerin hareke­tinden bağımsızdır. Gözlemcinin hareket durumu ne olursa olsun elektromanyetik dalgaları ışık hızında gözlemlerler. Bu nedenle elektromanyetik dalgaların Doppler etkisi kaynak ve gözlemcinin birbirine göre bağıl hızına bağlıdır.

Bu durumda gözlenen frekans aşağıda verilen formül ile bulunur:

fg = fk.(1 ± Vb/c)

Formülde fg gözlenen frekans, fk kaynağın frekansı, vb kaynağın ve gözlemcinin birbirine göre (bağıl) hızı, c ise ışığın boşluktaki hızıdır. 

Formülde verilen ± için, gözlemci kaynağa yaklaşıyor­sa (+), uzaklaşıyorsa (-) seçilir.

Elektromanyetik Dalgaların Polarize Edilmesi

Elektromanyetik dalgaların enine dalga olma özelliği­nin en açık sonucu polarize edilebilmeleridir. Normal ışık demeti, ışık kaynağında, atom ve moleküllerdeki elektronların titreşimlerinden kaynaklanan elektro­manyetik dalgalardan oluşur.

Elektronların titreşim yönü, oluşan elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörlerinin yönünü belirler. Bir elektromanyetik dalgadaki elektrik alan vektörlerinin titreşim yönü, polarizasyon yönü olarak tanımlanır. Atom içindeki titreşimler her yönde olabileceğinden, oluşan elektromanyetik dalga da, her yönde elektrik ve manyetik alan içerir, işte böyle ışığa polarize olma­mış ışık denir.

Güneş ışığı veya günlük hayatta kullandığımız ışık kay­naklarının çoğu, polarize olmamış ışık yayar. Polarize olmamış böyle bir elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörlerinin, bazı metotlarla, sadece bir doğrultu üzerinde kalması sağlanabilir. Bu şekilde, elektrik alan vektörleri tek doğrultu üzerine indirgenmiş elektro­manyetik dalgaya, lineer polarize edilmiş veya kısaca polarize edilmiş elektromanyetik dalga denir.

Işığı polarize eden maddelere polarizör denir. Polarizörden geçen dalgalar polarize ekseni yönünde polarize edilmiş olur. Polarize edilen ışık, bir başka polarizörden geçirilerek polarize ekseni değiştirilebilir. Polarize edilmiş dalgayı tekrar polarize eden ikinci polarizöre analizör denir.

Polarizör ile analizörün polarize eksenleri arasındaki açı, 0° den 90° ye artarken, geçen elektromanyetik dal­ga miktarı azalır. 90° durumundaki analizörün arka ta­rafına elektromanyetik dalga geçmez.

---------------------------------------------------------

Elektromanyetik Dalgalar

Bir noktada oluşan manyetik alan değişimi bir elektrik alan değişimine sebep olduğu gibi; elektrik alan değişimi de bir manyetik alan değişimine neden olur. Bu alanların değişim vektörleri birbirine dik olacak şekildedir, Elektrik ve manyetik alandaki değişme periyodik ise uzayın her tarafına elektromanyetik dalgalar yayılır.

Elektromanyetik dalgaların oluşumu için yüklü parçacıkların hareket etmeleri gerekir. Örneğin, duran yüklü cismin etrafinda sadece elektrik alan oluşur. Sabit hızla giden yüklü cismin etrafında ise hem elektrik hem de manyetik alan oluşur. Ancak elektromanyetik dalga oluşmaz.

 

Elektrik ve manyetik alan arasında;

ilişkisi vardır.

 

Elektromanyetik Dalganın yayılma yönü aşağıdaki gibi sağ el kuralı ile bulunur.

Class   Freq-
uency
Wave-
length
Energy
Ionizing
radiation
γ Gamma rays   300 EHz 1 pm 1.24 MeV
 
  30 EHz 10 pm 124 keV
HX Hard X-rays  
  3 EHz 100 pm 12.4 keV
SX Soft X-rays  
  300 PHz 1 nm 1.24 keV
 
  30 PHz 10 nm 124 eV
EUV Extreme
ultraviolet
 
  3 PHz 100 nm 12.4 eV
  NUV Near
ultraviolet
 
Visible   300 THz 1 μm 1.24 eV
NIR Near infrared  
    30 THz 10 μm 124 meV
MIR Mid infrared  
  3 THz 100 μm 12.4 meV
FIR Far infrared  
  300 GHz 1 mm 1.24 meV
Micro-
waves

and

radio
waves
EHF Extremely high
frequency
 
  30 GHz 1 cm 124 μeV
SHF Super high
frequency
 
  3 GHz 1 dm 12.4 μeV
UHF Ultra high
frequency
 
  300 MHz 1 m 1.24 μeV
VHF Very high
frequency
 
  30 MHz 10 m 124 neV
HF High
frequency
 
  3 MHz 100 m 12.4 neV
MF Medium
frequency
 
  300 kHz 1 km 1.24 neV
LF Low
frequency
 
  30 kHz 10 km 124 peV
VLF Very low
frequency
 
  3 kHz 100 km 12.4 peV
  ULF Ultra low frequency  
  300 Hz 1 Mm 1.24 peV
SLF Super low
frequency
 
  30 Hz 10 Mm 124 feV
ELF Extremely low
frequency
 
  3 Hz 100 Mm 12.4 feV
 
 

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik Dalgaların Enerji ve dalgaboylarına göre yerini ifade eder. Aşağıdaki resimde Elektromanyetik spektrum görülmektedir.

 

Radyo Dalgaları

İletken anten üzerinde yüklerin ivmelendirilmesi ile oluşturulurlar. İyonosfer tabakası tarafindan yansıtılırIar. Tuğla ve betondan rahatlıkla geçerler. Dalga boyIarı 0,3 m – 1 km arasındadır.

Mikrodalgalar

Mikrodalga fırınlar ve bazı elektronik aygıtlar tarafından üretilirler. Dalga boyları 0,3 m – 1 mm arasındadır. Atom ve moleküllerin incelenmesinde, uçakların iniş ve kalkışlarında kullanılan radar sisteminde mikrodalgalardan yararlanılır.

Kızıl Ötesi Işınlar

Sıcak cisimler tarafından yayılırlar. Dalga boylan  arasındadır. Sağlam ve  hastalıklı uzuvların yaydığı kızılötesi ışınlar farklı olduğu için tıpta hastalıklı uzuvların teshisi için kullanılır.

Görünür Işık

İnsan gözünün algıladığı ışıktır. Dalga boyları  arasındadır. Bunlar çok sıcak cisimlerden yayılır. (Kırmızı, sarı, yesil, mavi, mor gibi)

Mor Ötesi Işınlar

Bunların kaynağı genelde güneştir. Dalga boyları  arasındadır. Yeryüzüne az miktarda ulasırlar. Güneş çarpmasının nedeni bu ışınlardır.

X Işınları

Yüksek hızlı  elektronların metal bir hedefe çarptırılıp durdurulması ile ortaya çıkarlar. Şekildeki düzenekte de gösterildiği gibi katottan hızlandırılan elektronların anota çarparak durması sonucu oluşurlar.

Gama Işınları

Doğal ve yapay radyoaktif maddelerin çekirdek reaksiyonları sonucu oluşurlar. Gama ışınlarının taşıdığı enerji fazla olduğu için canlılar üzerinde zararlı etkileri vardır. Dalga boyları    arasındadır.

Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

– Yüklü cisimlerin ivmeli hareketleri sonucu oluşurlar.
– Kendini oluşturan, elektrik ve manyetik alanları birbirine diktir.
– Işık hızıyla yayılırlar.
– Yüksüzdürler.
– Yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alandan etkilenmezler.
– Enerjileri E=h.ν  formülü ile hesaplanır.
– Hızları farklı ortamlara geçtiklerinde  değişir.
– Soğurulabilirler;  soğuran  cisimler ısınır.
– Enine Dalgalardır.
– Kendini oluşturan elektrik ve manyetik alanları aynı fazdadır.
– E = B.c  dir. (c; ışık hızıdır.)
– Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yapabilirler.
– Boşlukta yayılabilirler.
– Polarize edilebilirler.

Işık ve ses dalgaları arasındaki   belirgin farklar:

Işık dalgaları doğrusal yayılır. Ses dalgaları küresel yayılır.

Işık dalgaları boşlukta yayılır. Ses dalgaları boşlukta yayılamaz.

 

ELEKTROMANYETİK DALGALAR

Daha önceki yıllarda yay dalgaları, su dalgaları ve ses dalgalarını öğrendik. Bu dalgaların en temel özelliği mekanik dalga oluşlarıdır. Yayılması için maddesel bir ortam zorunludur.

                                                                                                                                                                                                   

Bu bölümde elektromanyetik dalgaları öğreneceğiz. Elektromanyetik dalgaların yayılması için mekanik dalgalarda olduğu gibi maddesel bir ortamın olması zorunlu değildir. Elektromanyetik dalgalar havada ve suda yayılabildikleri gibi boşlukta da yayılabilirler.

Boşlukta yayılabilmesiyle mekanik dalgalardan ayrılan elektromanyetik dalgaların mekanik dalgalarla birçok ortak özelliği vardır. Uygun koşullar sağlandığında elektromanyetik dalgalar mekanik dalgalar gibi; kırınım, girişim ve polarizasyon gibi birçok özellik gösterirler. Aynı zamanda, elektromanyetik dalgalar, hem dalga hem de tanecik gibi davranırlar.

*   Işık, bir elektromanyetik dalgadır.

  Daha önceki bölümde ışığın tanecikli yapısını inceledik. O halde ışık hem tanecik, hem de dalga gibi davranır.

   ----->   Elektromanyetik Dalgaların oluşumu ve yayılması

Elektrik yükleri ve elektrik yüklerinin hareketi, elektrik ve manyetik alanları oluşturur. (Tüm elektrik ve manyetik alanlar elektrik yüklerinden kaynaklanır.) Elektrik ve manyetik alanlar ise elektromanyetik dalgaları oluşturur.

*   Hareketsiz duran bir elektrik yükü çevresinde sadece elektrik alan oluşturur.

 

*   Sabit hızla hareket eden elektrik yükü ise çevresinde hem elektrik alan hem de  manyetik alan oluşturur.

Görüldüğü gibi elektromanyetik dalgaların kaynağı elektrik yükleridir.

 

Elektrik yükü hareketiz ise yalnızca () elektrik alanı vardır.

 

 

Elektrik yükü  sabit hızıyla hareket ederse hem , he de  alanı vardır.

Elektrik yükleri, her iki durumda da (durgun ya da hareketli) elektrik alan yaratabilirler. Durgun yük etrafında bir elektrik alan oluştuğunda; durgun yükü hareket ettirirsek, yük etrafında değişken elektrik alanlar elde ederiz.

   Bir atomda elektrik alanını değiştirmek için yüklü cisimlere ivmeli hareket yaptırmak gerekir.

Bu olayı manyetik alan açısından incelersek; öncelikle durgun yük etrafında manyetik alan oluşmaz. Yük duruyorsa elektrik ve manyetik alan durur. Yalnızca hareketli yük etrafında manyetik alan oluşur. Fakat burada önemli olan hareketli yükün sabit hızla hareket etmesidir.

   Hareketli yük sabit hızla hareket ettiği zaman bir akım oluşur. Böylece hareketli yükün etrafında bir manyetik alan meydana gelir.

   Sabit hızla hareket eden yüklerin oluşturduğu elektrik ve manyetik alanların etkisi yükler çevresinde son derece sınırlıdır.

   Sabit hızla hareket eden yükler elektromanyetik ışıma yaparlar fakat bu ışıma çok zayıftır, fazla uzağa yayılmadan söner. Yükün, sabit hızla hareketi sırasında yer değiştirme ışık hızıyla gerçekleşir.

  Elektromanyetik dalgalar, birbirine dik konumlu manyetik ve elektriksel alanların oluşturduğu dalgalardır.

   Elektromanyetik dalgalar enerji taşırlar ve uzayda yayılırken yollarının üzerindeki cisimlere enerji aktarırlar.

   Bütün elektromanyetik dalgalar, bir doğru boyunca aynı hızda (ışık hızıyla) hareket ederler.

   Eğer elektrik yüklerine ivmeli bir hareket yaptırılırsa ortaya çıkan sonuç; uzayda sonsuza kadar yayılan ve birbirlerini dönüşümlü olarak yaratan elektrik ve manyetik alanlar değişimidir.

 

Bu durum ilk kez 1864 yılında İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell tarafından ortaya konmuştur.

  Maxwell bu değişimlerin ışık hızıyla yayıldığını ve  elektrik alan ile manyetik alanların sürekli birbirlerine dik olduğunu keşfetti.

 

İşte bu yayılan alan değişimlerine elektromanyetik dalga denir.

  Maxwell bu aşamada ışığın bir elektromanyetik dalga olabileceğini ileri sürerek elektromanyetizmanın temel ilkeleri olan Maxwell denklemlerini keşfetti.

Maxwell denklemlerinden çıkan elektromanyetik dalga hızı;

Bu sonuç, ışık hızına tam olarak eşit çıkarak, elektrik ve manyetizmayı optikle birleştirmiştir. Aynı zamanda radyo dalgalarının keşfedilmesini sağlamıştır.

Maxwell bu araştırmaları deneysel olarak destekleyememiştir. 1888’de Alman fizikçi Heinrich  Hertz, elektromanyetik dalgaların varlığını basit bir deneyle kanıtlamıştır.

  -----> Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

1)        Enine dalgalardır ve boşlukta ışık hızı (c) ile ilerler. (c = 3.108 m/s)

   Titreşim doğrultusu (noktanın titreşim yönü) ile yayılma doğrultusu (dalganın hareket yönü) birbirine dik olan dalgalardır. Işık dalgaları, su dalgaları, elektromanyetik dalgalar ve yay dalgaları enine dalgalardır.

2)        Parçacık ve yük taşıyamazlar.

3)        Enerji ve momentum taşırlar.

4)        İvmeli hareket eden yükler yoluyla yayılırlar.

   Elektromanyetik dalganın oluşması için; değişken elektrik ve manyetik alanlar elde edilmelidir. Yani, alan şiddetlerindeki artış ve azalış birbirine takip etmeli ve bu olay periyodik olarak sürmelidir. O halde elektromanyetik dalgayı üretecek yük, sabit hızla değil, değişken hızla (ivmeli hızla) hareket etmelidir.

5)        Yüksüz oldukları için elektrik ve manyetik alanda sapmazlar.

6)        Elektrik alan ve manyetik alan aynı fazdadır.

   Elektromanyetik dalgaları oluşturan elektrik alan ve manyetik alan birlikte artıp birlikte azalır. Yani aynı anda maksimum aynı anda minimum olurlar.

7)        Bütün ışık olaylarını gerçekleştirirler.

  Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim gibi.

8)        Madde tarafından soğurulurlar.

9)        Belli bir ortamda ilerleyen elektromanyetik dalganın ilerleme hızı, n ortamın kırılma indisi olmak üzere;

10)     Boşlukta ilerleyen elektromanyetik dalgaların frekansı ve dalga boyu arasında;

11)     Elektromanyetik dalgayı oluşturan elektrik alan () ve manyetik alan () değerlerinin büyüklükleri oranı her an ışık hızına (c) eşittir.

12)     Elektromanyetik dalgalar üst üste binme ilkesine uyarlar.

13)     Elektromanyetik dalgalar polarizasyon özelliğine sahiptir.

NOTLAR

1)

 

Elektromanyetik dalgayı oluşturan elektrik ve manyetik alanlar birbirlerine dik olarak değişir. Hız ise, bu iki alana da diktir.

 

2)        Girişim, kırınım ve kutuplanma olayları ışığın dalga karakteri ile açıklanır. Girişim ve kırınım, hem enine hem de boyuna dalgalar için geçerlidir. Ancak kutuplanma sadece enine dalgalara özgü bir özelliktir. Bu nedenle ışık dalgalarında kutuplanma gözlenir.

3)        Titreşim doğrultusu (noktanın titreşim yönü) ile yayılma doğrultusu (dalganın hareket yönü) aynı ve ters yönlü yani paralel olan dalgalar boyuna dalgalardır. (Ses dalgaları …)

4)        Dalganın yayılma yönü;

Şekildeki gibi sağ elin parmaklarını  den  ye doğru kıvırırken yana açılan baş parmağın yönü dalgaların yayılm

Elektromanyetik Dalga Nedir?

Elektromanyetik nedir? Elektromanyetizması bulunan veya bununla ilgisi olan. Elektromanyetik bir fizik terimidir. Kökeni Fransızcadır. Kimya’ daki anlamı ise: Elektrik ve mıknatıslık   olaylarının her ikisiyle de ilgili olan. İngilizce elektromanyetik: Elektromagnetic.

1865 yılında İngiliz fizikçi James Maxwell, seslerin havadan uzak mesafelere ışık hızına yakın bir hızda (saniyede 300.000 km) gitmesini sağlayacak elektromanyetik dalgaların diğer adıyla radyo dalgalarını keşfetmişti. Alman bilim adamı Hertz ise Maxwell’in bu tezini geliştirdi ve deneyler ile ispatladı.

Elektromanyetik Dalga

Elektromanyetik dalgalar, birlikte değişen ve birbirine dik düzlemdeki elektrik ve manyetik alanlardan meydana gelir. Uzayda değişen elektrik alanlar,  manyetik alanları meydana getirir. Bir ortamdaki elektrik alanını değiştirmek için yüklü cisimleri ivmeli olarak hareket ettirmek gerekir. Bundan dolayı ivmeli hareket eden yükler elektromanyetik dalga yayarlar. Elektrik alan (E) ve manyetik alan (H) bileşenleri olmak üzere elektromanyetik dalganın iki bileşeni vardır. Bu iki bileşen birbirine dik, elektromanyetik dalganın yayılma yönü ise her ikisine de diktir.

Elektrik alan, birim yüke etki eden kuvvet olarak bilinir. Bu kuvvetin yönü, artı yükten eksi yüke doğrudur. Elektrik alanlar yönlü oklarla gösterilir. Bir başka anlatımla elektrik alan çizgileri yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğrudur. Manyetik alan ise bir noktada v hızıyla hareket eden q yükünde F kuvvetini meydana getiren alan vektörüdür. Aşağıdaki şeklimizde x doğrultusunda ilerleyen bir elektromanyetik dalganın 1 boyutlu görünümü görülmektedir.

Elektromanyetik Dalganın yayılma yönü sağ el kuralı ile bulunur.

Sinüzoidal dalganın herhangi bir noktasından başlamak üzere yine aynı noktaya varıncaya kadar geçen süreye “periyot (T)” denir. Birim zamandaki (1 sn.) periyot sayısına ise “frekans (f)” denir. f= 1/T”dir. Frekans birimi Hertz (Hz)”dir.

1 KHz = 1.000 Hz           1 MHz = 1.000.000

Hz
         1 GHz = 1.000.000.000 Hz „ dir.

Elektromanyetik dalgalar ışık hızı (c= 300.000 km/sn. = 161.800 NM/sn.) ile yayılır. Bir elektromanyetik dalganın bir periyodunda kat edilen yol, dalga boyunu (λ) verir.

Birimi metredir (m). c = λ .f ve λ = c/f “ dir. Düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar, uzun dalga boyuna sahip iken kısa dalga boylu elektromanyetik dalgalar ise büyük frekanslıdır. Elektromanyetik dalgalar; dalga boyları, frekansları ve taşıdıkları enerjiye göre gruplandırılır. Buna göre elektromanyetik dalga spektrumunda sıralama radyo dalgalarından başlar ve gama dalgalarında biter. Aşağıdaki resimde  elektromanyetik spektrum görülmektedir.

NOT: Lamda (λ) ışığın dalga boyu gösterim simgesi.

Elektromanyetik Dalga Spektrumu

Elektromanyetik Dalgaların Üretilmesi

Elektromanyetik dalgaların dalga boylarına bağlı olarak elektromanyetik dalga üretecinin yapısı da değişir. Aşağıdaki şekilde kısa dalga yayın yapan elektromanyetik dalga üreteci ω=1/√LC frekansı ile titreşen LC devresini kapsamaktadır. Bu sistemdeki yük ve akımlar rezonans frekansında salınır. Elektromanyetik enerji, titreşim periyodunun yarısında yüklerin kondansatör de elektrik enerjisi depolanması, diğer yarısında ise akımların bobinde manyetik enerji depolanması şeklinde depolanır.   LC salınıcısındaki anten ω (omega) frekanslı salınımlar şeklinde rezonansa gelir. Çevreye elektromanyetik dalga şeklinde enerji yayılır. Yani LC salınım devresi ve anten sistemi, bir enerji dönüşümü meydana getirir.

Elektromanyetik Dalga Üreteci

Elektrik dipol antenin iki kolunun uçları arasında elektrik yüklerinin salınım hareketini yapar. Aşağıdaki şekilde dipol antenin uçları arasındaki yüklerin salınımı sonucu yayınlanan elektromanyetik alan çizgilerinin yayılımı görülmektedir. Elektrik ve manyetik alan çizgileri, dipol antenin ekseni civarında dönel şekiller meydana getirerek antenden c ışık hızıyla uzaklaşır.

Alan Çizgilerinin Yayılımı

A pair of metal rods connected to a battery. (a) When the switch is open and no current exists, the electric and magnetic fields are both zero. (b) Immediately after the switch is closed, the rods are being charged (so a current exists). Because the current is changing, the rods generate changing electric and magnetic fields. (c) When the rods are fully charged, the current is zero, the electric field is a maximum, and the magnetic field is zero.

Radyo Frekans Kategorileri

SHF ve UHF frekansları genel olarak radar sistemlerinde kullanılan frekanslardır.

Elektromanyetik Dalga Çeşitleri

Elektromanyetik dalgalar dalga boylarına göre gruplandırılır. Dalga boyu iki tepe noktası arasındaki uzaklığa verilen isimdir. Elektromanyetik dalga çeşitleri;

Radyo Dalgaları

İletken anten üzerinde yüklerin ivmelendirilmesi ile meydana gelirler. İyonosfer tabakası tarafından yansıtılırlar. Tuğla ve betondan rahatlıkla geçerler.

TV ve radyo yayın sistemlerinde kullanılan bu dalgalar, titreşen devrelerin bulunduğu elektronik cihazlar tarafından üretilir. Radyo Frekans Kategorileri: SHF ve UHF frekansları genel olarak radar sistemlerinde kullanılan frekanslardır.

Sadece radyo sinyallerini değil, cep telefonu ve TV sinyallerini de taşırlar. Dalga boyları 0,3 m – 1 km arasındadır. Frekansları birkaç Kilo Hertz ile birkaç Hertz arasında değişir.

Mikrodalgalar

Mikrodalga: Dalga boyları 0,1- 100 cm ve frekansları 0,3-300 Giga hertz (GHz) olan elektromanyetik dalgalardır. Mikrodalga fırınlar ve bazı elektronik cihazlar tarafından üretilirler. Atom ve moleküllerin   incelenmesinde, uçakların iniş ve kalkışlarında kullanılan radar sisteminde mikrodalgalardan faydalanılır. Ayrıca televizyon yayınları, radyo, uydu veya uzak telefon haberleşmeleri, telgraf, astronomi, bilgisayarda data transferi gibi iletişim amaçlar için kullanılır. Toz, ışık ve yağmurun içinden kolay bir şekilde geçebiliği için uzaydan dünyayı görüntüleme amaçlı olarakta kullanılır. Mikrodalga fırınlarda da aynı tip ışınlar bulunmaktadır. Mikrodalgaların etkisine en duyarlı organlar gözler ve testislerdir.

Infrared Dalgalar

Bütün cisimler, düşük yüzeysel sıcaklık değerine sahip olan diğer cisimlere infrared ışın yayar. Infrared ışınlar 1mm ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahiptir. Sıcaklığın artması, enerjinin ve frekansının artmasına sebep olur. İleri derecede sıcaklık arttırımına bağlı olarak emisyon enerjileri infrared bölümünden görünür ışık bölümüne, hatta düşük ultraviyole spektrum bölgelerine kayabilmektedir. Bu durum demir çelik endüstrisinde görülen bir durumdur ve meydana gelen beyaz sıcaklık; kırmızı sıcaklıktan daha fazla sıcaktır. Gece görüş gözlüklerinde, Tv’lerin uzaktan kumandalarında da kullanılır.

Görünür Işık

Dalga boyları 4⋅10–7m–7⋅10–7m arasındadır. İnsan gözünün algıladığı ışıktır. Bunlar çok sıcak cisimlerden yayılır. (Kırmızı, sarı, yesil, mavi, mor gibi)

Mor Ötesi Işınlar

Bunların kaynağı genelde güneştir. Dalga boyları 4⋅10–7m–6⋅10–10m arasındadır. Yeryüzüne az miktarda ulaşırlar. Güneş çarpmasının sebebi bu ışınlardır.

Kızıl Ötesi Işınlar

Dalga boylan 1mm–7⋅10–7m arasındadır. Sıcak cisimler tarafından yayılırlar. Elektromanyetik dalgaların görebildiğimiz tek çeşididir. Farklı renklerde kendini gösterir. Bu renkler, mavi, mor, yeşil, turuncu, sarı ve kırmızıdır. Dalga boyu kırmızıdan mora doğru azalma gösterir. Bütün bu renkler bir araya geldiği zaman dalga boylarının toplamı görünür ışık meydana getirir. Lazer  ışınları, söz konusu ışınların belirli odaklamalarıyla elde edilir. Endüstride, benzeri alanlarda ve tedavi amaçlı olarak kullanılır. Tedavi amaçlı sağlam ve hastalıklı uzuvların yaydığı kızılötesi ışınlar farklı olduğu için tıpta hastalıklı uzuvların teşhisi için kullanılır.

Ultraviyole Işınları

Ultraviyole ışınları göz ile görülmez. 10 ile 380 nanometre aralığında dalga boylarına sahiptirler. Ultraviyole ışınlarının ana kaynağı güneştir. Elektrik arkları, kaynak arkları ve güneş lambası olarak bilinen ultraviyole lambaları ultraviyole ışın kaynaklarıdır. Güneşten dünyaya ulaşan ışın miktarı;

  • Koruyucu ozon tabakasına
  • Bulut durumuna
  • Mevsime
  • Günün saatine
  • Enleme
  • Deniz seviyesinden yükseklik gibi durumlara bağlıdır.

Ultraviyole ışınları, su kar veya kumdan yansıyarak etkili olabilir. Bu gibi durumlarda kar veya güneş körlüğü denilen durumlar ortaya çıkar. Ultraviyole lambalarının maddelerden geçebilmesi zordur. Bu sebeple kolay engellenebilen bir ışındır. Normal pencere camları yüksek frekanslı ışınların büyük bölümünü engeller. Açık renkli elbiselerde aynı etkiyi yapar. Cilde zararlı olduğu gibi güneş yanığı ve cilt kanserine neden olurlar.

X Işınları

Yüksek hızlı  elektronların metal bir hedefe çarptırılıp durdurulması ile ortaya çıkarlar. Katottan hızlandırılan elektronların anota çarparak durması sonucu meydana gelirler.

Yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu dalgalardır. Elektron tüpleri üzerinde çalışırken Wilhelm Röntgen tarafından tesadüfen bulunmuştur. 10 nanometre ile 10 pikometre arasında dalga boyuna sahiptirler. Tıp alanında görüntüleme de kullanılır.

Gama Işınları

Doğal ve yapay radyoaktif maddelerin çekirdek reaksiyonları sonucu meydana gelirler. Gama ışınlarının taşıdığı enerji fazla olduğundan canlılar üzerinde zararlı etkileri vardır. Dalga boyları  10–10m–10–14m  arasındadır. Çok yüksek enerji ve çok daha küçük dalga boyuna sahiptirler. Atomların parçalanması ve bozunması sonucu açığa çıkarlar. Dalgaboyları 10 pikometreden küçüktür. Tıp alanında kanser tedavisi için kullanılır. Bu ışınlar doğru kullanılmalıdır aksi taktirde yarar yerine zarar verebilirler.

  • Elektromanyetik indüksiyon: (fizik) Bir manyetik akı içinde, alan çizgilerini kesecek şekilde hareket eden iletkenin uçlarında gerilim farkı meydana gelmesi. Bu gerilim farkı, hareketin hızına, yönü ise manyetik alanın konumuna bağlıdır.
  • Elektromanyetik teori:(fizik) Işığın elektrik ve manyetik alanların birlikte yayılması ile meydana gelen bir olay olduğunu savunan kuram.
  • Elektromanyetik kuvvet: Elektrik yüklü bir parçacığın manyetik alandan geçerken üzerine etki eden kuvvettir.
  • Elektromanyetik kütle:(fizik) yüklü bir parçacığın toplam eylemsizliğinin, elektrik yükünden ileri gelen bölümü.

Elektromanyetik Dalgaların Özellikleri

  • Yüklü cisimlerin ivmeli hareketleri sonucu meydana gelirler.
  • Kendini meydana getiren, elektrik ve manyetik alanları birbirine diktir.
  • Işık hızıyla yayılırlar.
  • Yüksüzdürler.
  • Yüksüz oldukları için elektrik ve manyetik alandan etkilenmezler.
  • Enerjileri E=h⋅ν formülü ile hesaplanır.
  • Hızları farklı ortamlara geçtiklerinde  değişir.
  • Soğurulabilirler;  soğuran  cisimler ısınır.
  • Enine dalgalardır.
  • Kendini meydana getiren elektrik ve manyetik alanları aynı fazdadır.
  • E = B.c  dir. (c; ışık hızıdır.)
  • Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yapabilirler.
  • Boşlukta yayılabilirler.
  • Polarize edilebilirler.

Radyo Astronomlar ve Radyo Teleskolar


Peki üzerinde çalıştığımız bu sinyaller de neyin nesi?

Durağan elektrik yükleri bir elektrik alan üretirler(örneğin elektronlar). Hareket eden bir elektron ise hem elektrik alan hem de manyetik alan üretir ve bu alanda düzenli olarak yinelenen değişimler elektromanyetik ışınımı oluştururlar. İşte biz de bu ışınımların büyük dalga boyuna sahip olan kısmını yani “radyo dalgalarını” radyo teleskoplarımızla gözlemliyoruz…
 

Gözlemlediğimiz radyo dalgalarını oluşturan ışınımlar bir çok farklı etki sonucu ortaya çıkabilir. Oluşan ışıma türlerini;

-21cm hidrojen ışıması
-Isısal ışıma
-Cyclotron Işınımı
-Synchrotron Işınımı

gibi bir kaç sınıfta inceleyebiliriz. Bunlardan kimisi, hızı ışık hızına göre küçük olan parçacıkların manyetik alan içinde hareket etmelerinden dolayı oluşurken kimisi de mutlak sıfırın üzerindeki tüm cisimlerin elektromanyetik dalga yayması ilkesine dayanır. İlkeye göre sıcaklığı mutlak sıfırın(0 Kelvin) üzerinde olan bir cisim “ısısal çalkantı” durumundadır, bu nedenle de cisimdeki yüklü parçacıkların ivmelenmesine ve ışınım salmasına neden olur.

Uzayda gaz bulutlarından tutun Güneş’e kadar bir çok cisim radyo ışınımı yapar. Bunlar gözlemlenebilirlik derecelerine ve çeşitlerine göre sınıflandırılmışlardır. Örneğin tek yıldızlar, yıldız kümeleri, kuasarlar vb. “ayrık kaynaklar”dır. Fakat gözlemlenebilirlik derecelerine göre bunlar da kendi içlerinde nokta kaynaklar, sınırlı kaynaklar ve genişleyen kaynaklar olarak ayrılmıştır…Mesela “nokta kaynaklar” çok çok küçük açılar altında gözlenebilmektedirler.
 

....Burada VLA ile alınan Jüpiter görüntüsü hiç de gezegensel diske benzemiyor değil mi? Görüntüyü, büyük bir kısmı Jüpiter’in manyetik alanında bulunan elektronlar tarafından yapılan “Synchrotron Işınımı” oluşturmaktadır.
 

Elektromanyetik Dalga Hakkında Bilgi

Elektromanyetik dalga terimi, elektronik radyasyonun (EMR) uzayda aldığı yolu tanımlar. Birkaç metreden, atom yarıçapının büyüklüğüne kadar değişen dalga boyuna göre farklılık gösteren birçok EMR formu bulunmaktadır. Bunlar azalan dalga boyuna göre şöyledir: radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, görünür ışık, ultraviyole, x ışınları ve gama ışınları. Elektromanyetik dalgaların bilimde ve günlükhayatımızda sayısız uygulamaları bulunmaktadır.

Işık
Birçok bakımdan elektromanyetik dalgaların davranışları suyun üzerindeki küçük dalgacıklar veya sesin havada gösterdiği davranışlala benzerlikler taşımaktadır. Örneğin eğer delikli bir bariyerin arkasından ışık bir ekrana yansıtılırsa, ekranda karanlık ve aydınlık şeritlerin oluştuğu görülecektir. Buna girişim deseni denir. Bu desen ışığın dalga özelliğine sahip olduğunu göstermektedir.

Dalga boyu ve Frekans
Aynı okyanus dalgası gibi elektromanyetik bir dalganın da tepe ve çukur noktaları bulunur. Dalga boyu denilen kavram bu çukur veya tepe noktaları arasındaki uzaklığın adıdır. Bunun yanında EMR, birim zamanda geçen tepe noktasını belirten frekans terimi ile de tanımlanır. Her tür dalga çeşidi eşit hızla hareket eder: ışık hızı. Ancak frekans tamamen dalga boyuna bağlıdır. Kısa dalga boyuna sahip dalgalar yüksek frekansa sahipken, uzun dalga boyuna sahip dalgalar da daha düşük frekanslı olurlar.

Enerji
Kısa dalga boyu veya yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar, uzun dalga boyuna yani düşük frekansa sahip dalgalardan daha fazla enerjiye sahiptirler. Elektromanyetik dalga tarafından taşınan enerji, maddeyi nasıl etkileyeceğini belirler. Düşük enerjili radyo dalgaları atomları kibarca huzursuz ederken, yüksek enerjili mikrodalgalar daha kuvvetlice yer değişmelerine neden olarak maddenin ısınmasına neden olur. Diğerleri ile karşılaştırıldığında x ve gama ışınları adeta atomları  yumruklamaktadır. Bunlar kimyasal bağları koparabilir, atomun elektronlarını uzaklaştırabilir ve iyon oluşturabilir. Bu nedenle bunlar iyonlaştırıcı radyasyon olarak ifade edilirler.

Kullanımı
Modern teknolojinin çok büyük bir kısmı elektromanyetik dalgalara dayalıdır. Radyo, televizyon, cep telefonları ve internet, radyo dalgalarının havada, uzayda veya optik kablolar üzerinde transmisyonuna dayanmaktadır. DVD’lerin kaydedilmesi ve oynatılmasında lazerler, CD’lerde ışık kullanılmaktadır. X-ışını cihazları özellikle tıp ve havaalanlarının olmazsa olmazıdır. Bilimde, evrenin şu ana dek geçirdiği evrelerin bilgisini büyük oranda uzak yıldız ve galaksilerden gelen ışığın, radyo dalgalarının ve x ışınlarının analizlerine borçluyuz.

Zararları
Radyo dalgaları gibi düşük enerjili elektromanyetik dalgaların çok zararlı olmadıkları düşünülmektedir. Ancak enerji miktarı arttıkça işler biraz değişmektedir. X ışını ve gama ışını gibi iyonlaştırıcı radyasyon yaşayan hücrelere zarar verebilir ve hatta öldürebilir. Bununla birlikte DNA yapısında değişiklik yaratarak kansere yol açabilir. Hastaların tanı amaçlı maruz kaldıkları x ışınları önemsenmeyecek düzeyde olsa da işi röntgen çekmek olan kişiler, bu ışınlara her gün maruz kaldıkları için, bu ışınlar onlar için çok tehlikeli sonuçlar doğurabilir. Bu nedenle x ışınlarını geçirmeme özelliği olan özel kurşun aparatlar ile çalışmaları gerekir. Bunların dışında her gün maruz kaldığımız güneş ışığı gibi morötesi ışınların aşırısı cilt kanseri gibi sorunlar doğurabilir. Bunu engellemek için özel cilt kremleri kullanılmalıdır.


Elektromanyetik dalgalar birlikte değişen ve birbirine dik düzlemdeki elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Uzayda değişen elektrik alanlar manyetik alanları oluşturur. Bu değişim sinüzodial (sinüs fonksiyonunun şekli) bir eğri şeklindedir. Bir ortamda elektrik alanı değiştirmek için yüklü cisimleri ivmeli hareket ettirmek gerekir. Dolayısıyla ivmeli hareket eden yükler elektromanyetik dalga yayar.

 

 

 

 

Maxwell Denklemleri

James Clerk Maxwell elektromanyetik dalgaları matematiksel olarak incelemek için bazı fiziksel büyüklükler kullanmıştır. Bu büyüklükler manyetik dolanım, elektriksel dolanım, manyetik akı, elektriksel akı, vb. dir. Bu büyüklüklerden bazılarını Lise2 konularından biliyorsunuz. İlkdefa göreceğiniz büyüklükler aşağıda tanımlanmıştır.

Manyetik Dolanım (DB): Düz bir telden geçen akım veya değişken bir elektrik alan etrafında birim kuzey kutbunun bir tur dönmesi için oluşan manyetik alana karşı yapılan iş.

Elektriksel Dolanım (DE): Değişen bir manyetik alan etrafında birim yükü bir tur döndürmek için elektrik alana karşı yapılan iş.

 

Elektromagnetik ışınım -siyah cisim ışınımı- radyo dalgaları-gama ışınları-X ışınları

Işık, radyo dalgalan ve X ışınları, birbirleriyle bağlantısız gibi görünmelerine karşın, aynı ışınımın, yani elektromagnetik ışınımın değişik türleridir. Gerçekte bunlar, bir elektrik yükü giderek hız kazandığında ortaya çıkan, ENERJİ dalgalarıdır.


Bir elektrostatik yük, sözgelimi ELEKTRON gibi yüklü bir tanecik, kuvvet çizileriyle çevrilidir. Kuvvet çizgileri, elektronun yanına benzeri bir yük getirildiğinde, bu yükün hareket edeceği doğrultuyu da gösterir. Yüklü tanecik aşağı yukarı hareket ettirilirse, yolun uç noktalarında hızı, önce azalır sonra yeniden artar. İşte bu ivmelenmeler, kuvvet çizgilerinde elektrik yükünden dışarı doğru yayılma oluşturur. Hareket eden bir elektrik yükü, magnetik alan ortaya çıkarır (Bk. elektromagnetizma). İvmeli elektrik yükü de, gene dışa doğru yayılan bir magnetik alan oluşturur. Bu alanın kuvvet çizgileri, elektrik alanının kuvvet çizgilerine diktir. Yayılmaların dışa doğru hareket hızları, elektrik yükünü çevreleyen maddenin cinsine bağlıdır.

Bu tür elektromagnetik uyarımların varlığını ve hızlarını ilk olarak James Clerk MAXWELL hesaplamıştır. Maxwell, hızlarının aynı olması nedeniyle, ışığın da bir elektromagnetik ışınım olacağını ileri sürdü. Maxwell'in zamanında, söz konusu dalgaların, «ESÎR


Frekans ve dalgaboyu:
Sürekli bir elektromagnetik ışınım elde etmek için, yüklü bir taneciğin sürekli olarak aşağı yukarı titreşmesi gerekir. Bir saniyede yükün yapmış olduğu titreşim sayısına, oluşan dalganın «frekansı» denir.
 

Elektromagnetik ışınımlar birbirlerinden, dalga-boylarına (dalganın iki tepe noktası arasındaki uzaklık) göre de ayrılır. Her dalga hareketi için, «dalga hızı = frekans x dalgaboyu ».  Daha önce de belirtildiği gibi, elektromagnetik dalgalar, değişik ortamlarda, değişik hızlarla yayılırlar. Dolayısıyla, içinden geçtikleri ortama bağlı olarak, dalgaboyları da değişir. Oysa, frekansları hep aynı kalır. Herhangi bir ışınımın dalgaboyu denilince, onun vakum içindeki dalgaboyu akla gelmelidir. Sözgelimi, bir sodyum lambasından çıkan sarı ışığın, vakum içindeki dalgaboyu 589,3 nanometredir (1 nanometre, 1 metrenin milyarda biridir ve nm olarak gösterilir. Dalgaboyları aynı zamanda, angström birimleriyle de gösterilebilir; buna göre 589,3 nm = 5893 angström'dür). Bu dalgaboyu değeri, havada 589,1 nm'ye, cam içinde de 388,6 nm'ye düşer.


En uzun radyo dalgası, 10 000 m'den büyüktür. Buna karşılık, en kısa dalga (gama ışını), bir atomun çapından daha küçüktür (0,001 nm kadar). Düşük frekanslarda dalgaboyları uzun, yüksek frekanslarda dalgaboyları kısadır.

Radyo dalgaları:
Uzunluğu 1 mm'den daha büyük olan elektromagnetik dalgalara, «radyo dalgaları»  denir. Radyo vericileri, elektrik akımının hızla kesilip verilmesi ilkesine göre çalışır. Devre açılınca, bir elektromagnetik ışınım sinyali, yani kuvvet çizgilerinde bir yayılma oluşur. Devre büyük bir frekansla açılıp kapanırsa, aynı frekansta elektromagnetik ışınım da ortaya çıkacaktır. Bu, ilke olarak radyo vericisinin çalışma yöntemidir: Elektronlar, yayılan dalgaboyuna yetecek bir enerjiyle, verici ANTEN üstünde, seçilen frekansta yayılmaya zorlanır. En yüksek vericinin elde edilmesi için, antenin boyu, yayımlanan dalgaboyu kadar uzun olmalıdır.


Akımı oluşturan elektronlar, akım değişmeleri sırasında hızlanır ve elektrik alanı, verici antene paralel olan elektromagnetik ışınımı ortaya çıkarır. Verici anten düşey doğrultudaysa, dalgalar ancak düşey bir antenle alınabilir; bu durumda ışınımın düşey olarak polarılmasından söz edilir. Benzer biçimde, yatay bir antenin ışınımı, gene yatay bir anten tarafından algılanabilir (elektromagnetik ışınımın her türünde, çok yararlı özellikleri bulunan POLARILMA etkisi sağlanabilir).


Elektromagnetik ışınım, alıcı antende elektrik akımı doğurur. Bu akım alıcıda yükseltilir.


Elektronik olarak elde edilebilecek en yüksek frekans, 300 000 000 000 Hz dolayındadır. Bu değer, 1 mm' lik bir dalgaboyuna karşılıktır. «Radyo dalgası». Bir katıyı oluşturan moleküllerin doğal titreşimleri kullanılarak, daha yüksek frekanslar elde edilebilir. Bu moleküller elektron içerdiklerinden, titreşim sırasında elektromagnetik ışınım oluştururlar. Katı cisim ne kadar sıcaksa, molekül titreşimi de o kadar artar ve ışıyan dalgaların frekansı aynı oranda yükselir. Bu biçimde oluşan ışınım, genellikle polarılmamıştır; çünkü elektronların çeşitli yönlerde polarılması, birbirlerini yok etmelerine yolaçar.

Siyah cisim ışınımı:
Değişmez sıcaklıkta tutulan bir cisimden çıkan ışınımlar bile, aynı dalgaboyunda değildir. Yayılan dalganın enerjisinin frekansa bağlı değişimi, değişik sıcaklıktaki cisimler için çizelgede gösterilmiştir. Bu, bir siyah cismin kuramsal davranışına bağlı olarak hesaplanmış, kuramsal bir eğridir. Siyah cisim, üstüne düşen bütün ışınımları yutar ve daha sonra bunları değişik dalgaboylarında salar. Kapalı bir fırına yerleştirilen bütün cisimler, buna benzer bir özellik gösterir. Güneş sıcaklığında bir kütle, enerjisinin büyük bölümünü, 520 nm düzeyindeki dalgaboylarında salar. 520 nm, yeşil rengin dalgaboyudur. Oda sıcaklığındaki bir cismin yaydığı ışınım çok azdır (10 000 nm) ve tayfın görülebilen bölgesinin dışında, (kızılaltı) kalır. Kızılaltı ışınım, elektromagnetik tayfda görünen bölge ile radyo bölgesi arasında yeralır.Dalgaboyu 1 mm'den küçük olan radyo dalgalarına, «mikrodalga Bu ışınımın radyo ışınımından ayrıldığı nokta, radyo dalgalarının elektronik olarak, kızılaltı ışınımın ise ısıl olarak oluşmasındadır.


Kızılaltı ışınım genellikle «ısıl ışınım Kızılaltı ışınım, radyo dalgası alıcısıyla algılanamaz. BOLOMETRE ve bazı elektronik aygıtlarla ölçülebilir. Bolometre, aldığı toplam ışınımın şiddetini ölçer.

Işık:
Görünen ışığın dalgaboyu, kızılaltı ışığın dalgaboyundan daha kısadır: 390-750 nm. Göz, farklı dalgaboylarını, farklı renkler olarak algılar. 680 nm kırmızı, 560 nm sarı, 500 nm yeşil, 420 nm mavi, 400 nm mor olarak görünür. Işık gözle, fotoğraf kağıdıyla ya da FOTOSEL'le algılanabilir.


Söz konusu organ ve aygıtların, neden kızılaltı ışınları algılamadığını anlamak için, elektromagnetik ışınımın kesiksiz bir enerji akımı olmadığını bilmek gerekir.Kızılaltı ışınımda enerji, kuvantumlar (ya da fotonlar) adı verilen enerji paketçikleri biçiminde verilir. Her kuvantumun enerjisi, ışınımın frekansına bağlıdır: Enerji (jul olarak) = 66 x 10-3!- x frekans (Hz olarak). Oysa, sözgelimi 100 watt'lık bir ampul, saniyede 100 jullük bir enerji yayar (yüksek frekanslarda, yüksek enerjili fotonlar bulunmaktadır).


Görünen ışık frekansmdaki fotonun enerjisi, yalnızca 4 x 10-" juldür. Ama bu değer, bazı kimyasal tepkimeleri başlatmaya yeterlidir. Sözgelimi, gözde*ki sinir hücresini uyararak, beyne sinyal ulaştırılabilir ya da fotoğraf FİLM'indeki gümüş bileşimini, gümüş metaline dönüştürerek, görüntünün belirmesini sağlayabilir.


Fotoğraf makinası POZOMETRE'si ve benzeri aygıtlar, buluculardaki elektronların enerjisini yükselten ışık kuvantumlarınm enerjisiyle çalışır. Değişiklikler bir göstergede belirtilir. TV kameralarımla ve FOTOÇOĞALTICI TÜP'te ise, bunun tersi görülür. Katottan gelen( ışın, elektronları ayırarak serbest duruma getirir. Bunlar da, elektrostatik bir alanda hızlandırılarak, yükseltilebilen bir akıma dönüştürülürler.

Morötesi:
Dalgaboyu 390 nm ile 1 nm arasında değişen ışınımlara, morötesi ışık denir. Bu ışınım, aşırı derecede ısınmış kütlelerden yayılır. Ne var ki, gerekli sıcaklık, bilinen bütün maddelerin kaynama noktasının üstündedir; bu yüzden morötesi ışın, ancak çok sıcak yıldızlar tarafından üretilebilir.

 

Dünya'da ise, morötesi ışınım değişik biçimde oluşturulur. Molekül ve atomlardaki elektronların, belirli enerji düzeyleri vardır. Bunlar, bir enerji düzeyinden ötekine geçirildiklerinde, fazla enerjiyi elektromagnetik ışınım halinde salarlar. Elektromagnetik ışınım, atomdaki enerji değişmelerine göre, belirli frekanslarda ortaya çıkar. Atomların çoğu, sözgelimi cıva, tayfın morötesi bölgesinde frekanslar oluşturur (güneş banyosu için kullanılan MORÖTESİ LAMBASl'nda cıva vardır).


Bu yolla, atomların aynı zamanda gözle görülebilen dalgaboylarında da ışınım yapmaları sağlanabilir. Sokak lambalarının sarı ışık vermesinin nedeni, sodyum atomundaki enerji değişmesinin yaydığı dalgaboyunun, sarı ışığınkine eşdeğer olmasıdır.

X ışınları:
Bir elektron demetinin hızı apansızın yavaşlatılarak, daha da yüksek frekanslar elde edilebilir. Özel aygıtlarda elektron akımı, metal bir anoda çarptırılarak apansızın durdurulabilir. Elektronların hareket hızına bağlı olarak çıkan ışınımın dalgaboyu, 10 nm ile 0,001 nm arasında değişir. İşte bu ışınlara, «X ışınları X ışınları, fotoğraf kağıdını kolayca etkilerler. Hastanelerdeki röntgen aygıtlarında sıradan fotoğraf filmleri kullanılır. Eğer resim gerekmiyorsa, TANECİK BULUCU'ları da kullanılabilir. Bunların birçok türü (GEİGER SAYACI gibi) vardır, ama tümünün ilkesi aynıdır.


Gama ışınları:
Atom çekirdeğindeki doğal olaylar, daha da kısa dalgaboyları oluşturur. Tıpkı elektronda olduğu gibi, çekirdek içindeki protonun da enerji düzeyi değişebilir. Ne var ki, bu durumda, yayılan frekans çok yüksek, dalgaboyu da 0,01 nm'den kısadır. Bu dalgalara «gama ışını». denir. Elektromagnetik ışınımın, tayfın iki ucu arasında önemli değişiklikler göstermesine ve bunların oluşturulup algılanmasının değişik aygıtlarla gerçekleşmesine karşın, olay temelde aynıdır:


Elektrik yüklü taneciklerin hızlandırılmasıyla elektrik ve magnetik alanlarda oluşan uyarımlar sonucu ortaya çıkar.


Işığın gerçek kimliğini açıklıyoruz.

Yüksek Fizik Öğretmeni Müberra Altın

Işık dalgadır dedik, sonra taneciktir. En son dalga tanecik dualitesini kabul etmek zorunda kaldık. Bilim o kadar geniş bir yelpaze ki bilim adamları her konuda araştırma yapmaya devam ediyorlardı. Bulunan bilgiler paylaşılıyordu. Önemli olan bilginin bulunması değil yorumlanmasıydı. Bu konuda Einstein'in başarısı su götürmez bir gerçektir. Dönemin genç bilim adamlarının tüm deney sonuçlarını başarılı bir şekilde yorumlamıştır. Çağımızda bu görev Stephen Hawking tarafından yürütülmektedir. Her dönemde böyle bir insana ihtiyaç var. Amper elektrikle uğraşıyordu. Bir telden elektrik akımı geçirildiğinde yanındaki pusulada sapma gözlemledi ve telin etrafında manyetik alan oluştuğunu keşfetti. Amper bu manyetik alanın durgun yük etrafında değil akan yük yani ivmeli hareket eden yük etrafında oluştuğunu bulmuştu. Faraday ise magnetik alanla uğraşıyordu. Düzgün bir manyetik alan içerisine tel bir halka konulduğunda üstelik halka hiçbir üretece bağlı değilken yalnızca manyetik alanın değiştirilmesiyle ampermetrede sapma gözlemlemişti. Bu da değişen manyetik alanın elektrik akımı oluşturduğunu gösteriyordu. Her yük etrafında elektrik alan var oğluna göre olayı şöyle de tanımlayabiliriz. Değişen manyetik alanlar elektrik alanları doğurur. Bilim adamları için elektrik, manyetizma ve optik birbirinden bağımsız bilim dalları iken bir sihirli dokunuşla bu üç alanı birbirbirine bağlayan ve böylece fizikteki en büyük birleştirmeyi gerçekleştiren James Clerk Maxwell sahneye çıktı. Maxwell elektrik akımının hızını hesapladı ve ışık hızına eşit olduğunu gördü. Üstelik ışığın dalga ve tanecik modelleriyle açıklanabilen her türlü davranışı ışığın elektromanyetik dalga oluşuyla da açıklanabiliyordu.


Aslında dalga-tanecik dualitesine göre çok daha doyurucu ve ikna edici bir şekilde açıklıyordu. Maxwell ışığın elektromanyetik dalga olduğunu matematiksel olarak ispatladı. Ona göre elektrik alan ile manyetik alan birbirlerine dik olacak şekilde V hızıyla hareket eden bir elektromanyetik dalgadır. Bu sayede çok uzaklara rahatlıkla seyahat edebilir. Üstelik emd ın yayılması için ortama ihtiyaç yoktur yani uzayı doldurduğu varsayılan esir maddesine de böylece ihtiyaç kalmamış olur. Üstelik elektrik ve manyetik alanlar aynı fazlıdır. Yük taşımazlar. Birbirlerinden etkilenmezler. Ama enerji taşırlar. Yani sözün özü ışık için geçerli olan bütün optik olaylar, elektromanyetik dalgalar için de geçerlidir. IŞIK ELEKTROMAGNETİK DALGADIR? Işığın karakterini çözdük rahatladık ancak şimdi yeni sorular bizleri bekliyor.Bilimi seviyorum .Boşuna mı demişler merak varsa bilim de var diye..Nedir bu elektromanyetik dalga ?Daha önce gördük mü?Günlük hayatımızda var mı ? Bunlarla hiç karşılaştık mı ya da maruz kaldık mı? Şimdi bu sorulara cevap arayalım. Aslında bunlar ışık nedir? Sorusu kadar zor ve karmaşık değil.Sadece elektromanyetik spektrumu görmek bile bunu anlamak için yeterli aslında.


Spektrum Hertz in laboratuarda yaptığı deneyler sonucunda bulduğu ve bu yolla Maxwell in teorik çalışmalarını deneysel olarak ispat etmeyi başardığı Radyo dalgalarıyla başlıyor.İşte herkes tarafından bilinen radyo dalgaları elektromanyetik dalga ailesinin bir üyesidir. Hertz bu dalgaların çok uzaklara gönderilebileceğini keşfetmiş hatta 1901 2 de Atlas okyanusunu aşan sinyallerle İngiltere'den New foundland' a Mors alfabesinin ' s ' harfini göndermeyi başarmıştır.Yani şimdilerde her saniye bir frekans değiştirip dinlediğimiz radyo istasyonlarının ortaya çıkışı Hertz sayesindedir.Radyo dj'lerinin sesleri ve tabiî ki müzik yayınları Dj'in bulunduğu yerden yayınlana radyo dalgalarına yüklenerek bulunduğumuz yerde frekansını ayarladığımız radyo alıcısı tarafından yakalanarak kulağımıza ulaşıyor.


Sonra mikro dalgalar geliyor Hani şu kısa sürede yemeği pişiren veya ısıtan fırınlarda kullanılan elektromanyetik dalgalar.Daha birçok kullanım alanı var tabiî ki bunları da incelemeyi ileriki sayılara bırakacağız.Sonrasında Kızıl ötesi ışınlar ençok uzaktan kumandalar ve cep telefonlarından hatırlarız.Görünür bölge zaten adı üzerinde bizim gözümüzdeki hücreler tarafından algılanabilen ve spektrumda çooook küçük bir yer kaplayan kırmızıdan mor renge kadar olan kısım.Mordan sonra ne geleceğini tahmin etmek zor değil.Mor ötesi ışını..

Aslında güneşten her saniye üzerimize yağan ozon tabakasının tuttuğunu bildiğimiz ultraviyole ışınlarıda diyebiliriz. Kanser uyarılarını hatırlayalım tabi. Hemen ardından X ışınları gelir ki diğer adı Keşfeden kişinin adıyla da anılan Röntgen ışınları..Röntgeni hastaneye hayatından en az bir kez giden herkes bilir .Yada çevresindeki bir kişinin röntgen filmini görmüştür.Spektrumun son ışınımı gama ışınımıdır ki bu adı genellikle Atom bombasının geçtiği cümlelerde duyarız.Elektromanyetik dalgalar görüldüğü gibi hayatımızın her yerinde bizimle.

 

Elektromagnetik Spektrum;

Elektromagnetik dalgalar (e.m.d) (elektromagnetik ışıma, elektromagnetik radyasyon) yüklerin ivmeli hareket etmesiyle oluşurlar.

Bir ortamda bütün e.m.d. aynı hızla yayılır, aynı doğaya sahiptir, ancak kaynakları farklıdır: Radyo dalgaları ve mikrodalgalar, iletkenler içinde hareket eden elektronlardan; kızılötesi ışıma, sıcak cisimlerden; morötesi, elektrik arkları ve gaz boşalmalarından; X ışınları, elektronların bir hedefe çarpmasından; gama ışınlan ise radyoaktif atomların çekirdeklerinden doğarlar. (Elektromagnetik spektrum çizgileri şekli için bölüm sonuna bakınız.)

►Radyo istasyonlarında, yükler verici anten içinde belli bir frekansla hareket ettirilirler. Oluşan elektrik alanları da bu titreşim frekansına uyar.

 

 

 

 

 

Verici antenden yayılan dalgalar, alıcı antendeki yükleri de aynı frekansta titreştirir. Radyo alıcısı içindeki titreşim devresinin rezonans frekansı, vericinin frekansına eşitlenebildiğinde yayın net dinlenir, verici frekansı, alıcının rezonans frekansına eşit olunca alıcı devre maksimum soğurma yapar, bu nedenle yayın net alınır.

Elektromagnetik Dalgaların Bazı Özellikleri:

1) E.m.d. yüklerin ivmelenmesinden doğar; yayılma doğrultusu, ivme doğrultusuna diktir.

2) Elektrik ve magnetik alan değişimleri eşzamanlıdır, aynı zamanda ve aynı yerde maksimum veya minimum değer alırlar (aynı fazdadırlar).

3) E⊥B⊥ v dir; e.m.d. enine dalgalardır.

4) Yayılma hızları, yayıldıkları ortamın elektrik ve magnetik özelliklerine bağlıdır, alan değişimlerinin genliğine bağlı değildir.

5) Yalıtkan ortamlardan geçer, iletkenler tarafından yansıtılır ve soğrulurlar. e.m.d. soğuran iletkenler üzerinde, aynı frekanslı indüksiyon akımları oluşur.

6) Kırılma, kırınım ve girişim yaparlar.

 

 

 

 

 

 

 

Depiction of the electromagnetic force (or electromagnetic wave), created by the movement of an electron e- , between a oppositely charged poles of conducting plates, showing an electric field E moving or oscillating perpendicular to a magnetic field B, with a characteristic wavelength of λ (lambda), described as being comprised of photons, symbol γ (gamma), "on mass-shell"

 




 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Electromagnetic waves radiation process.

 

Magnetic Dipole Radiation From A Sinusoidally Varying Dipole--The Near/Transition Zone

The field lines of a magnetic dipole for the case where the dipole varies sinusoidally in time by 10% in amplitude (20% peak to peak). That is, the dipole is always oriented along the vertical axis, and its dipole moment varies in time in a manner proportional to (1.0 + 0.1 sin(2 Pi t/T) ).

The animation runs over one period of the oscillation. The radiation terms begin to dominate at about cT. Well inside that distance, the field is quasi-static.

The motion of the field lines is given by the ExB drift motion, which is also the direction (but not the magnitude!) of the Poynting flux. By looking at the motion of the field lines one can see that the energy flow in the quasi-static region is first away from and then toward the origin, as energy is first put into and recovered from the magnetic field. However, in the radiation zone, the energy flow (and field line motion) is consistently away from the origin, representing the irreversible energy loss to radiation.



Two dimensional Slice... please run animation in Loop to show the full process.


Three Dimensional View (one electric field line view)... please run animation in Loop to show the full process.
A 3D representation of this same radiation, but choosing only one field line per loop and replicating it every 15 degrees in azimuth, to give a field for the 3D structure of the field. In general this may be split into many individual photon "zones" depending on geometry of the antenna.


Three Dimensional View ( Sited inside a room to give some perspective ... actual frequency. 70 MHz Dipole Radiation, shown to show physical scale relative to desks)... ... please run animation in Loop to show the full process.
 

 

Diagram of the electric fields (blue) and magnetic fields (red) radiated by a dipole antenna (black rods) during transmission.

 

Electric field (broken lines) and magnetic field around an antenna. The electric vector E and magnetic vector H are in time phase but are 90° apart in space. The direction of travel (propagation) is indicated by T. Electric and magnetic fields exist in planes other than the two planes shown.

 

 

 

 

An electromagnetic field (also EMF or EM field) is a physical field produced by electrically charged objects. It affects the behavior of charged objects in the vicinity of the field. The electromagnetic field extends indefinitely throughout space and describes theelectromagnetic interaction. It is one of the four fundamental forces of nature (the others are gravitation, weak interaction and strong interaction).

The field can be viewed as the combination of an electric field and a magnetic field. The electric field is produced by stationary charges, and the magnetic field by moving charges (currents); these two are often described as the sources of the field. The way in which charges and currents interact with the electromagnetic field is described by Maxwell's equations and the Lorentz force law.

From a classical perspective in the history of electromagnetism, the electromagnetic field can be regarded as a smooth, continuous field, propagated in a wavelike manner; whereas from the perspective of quantum field theory, the field is seen as quantized, being composed of individual particles.

The toroidal dipole moment is associated with the circulating magnetic field M accompanied by electric poloidal current distribution.
 

How do electromagnetic waves travel through a vacuum?

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Electromagnetic Wave Parameters
Parameters that describe electromagnetic waves include frequency, wavelength and period. Frequency is cycles per second (Hertz), wavelength is distance traveled to complete 1 cycle and period is time to complete 1 cycle. The higher the frequency, the shorter the wavelength.

 - Sine Wave Parameters


 

f = c / L
T = 1 / f
L = c / f = c T
f = frequency
L = Wavelength
T = period (time to complete 1 cycle)
c = speed of light

 

Physicists detect radio waves from a single electron
 


By Adrian ChoApr. 21, 2015

 



Physicists have long known that charged particles like electrons will spiral in a magnetic field and give off radiation. But nobody had ever detected the radio waves emanating from a single whirling electron—until now. The striking new technique researchers used to do it might someday help particle physicists answer a question that has vexed them for decades: How much does a ghostly particle called the neutrino weigh?

"This is a great achievement on its own, and we're really looking forward to seeing this technology develop over time," says Guido Drexlin, an astroparticle physicist at the Karlsruhe Institute of Technology in Germany who was not involved in the work.

To understand the experiment, suppose an electron flies horizontally through a vertical magnetic field. It will experience a sideways force that is proportional to both its velocity and the strength of the field. That constant sideways shove will cause the electron to run in circles (see diagram). But that turning will also cause the electron to radiate electromagnetic waves, much as a wet dishcloth will fling off drops of water if you whirl it above your head. Of course, the radiation will sap the electron's energy, so that it will gradually spiral inward.

This effect has been understood for a century. It's used to generate x-ray beams by sending electrons racing around circular particle accelerators known as synchrotrons. Such radiation also emanates from swirling particles in interstellar space. Now, 27 physicists with Project 8, an experiment based at the University of Washington, Seattle, have detected radiation from a single electron. "I thought surely somebody must have done this," says Brent VanDevender, a nuclear physicist and team member from Pacific Northwest National Laboratory in Richland, Washington. "I looked and looked and looked in the literature and couldn't find anything."

To detect the millionth-of-a-nanowatt signal, the Project 8 team needed a source of electrons with a definite energy, a means of collecting the radiation, and ultrasensitive amplifiers to sense the signal. To get the electrons, they started with beads coated with the metal rubidium-83, which undergoes radioactive decay to produce krypton-83 gas. Researchers trapped the gas in a finger-sized cell. Each agitated krypton nucleus then underwent an internal restructuring that caused the atom to kick out an electron with a specific energy.

The electron would circle in the field provided by a superconducting magnet and radiate. Crucially, the cell in which it orbited was a "wave guide," a kind of pipeline designed to carry electromagnetic waves in the right frequency range—25 gigahertz to 27 gigahertz—to a chain of low-noise amplifiers. The team was able to track radiation from a single electron for several milliseconds—long enough to see its frequency gradually increase as the electron spiraled inward, as the researchers report this week in Physical Review Letters.

Particle physicists have long been able to measure the energies of single electrons, say by watching them crash into crystals that give off light in proportion to the electron’s energy. But those techniques generally absorb the electron, VanDevender notes. The new method opens the way to measuring the energy of an electron "nondestructively" without absorbing it.

The Project 8 team hopes to use the technique to measure the mass of the still-mysterious particles known as neutrinos, VanDevender says. They plan to study the tritium nucleus, which contains one proton and two neutrons. It undergoes a process called beta decay, in which one neutron turns into a proton while spitting out a neutrino and an electron. The nearly undetectable neutrino and the electron will share the energy released in the decay, with the split varying randomly from one decay to the next. By measuring the maximum energy of the electrons, researchers can deduce the minimum energy of the neutrinos, and hence the neutrino's mass.

Physicists know that the neutrino mass must be least 50 milli-electron volts (meV), or about 1/10,000,000 the mass of an electron. That's because neutrinos come in three different types, or flavors, depending on how they're generated, and different flavors can morph into one another. Such "neutrino oscillations" are possible only if the different flavors have different masses. At the same time, studies of the evolution of the universe suggest that neutrinos have a mass less than 230 meV. But so far—in spite of decades of effort—direct beta-decay measurements show only that neutrinos weigh less than 2000 meV.

In the immediate future, however, physicists with the Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment (KATRIN) plan to make the tritium measurements 10 times more sensitive using more conventional techniques. They should start taking data next year, says Drexlin, co-spokesperson for the KATRIN team. "I don't see [Project 8] as competition to KATRIN but as more of a future possibility to go beyond it," Drexlin says. Still, he notes, many members of the Project 8 team are also members of the KATRIN team, and it's possible that in the future the two techniques might be combined.

 

 

 

 

İvmesi olan her yüklü parçacık ta ışık yayacağından...

elektronun ivmeli hareketinden ışınım üretilmiştir.

 

Elektron ışın kaynağı...   yüksek vakum altında ivmelendirilmiş ve yoğunlaştırılmış elektron ışınları elektron tabancasından çok yüksek hızla yönlendirilen elektronların kinetik enerjilerinden yararlanmak...?

 

Burada manyetik ve elektrostatik  odaklayıcı mercekler, tarafından büzülen elektron akışı, kuvvetli bir elektriksel alan içinde katottan anoda doğru çok yüksek hızla gider, iş parçasına çarptıklarında sahip oldukları kinetik enerjiyi  bir şekilde kullanmak mümkün..

 

Dairesel hızlandırıcılarda manyetik alanlar elektronları hızlandırmaz.Sadece elektronları dairesel bir yörüngede tutmak için  eğri bir kavite yaratırlar.

 

Radyasyon Nedir?

 

Radyasyon, ingilizce “radiation” kelimesinin türkçeleşmiş halidir.  Işıma anlamına gelir. Aslında radyasyon dediğimiz şey bir elektromanyetik dalgadır. Işık gibi. Gözle görebildiğimiz ışıklar da birer elektromanyetik dalgadırlar. Yani yanan bir lambanın radyasyon yaydığını söylemek fiziksel olarak yanlış değildir.  Kırmızı ışık ile mavi ışık arasında frekans ve enerji farkı vardır. Mavi ışık, kırmızıya göre daha yüksek frekansa ve daha yüksek enerjiye sahiptir.   Çok yüksek enerji ve frekansa sahip elektromanyetik dalgalar halk arasında radyasyon olarak tabir edilen ışıklardır. Nükleer atıklar etrafa bu ışıklardan yayarlar ve bu ışıklar çarptıkları malzemeleri ısıtır ve ya çarptıkları organizmaların ölmelerini sağlar.

 

 

Doğada bulunan her element aslında biz görmesek de ışıma yapar ve ışık soğururlar. Eğer atom yörüngesinde dolanan bir elektron etraftan bir ışık soğurursa bir üst enerji düzeyine geçer. Bu ışığın enerjisi elektrona aktarılmış olur. Elektron daha çok hızlanır ve ivme kazanır.  Çok fazla yüksek enerjili ışık soğuran bir atom daha fazla titremeye ve elektronlarını tutamamaya başlar. Belli bir süre sonra bu malzeme ısınır ve ya üzerinde bir elektrik akımı oluşur.  Tam tersi bir durumda yani bir elektron bir alt enerji seviyesine geçtiğinde o kaybettiği enerji kadar etrafa bir ışık yayar. Aslında  radyoaktif elementlerden yayılan ışıklar da benzer sebeplerdendir.

 

 

Evreni bir arada tutan hissedilir 3 kuvvetten bahsedebiliriz. Birincisi, Gravity Kuvvet olarak adlandırılan kütle çekim kuvvetidir. İkincisi elektromanyetik kuvvet olarak adlandırdığımız ve elektronların etkileşimini sağlayan kuvvettir. Üçüncü kuvvet ise nükleer kuvvet olarak adlandırılır. Bu kuvvet ise atom çekirdeğini bir arada tutan kuvvettir. Bu üç kuvvet arasındaki en güçlü kuvvet nükleer kuvvettir. Fizik hakkında hiç bilginiz olmasa bile en azından nükleer bombaların ne derece yıkama yol açabileceği hakkında az buçuk bilginizin olduğunu tahmin ediyorum. Bir elektronu bir üst seviyesine geçirebilecek elektromanyetik kuvvetin sağladığı enerji bir kaç elektron volt olarak ifade edilirken bir atom çekirdeğinin nötron ve protonlarına ayrılmasını sağlayabilecek nükleer kuvvet, mega elektron voltlar ile ifade edilir. Yani milyonlarca kat fazlasından bahsediyoruz. Bunun anlamı bir kilogram nükleer reaktörden mega joule düzeyinde enerji elde edebilirsiniz demektir.

Peki bu enerjiyi nasıl sağlayabilir ve nasıl kullanabiliriz? Aslında bunun iki yolu vardır. Ya atom çekirdeğini bazı kimyasal yollar ile parçalar ve etrafa yaydığı ışığın enerjisini ve fırlayan parçaların hareket enerjisini kullanırsınız(Fission) ya da parçalanmış çekirdeğin birleşmesine izin verip çarpışma sonucunda açığa çıkan enerjiyi kullanırsınız(fision). Radyo aktif olmayan bir elementin çekirdeğini parçalamak için çok yüksek bir enerji gerekir. Bu enerjiye sahip bir gamma ışınını, bu malzeme üzerine tutarsanız, bu elementin atomları bu ışını abzorbe ederek çekirdeğini parçalar. Çekirdeğin bu parçalanan kısmı ise atom merkezinden fırlar. Radyo aktif elementler için ise bu olay çok daha kolaydır. Çünkü bu elementler için çekirdeğin parçalanması kendiliğinden olur. Bu olaya bozunma diyoruz. Radyo aktif elementlerin Alfa, beta ve gamma bozunmaları yani atom çekirdeklerinin kendiliğinden parçalanması sonucundan etrafa yayılan alfa, beta ve gamma ışınımları(elektromanyetik dalgaları) çok yüksek enerjiye ve frekansa sahip ışıklardır. Uranyum atomundan parçalanıp fırlayan nötronlar ise başka uranyum atomlarına çarparak onlarında parçalanmasına ve parçalanan kısımlarının fırlamasına sebep olur. Bu hareket enerjisi malzemenin ciddi şekilde ısınmasına yol açar. Nükleer reaktörler ise bu ısınmayı kullanırlar.

Bir reaktör, temelde sadece su ısıtıcısı olarak kullanılır. Isınan suyun buharı ise tribünleri döndürür ve elektrik üretilmiş olur. Reaktör içindeki uranyum yakıt çubukları, aynı kızaran boru ısıtıcılar gibidir ve fisyon olayından kaynaklanan parçalar onları ciddi manada ısıtırken etraftaki suyun da kaynamasını sağlar. Grafit çubuklar ise olayı kontrol eden çubuklardır ve radyo aktif bozunmalar sonucu ortaya çıkan nötron parçacıklarını yutar ve ısıyı düşürür. Bu sayede reaktör gücü kontrol edilebilir.

Tabi bu olay sırasında çekirdekten yayılan yüksek enerjili gamma ışıkları halk arasında asıl radyasyon olarak tabir edilen ışıklardır. Reaktör içerisindeki radyo aktif yakıt, parçalanırken bu ışığı yaydığı için reaktörün etrafı bu ışığı geçirmeyecek çok kalın kurşun bir kapla kaplanır. Reaktörün ısısının kontrol edilemeyip patlaması sonucunda bu ışığı yayan belki trilyonlarca atom etrafa saçılır. Bu atomlar, kara, deniz ve hava yoluyla dünyanın bir çok yerine taşınabilirler. Bu yüzden radyasyon bulaşıcıdır. Ellerinde radyo aktif olarak halen bu ışıkları yayan atomlar bulunan biriyle el sıkıştığınızda bu atomların bir kaçı sizin elinize de geçebilir. Elinize geçen bu atomlar ise yaydığı ışıklar sayesinde sizin vücudunuza zarar verir tabii ki.

 

İvmelendirilen elektronun kinetik enerjisi ne kadar yüksekse elektrondan salınan elektromanyetik dalganın frekansıda (enerjisi) o kadar yüksektir.

 

 

Bir yıldırım çakması esnasında bir  elektron yükü boşalımı (elektrik arkı)  esnasında yada evde lambaları (flüoresan lamba) açarken  çevreye bir radyo dalgası (em dalga) yayılıyor.

 

yüksek enerji fiziği deneyleri...

 

 

MADDEYİ AYDINLATAN YENİ BİR IŞIN
Bilim ve Teknik
1983 Temmuz Sayı:188


Sinkrotron dairesel hızlandırıcısı atomlardan aldığı elektronları dairesel bir yörünge üzerinde ışık hızına yakın bir hıza çıkaran ve bu yörünge içinde saatlerce tutabilen bir düzenektir Elektronlar, dairesel yörünge üzerinde dönerlerken parlak bir ışıma yaparlar. Sinkrotron (elektron hızlandırıcı) ışığı veya sinkrotron ışınımı (synchrotron radiation) olarak bilinen bu ışın, görülmemiş parlaklıktadır ve bölünemeyen maddenin en ince yapısının anlaşılmasına olanak sağlayacaktır.


Elemanter parçacıkların evreni üzerinde araştırmalar yapan araştırmacılar, çalışmaları sırasında tamamen bir rastlantı sonucu olarak bu ışınla İlk kez karşılaştılar. Hayret içinde kalan fizikçiler heyecenla bu ışınım üzerinde ciddi çalışmalara giriştiler. Ancak. ışınımı elde etmek İçin güçlü bir sinkrotron (elektron hızlandırıcısı) gereksinimi, kaçınılmazdı. Sinkrotronun görevi, oluşturacağı elektron demetini, atomun yapısı içindeki bir deney parçacığının içine ışık hızına yakın bir hızla yönelterek, parçacığın incelenmesine olanak sağlamaktı.


Bu ışınımın bazı özellikleri hemen fark edildi. Birincisi, bu ışın daha parlaktı ve laserler hariç, yapay kaynaklı diğer ışınlardan daha iyi odaklanıyordu. İkincisi, daha önce mümkün olmayan, elektromanyetik tayfın bir ucundan diğer ucuna (ultra-viyoleden - X ışınına) kadar olan ışınları verecek şekilde ayarlanabilmesiydi.

 

 

Laser ışını sınırlı frekanslarda olabilirken, elektron hızlandırıcı ışını, elektromanyetik tayfın bütün frekans değerlerini' alabilen ışınlardır. Hızlandırıcıda elektronların hızları değiştirilerek, istenen en şiddetli ışınımın bulunduğu tayf bölgesi elde edilebilir. 

 

--------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Klasik elektrodinamik yasalarına göre ivmelenen yüklü bir parçacık elektromanyetik dalgalar biçiminde radyasyon enerjisi yayınlar.

 

Yüklü bir parçacık ivmelendiği anda ışınım yaparak enerjisinin bir kısmını radyoaktif ışınım (elektromanyetik dalga)  olarak yayınlar.

 

ivmelenen yükler ışıma yapar, dairesel haraket de ivmeli bir hareket olduğu için, elektron bu ışımayla enerji yayacaktır.

 

 

Elektromanyetik teoriye göre açıklanacak olursa, ivmelenen yükler ışıma yapar, dairesel hareket de ivmeli bir hareket olduğu için, elektron bu ışımayla enerji yayacaktır.

 

 

 

DOĞRUSAL İVMELENME : Doğrusal ivmelenme boyunca yayınlanan elektromanyetik enerji ihmal edilebilecek kadar azdır.

DAİRESEL İVMELENME: Dairesel bir yörüngede ışık hızıyla hareket eden bir parçacığın yayınladığı güç ne olur? Düşük parçacık enerjilerinde bu radyasyon ihmal edilebilir. Ancak elektronların enerjileri birkaç MeV’ u bulduğunda oldukça önemlidir. Bu, dairesel elektron hızlandırıcılar, sinkrotronlar, geliştirilinceye kadar enerji kaybının neden deneysel olarak gözlenemediğini de açıklamaktadır. Sinkrotron radyasyonun enerjiye bağlı olarak yayınlanması dairesel elektron hızlandırıcıların geliştirilmesini önemli derecede etkilemektedir.

 

 

 Elektromanyetik Dalga Nedir?



Elektromanyetik dalgalar uzayda yol alabilen bir titreşim türüdür. Elektromanyetik ismi, dalgaların elektrik alan ve manyetik alan birleşiminden oluşmasından gelir. Elektromanyetik dalgaların buluşu ve temel çalışmaları James Clark Maxwell ve Heinrick Hertz tarafından yapılmıştır. Bir elektromanyetik dalga, birbirine dik açılarda, aynı frekanstaki elektrik ve manyetik alanın oluşturduğu bir bütündür.



Elektromanyetik Dalga Çeşitleri

E.M dalgalar dalgaboylarına göre sınıflandırılır. Dalga boyu iki tepe noktası arasındaki mesafeye verilen isimdir.

 

Elektromanyetik dalga çeşitleri:

Radyo Dalgaları: Sadece radyo sinyallerini değil, TV ve cep telefonu sinyallerini de taşırlar. Dalgaboyları birkaç milimetre ile yüzlerce kilometreye kadar değişebilir. Frekansları birkaç Kilo Hertz ile birkaç Hertz arasında değişir.

Mikro Dalgalar: Yemek pişirmekte de kullanılan bu dalgalar evlerde yemek yapımında çok kullanılan bir kavramdır. Ayrıca telefon ve bilgisayarda data transferi gibi iletişim amaçlı olarak da kullanılır. Işık, toz ve yağmurun içinden kolaylıkla geçebiliği için uzaydan dünyayı görüntüleme amaçlı da kullanılır.
Infrared Işınlar: Infrared ışınlar 1mm ile 750 nanometre arasında dalga boyuna sahiptir. Tv'lerin uzaktan kumandalarında, ayrıca gece görüş gözlüklerinde kullanılır.

Görünür Işık: Elektromanyetik dalgaların görebildiğimiz tek türüdür. Çeşitli renklerde kendini gösterir. Bu renkler, mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızıdır. Dalgaboyu kırmızıdan mora doğru azalma gösterir. Tüm bu renkler bir araya geldiğinde dalga boylarının toplamı görünür ışığı oluşturur.

Ultraviyole Işınları: Ultraviyole ışınları insan gözüyle görülmez. 10 ile 380 nanometre aralığında dalga boylarına sahiptirler. Cilde zararlı olup, güneş yanığı ve cilt kanserine sebep olurlar.

X- Işınları: Yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu dalgalardır. Elektron tüpleri üzerinde çalışırken Wilhelm Rontgen tarafından tesadüf eseri bulunmuştur. 10 nanometre ile 10 pikometre arasında dalga boyuna sahiptirler. Tibbi alanda görüntüleme yapmak için kullanılır.

Gama Işınları: Çok yüksek enerji ve çok daha küçük dalga boyuna sahiptirler. Atomların parçalanması ve bozunması sonucu açığa çıkarlar. Dalgaboyları 10 pikometreden küçüktür. Tıpta kanser tedavisinde kullanılır.

Görüldüğü gibi E.M dalgaların özellikleri yemek pişirmeden tıpa kadar çeşitli alanlarda onlardan faydalanmamızı sağlar. Fakat doğru olmayan kullanımlarında tümör gibi oluşumlara sebep olabilir.

 

Radyoaktivite Nedir?

Radyoaktiflik(radyoaktivite) kararsız atom çekirdeklerinin atom altı parçacık yayımlama eğilimidir. Radyoaktiflik, uranyum gibi ağır elementelerde görülür. Fransız bilimci Henri Becquerel'in, uranyum tuzunun yayımladığı parçacıkların karanlıkta fotografik bir levhada çizdiği karalamaları gözlemlemesi sebebiyle onun şerefine SI birim sisteminde radyoaktivite birimi Becquerel olarak adlandırılmıştır.

Kararsız atom çekirdeği rastgele biçimde bozunarak kararlı bir çekirdeğe dönüşür. Ağır elementlerin kararsız çekirdeklerinin bu bozunması radyoaktivite olarak bilinir. Bozunma işlemi sonucunda çeşitli parçacıklar ve enerji yayımlanır. Kararsız bir atomun çekirdeği kararlı olmak için bozunmaya uğrar. Bu bozunma sonucunda radyasyon enerjisi yayımlanır. Nükleer fisyon da radyoaktivite yaratır. Fisyon, gelişigüzel veya enerji üreten nükleer reaktörlerde kontrollü olarak ağır çekirdeklerin çatlaması olayıdır. Daha kararlı atomlar oluşturmak için bozunan ve enerji yayan atom çekirdeğine radyoaktif element denir.
 


Uranyum, plütonyum ve toryum gibi radyoaktif elementler aynı zamanda karbon, bizmut ve stronsiyum gibi elementlerin izotopudurlar.

Radyoaktiflik gelişigüzel bir olaydır ve radyoaktif bir elementin atom çekirdeklerinin yarı ağırlığa düşmesi için geçen süreye bu elementin yarı-ömrü denir.
 

Radyoaktif Bozunumlar

Üç tür doğal radyoaktivite vardır: Alfa, beta ve gama ışıması. Alfa ışıması sonucu, pozitif yüklü parçacıklar yayımlanır. Bu parçacıklara helyum çekirdeği denir çünkü 4 birim kütleye ve 2 birim pozitif yüke sahiptirler. Radyoaktif bir çekirdek alfa parçacığı yayımladığında çekirdeğin kütle numarası 4 birim, atom numarası 2 birim azalır.


Radyoaktif çekirdekten beta ışını yayımlanması sonucu elementin atom numarası 1 birim artar. Fakat bu elementin kütle numarası değişmez. Beta ışıması elektron yayımlanarak oluşur. Sonuç olarak beta parçacığı aslında 1 elektrondur.

Gama ışınları kısa dalga boylu ve yüksek enerjili fotonlardır. Bir atom çekirdeğinden yayımlanan gama ışınları atom numarasını veya atom kütlesini değiştirmez. Gama ışıması genelde alfa ve beta ışımalarına eşlik eder. Gama ışınımıyla, kararsız olan çekirdek daha düşük ve kararlı bir enerji seviyesine iner.
 


Radyoaktivite Uygulamaları

Radyoizotoplar tıbbi izlemede kullanılır. Bunlar radyoaktif elementler olup kimyasal bir reaksiyonda izledikleri yollar takip edilebilir. Bu elementler tıbbi alanda, bitki ve hayvan araştırmalarında kullanılır. Örneğin, İodin-131 radyoizotopu troid bezlerinin çalışma şeklini tespit etmede kullanılır.

Nükleer santraller enerji üretmek için uranyum atomunu kullanır. Fisyon işlemi sırasında açığa çıkan ısı ile su buharlaştırılır ve bu yolla elektrik tribünleri döndürülerek elektrik üretilir.

Radyoaktiflik, gıda ürünleri ve sağlık materyallerini sterilize etmede de kullanılır. Yoğun radyasyona tutulan bu ürünler ve materyallerin taşıdığı zararlı mikroorganizmalar yok edilir.

Daha başka birçok faydaları olan radyoaktif reaksiyonlar kontrollü kullanıldığı sürece insanlığa faydalı olmuştur. Kontrolsüz kullanıldığında ise büyük felaketlere yol açabileceği bilinen bir gerçektir.

Yük Işınımı ( Radiating Charge)

 

This is not how real electrons radiate.

 

Bir elektrik yükünün ivmeli hareketi sonucu nasıl elektromanyetik dalga oluştuğunu ve yayıldığını inceleyiniz.

 

 

 

İvmeli hareket eden yükün (elektron) çevresinde oluşan elektromanyetik dalgalar.

 

 

 

 

 

LC  Rezonans devresi...  Osilatör

LC circuit: Oscillations

 

Wireless power transmission

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Inductance

Oscillations in an LC Circuit

Consider an LC circuit like this:

This is a idealized situation -- there is no resistance. This is very similar to a mass-and-spring simple harmonic oscillator with no fricition.

 

 

 

For the spring-and-mass simple harmonic oscillator, we talked a lot about the energy changing from PE to KE and back and forth. For an LC circuit, the energy changes from being stored in the electric field between the plates of the capacitor to being stored in the magnetic field of the inductor.
 

The "natural frequency" or the "resonant frequency" of an LC circuit is

Remember, this is the angular frequency and is measured in radians per second and isrelated to the [ordinary] frequency which is measured in Hz or sec - 1 or [cycles] per second by

 

 

 

      

 

 

Basic LC Oscillator Tank Circuit

An Electric Pendulum

 - Resonance

Capacitors store energy in the form of an electric field, and electrically manifest that stored energy as a potential: static voltage. Inductors store energy in the form of a magnetic field, and electrically manifest that stored energy as a kinetic motion of electrons: current. Capacitors and inductors are flip-sides of the same reactive coin, storing and releasing energy in complementary modes. When these two types of reactive components are directly connected together, their complementary tendencies to store energy will produce an unusual result.

If either the capacitor or inductor starts out in a charged state, the two components will exchange energy between them, back and forth, creating their own AC voltage and current cycles. If we assume that both components are subjected to a sudden application of voltage (say, from a momentarily connected battery), the capacitor will very quickly charge and the inductor will oppose change in current, leaving the capacitor in the charged state and the inductor in the discharged state: (Figure below)




Capacitor charged: voltage at (+) peak, inductor discharged: zero current.

The capacitor will begin to discharge, its voltage decreasing. Meanwhile, the inductor will begin to build up a “charge” in the form of a magnetic field as current increases in the circuit: (Figure below)




Capacitor discharging: voltage decreasing, Inductor charging: current increasing.

The inductor, still charging, will keep electrons flowing in the circuit until the capacitor has been completely discharged, leaving zero voltage across it: (Figure below)




Capacitor fully discharged: zero voltage, inductor fully charged: maximum current.

The inductor will maintain current flow even with no voltage applied. In fact, it will generate a voltage (like a battery) in order to keep current in the same direction. The capacitor, being the recipient of this current, will begin to accumulate a charge in the opposite polarity as before: (Figure below)




Capacitor charging: voltage increasing (in opposite polarity), inductor discharging: current decreasing.

When the inductor is finally depleted of its energy reserve and the electrons come to a halt, the capacitor will have reached full (voltage) charge in the opposite polarity as when it started: (Figure below)




Capacitor fully charged: voltage at (-) peak, inductor fully discharged: zero current.

Now we’re at a condition very similar to where we started: the capacitor at full charge and zero current in the circuit. The capacitor, as before, will begin to discharge through the inductor, causing an increase in current (in the opposite direction as before) and a decrease in voltage as it depletes its own energy reserve: (Figure below)




Capacitor discharging: voltage decreasing, inductor charging: current increasing.

Eventually the capacitor will discharge to zero volts, leaving the inductor fully charged with full current through it: (Figure below)




Capacitor fully discharged: zero voltage, inductor fully charged: current at (-) peak.

The inductor, desiring to maintain current in the same direction, will act like a source again, generating a voltage like a battery to continue the flow. In doing so, the capacitor will begin to charge up and the current will decrease in magnitude: (Figure below)




Capacitor charging: voltage increasing, inductor discharging: current decreasing.

Eventually the capacitor will become fully charged again as the inductor expends all of its energy reserves trying to maintain current. The voltage will once again be at its positive peak and the current at zero. This completes one full cycle of the energy exchange between the capacitor and inductor: (Figure below)




Capacitor fully charged: voltage at (+) peak, inductor fully discharged: zero current.

 

This oscillation will continue with steadily decreasing amplitude due to power losses from stray resistances in the circuit, until the process stops altogether. Overall, this behavior is akin to that of a pendulum: as the pendulum mass swings back and forth, there is a transformation of energy taking place from kinetic (motion) to potential (height), in a similar fashion to the way energy is transferred in the capacitor/inductor circuit back and forth in the alternating forms of current (kinetic motion of electrons) and voltage (potential electric energy).

At the peak height of each swing of a pendulum, the mass briefly stops and switches directions. It is at this point that potential energy (height) is at a maximum and kinetic energy (motion) is at zero. As the mass swings back the other way, it passes quickly through a point where the string is pointed straight down. At this point, potential energy (height) is at zero and kinetic energy (motion) is at maximum. Like the circuit, a pendulum’s back-and-forth oscillation will continue with a steadily dampened amplitude, the result of air friction (resistance) dissipating energy. Also like the circuit, the pendulum’s position and velocity measurements trace two sine waves (90 degrees out of phase) over time: (Figure below)




Pendelum transfers energy between kinetic and potential energy as it swings low to high.


 

In physics, this kind of natural sine-wave oscillation for a mechanical system is called Simple Harmonic Motion (often abbreviated as “SHM”). The same underlying principles govern both the oscillation of a capacitor/inductor circuit and the action of a pendulum, hence the similarity in effect. It is an interesting property of any pendulum that its periodic time is governed by the length of the string holding the mass, and not the weight of the mass itself. That is why a pendulum will keep swinging at the same frequency as the oscillations decrease in amplitude. The oscillation rate is independent of the amount of energy stored in it.

The same is true for the capacitor/inductor circuit. The rate of oscillation is strictly dependent on the sizes of the capacitor and inductor, not on the amount of voltage (or current) at each respective peak in the waves. The ability for such a circuit to store energy in the form of oscillating voltage and current has earned it the name tank circuit. Its property of maintaining a single, natural frequency regardless of how much or little energy is actually being stored in it gives it special significance in electric circuit design.

However, this tendency to oscillate, or resonate, at a particular frequency is not limited to circuits exclusively designed for that purpose. In fact, nearly any AC circuit with a combination of capacitance and inductance (commonly called an “LC circuit”) will tend to manifest unusual effects when the AC power source frequency approaches that natural frequency. This is true regardless of the circuit’s intended purpose.

If the power supply frequency for a circuit exactly matches the natural frequency of the circuit’s LC combination, the circuit is said to be in a state of resonance. The unusual effects will reach maximum in this condition of resonance. For this reason, we need to be able to predict what the resonant frequency will be for various combinations of L and C, and be aware of what the effects of resonance are.

  • REVIEW:
  • A capacitor and inductor directly connected together form something called a tank circuit, which oscillates (or resonates) at one particular frequency. At that frequency, energy is alternately shuffled between the capacitor and the inductor in the form of alternating voltage and current 90 degrees out of phase with each other.
  • When the power supply frequency for an AC circuit exactly matches that circuit’s natural oscillation frequency as set by the L and C components, a condition of resonance will have been reached.

 

The Physics of Resonance

Electrical Circuits

It's hard to grasp the idea that electric circuits can resonate because we can't see it happening. Still, it's one of the most useful and common forms of resonance.

Resonance can occur in something called an RLC circuit. The letters stand for the different parts of the circuit. R is for resistor. These are devices which convert electrical energy into thermal energy. In other words, they remove energy from the circuit and convert it to heat. L stands for inductor. (How they came up with L for inductor is hard to understand.) Inductance in electric circuits is like mass or inertia in mechanical systems. It doesn't do much until you try to make a change. In mechanics the change is a change in velocity. In an electric circuit it is a change in current. When this happens inductance resists the change. C is for capacitors which are devices that store electrical energy in much the same way that springs store mechanical energy. An inductor concentrates and stores magnetic energy, while a capacitor concentrates charge and thereby stores electric energy.

Of course, the first step in understanding resonance in any system is to find the system's natural frequency. Here the inductor (L) and the capacitor (C) are the key components. The resistor tends to damp oscillations because it removes energy from the circuit. For convenience, we'll temporarily ignore it, but remember, like friction in mechanical systems, resistance in circuits is impossible to eliminate.

Figure 1: Switch position for charging  the capacitor

 

 

Figure 2: Switch position for making the circuit oscillate

We can make a circuit oscillate at its natural frequency by first storing electrical energy or, in other words, charging its capacitor as shown in Figure 1. When this is accomplished the switch is thrown to the position shown in Figure 2.

At time = 0 all of the electrical energy is stored in the capacitor and the current is zero (see Figure 3). Notice that the top plate of the capacitor is charged positively and the bottom negatively. We can't see the electrons' oscillation in the circuit but we can measure it using an ammeter and plot the current versus time to picture what the oscillation is like. Note that T on our graph is the time it takes to complete one oscillation.

 

 

Figure 3: Beginning of oscillation

 
Current flows in a clockwise direction (see Figure 4). The energy flows from the capacitor into the inductor. At first it may seem strange that the inductor contains energy but this is similar to the kinetic energy contained in a moving mass.

 

 

Figure 4: time = 1/4T

 
Eventually the energy flows back into the capacitor, but note, the polarity of the capacitor is now reversed. In other words, the bottom plate now has the positive charge and the top plate the negative charge (see Figure 5).

 

 

Figure 5: time = 1/2T

The current now reverses itself and the energy flows out of the capacitor back into the inductor (see Figure 6). Finally the energy fully returns to its starting point ready to begin the cycle all over again as shown in Figure 3.

 

 

Figure 6: time = 3/4T

 

The frequency of the oscillation can be approximated as follows:

  f  =       1        
2p(LC)0.5
   
Where: f = frequency
  L = Inductance
  C = Capacitance
   
 
Figure 7: Resonating circuit  

In real-world LC circuits there's always some resistance which causes the amplitude of the current to grow smaller with each cycle. After a few cycles the current diminishes to zero.  This is called a "damped sinusoidal" waveform.  How fast the current damps to zero depends on the resistance in the circuit. However, the resistance does not alter the frequency of the sinusoidal wave. If the resistance is high enough, the current will not oscillate at all.

Obviously, where there's a natural frequency there's a way to excite a resonance. We do this by hooking an alternating current (AC) power supply up to the circuit as shown in Figure 7. The term alternating means that the output of the power supply oscillates at a particular frequency. If the  frequency of the AC power supply and the circuit it's connected to are the same, then resonance occurs. In this case we measure the amplitude or size of the oscillation by measuring current.

Note in figure 7 that we have put a resistor back in the circuit. If there is no resistor in the circuit the current's amplitude will increase until the circuit burns up. Increasing resistance tends to decrease the maximum size of the current's amplitude but it does not change the resonant frequency.

As a rule of thumb, a circuit will not oscillate unless the resistance (R) is low enough to meet the following condition:

       
  R

=

2(L/C)0.5
       

 

Resonance in circuits might be just a curiosity except for its usefulness in transmitting and receiving wireless communications including radio, television, and cell phones. Transmitters used for sending signals are typically circuits designed to resonate at a specific frequency called the carrier frequency. The transmitter is then connected to an antenna which radiates electromagnetic waves at the carrier frequency.

An antenna on the other end receives the signal and feeds it to yet another circuit also designed to resonate at the carrier frequency. Obviously, the antenna receives many signals at various frequencies not to mention background noise. The resonating circuit essentially selects the correct frequency from among all the unwanted ones.

With an amplitude modulated (AM) radio the amplitude of the carrier frequency is modified so that it contains the sounds picked up by a microphone. This is the simplest form of radio transmission but is very susceptible to noise and interference.

Frequency modulated or FM radio solves many of the problems of AM radio but at the price of higher complexity in the system. In an FM system sounds are electronically transformed into small changes in the carrier frequency. The piece of equipment which performs the transformation is called a modulator and is used with the transmitter. In addition, a demodulator has to be added to the receiver to convert the signal back into a form which can be played on a speaker.

References:
Physics for Scientists and Engineers 4th Edition Volume 2, Raymond A. Serway, Saunders College Publishing, p.949

 

 

R DİRENÇ - L BOBİN ve C KONDANSATÖR

Electromagnetic Oscillating Circuit


This simulation deals with an electromagnetic oscillating circuit, consisting of a capacitor (center) and an inductor (i.e. a coil, on the right). As soon as you have pressed the "Reset" button, the plates of the capacitor will be charged, namely the upper plate positively and the lower plate negatively. After clicking on the "Start" button with the mouse, the switch will be brought to its other position so that the oscillation will begin. The same button makes it possible to interrupt respectively resume the simulation. The animation will be 10 or 100 times slower than the real oscillation, depending on the selected radio button. You can vary the values of the capacity (from 100 μF to 1000 μF), the coil's inductivity (from 1 H to 10 H) and resistance (from 0 Ω to 1000 Ω) and the voltage of the battery by using the four text fields.



The electric field of the capacitor (red) and the magnetic field of the inductor (blue) are indicated by field lines in the circuit diagram. The density of these field lines shows the strength of the corresponding field. In addition, you can see the charge signs of the two capacitor plates and arrows for the (conventional) current direction.

At the left bottom a digital clock indicates the time since the begin of the oscillation; under there you can read the oscillation period. At the right bottom one of two diagrams is to be seen, depending on the selected radio button in the lower part of the control panel:
1. A diagram which shows as voltage U (blue) and amperage I (red) vary in time.
2. A bar graph which describes the transformations of energy.

[ Elektromanyetik Osilasyon Devresi

Bu simülasyon, bir kapasitor veya bobinden oluşan elektromanyetik bir osilasyon devresi ile ilgilidir. "Reset" tuşuna basar basmaz, kapasitör plakaları üst plaka (+), alt plaka (−) olacak şekilde şarj olacaktır. "Start" düğmesine basarak, anahtar diğer pozisyonuna getirilerek osilasyon başlatılır. "Pause/Resume" düğmesi simülasyona ara verdirir. Animasyon gerçek osilasyondan 10-100 kat daha yavaş olacaktır (seçime bağlı olarak). Kapasiteyi 100 μF tan 1000 μF'a, endüktansı 1 H'den 10 H'ye ve direnci 0 Ω'dan 1000 Ω'a değiştirebilirsiniz.

Devre diyagramında, kapasitörün (kırmızı) elektrik alanı ve endüktörün (mavi) manyetik alanı, alan çizgileriyle gösterilmiştir. Bu alan çizgilerinin yoğunluğu, temsili alan şiddetini gösterir. Ek olarak, kapasitörün kutuplarını ve akımın yönünü değiştirebilirsiniz.

Sol altta, dijital saat osilasyonun başladığı andan itibaren zamanı gösterir. Onun altında osilasyon periyodunu okuyabilirsiniz. Sağ altta iki diyagramdan biri, kontrol panelinin alt kısmındaki butonlarla seçilebilir:
1. Gerilim U (mavi) ve akım I (kırmızı) zamanla değişimi gösteren diyagram.
2. Enerji dönüşümünü gösteren çubuk-grafiği. ]

 

 

Oscillator Basics

 
What you´ll learn in Module 1

Section 1.0 Oscillator Basics.
  • Typical oscillator types & applications.
Section 1.1 Oscillator Operation.
  • Parts of an oscillator.
  • Positive feedback.
  • Conditions for oscillation.
  • Amplitude control.
Section 1.2 Oscillator Basics Quiz
  • Test your knowledge of Oscillator basics

Introduction

These oscillator modules in Learnabout Electronics describe how many commonly used oscillators work, using discrete components and in integrated circuit form. Also learn how to build and test oscillators circuits yourself.

 

What is an Oscillator

An oscillator provides a source of repetitive A.C. signal across its output terminals without needing any input (except a D.C. supply). The signal generated by the oscillator is usually of constant amplitude.

The wave shape and amplitude are determined by the design of the oscillator circuit and choice of component values.

The frequency of the output wave may be fixed or variable, depending on the oscillator design.

Types of Oscillator

Fig. 1.0.1 Oscillator
(AC Source)
Circuit Symbol

Oscillators may be classified by the type of signal they produce.

  • SINE WAVE OSCILLATORS produce a sine wave output.
  • RELAXATION OSCILLATORS and ASTABLE MULTIVIBRATORS produce Square waves and rectangular pulses.
  • SWEEP OSCILLATORS produce sawtooth waves.

Sine wave oscillators can also be classified by frequency, or the type of frequency control they use. RF (radio frequency) oscillators working at frequencies above about 30 to 50kHz use LC (inductors and capacitors) or Crystals to control their frequency. These may also be classified as HF, VHF, and UHF oscillators, depending on their frequency.

LF (low frequency) oscillators are generally used for generating frequencies below about 30kHz and are usually RC oscillators, as they use resistors and capacitors to control their frequency.

Square wave oscillators such as relaxation and astable oscillators may be used at any frequency from less than 1Hz up to several GHz and are very often implemented in integrated circuit form.

Sine Wave Oscillators.

Fig. 1.0.2 Frequency Control Networks

These circuits ideally produce a pure sine wave output having a constant amplitude and stable frequency. The type of circuit used depends on a number of factors, including the frequency required. Designs based on LC resonant circuits or on crystal resonators are used for ultrasonic and radio frequency applications, but at audio and very low frequencies the physical size of the resonating components, L and C would be too big to be practical.

For this reason a combination of R and C is used to a control frequency. The circuit symbols used for these frequency control networks are shown in Fig. 1.0.2

 

LC oscillators

Inductors and capacitors are combined in a resonating circuit that produces a very good shape of sine wave and has quite good frequency stability. That is, the frequency does not alter very much for changes in the D.C. supply voltage or in ambient temperature, but it is relatively simple, by using variable inductors or capacitors, to make a variable frequency (tuneable) oscillator. LC oscillators are extensively used in generating and receiving RF signals where a variable frequency is required.

 

RC (or CR) oscillators

At low frequencies such as audio the values of L and C needed to produce a resonating circuit would be too large and bulky to be practical. Therefore resistors and capacitors are used in RC filter type combinations to generate sine waves at these frequencies, however it is more difficult to produce a pure sine wave shape using R and C. These low frequency sine wave oscillators are used in many audio applications and different designs are used having either a fixed or variable frequency.

 

Crystal oscillators

At radio frequencies and higher, whenever a fixed frequency with very high degree of frequency stability is needed, the component that determines the frequency of oscillation is usually a quartz crystal, which when subjected to an alternating voltage, vibrates at a very precise frequency. The frequency depends on the physical dimensions of the crystal, therefore once the crystal has been manufactured to specific dimensions, the frequency of oscillation is extremely accurate. Crystal oscillator designs can produce either sine wave or square wave signals, and as well as being used to generate very accurate frequency carrier waves in radio transmitters, they also form the basis of the very accurate timing elements in clocks, watches, and computer systems.

 

Relaxation oscillators

These oscillators work on a different principle to sine wave oscillators. They produce a square wave or pulsed output and generally use two amplifiers, and a frequency control network that simply produces a timing delay between two actions. The two amplifiers operate in switch mode, switching fully on or fully off alternately, and as the time, during which the transistors are actually switching, only lasts for a very small fraction of each cycle of the wave, the rest of the cycle they "relax" while the timing network produces the remainder of the wave. An alternative name for this type of oscillator is an "astable multivibrator", this name comes from the fact that they contain more than one oscillating element. There are basically two oscillators, i.e. ''vibrators'', each feeding part of its signal back to the other, and the output changes from a high to a low state and back again continually, i.e. it has no stable state, hence it is astable. Relaxation oscillators can be built using several different designs and can work at many different frequencies. Astables may typically be chosen for such tasks as producing high frequency digital signals. They are also used to produce the relatively low frequency on-off signals for flashing lights.

 

Sweep oscillators

A sweep waveform is another name for a saw-tooth wave. This has a linearly changing (e.g increasing) voltage for almost the whole of one cycle followed by a fast return to the wave’s original value. This wave shape is useful for changing (sweeping) the frequency of a voltage-controlled oscillator, which is an oscillator that can have its frequency varied over a set range by having a variable ‘sweep’ voltage applied to its control input. Sweep oscillators often consist of a ramp generator that is basically a capacitor charged by a constant value of current. Keeping the charging current constant whilst the charging voltage increases, causes the capacitor to charge in a linear fashion rather than its normal exponential curve. At a given point the capacitor is rapidly discharged to return the signal voltage to its original value. These two sections of a saw-tooth wave cycle are called the sweep and the fly-back.

 

 

Answer [1]: First, let's look at the straight wire antenna.

 

If the antenna is parallel to the oscillating E-vector, the electric field exerts a force on the electrons in the wire causing them to oscillate up and down in the antenna. So, an oscillating current is produced in a circuit containg the antenna with the same frequency as the electromagnetic wave. The amplitude of the current is determined by the amplitide of the electric field.

In the case of a loop antenna, the situation is a little different.

 

In this case, it is the oscillating magnetic field that produces the signal. If the (changing) magnetic field cuts through the loop then, according to Faraday's Law, the changing flux induces an oscillating emf (and hence current) in the loop. The frequency of the current is the same as the frequency of the electromagnetic wave. The amplitude, on the other hand, depends not only on the amplitude of the magnetic field but also the frequency. The reason is the emf depends on the rate of change of flux, i.e., dΦ/dt = d(BA)/dt, where Φ is the flux, B is the magnetic field and A is the area of the loop. Since A doesn't change, the emf depends on dB/dt, the rate of change of B. But, for a sinusoidal variation

 

    B = Bosin(ωt)

where ω is the angular frequency. So,

 

    dB/dt = ωBocos(ωt)

i.e., its amplitude depends on ω. So, the amplitude of the induced emf in the loop antenna depends on the frequency; in fact, it increases with frequency.

 


Answer [2]: The loop that detects an electromagnetic wave must be oriented so that the normal to the loop is parallel to the magnetic field oscillation. The reason is because as the wave passes the loop, the changing flux from the oscillating magnetic field induces an emf - hence a current - in the loop (by Faraday's Law). Since the wave is traveling in the x-direction and the electric field oscillates in the y-direction, the magnetic field oscillates in the z-direction. Thus, for optimum reception, the loop should have its axis in the z-direction, i.e., it should lie in the x-y plane.

This explains why when you rotate a portable radio set for a particular station, the signal, i.e., the quality of the sound, changes. The best reception occurs when the axis of the loop antenna (inside the radio) is aligned at 90° to the direction to the station and at 90° to the electric vector of the wave. Hence, you can find the polarization of the radio signal.

 


Answer [3]: The answer is 2ω. To see why that is, let the variation of the E vector be Eocos(ωt), and the variation of the B vector be Bocos(ωt). The Poynting vector is proportional to the cross product:

 

    S ~ E × B

so the magnitude of the Poynting vector depends on cos2(ωt). But there is a trignometric identity:

 

    cos2(ωt) = (1/2)[1 + cos(2ωt)],

which means the frequency of oscillation of the Poynting vector is 2ω.

This is very similar to the "pulses" of power one gets from an a.c. bulb, a topic we looked at in Chapter 29. For a typical household 60Hz supply, the power (and intensity) "pulses" from a bulb have a frequency of 2 × 60 = 120Hz.

 


Answer [4]: The answer is shown below.

 

(a) To produce the electric field direction shown, positive charges have moved downward, i.e., the current is downward. This flow of charge produces a magnetic field that, by the right hand rule, is out of the page.

(b) To produce the electric field direction shown, positive charges have moved upward, i.e., the current is upward. This flow of charge produces a magnetic field that, by the right hand rule, is into the page.

Thus, we see that as the electric field oscillates (up and down) it is accompanied by a magnetic field that oscillates (in and out) at the same frequency and in-phase with the electric field. In addition, the directions of the electric and magnetic fields are orthogonal, i.e., at 90°. Note also that at any instant, the direction of the cross product E × B is to the right, i.e., in the direction of propagation of the electromagnetic wave.

 


Answer [5]: The reasoning goes something like this ... when an electric charge oscillates (up and down, or side to side) it produces (a) an electric field that oscillates, and (b) an oscillating electrical current. Since an electrical current produces a magnetic field, the oscillating current in turn produces a magnetic field that is varying. But, that varying magnetic field produces an emf and a current that also varies! And that varying current produces a varying magetic field ... and so on! The result is a self-sustaining electromagetic wave, that propagates (travels) at the speed of light.

If the speed of the wave was slower than c, the changing electric field (and current) would produce a weaker magnetic field, which, in turn, would produce a weaker current and electric field ... and the wave would die out. But electromagnetic waves can travel in a vacuum so where would the energy of the wave go? You see, the electric and magnetic field both contain energy - they can do work - and that energy has to go somewhere as the wave dies. Clearly, this is a violation of the principle of conservation of energy.

If the speed of the wave was greater than c, the changing electric field (and current) would produce a stronger magnetic field, which, in turn, would produce a stronger current and electric field ... and the wave would become an ever increasing combination of electric and magnetic field strength. Where would this energy come from? It would have to come from somwehere. So again, this is a violation of the principle of conservation of energy.

James Clerk Maxwell (1831-1879) discovered that at only one speed does an electromagnetic wave continue indefinitely with no gain nor no loss of energy; the speed of light. In fact, Maxwell didn't ever use the speed of light in his theory he actually discovered it! So, it is the conservation of energy principle that determines the speed of e-m waves - the speed of light - and requires it to be the same value for all e-m waves.


Answer [6]: The answer is, of course, both! All objects at a finite temperature give off e-m radiation. Bulb (b) is giving off infra-red radiation by virtue of its temperature but that radiation is not visible to the eye, i.e., it does not "glow" in the dark. Bulb (a) is giving off visible light and infra-red radiation.

By using the proper sort of detector infra-red radiation can be "seen" ... an infra-red camera is one example, an infra-red gun-sight is another. Both can be used to locate objects when there is no illumination.


Answer [7]: The quick answer is no! In order to produce electromagnetic radiation charges (or, more precisely, charged particles) have to accelerate, i.e., change speed and/or direction. So, a steady, direct electric current in a straight wire does not produce electromagnetic radiation, only electric and magnetic fields. However, charges moving up-and-down a wire or oscillating around a circuit do produce electromagnetic radiation. Two examples ...

 

  • a dipole antenna like that shown below.

     

    An oscillating flow of charges, produced by an oscillating potential difference from a generator, moves up-and-down the wire. Since the charges are accelerating - both their direction and speed change periodically - they produce em radiation with the same frequency as the oscillating current. Indeed, this is the basis underlying the production of radio and TV signals. The em radiation has energy, which comes from the generator.

     

  • a "synchrotron" like that shown below.

     

    A synchrotron is simply an evacuated tube arranged in a circle that has charges whizzing around inside it at speeds approaching the speed of light. The charges - usually electrons, but sometimes positrons - are made to travel in a circle by magnetic fields (in or out of the page depending on the sign of the charge). Since the charges are moving in a circle they are accelerating - the centripetal acceleration, remember? - and so they produce em radiation that spreads out in the forward direction. The energy of the em radiation comes from the charged particles so the latter lose energy. But, losing energy means they slow down and so the magnetic force they experience is reduced. If the energy lost by the charged particles is not replaced they would move out of the circular orbit and strike the sides of the containing tube. To maintain the orbit (to produce a useful em source), the charges are given a small energy "kick" during each orbit by an electric field, to replace the energy lost by producing em radiation.

     

Whew!


Answer [8]: The main reason is that only a relatively small part of the electromagnetic spectrum can get through the atmosphere to the earth's surface. The plot below shows the percentage transmission through the atmosphere as a function of wavelength.

 

Note that there are two major "windows" through which radio waves and visible light can pass. At other wavelengths, the atmosphere is opaque. So, AM radio signals (λ ~ 150 → 600m), some microwave signals (λ ~ 5 × 10-2 → 10-4m), infra-red signals (λ ~ 5 × 10-4 → 10-6m), uv (λ ~ 5 × 10-7 → 10-9m), x-rays (λ ~ 10-8 → 10-12m) and γ-rays (λ ~ 5 × 10-11 → ) cannot pass through the atmosphere. However, some short wave radio signals (VHF and UHF, λ ~ 100 → 10-4m), FM radio signals (λ ~ 5 → 1m) and visible light (λ ~ 10-6 → ~4 × 10-7m) can pass through. Therefore, the more sophisticated x-ray and γ-ray astronomies must be carried out above the Earth's atmosphere. You can also see why only certain wavelengths can be used to communicate with satellites and space stations, etc!

The non-transmission of certain wavelengths is because they are absorbed; the upper regions of the atmosphere absorb γ-rays, x-rays and some radio waves, and a layer of ozone absorbs uv radiation. In addition, water vapor and carbon dioxide - the "greenhouse gases" - absorb infra-red radiation.

Note that although AM waves are not transmitted through the atmosphere, they can be "reflected" back down to the Earth's surface. That's why AM signals can be transmitted great distances around the Earth; unlike FM signals, which because they travel through the atmosphere, can only be transmitted from one place to another by "line of sight".


Answer [9]: The quick answer is that it can. It is the fact that:

 

    a changing magnetic field → an electric field

    and

    a changing electric field → a magnetic field

on which Maxwell's Theory of Electromagnetism is based. It is this duality that unifies electricity and magnetism. See also the answer to question [5], above.

 


Answer [10]: Yes! The answer to the previous question, [11], told us that

 

    a changing magnetic field → an electric field.

So, we can produce an electric field in the absence of any electrical charge! It is just these ideas that persuade us that electric and magnetic fields are more "basic" than charges!

 


Answer [11]: You know me well enough to guess that the answer is false! But why?

Actually, when the capacitor discharges there are two factors to think of; (i) the current flow through the wire, and (ii) the decrease in the electric field between the plates. Since the electric field is changing, it also produces a magnetic field around itself ... see the answer to question [9] ... just like a current would and, furthermore, it is exactly equal and opposite to the magnetic field produced by the current in the wire at all points! So, the compass needle will not deflect.

To try to get more insight into this problem, consider the scenario below, where a parallel plate capacitor (plates of radius R) is being charged by a current.

 

We can use Ampère's Law to show that the magnetic field B produced between the plates, i.e., for r < R, while the capacitor is charging (and the electric field is building up) is:

 

    B = (μo/2π)(r/R2)i

where i is the instantaneous current. So, the field is zero on the axis between the plates but increases linearly from the axis. When r > R, the field B is the same as though the wire were continuous and the plates did not exist. Notice that the direction of the magnetic field is the same between the plates when the electric field is increasing as it is around the wires carrying the current. When the capacitor is fully charged, i (and hence, B) → 0. If the capacitor is discharged, the electric field is decreasing and the direction of the magnetic field will be reversed.

Of course, there is no real current between the plates, i.e., charges in motion. Maxwell called the current produced by the changing electric field, a "displacement" current. Some years after Maxwell proposed the displacement current the magnetic field was detected.

 


Answer [12]: The direction of the E-vector is reversed because there can be no component of the electric field in (i.e., parallel to) the surface. Thus, at the reflecting surface, Er = -Ei, where the subscripts r and i refer to the reflected and incident waves, respectively. So, there is no net electric field parallel to the surface.

The direction of the electromagnetic wave is given by the Poynting vector, S, where

 

    S = E × B

Since the direction of the wave is reversed on reflection, Sr = -Si. But, as we saw above, Er = -Ei, so Br = Bi. That means the resultant magnetic field vector is 2B at the reflecting surface.

 

 

 

 

Yüklü bir parçacığın hareketi ve dalga salınımı ile ilgili  animasyon görüntülerinden alıntılar..

 

 

Soldan  ------------->   sağa  doğru düzgün doğrusal hareket eden  yüklü parçacığın oluşturduğu  alan çizgileri.

 

 

 

 

 

yerinde sabit duran (sürtünmesiz) yüklü parçacığın alan çizgileri merkezden dışa doğru  küresel  sabit bir şekilde çevreye yayılır.

   

 

yukarı-aşağı doğru hızlı bir şekilde titreşen yükün yayınladığı dalganın frekansıda artar.

 

Bir iletken boyunca yukarı ve aşağı hareket eden bir yükün  meydana getirdiği sinüsoidal dalgalar.

 

 

 

Bir halka (spiral) boyunca dairesel hareket eden  yüklü parçacıktan yayılan  dalgalar.

 

  bir daire boyunca halka içinde ivmeli hareket eden  yükün şekilde görüldüğü gibi  hızı artınca yayılan dalganın frekansıda artar.

 

yükün  bir halka içindeki dairesel hareketi sonucu çevreye sinüosidal dalgalar yayılır. Buna elektromanyetik ışınım diyoruz.  Burada  dikkati çeken bir şeyde FREKANSLA  GENLİK arasındaki ilişkidir. Dalganın genliği sıfır olursa frekansta sıfır olur. Fakat gerçekte bir ses dalgası için  bir deniz dalgası için sıfır değerden bahsedilebilir. Ama bir ışık dalgasının frekansı ve genliği asla sıfır olmaz. Yada sıfır kavramından kastedilen şeyi anlamak lazım...   durgun   bir göl yüzeyini temsil eden yük çevresindeki durgun bir elektrik alandan bahsedilebilir. Bu  alan elektromanyetik alanın kaynağı niteliğinde bir alan olarak görülebilir. Bence bir elektron yapısı ve alan çizgileri itibari ile uzay/zamanın levhasal çizgilerine bağlı bir yapıdır. Bir elektron titreştiğinde çevresindeki uzay zaman ağıda titreşir. Bu ışık hızında bir dalgalanma oluşturur. Yerçekimi dalgaları  bu uzay/zaman ağının elektrik-manyetik vektörlerini tamamlayan bir üçüncü vektör boyutu olarak görülebilir. Uzay/zaman ağı  bir elektron çevresinde elektrik ve manyetik çizgileri açığa çıkartacak şekilde uyarılabiliyor. Peki elektromıknatıssal olarak bunu yapabildiğimize göre elektronlarla elektrogravitik bir alan oluşturan bir  bobin yapılabilir mi? Yerçekimi dalgaları oluşturan bir bobin (güç bobini)!!   Bir mıknatısın alanı doğal bir manyetik alan oluşturuyor. Güneşin ve gezegenlerin kütleleri doğal bir gravitasyon alanı oluşturuyorlar. Bir  iletken telden geçen  elektrik akımı akıma dik bir açıda dairesel olarak  manyetik bir alan oluşturmaktadır biz buna elektromıknatıs etkisi diyoruz. Buna göre spiral şekilde sarılmış bir iletkenden yayılan dalga sadece  mıknatıstaki gibi manyetik  alan değildir. Bu  elektromanyetik (elektrik alan + manyetik alan) bir dalga olmalı. Bir daire boyunca ivmeli hareket eden yükler (elektron)  dairesel halka içinde (spiral bobin telleri içinde) kendini tekrar eden sinüsoidal em dalgalar yayınlanmalı. Buna bir tür sinkrotron ışıma diyebiliriz. Fakat bu ışıma bir elektromıknatıs çevresinde çok zayıf olacaktır.

 

Bir doğru parçasını andıran  düzgün doğrusal bir iletken içindeki elektron akımları çevresinde  manyetik alanlar açığa çıkacaktır.  Buna elektronun düzgün doğrusal hareketi diyoruz.

 

 

 

 

 

 

Bir  yükün hızlıca hareket ederken aniden bir hedefe  çarparak durması sonucunda yaymış olduğu elektromanyetik dalga salınımı.

 

    

 

 

 

Bir  yükün hızlıca hareket ederken aniden bir hedefe  çarparak durması sonucunda yaymış olduğu elektromanyetik dalga salınımı.  Aniden çarpma sonucunda elektrik alan çizgileri bir pals(sinyal) oluşturacak şekilde salınan bir ip gibi dalgalanıyor. Tek bir dalga palsi / vuruşu çevreye yayılıyor.

 

              

 

Gerçekte  salınım yapan yüklü parçacık elektronlardır. Çoğu resimdeki salınım  yapan yükün  + pozitif işaretli gösterilmesi tam olarak doğru bir imajinasyon değildir.  Artı (+) kutup demek  elektron yükü olarak daha az olan kutbu temsil eder. Elektron fazlalığı olan kutup negatif (-) kutuptur.  Elektronlar   +  dan  -  ye doğru akarlar.

 

 

  

 

Symbol of electromagnetic oscillation process –
radio masts with radio waves. 

 

 

Production and reception of radio waves

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The current in the first wire is said to create a magnetic field that acts on the current in the second wire. In a similar way, the second wire also acts on the first. The attraction is mutual; the first wire attracts the second with the same amount of force that the second attracts the first. The amount of magnetic force a wire experiences is proportional to the product of magnetic field strength that the wire is subjected to, times the length of the wire, times the amount of current (in amps) the wire is carrying . The direction of the force is somewhat unexpected compared to the direction of the magnetic field; it is at right angles both to the direction of the magnetic field and the direction of the current (Fig. 3).


Fig 3 - The force that acts on a wire that is carrying current, due to a uniform magnetic field that points toward the viewer.

Besides being influenced by a magnetic field, a wire that is carrying a current also produces a magnetic field (however, the wire does not experience any overall force due to its own self-generated field). If the wire is long, the field strength is double at half the distance from the wire and is four times as much at a quarter the distance. The direction of the field is shown in Fig. 4.


Fig 4 - The magnetic field that a current-carrying wire creates.

A wire that carries one amp will have a magnetic field of 0.00002 Tesla, or 200 milligauss (mG), a distance of one cm away. At two cm the field will be one half as much. Coils of wire that are carrying current, and also bar magnets, produce the classic magnetic field pattern shown in Fig. 5. (The bar is made of a material that needs "help" from electric current, to achieve and sustain magnetization.)


Fig 5 - Magnetic fields produced by a bar magnet and an electromagnet.

 

 

 

Nature of solenoid, toroid

 

The Dipole Antenna

        This is nothing more than a straight piece wire.  When voltage is applied to
the wire, current flows and the electrical charges pile up in either end.  A balanced
set of positive and negative charges separated by some distance is called a dipole.
The dipole moment is equal to the charge times the distance by which it is separated.

Figure 1

When an alternating voltage is applied the antenna, dipole moment oscillates up and down on the antenna, corresponding to the current. The oscillating current creates oscillating electric (E) and magnetic (H) fields which in turn generate more electric and magnetic fields. Thus a outward propagating electromagnetic wave is created. The electric field is oriented along the axis of the antenna and the magnetic field is perpendicular to both the electric field and the direction of propagation. The orientation of the fields is called the polarization.

Figure 2

When the electromagnetic wave passes over a conducting material, it will create an oscillating current in it. Therefore, the same design (i.e. the dipole antenna) can be used to extract signals from the air as current in a circuit. For a center-fed dipole antenna to work most effectively, it should be exactly one-half wavelength long. Receiving antennas which do not require high sensitivity need not follow this rule. Transmitting antennas on the other generally do, except at very low frequencies. When the antenna is placed in the ground, called a ground-plane antenna, the optimum size is reduced by half again, due to signal reflection at the ground plane. This appears to make an image antenna of equal size below the ground which reduces the actual antenna requirement. So for ground-plane antennas, the optimum size is one-quarter wavelength.

 

 

 

 

 

 

              

 

 

MAXWELL’S WAVES DISCOVERED

In 1865 James Clerk Maxwell predicted the existence of electromagnetic waves. He suggested that an accelerated charge would produce a non-uniformly changing electric field that would in turn produce a changing magnetic field. By Faraday’s Law, this non-uniformly changing magnetic field would in turn produce a changing electric field and so on. He showed mathematically that such fields would propagate through space as a wave motion with a speed of 3 x 108 m/s. This speed agreed so closely with values of the speed of light measured by Fizeau in 1849 and Foucault in 1862 that Maxwell became convinced that light was a form of electromagnetic wave.

Heinrich Hertz, a German physicist, achieved the first experimental demonstration of electromagnetic waves in 1887. Hertz used an induction coil to produce oscillating electric sparks between two brass balls connected to two brass plates. The brass plates acted as an aerial system. He used a small loop of wire with a tiny gap in it as the receiver. See diagram below.
 

 

As sparks jumped across the gap between the balls, sparks were also observed jumping the gap in the receiver. Hertz reasoned that the spark discharge oscillating backwards and forwards between the brass balls set up changing electric and magnetic fields that propagated as an electromagnetic wave, as postulated by Maxwell. When these waves arrived at the receiver, the changing electric field component caused charges in the loop to oscillate, thus producing the spark across the gap in the receiver.

Hertz carried out a thorough investigation of these waves and showed that they did indeed possess properties similar to light – reflection, refraction, interference, diffraction and polarisation. By setting up an experiment in which he allowed the waves to reflect from a metal sheet and interfere with themselves to produce standing waves, Hertz was able to determine their wavelength. He calculated the frequency of oscillation of the sparks in his transmitter from knowledge of the parameters of the circuit. Then using

v = f l

he calculated the speed of the waves as 3 x 108 m/s, as predicted by Maxwell. Thus, Hertz’s experiment confirmed Maxwell’s prediction of EM waves and provided strong experimental support for the idea that light was a form of transverse EM wave.

The waves produced by Hertz eventually became known as radio waves and his research led to the development of radio communications. As Hertz suspected it was indeed oscillating charges that produced the EM waves. Today we know that radio waves are produced when an oscillating voltage applied to an antenna causes free electrons to oscillate along that antenna. This generates an EM wave that spreads out from the transmitter at 3 x 108 m/s. When the EM wave strikes a receiving antenna it forces charges in the antenna to oscillate at the frequency of the wave. This oscillating electrical signal is then converted into an audio-frequency signal by diodes in appropriately tuned electronic circuits.

Applications of the production of EM waves by oscillating electric charges in radio antennae started with the demonstration of “wireless” telegraphy by Sir Oliver Lodge in 1894. Marconi accomplished the first trans-Atlantic transmission in 1901. The invention of the triode valve amplifier in 1906 enabled radio transmission of speech and music over long distances. The invention of the transistor in 1948 eventually resulted in further improvements in radio transmission and reception and decrease in size of transmitters and receivers. Today, radio communications networks, citizen-band radio, mobile phone networks and television image transmission are examples of applications of EM wave production. (This information in this last paragraph is no longer required by the Syllabus.)
 


Radiation from an Antenna

Our discussion of electromagnetic waves in Chapter 32 has centered mostly on plane waves, which propagate in a single direction. In any plane perpendicular to the direction of propagation of the wave, the E and B fields are uniform at any instant of time. Though easy to describe, plane waves are by no means the simplest to produce experimentally.

Any charge or current distribution that oscillates sinusoidally with time, such as the oscillating point charge in Fig. T11.1, produces sinusoidal electromagnetic waves, but in general there is no reason to expect them to be plane waves. A device that uses an oscillating distribution to produce electromagnetic radiation is called an antenna. A simple example of an antenna is an oscillating electric dipole, a pair of electric charges that vary sinusoidally with time such that at any instant the two charges have equal magnitude but opposite sign. One charge could be equal to Q sin vt and the other to −Q sin vt . An oscillating dipole antenna can be constructed in various ways, depending on frequency. One technique that works well for radio frequencies is to connect two straight conductors to the terminals of an ac source, as shown in Fig. T11.1.The radiation pattern from an oscillating electric dipole is fairly complex, but at points far away from the dipole (compared to its dimensions and the wavelength of the radiation) it becomes fairly simple. We’ll confine our description to this far region. A key feature of the radiation in the far region is that it is not a plane wave, but a wave that travels out radially in all directions from the source.

The wave fronts are not planes; in the far region they are expanding concentric spheres centered at the source. Figure T11.2 shows an oscillating electric dipole aligned with the z-axis, with maximum dipole moment p0. The E and B fields at a point described by the spherical coordinates (r, u, f) have the directions shown in Fig. T11.2a during half the cycle and the opposite direction during the other half.
   
One distinctive feature of the oscillating-dipole fields given by Eqs. (T11.1) is that their magnitudes are proportional to 1/r. This is in contrast to the E field of a stationary point charge or the B field of a point charge moving with constant velocity, both of which are proportional of 1/r2.

In fact, the complete expressions for the E and B fields of an oscillating dipole also include terms that are proportional to 1/r2; we haven’t included these in Eqs. (T11.1), since our interest is in the behavior of the fields in the far region, and the 1/r2 terms become negligible at greater distances r from the dipole.

Figure T11.3 shows a cross section of the radiation pattern at one instant. At each point, E is in the plane of the section and B is perpendicular to that plane. The electric field lines form closed loops, as is characteristic of induced electric fields; in the far region the electric field is induced by the variation of B, and the magnetic field is induced by the variation of E, forming a self-sustaining wave. The field magnitudes are greatest in the directions perpendicular to the dipole, where u = p/2; there is no radiation along the axis of the dipole, where u = 0 or p.

We saw a similar result for a single oscillating electric charge in Fig. T32.2. The key difference is that Fig. T11.3 shows only the fields that are proportional to 1/r in the far region of an oscillating electric dipole, while Fig. T32.2 shows the field in the near region of a single oscillating charge; in this near region the 1/r2 terms must also be included.

At points very far from the oscillating dipole, E and B are perpendicular to each other, and the direction of the Poynting vector S ù (E ô B)/m0 is radially outward from the source. Because each field magnitude is proportional to 1/r, the intensity I (the average value of the magnitude of S) is proportional to 1/r2. The net average power radiated by the oscillating dipole through a spherical surface of radius r centered on the dipole is the integral of the intensity over this surface. Since the area of this surface is proportional to r2, the net average power is proportional to (1/r2)(r2) = 1; that is, the power radiated by the dipole in all directions is independent of r.

This means that the radiated energy does not “get lost” as it spreads outward but continues on to arbitrarily great distances from the source.The intensity is also proportional to sin2 u, which vanishes on the axis of the dipole (u = 0 or u = p). No energy is radiated along the dipole axis.Oscillating magnetic dipoles also act as radiation sources; an example is a circular loop antenna that uses a sinusoidal current. At sufficiently high frequencies a magnetic dipole antenna is more efficient at radiating energy than is an electric dipole antenna of the same overall size.

Directivity, efficiency, and gain

True antenna performance can only be determined by measuring the amount of energy that the antenna radiates into free space. This is not an easy task given all of the variables associated with radiated measurements. When the radiated power is measured around the antenna, a shape emerges called the radiation pattern. This is the most direct measurement of an antenna’s actual performance.

 

Figure : An example of Radiation Patterns.


Antenna radiation patterns can take on many interesting shapes, particularly when presented graphically in their real-world threedimensional state. The adjoining diagram shows shapes typical of the most popular antenna types. For a dipole antenna, the pattern looks like a doughnut. For a monopole antenna on a ground plane, cut that doughnut in half along the edge and set it on the plane with the antenna sticking up through the middle. The Yagi’s directivity can be clearly seen, although that term and the value of these types of plots will become even more apparent as directivity, efficiency and gain are discussed.

 

Electromagnetic Radiation

In some respects, this page is an extension of the previous discussion of electromagnetic energy, but now the focus is on the specific issue of 'radiated' electromagnetic energy. As a starting point, energy might be described as radiated once its propagation is independent of the source - see EM propagation. However, in this discussion, we shall try to derive an expression of the energy per second or the power radiated by an accelerated charge, which corresponds to Larmor’s formula, when relativistic factors   are ignored.  This equation was first derived by J. J. Larmor, in 1897, and along with Maxwell’s equation and the Lorentz force equation, might be thought to underpin the classical theory of light. However, before tackling the derivation of this formula, we need to provide some background to this particular discussion. It has been shown that the wave equation, as presented in [1] below, is a solution of Maxwell’s equations based on resolving either the 1st or 2nd derivative with respect to time and space. In the generic form shown below, (A) can be substituted to reflect either the strength of the electric [E] or magnetic [B] fields in space [r] or time [t]:

[1]     

As such, [1] might suggest that the amplitude of the electric [E] and magnetic [B] fields must correspond to some form of acceleration in time and space. If so, the charged particle, being the source of both the electric and magnetic fields, might not only have to be moving with a given velocity, but also subject to an acceleration in order for an EM wave to be initially propagated. While we will proceed based on this assumption, it is one that we may eventually have to challenge.

Dipole Model

 

It has been suggested that EM wave propagation might be predicated on a charge particle being subject to acceleration. While the actual mechanism of how a charged particle might be accelerated is not really the subject of this discussion, it may be informative to provide some sort of visualisation of how a charged particle may be caused to oscillate up and down with  simple harmonic motion (SHM) under the influence of an alternating sinusoidal voltage [V]. In addition, this approach may also allow us to draw some parallels with the previous discussion of SHM in connection with mechanical waves and the associated wave equation, which has a form very similar in nature to [1].

The diagram right tries to illustrate the electric and magnetic fields about a short vertical antenna driven by a sinusoidal current. This concept seems to parallel the description of an electromagnetic wave originating from an accelerated electric charge, at least, when applying an alternating voltage that causes the charged electrons to accelerate up and down within the dipole antenna. The acceleration of the electrons associated with the up-down oscillation within the antenna could then be considered to be acting as the source of an electromagnetic wave, which radiates sideways out of the antenna at the same frequency as the alternating voltage applied to it. In the context of free space, the diagram only shows the upper half of the electric (E) and magnetic (B) fields that extend symmetrically along the whole length of the antenna. The magnetic field is circular about the antenna, which has to also be perpendicular, at every point, to the electric field, and proportional in intensity to the magnitude of the electric field, as in a plane wave.  The diagram also reflects that the projection of the electric [E] and magnetic [B] fields that only extend outwards in axial symmetry, i.e. the fields fall to zero in the direction of the oscillating motion.

Radiated Energy

While there are still some open issues regarding how the energy associated with the EM wave can be radiated into space by an accelerated charge. Observation and experimentation has shown that a static charge particle only has a spherical electric field [E], i.e. there is no magnetic field associated with a charge particle at rest, as illustrated on the left below. On the other hand, a charge particle moving with velocity [v] will have both an electric [E] and magnetic [B] field, as show on the right below, although it is said not to radiate EM wave energy.

Therefore, we need to consider a mechanism that might help us visualize how an accelerated charged particle might also generate an EM wave that can radiate energy in the form of a self-propagating wave. So let us start by considering a stationary charge at rest at time [t=0], emanating electric field lines, as shown above on the left, but which is then subject to an acceleration for a period [t], but viewed at some later time [T], as reflected in the diagram below.

Outside of the sphere of radius [R=cT],  the electric field lines still point towards the original position of the charge, i.e. the small grey shell, because the information about the acceleration has not yet moved farther out than [R]. In contrast, inside of this sphere the field lines point towards the location the charge had after the acceleration, i.e. the small red sphere, although any subsequent drift due the implied velocity after acceleration is being ignored within this general presentation of the primary concept. Since the electric field lines inside and outside the sphere of propagation have to be connected, there must also be a small region of width [ct] in which the electric field [E] has a non-radial component [ET] as shown in the inset above. This process will assume a constant acceleration [a], which can be defined by the simply relationship:

[2]     

From the diagram above, it can be seen that it represents the situation at the time [T], after the period of acceleration [t], which defines the radius of the sphere [R=cT], where [c] again represents the propagation speed of the electric field emanating from the charge at the speed of light. However, it can also be seen that this expanding sphere will have an implied thickness, which corresponds to the period of acceleration [ct]. For the purposes of this derivation, the focus is on just 1 electric field line and, at this stage; no mention of the magnetic field need be introduced, although it will be shown to be an equal component of the energy propagated by the accelerated charge. So, returning the focus to the electric field line shown within the expanded inset, we see that the electric field [E] within the spherical shell region must have two components associated with the radial [ER] and transverse [ET] vector components of [E]. From the information shown in the diagram, we can express the ratio of these two components as follows:

[3]     

However, if we substitute [2] into [3], we get an expression that includes the acceleration [a], which is an important focus of this discussion:

[4]     

We might realise that the radial component [ER] conforms to an electric field as described by Coulomb’s law, which we have already shown to be:

[5]     

As such, we may now substitute [5] back into [4], while highlighting the radius to be [r=R] and [T=R/c]:

[6]     

Equations [5] and [6] now appear to lead to some key insights about the relative strengths of the electric field [E] component vectors, i.e. the radial component [ER] is proportional to [1/R2], while the transverse component [ET] is proportional to [1/R]. We might also note that the strength of the transverse electric field [ET] is directly proportional to the acceleration [a] of the charged particle. However, the possibly bigger implication of the proportionality shown in [5] and [6] is that as time passes, and the radius [R] of the spherical shell increases, the transverse electric field [ET] becomes much stronger than the radial electric field [ER]. Ultimately, as [R] continues to increase, the effects of the radial component [ER] becomes increasingly small, such that it can be dropped all together. At which point, we are left with only the transverse component [ET], which is dependent on its angle of propagation away from the accelerating charge, as illustrated right. When the angle [θ] is at right angles to the accelerating charge, the transverse component [ET] will be at a maximum, but when the angle [θ] is parallel to the accelerating charge, the transverse component [ET] falls to zero. Therefore, it suggests that there is no EM propagation along the axis of charge motion, which reflects the axially symmetry of the EM field shown in the earlier diagram connected with a dipole antenna. At this point, we shall make a cross-reference to an earlier discussion concerning  the energy density [η] of an EM wave in terms of its energy per unit volume:

[7]     

Based on the equivalence between the electric field [E] and the magnetic field [B] in [7a], we can relate the entire energy density [η] in terms of just the electric field [E], which based on earlier arguments reduces to [ET] as the radius [R] increases. As such, we may now substitute [6] into [7]:

[8]     

As such, this transverse electric field seems to correspond to a pulse of radiation, which travels at the speed of light [c] and carries energy away from the accelerating charge. At this point, we might recognise from the diagrams that the total energy density must be associated with the sum total of the transverse field energy residing within the volume of a spherical shell of radius [R=cT] and thickness [ct]. However, before we can use the result in [8], we need to obtain an average energy density aggregated over all values of [θ].

While the actual distribution of energy is reflective of the axial symmetry shown in the diagram above, we can calculate an equivalent average of this energy, which allows the sine function to be eliminated. We can proceed to do this by using the implicit symmetry of sphere in Cartesian coordinates [x,y,z]:

[9]     

In order to take advance of this symmetry, we simply have to position our Cartesian coordinate system such that the origin of the sphere aligns to the charge particle moving along the x-axis. Now we can define the angle [θ] in terms of basic trigonometry and introduce a standard trigonometric function:

 [10]    

However [9] also allows us to substitute for [x] in [10] such that we get:

 [11]    

We are now in a position to express the total energy density for all values of [θ] aggregated over the volume of the spherical shell, which is the product of the surface area of the shell [4πR2] multiply by its thickness [ct]

[12]   

We can normalise [12] to unit time, which is essentially an expression of the energy per second or the power radiated by an accelerated charge, which is the common form of Larmor’s formula:

[13]   

For clarity, we should remember that we have already accounted for the magnetic field component of the accelerated charge in [7], which highlights that both the electric and magnetic fields contribute to Larmor’s formula based on the caveat that the velocity of the accelerated charged particle is always much less that the speed of light [c].

So have we explained all the open questions within the constraints of classical electrodynamics?

Although the main discussion surrounding the last question will be deferred to  the summary,  the animation above attempts to provide some initial context to the remaining issues. We might imagine that the animation represents a charged particle being switched up and down in a very strong electric field, such that the shape being traced out in time aligns to an approximate square wave. The ovals reference lines drawn to the left and right of the charge correspond to a cross-section through the doughnut toroid, as illustrated in the previous diagram. Based on the criteria of the Larmor formula, when a charge is subject to acceleration [a], i.e. during the transition positions, it radiates power, as per [13], but reference to [8] also suggests that the energy density [η] is also subject to the angle [θ] with respect to the axis of charge motion. As such, the energy density is reflected by the depth of the yellow shading, symmetrical about the axis of motion. However, the intention of left-right sides of the animation is to be somewhat illustrative of wave-particle duality in that the left reflects the electric field lines, while the right reflects the streams of photons being emitted by the charge. The field lines or photon streams are shown at different angles, e.g. 0, 30 and 60 degrees, from the maximum, which is always perpendicular to the axis. Finally, the oscillating red lines on left reflect the total electric field [E=ER+ET] as a function of distance based on [5] and [6]. So what you see is the effects of [ER] reducing by [1/R2], while [ET] only reduces by [1/R] and so quickly becomes the dominate field as the radius from the charge increases. In this respect, the left-hand side of the animation is broadly supportive of the basic assumptions that led to the Larmor formula; although you might question the existence of [ET] in the photon stream model.

What about the effects of maximum and minimum acceleration?

Actually, an animation based on a square-wave is not best suited to discuss this question, which is why the previous animation is replaced in the summary discussion with   a sine wave motion. However, according [13], no power is radiated when [a=0], which corresponds to a maximum velocity [v], and the magnetic field being a maximum. In this context, the photon stream model might be thought to better reflect this situation in the sense that there are no photons emitted when [a=0]. While this overview of this subject is not in a position to talk with any authority on the complexity of electromagnetism, it is in its remit to highlight a number of issues that appear questionable or confusing, which the reader may wish to research further for themselves. Therefore, let us raise the question, which many may assumed is already answered by classical electrodynamics:

Do accelerated charges radiate?

You might rightly think that the derivation of Larmor’s formula has already answered this question positively. In fact, we might cite equation [13] as proof, which we arrived at by substituting the expression for the transverse electric field into the general energy density expression, as shown in [6] & [7]. As such, equation [8] clearly suggests that the energy per unit volume is proportional to the square of the acceleration [a] of the charge and the inverse square of the radius [R]. In the final form of the Larmor formula, as shown in [13], the inverse square dependency on the radius [R] disappears because it aggregates the total power radiated to an expanding spherical shell, which is itself proportional to the surface area of a sphere, i.e. 4πR2. However, further consideration of this result may be needed. For example,

  • A charged particle at rest on the Earth’s surface is also subject to a gravitational acceleration of 9.81 m/s2. However, direct observation from a collocated position on the Earth’s surface would suggest that this apparently stationary charged particle does not radiate energy.

     
  • A charge electron is required to lose energy when entering a magnetic field, which is orientated normal to its trajectory and would follow a circular path. However, this circular path is also subject to a centripetal acceleration [a], which will require the electron to radiate energy and, as a consequence, the electron would actually follow a decaying spiral trajectory and slow as it loses kinetic energy. This process is called ‘radiation damping’ and was cited in the context of  the Bohr atomic model,  which led to the conclusion that electrons in atomic orbits do not radiate energy.

     
  • Historically, X-rays were generated by firing electrons, at high speed, into a metal target and it was initially believed that the radiation was generated by the sudden deceleration of electrons as they struck the metal target. However, at this time, the atomic model was more of an amorphous sphere in which both the protons and electrons were evenly distributed, which was only later revised by Ernest Rutherford, in 1911, showing that most of the volume of an atom is essentially empty. Today, the description of X-ray generation is considered more in terms of an interaction between the charge particle and the intense fields inside an atom.

     
  • There is an outstanding issue as to whether an electric [E] field has an implicit propagation velocity [c] in respect to 'action-at-a-distance'. If so, changes in the E-field strength must still propagate into the surrounding space, even when  subject to only constant velocity.

Many of the details for and against the issues raised go beyond the scope of this discussion. Therefore, no conclusion is being drawn at this stage as to whether, or not, it is the acceleration of the charge that causes energy to be radiated.

It was also shown that a sine wave is a possible solution to [9] as it will provide the constant acceleration required by a charge to radiate. Equally, we might recognise that this solution aligns nicely to the model of an oscillating  dipole antenna  being driven by an alternating sine wave voltage. As such, the following animation supports the classical image of an EM wave propagating outwards from a source charge oscillating under acceleration in space.

However, we are now trying to decide whether this model is realistic in the context of what must be the near chaotic random motion of billions of charged particles at the surface of a star.

We're ready to tackle electromagnetic radiation, the most important of the four energy transport processes (it's the most important because it can carry energy through empty space).
 


First we need to review a couple of rules concerning static electricity and learn something about electric field arrows.

The static electricity rules are found at the top of p. 59 in the photocopied ClassNotes
 

 
Two electrical charges with the same polarity push each other apart.  Opposite charges are attracted to each other.

Electric field arrows (or just the E field) show you the direction and give you an idea of the strength of the electrical force that would be exerted on a positive charge located at that point.


 


 
In this figure (p. 59 in the ClassNotes) a positive charge has been placed at 3 locations around a center charge.  The electric field arrow shows the direction of the force that would be exerted on each of the charges.  The force arrow is shown in blue.

The E field arrows tell you what will happen to a + charge.  You can use the arrows to determine what will happen to a - charge also. 
 

 


For a negative charge the force will point in a direction opposite the E field arrow.

I tried a short "static electricity" demonstration that consisted of blowing bubbles toward a Van de Graaff generator.  The metal ball at the top of the generator gets charged up with electricity (I'm not sure what polarity it is but let's assume it is positive).  Some of that charge leaks off into the air.  I thought that this charge would stick to the bubbles floating by.  Then since the bubbles would have the same charge as the generator, the bubbles would be pushed away from the generator.  What happened instead was that the bubbles seemed to be attracted to the dome of the generator.  After doing a little research (after trying the demonstration in the MWF section last Friday) I found that the people blowing the bubbles and the dome of the Van de Graaff were oppositely charged. 

Trying the demonstration with the bubble blowing tool connected to the Van de Graaff generator seemed to work better.  But it still wasn't very impressive.  Still after seeing my attempt at the demonstration you'd be able to appreciate better this video showing how the demonstration is supposed to work
.

Here's a figure to test your understanding of electric field arrows.  This figure wasn't shown in class.
 


 
The direction and strength of the E field near the ground during fair weather and under a thunderstorm are shown.  Show the directions of the forces that would be exerted on the charges shown in the figure.  Click here when you think you have the answer.
 


We're learning about E fields so that we can understand how electromagnetic radiation can transport energy from one place to another.  You'll find most of the following on p. 60 in the photocopied ClassNotes.  What follows is a little more detailed explanation than was shown in class.

 


 
We imagine turning on a source of EM radiation and then a very short time later we take a snapshot.  In that time the EM radiation has traveled to the right (at the speed of light).  The EM radiation is a wavy pattern of electric and magnetic field arrows.  We'll ignore the magnetic field lines.  The E field lines sometimes point up, sometimes down.  The pattern of electric field arrows repeats itself. 
 
Note the + charge near the right side of the picture.  At the time this picture was taken the EM radiation exerts a fairly strong upward force on the + charge (we use the E field arrow at the location of the + charge to determine the direction and strength of the force exerted on the + charge).

 


 
Textbooks often represent EM radiation with a wavy line like shown above. They don't usually explain what the wavy line represents.
 

 
The wavy line just connects the tips of a bunch of electric field arrows.

 


 

This picture was taken a short time after the first snapshot aftere the radiation had traveled a little further to the right.  The EM radiation now exerts a somewhat weaker downward force on the + charge.


 


 
The + charge is now being pushed upward again.  A movie of the + charge, rather than just a series of snapshots, would show the charge bobbing up and down much like a swimmer in the ocean would do as waves passed by.
 

 
The wavy pattern used to depict EM radiation can be described spatially in terms of its wavelength, the distance between identical points on the pattern.  By spatially we mean you look at different parts of the radiation at one particular instant frozen in time.

 


 


Or you can describe the radiation temporally using the frequency of oscillation (number of up and down cycles completed by an oscillating charge per second).  By temporally we mean you look at one particular fixed point and look at how things change with time.

 


 
EM radiation can be created when you cause a charge to move up and down. If you move a charge up and down slowly (upper left in the figure above) you would produce long wavelength radiation that would propagate out to the right at the speed of light.  If you move the charge up and down more rapidly you produce short wavelength radiation that propagates at the same speed.

Once the EM radiation encounters the charges at the right side of the figure above the EM radiation causes those charges to oscillate up and down.  In the case of the long wavelength radiation the charge at right oscillates slowly.  This is low frequency and low energy motion.  The short wavelength causes the charge at right to oscillate more rapidly - high frequency and high energy.

These three characteristics: long wavelength / low frequency / low energy go together. So do short wavelength / high frequency / high energy.  Note that the two different types of radiation both propagate at the same speed.

The following figure illustrates how energy can be transported from one place to another (even through empty space) in the form of electromagnetic (EM) radiation. 


 


 
You add energy when you cause an electrical charge to move up and down and create the EM radiation (top left).
 
 
In the middle figure, the EM radiation that is produced then travels out to the right (it could be through empty space or through something like the atmosphere). 
 

 
Once the EM radiation encounters an electrical charge at another location (bottom right), the energy reappears as the radiation causes the charge to move.  Energy has been transported from left to right.

 

 


This is really just a partial list of some of the different types of EM radiation.  In the top list, shortwave length and high energy forms of EM radiation are on the left (gamma rays and X-rays for example).  Microwaves and radiowaves are longer wavelength, lower energy forms of EM radiation.

We will mostly be concerned with just ultraviolet light (UV), visible light (VIS), and infrared light (IR).  Note the micrometer (millionths of a meter) units used for wavelength for these kinds of light.  The visible portion of the spectrum falls between 0.4 and 0.7 micrometers.   UV and IR light are both invisible.  All of the vivid colors shown above are just EM radiation with slightly different wavelengths.  When you see all of these colors mixed together, you see white light.

 

Reason why "frequency" is proportional to energy in waves.

(Fig.35) de Broglie relation.

According to de Broglie relation, the momentum ( p = mv ) is expressed as ( p = h/λ ).
Here, p = momentum, m = mass, v = velocity, h = Planck constant, λ = wavelength.

As shown on this site, total energy (= E ) of electromagnetic wave is linearly proportional to frequency (= f ) through the relation of E = hf, which is confirmed in photoelectric effects.

Surprisingly, in any other particles such as electrons and protons, their frequency is proportional to their total energy, if de Broglie relation is satisfied !  Here we explain it.

Frequency is "proportional" to energy also in electrons.

[ Besides light, an electron's energy is also proportional to its frequency. ]

(Fig.36)  Electron is slower ( v → 1/2 v ), its wavelength becomes longer ( λ → 2λ ).

When an electron's velocty (= v ) becomes half (= 1/2 ), its total ( kinetic ) energy (= E ) becomes 1/4 of the original value, because E is proportional to a square of velocity ( E = 1/2 mv2 ).

According to de Broglie relation ( mv = h/λ ), the electron's wavelength becomes twice ( λ → 2λ ), when the velocity becomes half.

Considering wave relation ( v = fλ ), the electron's frequency (= f ) becomes 1/4 of the original value in this case.
As you see, also in electron's de Broglie wave, the energy is proportional to frequency ( E/f = constant ) !

Also in proton, its energy is proportional to wave frequency.

[ When the momentums of "light" electron and "heavy" proton are the same .. ]

(Fig.37) Momentum ( p = h/λ ) is constant.

Here we think about the case when the momentum (= p ) is common in both of "light" electron and "heavy" proton.
So through de Broglie relation ( λ = h/p ), their wavelengths (= λ ) are the same, too.

Due to heavier mass ( Mp ) of proton, the velocity (= V ) of proton becomes much lower than that (= v ) of electron.
So the total kinetic energy ( E = 1/2 MpV2 ) of proton is much smaller than electron (= 1/2 mv2 ).

(Fig.38) Energy (= E ) is proportional to frequency (= f ) in electron and proton.

Again, through the wave relation of v = fλ, we can find the proton's frequency.
As shown in Fig.38, between proton and electron, the relation of energy (= E ) proportional to frequency (= f ) holds true.

So not only in electromagnetic wave but also in electrons and protons, the frequency has an important meaning to determine their total energy.

(Fig.39) Total energy in electron and proton.

Using Fig.37, we find the proton's kinetic energy is much smaller than electron due to its large mass, even when their momentums are the same.

(Fig.40) Ratio of electron's to proton's masses.

Proton (= Mp ) is much heavier ( 1836 × ) than electron's mass (= me ).

(Fig.41) Frequency = velocity / wavelength.

Through wave relation, we find the proton's frequency becomes much smaller than electron.
( Here the wavelengths ( momentums ) of electron and proton are the same. )

Light's frequency, energy and its speed (= c )

(Fig.42) Light's energy is proportional to its frequency, too.

It is known that light's energy is also proportional to its frequency through the relation of E = hf.
The important point is that the speed of the light is always constant "c", different from other particles.

This means there is NO concept such as "acceleration" in light ( and neutrino ).
When electron's ( or proton's ) wavelength changes, both of its velocity and momentum changes.

So the electron's frequency is inversely proportional to a square of wavelength, as shown in Fig.36.
On the other hand, due to neglecting light speed change, the light frequency is just inversely proportional to its wavelength.

As you see, de Broglie wavelength ( λ = h/p ) expresses "contraction" ( or expansion ) of the field by the momentum (= impulse ), compared to its equilibrium state, irrelevant to the velocities of various particles.

Relation between electron's and emitted light's frequencies.

(Fig.43)

Here we investigate the relation between electron's frequency (= fe ) and emitted light's frequency (= f ).
In Fig.43, total kinetic energy of electron (= 1/2mv2 ) is equal to light's energy (= hf ) emitted from the electron.

(Fig.44)

Using wave relation ( v = fλ ) and de Broglie relation ( λ=h/p ), we find that the electron's ( de Broglie ) frequency (= fe ) is two times bigger than the emitted light frequency (= f ).

Average frequency of "damped" electron's oscillation is equal to emitted light (= f ).

(Fig.45) Oscillating electron emits light and gradually loses its energy.

In Fig.45, we think about the case in which oscillating electron gradually emits light and loses its kinetic energy.
The initial electron's frequency is equivalent to 2 × f (= emitted light frequency ), as shown in Fig.44.

The more light the electron emits, it loses more energy, and its oscillation becomes slower ( to be zero ).
It means the average electron's frequency becomes half of the original value (= 1/2 × fe = f ) .

As a result, we can prove there is an important relation between electron's and emitted light frequencies.  Planck constant (= h ) connects light and electron.

Frequencies of two de Broglie waves and emitted light.

(Fig.46) Transition from excited ( n = 2, f=4 ) state to ground state ( n =1, f = 2 ).

In Fig.46, the excited state of 2 × de Broglie wavelength returns to ground state (= 1 × de Broglie wavelength ).
Accelerated by Coulomb force, the final frequency of de Broglie wave of excited electron becomes f = 4.

We can think the afterimage of stable ground state de Broglie wave remains during excitation, and it is supposed to be f = 2.
These two de Broglie frequencies before and after transition are different, so they don't fit each other.

The crash between these two de Broglie waves causes swell with the frequency ( 4-2 = 2 ), which is the difference between two states.

The excited de Broglie wave is attenuated, while it emits light.
So the average frequency of emitted light becomes half of 2 (= 1 ), as is explained in Fig.45.

Virial theorem → kinetic energy (= frequency ) is absolute value of total energy.

(Fig.47)  Transition from excited ( n = 2, f=2 ) state to ground state ( n =1, f = 4 ).

In fact, according to Virial theorem, kinetic energy T is the absolute value of total energy E ( T = |E| ).
As I said in Fig.36, electron's frequency (= f ) is proportional to its kinetic energy.

So the electron frequency in the upper energy level is lower than the lower level, like their kinetic energies. Also in this case, the frequency difference becomes 4 - 2 = 2, like Fig.46.

So the difference in total energies is just equal to the difference in kinetic energies (= frequency ) in these bound state orbits, which can explain photoelectric effect correctly in the realistic way.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

A preliminary explanation of this secondary radiation was provided by J.J. Thomson in his book Conduction of Electricity Through Gases.  If we suppose that an X-ray consists of a very short electromagnetic wave pulse, then the electric field of that pulse will cause electrons in the gas to oscillate.  This oscillation, in turn, causes the electrons to give off the secondary X-ray radiation:

The electric field produced must oscillate in the same direction that the electron vibrates.  If one does the math, it turns out that, in a plane perpendicular to the direction of the primary X-ray, the secondary X-rays are perfectly polarized! 

------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

The split-ring resonator  is the fundamental building block of a metamaterial achieving magnetic response at optical frequencies. Its resonance properties are resembled by a LC-circuit.

One half of optics was missing

At optical frequencies, electromagnetic waves interact with an ordinary optical material (e.g., glass) via the electronic polarizability of the material. In contrast, the corresponding magnetizability is negligible for frequencies above a few THz, or in other words, its magnetic permeability is identical to unity (μ(ω)=1). Consequently, the optical properties of an ordinary optical material are completely characterized by its electric permittivity ε(ω) (or dielectric function). As a result, we can only directly manipulate the electric component of light with an appropriate optical device while we have no immediate handle on the corresponding magnetic component. One half of optics has been missing.

 

THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM

There are four, and only four known forces in the universe (although the so-called dark energy hints at another). These are, in order of strength, the nuclear strong force, the electromagnetic force, the nuclear weak force and the gravitational force. The two nuclear forces exert their influence over only very very short (nuclear) distances, and apart from holding all matter together do not directly influence us in everyday life. It is gravity and particularly electromagnetism that are of direct concern to us in our daily interactions.

 



Electromagnetic fields Gravity springs from the property of matter we call mass, while electromagnetic effects derive from the property we call charge. When a charge is stationary, it has around it an electrostatic field. If it moves with a constant velocity it produces a magnetic field, and when it accelerates or declerates it generates electromagnetic radiation.



Electromagnetic radiation is a coupled oscillation of electric and magnetic fields that propagates through space with a velocity of about 3 x 108 metres per second. The properties of this electromagnetic radiation vary markedly depending on the frequency of the oscillation. This gives rise to what we know as the electromagnetic spectrum.

The chart below shows the major divisions of the electromagnetic spectrum. An electromagnetic wave may be characterised by its frequency f (the number of times per second the signal undergoes a complete oscillation at a specified point in space) or its wavelength λ (the distance between successive extremal values of the wave at a specified time).

 

 

 



Elektrik Alan ve Manyetik Alan Nedir, Nasıl Oluşur ?

Elektromanyetik alanların insan sağlığına etkisi dediğimiz zaman radyasyon tanımına değinmeden geçmek olmaz. Bunun için öncelikle radyasyon nedir ona bakmak gereklidir.

Radyasyon sözcüğü, madde içine nüfuz edebilen ışınlar için kullanılır. Madde içine nüfuz edip atomları iyonlaştırması ya da iyonlaştıramamasına göre iki tip radyasyondan bahsedebiliriz:

► DC – 300 GHz arası iyonlaştırmayan Elektromanyetik Radyasyon,
► 300 GHz üstü iyonlaştıran Nükleer Radyasyon (nöron, proton, alfa…)

Biz burada iyonlaştıramayan (elektron koparamayan radyasyondan) bahsedeceğiz.

Elektrik Alan

Elektrik Alan, bir elektrik yükünün başka bir elektrik yükü üzerinde yarattığı çekme ya da itme kuvvet etkisini ifade eder. Her elektrik yükü bir elektrik alana sahiptir. Yapılan testlerde, bir cihazın besleme gerilimini yükselttiğimizde bunun sonucu olarak elektrik alanıda yükselir.

Elektrik Alan birimi [ V/m] dir. Birimden de anlaşıldığı gibi metre başına düşen volt anlamı taşıdığını anlamak zor değildir.

Bu konuda çoğumuzun bilmediği aynı zamanda anlayamadığı bir durumdan da bahsetmeden geçmek istemedim. Örneğin, evlerimizdeki TV’ ler stand-by konumundayken, yani içinden akım geçerken bir elektrik alanı oluşturduğunu bilmemiz gerekir. Hem sağlığımız hem de enerji enerji tasarrufu için elektrikli araçlarımız stand-by konumunda bırakmamaya özen gösterelim.

Manyetik Alan

Manyetik Alanlara geldiğimizde ise yine manyetik etkininde ana kaynağının elektrik yükleri olduğunu görüyoruz. Nasıl oluştuğuna gelince; elektrik yüklerinin yer değiştirmesi sonucu oluştuğunu biliyoruz. Yani kısaca elektrik akımın var olduğu heryerde manyetik alan mevcuttur. Birim olarak genelde mikrotesla (µT) ve amper/metre [A/m] kullanılır.

Birimlerden de anlaşılacağı gibi akım arttıkça manyetik alanda artar. Mesafenin artması ise hem elektrik alanın hem de manyetik alanın etkisini azaltır.

Belki size ilginç gelebilir ama dünyamızın kendi kendine oluşturduğu bir alanda mevcut:

► Normal havada statik (DC) elektrik alan değeri 120-150 V/m değerinde,
► Yağmurlu ve şimşekli havalarda bu değer 10000 V/m ‘ ye çıkabilir.

Yukarıda anlatmaya çalışılan, elektrik alan ve manyetik alanın birarada var olması Elektromanyetik Alanları oluşturur. Yapılan incelemelerde ise elektomanyetik alanda elektrik dalgaları ve manyetik dalgalar sürekli olarak yer değiştirdiği gözlemlenmiştir. Elektromanyetik alanların en önemli özellikleri ise frekans ve dalga uzunluğudur. Hepimizin de bildiği gibi frekans yükseldikçe dalga boyu azalır ve buda alanda yayılan enerjinin yüksek olduğunun işaretidir.

 

         

Radiation

Radiation is the process whereby energy is emitted by one body, transmitted through a medium or through space, and eventually absorbed by another body. The emitting and absorbing bodies can be as small as individual atoms or even subatomic particles like electrons.

Electromagnetic waves are the means whereby the energy is transmitted. In other words, all radiation is electromagnetic.

This means that the mode of transmission of radiation involves oscillating electric and magnetic fields which carry the energy similar to the way that vibrations on a string carry energy along the string.  Since the speed of transmission of vibrational energy is constant for a given medium, and that value is equal to the frequency of the vibrating wave times the wavelength (frequency times wavelength = velocity), if you know the frequency one can solve for the wavelength at that frequency, and vice versa.

The spectrum represents the range of possible frequencies or wavelengths of the radiation. As the frequency increases, the amount of energy carried by the wave also increases in proportion to the frequency. Ionizing radiation is radiation which carries sufficient energy to ionize atoms. In general terms, frequencies from radio to the visible do not carry enough energy for this, while ultraviolet, X-ray and Gamma ray radiation can ionize.  As noted previously, ionization energy varies with different elements and molecules.

Radiation is emitted whenever a charged particle undergoes acceleration. Remembering that a change of direction is also an acceleration because the direction of the velocity is changing, then every charged particle that experiences a change of direction will emit radiation.

Schematic diagram of an electron’s radiation under acceleration

Current theories explain this emission in terms of the emission of a photon, or packet of energy. A photon has no mass but carries the radiated energy in the form of electromagnetic waves. A photon behaves both like a wave and like a particle. Which mode is more significant will depend on the circumstances.

To summarize:

  • Radiation is emitted by all charged particles undergoing acceleration.
  • All radiation involves electromagnetic waves.
  • Radiation transmits energy.
  • The spectrum represents the range of possible frequencies or wavelengths of the radiation.

 

Antenna theory

This section may serve to remind some physicists of the simple concepts leading up to the transmission and reception of electromagnetic radiation. Excuse me starting from fundamentals.

             

Moving electrons.

Electrons are charged particles and so can be moved by putting them in an electric field. If electrons are moving at a constant velocity they constitute a constant electric current and generate a constant magnetic field. This is a “Fact of Nature”

A piece of wire can be considered as containing  a number of “free” electrons. Under the influence of a small voltage which provides an electric field through the wire, the electrons move and generate the circular lines of magnetic field. The magnetic field lines push each other apart if they are going in opposite directions.

 

Accelerating electrons

If electrons  accelerate they produce electromagnetic radiation (emr). This is most easily explained by thinking of a piece of wire with a sinusoidal voltage generator in the middle. The sinusoidal alternating voltage produces electric field lines which spread out into space at the speed of light as the voltage increases then momentarily freeze when maximum is reached. As the voltage drops the field lines return, finally disappearing when the voltage is zero. The voltage now starts to increase in the opposite direction and the field lines spread out again, this time of the opposite polarity.

Now think of the electrons in the wire. The electrons are pumped up then down in synchronism with the alternating voltage. Moving electrons upwards  produces a clockwise circular magnetic field which increases as the voltage increases, expands into space, holds when the maximum is reached, collapses to zero as the voltage drops, then expands out anticlockwise as the electrons accelerate downwards. (Not shown in the above diagram.)

OK at low frequency. But now increase the frequency. As before, the field lines expand out into space but when the polarity between the ends of the wire change, all the magnetic and electric fields (which are limited to the speed of light) cannot “get back” before the alternating voltage has changed over and  new magnetic and electric field lines are produced in the opposite directions. These newly generated emerging fields “push away” or repel the inward falling field lines that have not returned “in time”. These fields, finding themselves alone in space and being pushed away, “join up” to form emr. These loops of electric and magnetic field, isolated in space and propagating away from the source, are called electromagnetic radiation (emr).

The critical factor in their formation is the rate of change of the electric and magnetic fields. A minimum is necessary in order to “launch” significant emr energy. Either a low current and high frequency or low frequency and high current can achieve this measurable minimum. In practical transmitters the antenna current is limited so it is more profitable to operate at high frequencies.  In practice this limits the lowest transmitter frequencies to around 10kHz.

 

Definition of electromagnetic radiation, emr

Emr is a changing electric field which produces a changing magnetic field which produces a changing electric field …Accelerating electrons are needed to “launch” emr but once launched it is a strange self-supporting construction of electrostatic and magnetic “field lines” which flies through space at the velocity of light. One field “bootstraps” the other. No electrons needed!

Generating emr

Generating emr therefore means accelerating charged particles (usually electrons) and there are several ways of doing this.

The way that mostly interests us is that already discussed above. A sine wave voltage source causes the electrons in the antenna wire to move up and down. The emr produced is at a single frequency and its amplitude, (defined in volts per meter), depends on the amplitude of the accelerating voltage.

It will be seen later that the power in emr depends only on its amplitude but its equivalent power depends on its frequency as its Coupling Factor to matter ( Planck’s constant) depends on its frequency.

 

Detecting emr

Emr is detected by the way it interacts with charged particles, usually electrons because they are light and plentiful. In order to get lots of electrons together (being negatively charged they repel each other) we use those found in a conductor (such as a piece of copper wire) where they are loosely attached to copper atoms and their negative charges cancelled by the positive nucleus of the copper atoms. These more-or-less “free electrons” are forced to follow the voltage part of the incoming emr and moving electrons constitute an electric current, which can be amplified. The effect can be magnified by making the piece of wire resonate at the emr frequency. The wire is now called an “antenna”.  If it is a half wavelength long, it is called a half-wave “dipole”.

 

Detector noise level

Not usually discussed in physics books on QM but very important in engineering, is the amplitude of emr. Emr cannot be reliably detected unless it can move an electron significantly more than that electron’s  random or thermal movement. Engineers say the emr amplitude must be above the “noise level” or signal to noise ratio (SNR >1)

 

Quantization of emr

As seen above, emr can be generated in many different ways and its method of generation determines its character. Emr generated by a continuous process, as by the sinusoidal vibration of an electron in a radio antenna,  or a laser, is a continuous or “analog” signal.  Attenuated by dispersion it can take all amplitudes down to zero.

Such emr is not quantized – it is not in pulses or particles. However in practice it usually appears quantized because of the way it interacts with matter, which is quantized. For example, if an atom is used as a detector, the electron can only take certain definite orbits or energy states. A similar error would be made in the laboratory if an analog voltage (which can have any value) were measured with a digital voltmeter.

But emr which is generated by a discontinuous process, as for instance when an atom drops down from a high energy state to lower energy state, appears as a burst of emr – whose frequency corresponds to the energy change (f = energy change/h, where h is Planck’s constant.) But such emr is still an analog pulse, like a radar pulse. And like a radar pulse it will disperse with distance and its amplitude follow the inverse square law. Emr, however it is generated, is a continuous wave or “analog” signal. A further important comparison between an atom used as a quantizer for emr and an Analog Digital Converter instrument used to measure an analog voltage, is that the amplitude of the signal being quantized in either case must be greater than the quantization interval. For example, a digital voltmeter which digitizes to 1mV resolution will not notice an analog voltage whose amplitude is <1mV.

We will see later that the size of the quantized “bits” or “quanta”, are exceedingly small, as is to be expected when they are determined by atomic energy levels.

In brief, non-quantized emr is quantized by quantized matter.

 

Absorption of emr

If electrons are in some way hindered in their movement (by being in soot, for instance), energy is absorbed. The energy, which heats up the soot, is absorbed from the emr, which is therefore weakened. In a radio antenna, where we want to extract the maximum energy from the emr, we must connect it somehow to a load and  “match” this load to the source.

Alternatively, the emr can be absorbed in a molecule and cause it to “rearrange” itself. Subsequent chemical treatment reveals which atoms have received emr over threshold and been rearranged. This it the principle of photography and farming.

 

Attenuation of emr

I use this to mean some system which inputs emr at one power level and outputs it at a lower power level. There are several ways to construct an attenuator.

Attenuators use combinations of absorbers and dispersers. Pure dispersion could be with a lossless convex mirror or a concave lens. Pure absorption would be a lossy plane mirror or an absorbing medium. A convenient example is a piece of black overexposed photographic film.

Absorption is easy to explain if emr is considered as a wave. Electrons in the absorbing material behave as loaded dipole antennas. They vibrate in sympathy but because they cannot move freely they reradiate less energy than they receive. The surplus energy heats up the absorber.

 

Reflection vs. scattering of emr

If light is shone on a clean polished surface it reflects geometrically. On a greasy or rough surface it scatters randomly. Fundamentally this is because both surfaces contain electrons which vibrate up and down sinusoidally, following the voltage vector of the incident emr and reradiate it. The polished surface has many nearby (within lambda/2) electrons which also vibrate and reradiate. Their reradiated outputs are in phase and so recreate and merely deflect the incident wavefront.

If all these electrons were in some way  slightly inhibited in their movements (like being tied to an atom) so they reradiated less than they received, the reflection would still be geometrically clean but weaker.

            If the other electrons were at random distances, there would be no combination of their outputs, each would be a point source and the incident wavefront would be scattered.

The key difference between reflecting and scattering is the distance between the electrons. At a low frequency a surface often reflects – at a higher frequency it usually scatters.

 

Antenna theory

One of the important sections of this paper is to convince you that the PE can be explained with the classical concepts of emr as a wave.

There is a large body of information on long-wave emr or radio waves.

 I argue that anything that is valid for radio waves must be valid for light waves and ultimately X-rays. Studying the large structures (antennas) used to launch and receive radio waves must surely give us an insight into the behaviour of small structures (single moving electrons) used to launch and receive light waves.

 

Transmitting or launching emr

The first and simplest way is where a sine wave voltage source causes the electrons in the antenna wire to move up and down. The emr produced is at a single frequency and its amplitude, in volts per meter, depends on the amplitude of the accelerating voltage.

Receiving emr

Receiving emr is much more complicated. By “receiving” is meant converting the (say 100MHz)  emr wave signal which is flying through space into a 100MHz sine-wave current in the antenna load resistor and examining  it to see if it is carrying any signal. Like being switched off and on in the Morse code.

Now there are many types of receiving antennas and they all have different characteristics. The only one I am interested in here is the simplest one, the “half-wave dipole”, as I think this one can be compared to how free electrons behave in the photocathode of the photoelectric effect. I will therefore describe it in detail.

 

 

Electromagnetic field of an accelerated charge

 

Let's start with the usual high-school description of an electric field around an isolated electric charge. A positive charge produces a field that points radially away from it, whose strength falls off as the inverse square of distance. Pictorially this is shown by drawing "field lines" originating at the source: the direction of the field is given by the direction of the lines, and the strength of the field is given by density of lines through a surface perpendicular to them. This field is shown below.

Now consider a charge that is moving uniformly with constant velocity. According to special relativity, an observer moving with the same velocity should see just the electric field of a stationary charge: the field should point radially away from the location of the charge in that moving reference frame, with a strength (field line density) that falls off as the inverse square of the distance measured in that reference frame.

This means that in the "stationary" reference frame, the field lines will still remain connected to and point radially from the moving charge: effectively the change in reference frame transforms the spray of field lines as if they were a physical object moving along with the charge. This is shown below.

(This diagram assumes a charge moving at 0.5 times the speed of light, and includes a slight horizontal "squeezing" of the field lines due to relativistic length contraction. However, this squeezing is not essential to any of the subsequent discussion of electromagnetic radiation.)

 

Now what happens if a charge starts out at rest, and then is suddenly accelerated to some constant velocity?

The field should initially be that of a stationary charge: observers have no way of knowing that it will suddenly start moving. Even after it starts moving, distant observers will take time to realize this: information about the sudden change in motion cannot reach them any faster than the maximum speed c allowed by relativity. (This speed is commonly called "the speed of light", though it is actually the maximum speed of light, or of any other physical particle or wave.)

Meanwhile, once the charge reaches a uniform velocity, observers close to it should simply see the ordinary field of a moving charge: the fact that it used to be "stationary" is not permanently imprinted on the charge. This leads to the following field:

Close in we have the field of a moving charge, and farther out we have the field of a stationary charge. Between these two regions is a spherical shell of stretched field lines connecting the two fields. This shell carries the information about the charge's sudden surge of acceleration: it expands at speed c, but has a constant thickness equal to cΔt, where Δt is the duration of the acceleration.

The stretched field lines in this shell are what we call electromagnetic radiation. Two properties are immediately obvious from the diagram:

  • The fields in electromagnetic radiation are not radial, but transverse (i.e. perpendicular to the radius).
  • Far from the source, the field lines of the radiation are much more tightly packed than the "backgound" of the stationary or uniformly moving source.

To make that last point more quantitative, note that the field lines of a stationary charge spread radially. At a distance r from the source, a sphere with area 4πr² intersects all field lines perpendicularly, so the field line density (field strength) goes down as 1/r²:

where Q is the charge and 1/4π&epsilon0 is Coulomb's electric constant.

By contrast, in the radiation shell, the field lines are largely transverse. A circular strip bounded by the inner and outer edges of the shell will intersect some fraction of the field lines: as the shell expands, the strip's radius increases but its width cΔt does not, while it continues to cut across the same set of field lines. The field line density (field strength) therefore goes down as 1/r. Furthermore, it can  readily be shown  that the fraction of field lines that pass through any given strip goes as v/c, where v is the charge's final velocity component perpendicular to the strip, i.e. perpendicular to the radial line. (This formula changes when one includes the relativistic "squeezing" of the moving field, but is correct for speeds much less than c.) Thus the transverse field in the shell is:

where a is the component of the charge's acceleration perpendicular to the radial line. So, far from the originating sources, the radiative fields will be far stronger than the stationary fields.

 

 

Fields of a Vibrating Electron

The detailed structure of an electron is unknown, but for our purposes it doesn't matter; we can assume that our electron is a little round ball with an electrical charge distributed uniformly over its surface. We determine the fields by solving Maxwell's equations at all distances from the electron, right down to its surface. This analysis is not an exercise for the faint-hearted. We'll skip the details and concentrate here on the results.

 

 

 

Fig 1 -- Always present around a charged particle, the coulomb field plays a vital role in energy radiation.


 

 

The Coulomb Field

Grasping the electron in, say, a tiny pair of tweezers, let's start by holding it still. After a while the only field present will be a stationary electric field that points outward4 in all directions from the electron. The field lines take the form illustrated in Fig 1 for both positive and negative charges. This is called the coulomb field. It is always present, regardless of whether the electron is in motion. We'll find later that the coulomb field plays a vital role in the operation of antennas.

With vibratory motion, two new fields make their appearance.

The Magnetic Field

A moving electron constitutes a current, and a current is always surrounded by a magnetic field. As if hitchhiking, point the thumb of your right hand in the direction of the electron's motion; then your curled fingers represent the circular lines of the magnetic field around the electron. Point your thumb in the opposite direction and you see that the magnetic field reverses, so a vibrating electron gives rise to an alternating magnetic field. At the electron's surface, the magnetic field is almost exactly in phase with the electron's speed, but as we move away, the phase of the magnetic field begins to lag. Out to a radius of 1/6 wavelength, the phase lag is small. Beyond this radius, the lag starts to increase at a more rapid rate and soon settles at 360 degrees per wavelength of distance.

 

 

Fig 2 -- The radiation field of an electron vibrating as 14.1 MHz. Each broken line represents a wave crest.


 

 

The Dynamic Electric Field

The second new field is an electric field that results from the electron's acceleration. Because of its dynamic origin -- in contrast to the electrostatic nature of the coulomb field -- we'll call this field the dynamic electric field. It's useful to regard the dynamic electric field as the sum of two separate fields, one of which is in phase with the magnetic field and the other 90 degrees out of phase. We will call the in-phase component the radiation field and the out-of-phase component the induction field. It is the radiation field that carries energy from an antenna into the surrounding universe.

Fig 2 shows an area the size of a football field in which a lone electron, greatly magnified, is being vibrated at 14.1 MHz. The figure is a snapshot of the electron's radiation field taken at an instant when the electron is at the center of its travel and moving to the right, as indicated by an arrow. The curved arrows show the direction and strength of the radiation field. The dashed circles represent spherical wavecrests on which the field is at a local maximum. As we go outward from a wavecrest, the field decreases to zero, then reverses and rises again to the next wavecrest. Like ripples in a cosmic pond, these spherical waves are expanding outward at the speed of fight, 300 million meters per second.

At any one point, the radiation and induction fields vary as sine-wave functions of time. About 1/6 wavelength away from the electron (actually 1/[2p ] wavelength), in a direction at right angles to the line of motion, the two fields are equal in amplitude. As we move farther away, the induction field falls off so much more rapidly than the radiation field that we soon have essentially nothing but the radiation field. Inside a vacuum-dielectric coaxial transmission line carrying power in one direction, the ratio of the electric to the magnetic field is equal to 377 ohms. In our pure radiation field, which carries power in the same manner even though there are no physical conductors present, this ratio is likewise equal to 377 ohms-a value that is sometimes called the characteristic impedance of space.

 

Fig 3 -- The electric field of an electron that was accelerated recently. The resulting disturbance in the field is traveling outward at the speed of light. The transverse component of the disturbed field is the radiation field.


 

Why an Accelerating Electron Radiates

We've described the radiation field of a vibrating electron, but we haven't yet explained why it happens. The answer is hidden in Fig 3A.

Suppose that, until a short while ago, an electron was held at rest at point P in Fig 3A. It was then accelerated briefly to the right by our tweezers and afterward was kept moving to the right at constant speed. At the present time (which we'll call time zero), the electron is passing point Q.

Fig 3A contains two circles. The larger circle (the outermost broken fine) is centered at P and has radius equal to the distance light would travel in the interval from the beginning of acceleration until time zero. The smaller circle is centered at the spot occupied by the electron at the end of acceleration; its radius is equal to the distance light would travel between the end of acceleration and time zero. As time marches on, the circles evidently grow at the speed of light. The space between the circles is equal to the distance light would travel during the period of acceleration. If the electron moves slowly in comparison with light, as it does in an antenna, the distance it covers during acceleration is small compared to the size of the circles, so the circles are nearly concentric. For clarity we have greatly exaggerated the distance PQ; it too would be very small if drawn to scale. Now we can determine what the electric field must look like at time zero.

Outside the larger circle, the field at time zero is a stationary coulomb field centered on P, as if the electron had never started to move.5 Inside the smaller circle, the field is a moving coulomb field centered on the electron's present position, point Q. Between the circles the field is intermediate between the fields in the other two regions.

Now connect the field lines across the space between the circles and erase the circles, making Fig 3B. You can see that the electron, while accelerating, gave birth to an expanding electromagnetic disturbance. In the disturbed region, as shown by the arrows, there is a transverse field component -- the radiation field -- in addition to the outward-pointing coulomb field.

The radiation field resulting from a vibrating electron, Fig 2, is simply a continuous series of such disturbances caused by successive intervals of changing acceleration and deceleration.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

How does the magnetic and electrical field propagate when a charged particle oscillates?


I know when a particle oscillates at 5*10 power(14) per second generates light, but if some how i stopped oscillating it after a fraction of 5*10 power(14) second how the electric and magnetic field changes around that particle and how that field energy propagates in vacuum?

 

 

Consider a positive charge sitting idle. It has an outward electric field configuration around it which extends to infinity.

 

The charge is suddenly accelerated for a very short time interval and after that the acceleration is removed. So the charge then moves with a uniform speed for let's say some time . The new position of charge is depicted below.


 

(The origin of green lines show the new charge position and the green lines show the new electric field configuration around the moved charge)
 

 


The green field lines emerge from the charge when it is at it's new position at time t . The outer circle is a circle of radius c(t+δt). Outside the outer imaginary circle, the universe has no idea that the charge has accelerated because the information about the acceleration only travels at a finite speed which is . So the field configuration outside the imaginary circle remains the way it was before the charge was accelerated. These unchanged field lines are depicted by the light black colored lines outside the bigger circle.Inside the inner circle however, the field lines have already adjusted to the new position of the charge.

The electric field lines cannot have a break, therefore field lines must connect themselves through that middle region.
 

The blue lines are the connecting field lines which are like kinks. These kinks are the propagating electric field lines as part of the electromagnetic radiation produced by the accelerating charge. The outer imaginary information sphere moves at the speed of light and continues to tell the outside world about the charge acceleration. That outward moving sphere is the direction of propagation of electromagnetic radiation while the kinks also move with it which is the propagating electric field.

Similarly a magnetic field perpendicular to the plane also propagates as changing electric fields produce magnetic fields.

Maxwell's equations imply that all classical electromagnetic radiation is ultimately generated by accelerating electrical charges.

 

This figure shows the electric fields from an acclerated electron.

Radiation from an Accelerated Charge

------------------------------------------------------------------------------------------

The antenna radiates because of the back and forth oscillation of the electrons in the conductor. There is an interesting explanation of radiation using the general theory of relativity. According to general theory of relativity, nothing can travel more than velocity of light including fields. which means that fields cannot change instantly. It takes finite time for the field to change. This is referred to as retarded potential.

Let us consider a dipole antenna. Electrons are accelerated and decelerated inside the conductor due to the AC voltage applied across the antenna.


The E-Field originates on positive charge and ends on negative charge as shown in the above picture. As the charges move, field has to change. Since the field cannot change instantly, the E-Field lines have to bend little bit. After a while, the bent E-Field cuts off from its source. Due to time varying nature of E-Field, time varying magnetic field is produced which in turn generates time varying electric field. Thus transverse electromagnetic wave is generated by antenna.

It should be understood here that
1. Static charge can only produce electric field and no magnetic field
2. Charge moving at a constant speed can produce magnetic field and electric field (Constant E, H field). Magnetic field is treated as relativistic effect.
3. Only an accelerating charge can produce time varying electric field which contributes to radiation

 

How do we achieve temperatures of the order of hundred million degrees, required for the operation of a fusion reactor? Easy, just switch on the heating...

a) Introduction

Lawson criterion, which expresses the constraints on plasma parameters to produce energy from thermonuclear fusion, requires a temperature of 10 to 20 keV . To achieve these very high temperatures (several hundred million degrees), it is necessary to heat the plasma.

Ohmic operation

The first natural heating mechanism is the Joule effect, associated with the current flowing in the plasma, necessary to create thetokamak magnetic configuration. Just as the filament of an electric bulb heats up when a current passes through it, the plasma will increase in temperature under the effect of strong current (in Mega Amperes). Unfortunately, this effect, proportional to the plasma resistance, which tends to collapse when the temperature increases, saturates and only enables limited temperatures to be reached (around 10 million degrees). This "natural" heating operation  is called ohmic operation, in reference to the unit of measurement of electrical resistance, the ohm.

Additional heating

To reach the required temperatures, we thus resort to additional heating systems. These are classified into two main families  :

  • heating by injection of highly energetic neutral particles, which consists of heating the plasma using the collisions between the very energetic injected particles and the plasma particles.

  • heating by radio-frequency waves, which consists of coupling to the plasma with a wave at a frequency chosen, so as to be in resonance with a category of particles in the plasma (i.e. at the same frequency) and therefore caoable of communicating energy to them, a bit like in a microwave oven which heats a dish by shaking up its water molecules.

 

 

 

How do we heat a plasma ? One solution is to inject a beam of very energetic particles, which give their energy to the plasma through collision.

b) heating by injection of energetic particles

To obtain high-energy particles the technique is to use intense electrical fields to accelerate a beam of charged particles (deuterium ions). However, these charged particles cannot enter the tokamak as they are, since, if the magnetic configuration traps charged particles inside the machine, it also prevents charged particles from the outside from entering. We must thus neutralise the beam before injecting it into the discharge, hence the name of neutral injector given to the system. A neutral injector is therefore made up of three main parts :

  • an ion source

  • an accelerator

  • a neutraliser

To deposit their energy in the plasma core, the beam particles must be given a huge amount of energy. We can reach up to 100 keV with positive deuterium ions, but beyond this limit, the neutralisation stage gets very delicate, and negative deuterium ions must be used; they are more difficult to create at the level of the ion source but have a better neutralisation efficiency in order to reach the necessary MeV for the next generation ITER machine.

The injectors working with positive ions on current machines (JET for example) give huge powers to the plasma (20-30 MW), sufficient to cross the threshold enabling access to enhanced confinement mode (H mode). The tokamak Tore Supra is not fitted with neutral injection for plasma heating, which is carried out by radio-frequency wave systems. On the other hand, a neutral beam to be used for diagnostics ,
 using the same basic principle but being less powerful, is in the course of development.

The Euratom-CEA Association has, in addition, several test benches dedicated to neutral beam development for next generation machines, particularly in the field of negative ions.

 

 

 

Heating and current generation 

Electromagnetic waves are part of our everyday life, from the radio to the microwave oven. On Tore Supra, a new kind of microwave oven heats up the plasma...

 c ) heating by radio-frequency wave

Just like in other fluids, like air or water,all kinds of  waves  can propagate inside a plasma. This is a large field in plasma physics, since there is a huge huge wealth of possibilities depending on the nature of the wave (its frequency, polarisation ...) and on the plasma properties (density, temperature,...). Waves are generally speaking ranked by family according to frequency and propagationdirection relative to the magnetic field (parallel or perpendicular). Depending on the latter, the waves may either be propagative or evanescent, may be reflected or change polarisation, may change amplitude in the course of time or, quite the contrary, may transfer energy to the plasma. It is the latter that interests us here, and it is this property that we use to heat the plasma with electromagnetic waves with specifically selected characteristics.

There are two main mechanisms enabling plasma to gain energy from a wave: cyclotron type absorption and Landau type absorption. In both cases, the wave-particle interaction is resonant, i.e. they vibrate at the same frequency.

In the case of cyclotron absorption, one couples to the plasma a wave at a frequency resonating at the rotation frequency of a species (ions or electrons) in their trajectory around the magnetic field lines.

In the case of Landau absorption, one couples to the plasma a wave in resonance with a population of particles, in such a way that the wave and particle nearly have the same velocity propagation. The situation is then more or less comparable to that of a surfer, moving at the same speed as the wave, and taking advantage of its speed.

In addition to heating the plasma, waves also enable the generation of current. Indeed, in the tokamak configuration, a current flowing in the plasma is used to create the poloidal component of the confining magnetic field. This current is itself induced by the transformer effect in which the plasma is secondary, from a primary circuit that only has a limited capacity. When the primary circuit has been emptied, there is no more plasma current , and therefore no more poloidal magnetic field, thus no more confinement: it is the end of the discharge. On Tore Supra, whose toroidal magnetic field is provided by superconducting magnets and is therefore permanent, this is one of the main limitations of pulse duration (on the other tokamaks, where the toroidal magnetic field is produced using conventional copper magnets, the toroidal system is also a limitation). We see therefore the interest in plasma current generation by methods other than the transformer effect: this is what we call non-inductive current generation. This is a field which is very actively explored in Tore Supra, the tokamak specialised in long duration pulses.
To get from the heating effect to the current generation effect, an directionality effect has to be added to the wave spectrum, so that it only comes to resonate with particles having a preferential direction. A net impulse transfer is made in the toroidal direction, thus generating a current (since there are "more" charges flowing in one direction than the other in the toroidal direction; the outcome is therefore a current).


NB : we can also achieve current generation using heating by energetic particles injection,
 by directing the beam properly to transmit impulsion to the plasma particles in the toroidal direction.

 

Three major families of heating exist, classified according to their range of frequency :

  • heating at the ion cyclotron frequency (FCI) : a few tens of MegaHertz (MHz )

  • heating at the hybrid frequenciy  : a few GigaHertz (GHz)

  • heating at the electron cyclotron frequency (FCE) : about hundred GHz

Each type of heating has its own applications, and is capable of providing different results (heating or current generation) according to the way in which it is used.

In any case, the wave is generated by different systems according to frequency (tetrodes or diacrodes for ion cyclotron frequency, klystrons for hybrid frequency, gyrotrons for electron cyclotron frequency), then is propagated to the tokamak by carefully scaled transmission lines (wave guides), and then is coupled to the plasma by means of an antenna, placed inside the vacuum chamber. Apart from the material problems posed by these sensitive electro-technical systems, the difficulty consists in coupling the wave to the plasma, involving complex physical processes and requiring proper control of the plasma edge.

 

The ion cyclotron wave, a versatile tool enabling access to the whole range of heating scenarios.

c) heating by radio-frequency wave

This heating system uses a fast wave which mainly propagates perpendicularly to the magnetic field surfaces at a frequency near to that of the gyration frequency of one of the ion populations (several tens of MHz , corresponding to wavelengths of a few decimetres). The gyration frequency depends on:

  • the mass of the ion in question, which helps in being selective with the ions that we want to excite,

  • but also the magnetic field whose intensity drops from the inside to the outside of the tokamak, enabling localisation of the place where we want to place the energy by adjusting the wave frequency.

Unfortunately, resonant cyclotron absorption is not possible on a plasma with a single ion component (screening effect). We then resort to a so-called minority ion cyclotron heating scenario, which consists in using a plasma with a majority of deuterium ions and a small percentage of hydrogen ions. We then adjust the frequency on the hydrogen, which has a lower mass than that of deuterium, and the wave is to a great extent absorbed by the hydrogen ions, whose energy increases by several hundred eV on each passage of their trajectory in the resonance zone. They then transmit their energy to electrons by collision, which in turn heat up the deuterium ions.

Several variations exist. We can choose to adjust the frequency to a multiple of the ion cyclotron frequency, described as harmonic cyclotron heating. In practice the second harmonic is used. When no ion species is in the minority, we can also use a so-called ion-ion hybrid resonance, where there is wave conversion to heat the electrons, described as heating by conversion mode.

Here we see an FCI antenna in the Tore Supra vacuum chamber (median part), surrounded by two lateral protections sheltering it from the plasma. In close-up, a picture of the basic protection component, capable of withstanding the plasma heat load (several MW/m²). We also see the water pipes cooling the whole structure and the cellular protecting the inner vacuum vessel.

Finally, an infrared picture of the antenna in operation, showing the moderate heating of the protective lateral protections despite the plasma presence, thanks to efficient cooling.

Coupling the wave to the plasma remains a delicate point. The system must be finely adjusted to obtain the correct resonance. The antenna is a bit like the resonant part in an RLC type electric circuit, connecting the power source and the plasma. The plasma density in front of the antenna is critical. If it is too low, the wave cannot pass. The power is then reflected towards the transmitter instead of being transmitted to the plasma, which could be harmful. A security system surveys therefore the operation, and cuts the transmitter power in case of improper coupling. Other complex systems have been developed so that the antenna can adapt to small variations in density (on account of fluctuations linked to turbulence or loss of plasma control).

Hybrid frequency heating: the champion of current generation

c) heating by radio-frequency wave

By increasing the frequency, we reach the domain of the lower hybrid frequency, which uses a so-called slow wave  of few GHz (corresponding to centimetre wavelengths, which thus are short compared to the plasma dimensions. The first use of this wave was to get into the conditions where the wave encounters the lower hybrid resonance in its journey through the plasma. This hybrid heating has turned out to be rather inefficient and is no longer used on present tokamaks.

On the other hand, the lower hybrid wave has a strong electric field parallel to the magnetic field, making it a good candidate to accelerate electrons in the toroidal direction by Landau absorption. We therefore use it in current generation mode, by phasing between the different waveguides going into the tokamak, so as to generate a wave with a dissymmetrical toroidal spectrum. The wave couples to the parallel movement of the electrons, more particularly of the very energetic electrons naturally present in a very small amount in the discharge. These supra-thermal electrons absorb it powerfully (so powerfully that the wave sometimes has trouble reaching the plasma core). The wave thus tends to develop this supra-thermal population : watch out for damage to plasma facing components, if it is not properly controlled. In addition, even if it is not absorbed too quickly, this type of wave has difficulty in propagating within plasmas that are very dense and hot. For these reasons, the hybrid wave is a good candidate for current generation in the peripheral region of reactor type plasmas. On the other hand, because of the direct and intense absorption by electrons, current generation efficiency (i.e. the quantity of current created per unit of power) of the hybrid wave is among the best.

We see here a hybrid antenna (often called a grill) being handled before installation in Tore Supra.

On Tore Supra, this heating system is extensively used for the non-inductive generation of current in the framework of the long duration discharge programme. It was with 2.3 MW hybrid power injected for 2 minutes into the machine that Tore Supra came to hold the world energy record of 280 MJ .As always, the crucial point is to ensure proper coupling of the wave to the plasma. In contrast to the FCI system, which needs operation above a critical density, the hybrid system is more efficient in generating current at low density.

In addition, hybrid heating is used to go into enhanced confinement mode, LHEP (or Lower Hybrid Enhanced Performance) by shaping the current profile j inside the plasma. The current generated by the hybrid (in green here), located at half radius of the tokamak, comes in addition to the normal current, going from the current profile in blue of the L mode to that in red of the LHEP mode. The peak in current provokes an effect on the transport of particles and energy, as is seen on the heat transport coefficient ce, which collapses in the plasma centre in LHEP mode (in red) although it is relatively constant in L mode (in blue). This corresponds to a transport barrier, and enhanced confinement.
 

 

The electron cyclotron wave: a precision tool, putting power where we want it.

c) heating by radio-frequency wave

This time we get to the scale of about hundred GHz for frequency, corresponding to millimetre wavelengths. Two modes of propagation are possible for this type of wave , which propagates perpendicularly to the magnetic surfaces: the O mode, which has an electric field parallel to the tokamak magnetic field, and the X mode, which has an electric field perpendicular to the tokamak magnetic field.

As in the case of ion cyclotron heating, the interaction takes place when the electron crosses a resonance layer, determined by the frequency used, and depending on the magnetic field. We may also use harmonic heating. The advantage of this type of heating is to produce very local deposits, and we use it as a precision tool to go and take energy to a well-targeted point of the plasma, which can have a stabilising effect on instabilities. In addition, in contrast to the two others, this mode of heating is less sensitive to edge conditions at the level of the highly simplified antenna, making coupling easier in a wider range of plasma parameters (the wave propagates even in a vacuum!). On the other hand, the power generator used (gyrotron) is more delicate to implement, above all on a long pulse, and Tore Supra is just starting experimentation with a new system adapted to stable operating conditions.

We see here an FCE heating power generator, under laboratory test..

We can also use this systemto generate current, but as the mechanism is indirect, we cannot attain the efficiency attainable with the hybrid system.
 

 

Not content with holding the record for energy injected into a tokamak, Tore Supra is a contender for the GigaJoule...

d) the future: reaching for the stars with the CIMES project...

In pursuit of the long pulse, programme, in 2000 Tore Supra started an extension to its power injection system with the CIMES project( "Components for Injection of Matter and Stable Energy") after upgrading its power extraction system with the CIEL project ( "Components Internal and Limiter"). The CIMES project, divided up into several phases, will ultimately attain, towards the year 2010, nearly 20 MW dof power coupled to the plasma in continuous operation (compared with tens of MW over 30 secs possible today with the heating systems, but limited to 10 secs by the capacities of heat extraction from plasma facing components in the machine before the CIEL project). The project includes, in addition, an improvement on the system of matter supply with a new injector of deuterium pellets.

Beyond the current record of 280 MJ of energy injected into the plasma held by Tore Supra (by coupling 2.3 MW of hybrid heating in addition to ohmic heating for 120 secs), we are proposing to reach the stage of 1 GJ at the beginning of the century, then ultimately twenty or so GJ, thus approaching the 200 GJ forecast for the machine of the next step in ITER. Tore Supra offers here a unique opportunity to test out all components of different heating systems (generators, transmission lines, antennae) on long pulses, helping to guide our choice for the machines of the next generation. 

 

  •  

What are electric and magnetic fields ?

Power frequency (also referred to as extremely low frequency or ELF) electric and magnetic fields are present everywhere that electricity flows. All electrical wires – and the lighting, appliances and other electrical devices they supply – are sources of electric and magnetic fields. Although they are often referred to together as EMF, electric fields and magnetic fields are actually distinct components of electricity. Most of the interest regarding possible health effects is related to magnetic fields. Usually, when the term EMF level is used, it is the magnetic field strength that is being referred to or measured.

X-rays, visible light, radio waves, microwaves and power frequency EMF are all forms of electromagnetic energy making up an electromagnetic spectrum.

As the Electromagnetic Spectrum chart1 below shows, one property that distinguishes different forms of electromagnetic energy is the frequency, measured in hertz (Hz). These frequencies are plotted on the right side of the spectrum chart. At the lowest end is static or direct current (DC) electricity with a frequency of 0 Hz. At the upper end (above 1016 Hz – that is 10,000,000,000 MHz) it is ionizing radiation produced by ultraviolet, X-ray and gamma ray radiation.

 

 


The wavy line at the right illustrates the concept that the higher the frequency, the more rapidly the field varies. The fields do not vary at 0 Hz (direct current) and vary trillions of times per second near the top of the spectrum. Note that 104 means 10x10x10x10 or 10,000 Hz. 1 kilohertz (kHz) = 1,000 Hz. 1 megahertz (MHz) = 1,000,000 Hz.

Power frequency EMF has a frequency of 60 Hz. It is at the lower end of the spectrum near DC electricity and well below the microwave or RF (radio frequency) radiation emitted by cellular phones and radio broadcast transmitters. As noted on the chart, unlike X-rays and gamma rays, power frequency EMFs have little energy and no ionizing or thermal effects on the body.

Electric vs. Magnetic Fields

Electric fields are produced by voltage or electric charge. An electric field is present, for example, when an appliance is plugged into an outlet, even if it is not turned on. Electric fields are measured in Volts per metre (V/m); the higher the voltage, the greater the electric field.

Magnetic fields are created by the flow of current in a wire or an appliance. As a result, they are only present in an appliance when it is switched on. As the flow (current) increases, so does the strength of the field.

In North America, magnetic fields in electrical wiring are most commonly measured in milligauss or mG (one thousand milligauss equal 1 gauss).  Elsewhere magnetic fields are measured in microtesla or μT (one thousand μT equal 1 mT, one million μT equal 1 tesla). One μT equals 10 mG.

 

Electromagnetic radiation is made from two sorts of energy— electrical and magnetic. As the radiation moves outward from its source, its energy constantly changes from strong to weak and back again. The changing energy sets up a pattern that scientists call waves.

What is wavelength?

Scientists can measure the distance between two points where the magnetic energy or the electrical energy is strongest. This distance is called the wavelength of the electromagnetic radiation and is usually measured in meters or fractions of meters.

 

What is frequency?

 

Count how often a ball bounces against a wall and back in one minute. You are measuring how often, or how frequently, the ball bounces during a certain time. Scientists measure electromagnetic radiation by counting the number of times magnetic energy and electric energy change from strong to weak. The number of complete changes in one second is called the frequency. We measure frequency in units called hertz, or Hz.

 

Scientists draw pictures like this to help us understand electromagnetic radiation, such as radio waves. The red waves show how the strength of the magnetic field changes as a radio wave travels.
The frequency of the red waves is lower than the frequency of the blue waves. This is because the wavelength of the red waves is longer.

 

The electromagnetic spectrum

Electromagnetic radiation travels out in every direction from the point, or source, where it is generated. This radiation travels out at an enormous speed—186,282 miles (299,792 kilometers) per second in a vacuum. In other words, electromagnetic radiation would take more than one second to reach the moon, which is about 239,000 miles (384,473 kilometers) away from the earth.
The frequency of electromagnetic radiation can be as low as a few hertz. Or it may be as high as thousands of billions of hertz. Scientists call the whole range of different frequencies the electromagnetic spectrum.
At one end of the electromagnetic spectrum are gamma rays, which have the highest frequencies. At the other end of the spectrum are radio waves, which have the lowest frequencies. In between are X rays, ultraviolet waves, visible light, infrared radiation and microwaves.
Scientists have developed appliances that use electromagnetic radiation to help us in our daily life. These appliances include X-ray machines, cameras, microwave ovens, television and radios.
X rays have very high energy and so pass easily through many different materials. X rays are used to make X-ray photographs of the bones inside our bodies.

 

 

 

 

Elektromanyetik  dalgalar nasıl oluşur? Hertz'in deneyinde bir indüksiyon bobininden gelen yüksek gerilim neticesinde  artı ve eksi  iki uçlu iki metal uc arasında bir akım (elektrik) atlaması sonucunda elektromanyetik dalgalar oluşturulmaktaydı. Bu doğru akımla çalışan bir sistemdi. Temelde bir kondansatörden yük boşaltımı (kıvılcım atlaması)  esnasında  iletken kutuplar arasında  meydana gelen bu  elektrik atlamasının bir elektromanyetik dalga oluşturması esasına dayanmaktaydı. Burada doğru akım devresini her açıp kapatmada bir kıvılcım atlaması ve ona eşlik eden bir elektromanyetik radyo dalgası yayılımı sözkonusu. Bu radyo dalgası yayılımı durgun  göle bir taş atarak taşın göle çarptığı noktada bir su dalgası oluşmasına benziyor. Fakat bu kendini sürekli tekrar eden bir dalga değil. Tek atımlık, tek vuruşluk bir dalga!  Bu dalganın dalga boyu, amplütüdü(genliği)  ve frekansı bu kıvılcımı oluşturan elektrik gerilimine iletken içindeki elektronların iletken  içindeki kinetik enerjisine  bağlı olarak değişir. Bu dalga yayılımı ilke olarak düzgün doğrusal hareket eden  yüklerin bir hedefe çarpıp durması ve kinetik enerjilerini elektromanyetik dalga olarak salıvermeleri şeklinde tarif edilebilir.  Her kıvılcım ver elektrik arkında  çevre uzaya bir vuruşluk radyo dalgası yayılır.

 

Hertz'in vericisi  bir anahtarlama sisteminden bir kıvılcım siperinden birde yüksek voltaj üreten bir indüksiyon bobininden ibarettir. Devreyi her kapatıp açmada çevreye elektromanyetik dalgalar yayılır. Biz buna elektromanyetik ışıma diyoruz. Bu durgun bir göle taş atmak gibi! Yada bir davula bir tokmakla vurmak gibidir. Oluşan dalganın boyu, gücü devrenin yapısı ile ilgilidir. İlk deneysel amaçlı vericiler  doğru akımla çalışan bir elektrik arkı (kıvılcımı) üreteci  gibiydi. Sipere giden devre hattındaki anahtarı  elle açıp kapatarak bir ark meydana getiriliyordu. Anahtarlama ne kadar hızlı olursa dalgaların birim zaman içindeki peş peşe oluşum hızlarıda artıyordu.Böylece yayılan dalganın frekansıda artmış oluyordu.Frekansla birlikte dalgaların sürekliliği (devamlılığıda) sağlanmış oluyordu.  Hertz'in ilk deneysel  radyo dalgası üreteci (vericisi) elle (devreyi kapatıp açarak)  iki siper arasında bir kıvılcım meydana getiriyordu.  Elle  kıvılcım yaratmak yerine anahtarlama elemanın yerine bir  kondansatör konursa ve kıvılcım siperi yerine bir bobin  ve  bağlı  anten konursa sürekli bir şekilde peşpeşe kesintisiz devam eden daha yüksek frekansta yayınlar ve dalgalar oluşturmak mümkündü! Bu anlamda bir LC (bobin/kondansatör) devresi sözkonusu olmakta. Biz buna sürekli dalgalar üreten bir osilatör devresi diyoruz.  Bu devre için belli bir tempoda bir davulu sürekli tokmaklayarak sürekli ses dalgaları üretmek tanımını kullanabiliriz.  Bir LC  devresinde tokmağın davula vurması kondansatörün deşarjını simgelemektedir. Tokmağın tekrardan davula vurması için  davuldan uzaklaşması ise kondansatörün  tekrardan şarj olma(dolma)  süresine karşılık gelmektedir. Bu sürenin kısalması osilatör devresinin frekansının artması anlamına gelecektir. Yani davulun  birim zaman içindeki (saniye) tokmaklanma sayısının sartması diyebiliriz buna! Davula bir saniyede bir tokmak indirmeyi  1 Hz olarak  ifadeleyebiliriz. Davula her vuruşunuz bir saykıl(bir sünüsoidal dalga) ile ifade edilebilir.  Bu  işlem bir alternatörde bir tam dönüşü ifade eder. Kutup uçlarının - den + ya  + 'dan - ye dönmesi için geçen süreye biz bir saykıl  bir 1 Hz  diyoruz. Bu durum bir doğru akım devresinde bataryanın kutup uçların bir saniyede yer değiştirmesine karşılık gelir. Hertz'in ilk radyo vericisindede  anahtarın  bir saniyedeki  açılıp kapanma sayısına  karşılık gelir. Mesela alternatör (alternatif akım) frekansının 50 Hz olması demek  kutup uçlarının saniye 50 kez yerdeğiştirmesi anlamına gelir. Hertz'in ilk radyo vericisinde bu işlem   saniyede 50 kez devre akımının (doğru akımın)  kesilip açılmasına  karşılık gelir.

 

Burada elektromanyetik dalgalar   ark yapan (ivmeli hareket eden) elektronlardan  ayrılarak uzayda salınmaya devam etmektedirler. Bir nevi elektronları uzay/zaman ağının düğüm noktaları gibi görebiliriz. İvmeli bir hareket bu düğüm noktalarında bir dalgalanmaya, titreşime sebep olmaktadır. Bu dalga atımları bir engelle karşılaşmadıkları  müddetçe sonsuza doğru yol alıyorlar. Su dalgaları gibi, ses dalgaları gibi. Düz bir çarşafı elle sallayıp dalgalandırmak gibi düşünebiliriz.  Bir osilatör devreside sürekli titreşen bir gitar teli gibi yada sürekli davula vuran bir tokmak efekti gibi yada zil çanını sürekli titreten/döven tokmak efekti gibi düşünülebilir.Yada parmaklarımızla suya devamlı dokunarak orada devamlı bir dalga/titreşim oluşturmak gibi düşünülebilir. Durgun suya(göl yüzeyine)  peşpepe taş atarak dalgaları devamlı üretmek gibi düşünülebiliriz. Konuşarak havayı titreştirmemizde benzer bir dalga efekti oluşturur.

 

Bir LC devresi  belirli bir frekansta sürekli  elektromanyetik salınım üreten bir dalga üretecidir. Fakat osilatör çıkışından bir geri besleme ile  devrenin girişine enerji verilerek sistemin kendi kendisini sönümlemesinin önüne geçilir. Kararlı bir genlikte  salınım üretilmesi sağlanmış olur. Batarya sadece sisteme (osilatöre)  enerji verir. Sistemde kendi içinde bu enerjiyi düzgün dağıtarak belli bir genlik ve frekansta kararlı bir şekilde  çalışmaya devam eder. Sonra bu osilatör sistemine mikrofon dahil edilerek osilatörün genlik yada frekansına etki edecek şekilde   genlik yada frekans işaretlerini değiştirerek  ses frekansına göre  bir modülasyon  yaparak verici sinyalini kodlar (değiştirir) /modüle eder yada işaretler/biçimlendiririz diyebiliriz. Mikrofon yardımı ile ses titreşimlerimize  göre osilatörün çalışma frekansı yada  genliği üstünde düzenli değişimler meydana getirerek verici sinyalini ses titreşimlerine göre biçimlendirmiş oluruz.

 

VERİCİ :  Değişen Ses işareti (sinyali)  [mikrofon ]  -----> Değişen Elektrik sinyali ------->  Değişen  [  osilatör salınımı (genlik yada frekans) ] ---- > Değişen Elektromanyetik sinyal

 

ALICI:  Değişen  [  osilatör salınımı (genlik yada frekans) ] LC devresi   -----> Değişen Elektrik sinyali -------> Değişen hoparlör zarı titreşimi -----> Ses  titreşimi

 

 

 

Bir elektron  değişmeyen bir hızda sabit  doğrusal bir hareket yaparsa çevresinde  statik (durgun) bir manyetik alan oluşur. Eğer elektron  yerinde duruyorsa negatif yükü temsil eden bir  stabil (statik) yani durgun  elektrik alanı ile çevrilidir.

 

Mıknatısın çevresindeki manyetik alan belli bir yere kadar uzanır ve silikleşir.. biz buna statik manyetik alan diyoruz.  Benzer şekilde bir elektromıknatısın çevresindede statik bir manyetik alan oluşur. Bu yüzden bir elektromıknatısa verilen doğru akım  sabit hızlı ve sürekli bir elektron  akımı etkisi ile oluşan statik bir manyetik alan üretir.

 

Fakat  spiral sarımlı bir iletkende elektronlar ivmeli bir hareket yaparlar bu yüzden çok  zayıfta olsa bir sinkrotron ışıma etkisi araştırılabilir?

 

Temel ilke olarak bir elektron yükünün (şarjının) çevresinde spin (dönüş) hareketinden dolayı durgun bir manyetik alan vardır. Birde statik elektrik alan vardır. Statik elektrik ve manyetik alanlar bir arada bulunur. Yüklü parçacık ivmeli hareket ettiğinde uzaya (çevreye) yayılan ve elektrondan  kopan/özgürleşen elektromanyetik salınım dalgaları meydana gelir. Bu bir durgun göle taş atmak gibidir. Yada göl yüzeyinde  duran bir topun titreşim hareketi yaparak gölde dalgalar oluşturmasına benzetilebilir.Normal şartlar altında topun elektrik yükünce ve stabil özelliklerinde göl yüzeyinde bir kavis meydana getirir. Biz bu kavise  statik manyetik alanlar ve statik elektrik (elektrostatik)  alanlar diyoruz. Elektrik ve manyetik alanlar bir yüklü parçacık bünyesinde bütünleşik bir halde bulunurlar. Birbirinden ayrı değildirler. Bir manyetik alan  kaynak olarak bir elektrik yüküne ihtiyaç duyar. Bir iletken boyunca akan  bir elektrik akımı çevresinde bir manyetik alan yaratır. Bir manyetik alana maruz kalan diğer bir iletkendede bir elektrik akımı oluşur. Bu temel ilke radyo vericilerininde ana çalışma  ilkesidir.

 

 

SİKLOTRON

 

SİKLOTRON, yüksek enerjili parçacık demeti elde etmeye yarayan hızlandırıcı. Siklotron bir daireyi tamamlayacak ve aralarında bir boşluk kalacak biçimde yetiştirilmiş, D harfi biçiminde iki iletkenden oluşur. Ortadaki bir kaynaktan çıkan yüklü parçacıklar (örneğin elektron), sabit bir manyetik alan içinde, giderek büyüyen yarıçapla dairesel bir hareket yaparlar, yani bir spiral çizerler. Bu, D harfi biçimindeki iletkenlere alternatif bir elektrik akımı uygulanarak, parçacıkların her defasında aynı yönlü bir ivme kazanmalarıyla sağlanır. Demet iletkenlerin dışına yaklaştığında yardımcı bir elektrik alanı, demeti saptırarak küçük bir pencereden dışarı alır. Siklotronun kuramsal temeli, şiddeti H olan, düzgün bir manyetik alana dik bir düzlemde, kütlesi m ve yükü e olan bir parçacığın bir yarım daire çizmesi için geçen t zamanının hızdan bağımsız olmasıdır (t=πm/eH). Yüksek hıza ulaşıldığında parçacığın kütlesinde meydana gelen rölativistik (görelicil) artıştan ötürü, siklotronla ulaşılabilecek enerji sınırlıdır ve en çok 25 mega (=milyon) elektronvolt (MeV) kadardır.

 

 

 

 

 

Elektromagnetik Radyasyon (Işıma)

 

 

1. GÖRÜŞ ve PROJE KONUSU

İletişim ve haberleşme insanlığın gelişimi için her zaman önemli bir bileşen olmuştur. Son yıllarda ise "iletişim ve haberleşme" olmakskzın bir hayat düzenlenemez olmuştur. Genel olarak iletişim için kablolu iletişim araçları kullanılmaktadır. Ancak, stasyoner olmayan cisimler için kablolu iletişim imkansızdır. Bu yüzden kablosuz iletişim büyük önem taşımaktadır. Kablosuz iletişim, bir vericinin anten vasıtasıyla havaya elektromanyetik dalgalar yaymasıyla başlayıp, karşı taraftaki alıcı bir anteninde bu sinyalleri algılayıp tekrar elektriksel işarete dönüştürülmesiyle son bulmaktadır. Buradan da anlaşılmaktadır ki, kablosuz haberleşmede antenlerin rolü büyüktür.


Kısa mesafelerde ve düşük frekanslarda kablolu iletim (transmisyon hattı) daha pratiktir. Fakat mesafe arttıkça ve frekans yükseldikçe hem maliyet artar hem de sinyal kayıpları oluşmaya başlar. Bu yüzden antenleri kullanmak daha ucuz ve kullanışlıdır. Antenli haberleşmenin bir özelliği de, bir vericiden yayımlanan sinyalin, sınırsız sayıda alıcısının olabilmesidir. örnek olarak radyo, televizyon, uydu haberleşmesi, baz istasyonu v.s. gösterilebilir.


Bu proje çalışmasında, deney amaçlı ve oldukça ilkel düzeyde yarım dalga verici ve alıcı dipol antenlerin istenen kriterleri sağlayacak şekilde nasıl tasarlanabileceği araştırıldı. Genel olarak, bu çalışmayı yeterli düzeyde anlayabilmek için elektromanyetik(EM) dalgaların nasıl yayıldığını ve transmisyon ortamları bilinmelidir. Bu konular çalışmamızda geniş kapsamda anlatılmayacaktır.
Birinci bölümde, antenlerin çalışması genel olarak anlatılmış, anten parametreleri ve anten çeşitleri hakkında bilgiler verilmiştir.


ikinci bölümde, yarım dalga dipolu ve yarım dalga dipol anteni tanıtılmış ve anten parametrelerin formülleri tasarım bölümünde kullanılmak üzere çıkartılmıştır.
onuncu bölümde, verici ve alıcı antenlerin tasarımları ikinci bölümde bulunmuş olan parametre formülleri yardımıyla yapılmıştır. Anten tasarım platformu olarak EZNEC 3.0 yazılımından yararlanılmıştır. EZNEC de bazı veri girişleri ve bulunan veriler EKLER bölümünde sunulmuştur.


Dördüncü bölümde, tasarımı yapılan antenlerin gerekli malzemeleri alınarak yapılan deney sonuçları sunulmuş ve çalışmanın teorik kısmı ile karşılaştırılarak tartışılmıştır.

 

ANTENİN IŞIMASI

Antenden ışıma sonucu oluşan elektromanyetik alanların karşılıklı etkileşimi ile besleme kaynağından çok uzaklara, minimum güç kaybıyla iletilmesine olanak vermektedir. Elektromanyetik alanların etkileşimi zaman değişkenli akım kaynağı ve gerilim kaynakları tarafından oluşturulur. Zamanla değişken gerilim kaynağından yayılan dalgaları suya atılan bir taşın yaydığı dalgalara benzetebiliriz. Gerilim kaynağından bu şekilde ileri geri salınım(osilasyon) yaparak yayınım ilerler. Antenler anlatılan gerilim osilasyonu destekleyecek şekilde tasarlanmalıdır.
    Şekil 1'de gösterilen yayınım değişken gerilim kaynağının yönüne dik bir şekilde gerçekleşir.
 

 



şekil 1 ivmelendirilmiş yüklü parçacıkların ışıması

Burada z ekseni boyunca hareket eden yüklü tek bir parçacık göz önüne alalım. A noktasında iken elektrostatik alan çizgileri yükten sonsuza kadar gider ve yükle beraber radyal olarak hareket ederler. Şöyle ki, yarıçapı rA olan radyal alan çizgileri yük A noktasında iken oluşur. Yarıçapı rB olan radyal alan çizgileri de ?t ivmelenme periyodu sonucunda geldiği B noktasında iken oluşur. Oluşan çemberler arasındaki uzaklık ışık hızında yol oluşacaktır. ?r oldukça büyük iken ?z buna oranla çok çok küçük olacaktır. Buradan da oluşan çemberleri eş eksenli(konsentrik) olarak kabul edebiliriz. ?r bölgesindeki elektrik alanlar ise yük yokluğunda da devam ederek birbirine tamamlarlar. Bu bölge açıkça dağıtılmış alan yapısındadır. Dağılım yükün ivmesinden kaynaklanır. Dağılımın sonsuza yayıldığı sürece varolan ışıyan alan(Er) dışa doğru genişler ve dik bir bileşene(Et) sahiptir. Bu örnek ışımanın bir dağılım olduğunu göstermektedir.
    Şekil 2 ve 3 'deki transmisyon hattında görünen sıfır akım genliğine sahip duran dalga diyagramı her yarım dalga hattın sonuna kadar sıfırlanır. Şekil 3'de gösterildiği gibi hattın tellerinde akım ters yöndedir. Hat boyunca bu akım ve gerilimlerden oluşan manyetik ve elektrik alanlar oluşur. Bu alanların Şekil 4 'de gösterilmiştir. Elektrik alanı hattın tellerine diktir. Manyetik alan ise tellerin etrafını sararacak şekilde oluşur.
    Gerçekte transmisyon hattının genişliği dalga boyundan çok küçüktür. Eğer transmisyon hattının genişliği Şekil 3 'deki gibi dalga boyuna göre küçükse, hatlar arasındaki alanlar güçlenerek uzaya gider. Hat boyunca teller üzerinde dik bir şekilde oluşan akımlar, dipol üzerinde sinüzoidal şekil alırlar. Şekil 3 'de, hat sonundaki üzerindeki tepe akımı gösterilmiştir. Zaman aktıkça hat üzerindeki gerilimin değeri değişecek, akım osilasyonu oluşacak ve alanlar arasında etkileşim başlayarak hattan yayınım oluşacaktır


şekil 2 Akımları, gerilimleri ve alanları gösteren açık-devre transmisyon borusu. Elektrik alan çizgilerle, manyetik alan ise oklarla gösterilmiştir.


�ekil 3 Transmisyon hattının sonlanmasıyla oluşan yarım-dalga dipolündeki tepe akımı


Şekil 4 Değişken zamanlar için osilasyon yapan dipolün elektrik alanları.Osilasyon frekansı f, periyodu T ' dir. Osilasyon yapan bir dipolün değişken kaynak geriliminden oluşan elektrik alanların zamana göre şekilleri Şekil 4 'de gösterilmiştir. Bu şekiller bölünmüş kaynaklı elektrostatik dipolünkiyle eşit ama zıt yönlüdür. Bu durumda yük dağılımı f frekansında osilasyon yapar. Osilasyonun sonunda yük dağılımı arasından bir akım akar. Buna ideal dipol denir.

Şekil 4'de t =0, t =T/4 ve t =T/2 periyodlardaki elektrik alan ve akım yönleri karşılaştırılmıştır. t =0 anında dipolün üst ucuna doğru akım akar ve dipolün üst ucu pozitif yükle yüklenir ve dipolün iki ucu arasında elektrik alanı oluşur. Zamanla artan bu akım sayesinde elektrik alan çizgileri büyür (Şekil 4a). t=T/4 zamanına gelindiğinde dipolün iki ucu arasındaki gerilim farkı maksimum düzeye çıkmıştır ve elektrik alan çizgileri en uzun halini alır (Şekil 4b). Diğer çeyrek periyoda geçildiğinde dipoldeki akım tersine döner ve ters yönde elektrik alan oluşmaya başlar. Bu süreç devam ederek elektrik alan değişimi ile antene uzak mesafelere radyal yönde yayınım yapmasını sağlar.


Şekil 5 EM dalga yayınımı Dipolde oluşan elektrik alanları yön değiştirirken akımdan dolayı manyetik alan oluştururlar. Böylece elektrik alandan manyetik alan dönüşüm gerçekleşir ve akımın sıfırlandığı anda da elektrik alana geçiş olur. Bu döngü yayınım boyunca devam eder.(Şekil5).

1.2- ANTEN PARAMETRELERİ

Uygulamada en sık kullanılan ve anten tasarımında büyük öneme sahip bazı anten parametreleri:
-Işıma diyagramı(davranışı) (F( , )
-Polarizasyon
-Giriş empedansı (ZA)
-Demet genişliği
-Anten kazancı (G)
-Duran dalga oranı (SWR) -Yöneticilik (D)
olarak yazılabilir.

1.2.1- IŞIMA DİYAGRAMI

Antenin ışıma özelliklerinin bir fonksiyon olarak küresel koordinatlar sisteminde r sabit olmak üzere ve düzleminde gösterilmesiyle oluşan diyagrama ışıma diyagramı denir. Normalde ışıma diyagramı 3 boyutludur. Fakat 3 boyutlu çizimlerde ve hesaplamalarda kullanılmaz. Pratik olması dolayısıyla 2 boyutlu çizim kullanılmaktadır.
Diyagramlar polar eksenlerde çizilir ve ölçek olarak desibel kullanılır. İki düzlemsel diyagram bir diyagram kesimi oluşturur. Bu diyagram kesimi de ya sabit, değişken yada sabit, değişken olarak hesaplama yapılır.

 


Şekil 6 Dipolden Işıma (a) Alan bileşenleri, (b) |E?| ışıma diyagramı, (c)|H?| ışıma diyagramı, (d) 3D Işıma diyagramı

1.2.2- POLARİZASYON

     Yayınım yapan dalganın elektrik alan doğrultusuna o dalganın polarizasyonu denir. Yarım dalga dipolünün apsis vektörünün yönü polarizasyonu ile aynıdır. Eğer bir dalganın polarizasyonu yani elektrik alan vektörü yere dik ise buna dikey polarizasyon denir. Eğer elektrik alan vektörü yere paralel ise buna yatay polarizasyon denir. Genellikle çeyrek dalga antenlerde dikey polarizasyon vardır. İletimde doğru polarizasyon çeşidi kullanılarak alıcı ve verici anten arasında maksimum güç transferi yapılır. (Şekil 7)

Şekil 7 Polarizasyon çeşitleri

1.2.3- GİRİŞ EMPEDANSI

Antenin empedansı basitçe gerilimin akıma oranıdır. Fakat gerilim ve akım yayınımın değişik bölümlerini de farklı değerler alırlar. Genel amaç anten giriş empedansını transmisyon hattı empedansına yaklaştırmaktır yada bu değerleri eşit tutmaktır. Böylece duran dalga oranı(SWR) düşürülerek maksimum düzeyde güç transferi sağlanmaktadır.

1.2.4- DEMET GENİŞLİĞİ

Demet genişliği, yayınım doğrultusunda gücün 3dB 'ye düştüğü noktalar arasındaki uzaklıklar olarak tanımlanır. Şekil 8 'de demet genişliği hem lineer ölçekle hemde dB ölçekle gösterilmiştir.


Şekil 8 Demet genişliğinin hesaplanması

Hem dikey hem de yatay yayınımda aynı yöntemle bulunur. Demet genişliği kazancı tahmin etmekte kullanılır. Aynı zamanda yarım güç kazancı sayesinde dalganın yöneticiliği de hesaplanabilir (Şekil8).

1.2.5- ANTEN KAZANCI

Yayınım her zaman antene göre aynı yönde ve güçte olamaz. Buna antenin yöneticiliği denir. Antenin kazancı yöneticilikle ve ışıma diyagramı ile ilişkilidir. Öyle ki antenin ışımasında bazı kulaklar diğer kulaklara göre güç yoğunluğu daha fazladır. Bu sayede antenin yöneticiliğini kullanarak istediğimiz kulaklara istediğimiz kadar güç vererek yayınımı kontrol edebiliriz. Pratikte bir anteni test ederken aynı uzunlukta ve aynı polarizasyonlu yarım dalga dipolu ile karşılaştırırız. Yüksek frekanslarda, pratikte var olmayan isotropik radiator den kazancı hesaplayabiliriz. Kazanç (isotropik radiator, dBi )= Kazanç ( yarım dalga dipolü, dBi ) + 2.15dBi Aynı zamanda kazancı demet genişliği sayesinde ve yatay ve dikey ışıma diyagramında hesaplayabiliriz. (Şekil 9)


Şekil 9 Demet genişliği ile kazanç hesaplanması


Şekil 10 Kazanç-demet genişliği grafiği

1.2.6- DURAN DALGA ORANI (SWR)

Tam olarak 50 'luk empedans bir frekansta pratik olarak oluşturulabilir. SWR, bir antenin empedansının 50 'luk geniş bantlı antene göre oranıdır. Vericiden gönderilen güç kayıpsız olarak fazla uzun süre yayınım yapamaz. Bu gücün bir bölümü antenden yansır ve vericiye geri döner ve antende ileri ve geri güç gerilimin minimum ve maksimuma ulaşmasını sağlar. Bu dalga oranı da anten seçiminde büyük rol oynar. Bu oranın ölçülmesi hassas aletler vasıtasıyla yapılır.

1.2.7- YÖNETİCİLİK

Antenin konsantre enerjisinin belli bir ışıma yönünde toplanması sonucu o yönde daha büyük ışıma yapmasıdır. Eğer anten %100 verimle çalışıyorsa; güç kazancı, yöneticiliğe eşittir.

Antenden ışıyan güç,




şeklinde tanımlı bulunan Poynting vektörü gözönüne alınarak, ve
, olduğundan,

 


olarak ifade edilebilir. Burada,
d(-omega-) : Işıma diyagramının açıklık açısıdır ve d(-omega-)=sin d d şeklinde tanımlıdır.
    Işıma alanların genliklerinin 1/r çarpanı içermesi nedeniyle ışıma yoğunluğu;



yazılabilir.
    İzotropik kaynağın ışıma yoğunluğu, teorik olarak tüm uzayda belli bir değer alır ve oldukça kullanışlıdır, bu değer 'dir. Buna göre antenden ışıyan güç,

şeklinde de ifade edilebilir.
  İzotropik olmayan kaynakların tüm uzayda ışıma yoğunluğu sabit değildir. Fakat izotropik kaynakla aynıymış gibi alınır.

Bir antenin yöneticiliği; ışıma yoğunluğunun o noktadaki ortalama ışıma oranı olarak tanımlanmaktadır ve



 

oranı ile belirlenmektedir. Diğer taraftan yöneticilik



 

olarak da ifade edilebilir.
Şekil 11(a) 'da , 'ye eşittir. Bu yüzden bu anten birim ışıma yapmaktadır ve yöneticiliği,
 

D = 4(-omega-)/4(-omega-) =1

şeklinde bir olmaktadır.
Şekil 11(b) 'de ise

= D.
= P/4(-pi-)

şeklinde sabittir.


(a)

(b)
Şekil 11 Anten yöneticiliği

Yön önemli olduğu durumlarda güç:
Yön önemli olmadığı durumlarda güç:
şeklinde tanımlanabildiği göz önüne alınırsa, kazanç ile yöneticilik arasında sadece güçte farklılık olduğu açıktır. Gelen gücü kayıpsız olarak yansıtabilirse bir anten P= kabul edebiliriz bu gerçekte imkansızdır. Anten üzerinde belli bir güç bir şekilde harcanır. Her antenin ışıma verimliliği vardır.

1.2.8- ANTEN VERİMLİLİĞİ (Işıma Verimliliği)

Toplam ışıma gücünün, anten giriş gücüne oranındır.
Burada

 
olarak bulunur

1.3- ANTEN ÇEŞİTLERİ ve ANTENLERE GENEL BAKIŞ

Antenler genel olarak çok değişik kriterlere göre sınıflandırılabilir: çalışma frekansı, elektriksel boyut, geometri, besleme şekli v.s. şeklinde sıralanabilir. Burada uygulamada kullanılan belli başlı anten çeşitleri kısaca anlatılmaktadır.

1.3.1- ELEKTRİKSEL KÜÇÜK ANTENLER

Antenin boyutu dalga boyundan küçük olan antenlerdir.Genel özellikleri:
-Yöneticiliği çok küçüktür.
-Giriş direnci küçüktür.
-Giriş reaktansı büyüktür.
-Düşük ışıma verimine sahiptir
.
Şekil 12 Elektriksel küçük antenler

1.3.2- REZONANS ANTENLER

Bu antenler seçilmiş dar band frekanslarında çok iyi çalışırlar. Genel özellikleri:
-Düşük güçte çalışırlar.
-Reel giriş empedansına sahiptirler.(Giriş reaktansı sıfırdır.)
-Dar band aralığında çalışırlar.(Rezonansa gelebilirler.)

.
Şekil 13 Rezonanas antenler ,Yarım dalga dipolü, Mikroşerit ve Yagi (sırasıyla)
Genellikle rezonans anten olarak yarım dalga dipolü ve çeyrek dalga boylu monopoller kullanılır. Şekil 14 'de monopol ve dipol arasındaki fark gösterilmiştir.

Şekil 14 Dipol ve monopol antenin ışıma diyagramları

1.3.3- GENİŞ BANDLI ANTENLER

Işıma davranışı, kazanç ve empedans geniş frekans aralıklarında neredeyse sabit kalmakatadır. Ve anten üzerinde frekans değişikliğini oluşturan tam ve yarım dalga boylu aktif bölgedeki sinyallerle karakterize edilirler. Genel özellikleri:
-Sabit kazançlıdır.
-Reel giriş empedansına sahiptir.
-Geniş band aralığına çalışabilirler.

Şekil 15 Geniş bandlı antenler

1.3.4-AÇIK DELİKLİ ANTENLER

Dalgaların akışını sağlayan fiziksel bir yapısı vardır. Genel özellikleri:
-Yüksek kazanlıdır.
-Frekans artışıyla kazanç artar.
-Fazla geniş olamayan band genişliğine sahiptir.

Şekil 16 Açık delikli antenler
Antenlerin kullanıldıkları frekanslar Tablo 1'de gösterilmiştir.
 

Anten çeşidi Kullanıldığı frekans
Elektriksel küçük antenler 300MHz ve daha aşağı
Rezonans antenler 30MHz -2 GHz
Geniş bandlı antenler 300MHz -2 GHz
Açıklık antenleri 3GHz ve daha yukarısı


Tablo 1 Anten çeşitlerinin kullanım frekans aralıkları

 

2. BÖLÜM


2. İDEAL DİPOL ve DİPOL ANTENLER

2.1- İDEAL DİPOL,YARIM DALGA DİPOL ve KISA DİPOL ANTENLERİN PARAMETRELERİ

2.1.1- IŞIMA DİYAGRAMI




Potansiyel manyetik vektör ifadesinde sınırlarımızı olarak alırsak ;

I(z)=
Uzak alanlarda R alınabileceğinden.;

integral ifadesi için:


şeklinde hesaplanabilir.



Küresel koordinatlarda için alınabilir.

ve , olursa



Uzak alan düzlemsel dalga için

Boşluk için ise

Normalize elektrik alanlarda , olarak şeklinde ifade edilir
Belirsiz değerler için limit alınırsa burada diyagram polar koordinatlarda belirtilir.

2.1.2- GİRİŞ EMPEDANSI

Yakında komşu bir anten olamayan antenlerin giriş empedansı:

ZA = RA + jXA

RA: Giriş resistansı
XA: Giriş reaktansı olarak bilinir.

-Giriş Resistansı:
Giriş resistansı harcanan ve geri dönmeyen gücün bulunmasında bize yardımcı olur. Antenin ohmik direncinden dolayı ısınması da söz konusudur. Genel olarak antenlerde ışıma kaybına oranla ohmik kayıplar küçüktür. Fakat kısa dipol antenlerde ohmik kayıplar önemli bir düzeydedir. Bunun için harcanan ortalama güç akımın dağılımına bağlı olarak:



Harcanan güç ikiye ayrılır:

 



 

=+

=Işıma direnci ve değeri:



Ohmik direncimiz de:



Işıyan gücümüz Poynting vektöründen:,


Uzak noktada yüzeyimiz genellikle küreseldir. P gerçek değerlidir. Çünkü güç yoğunluğumuz uzak alanlarda reel değerlidir:



Girişte akım maksimum olduğu için alınabilir. Rr de akımdan dolayı oluşan ışıma direncine eşit alınırsa;



Ohm (ideal dipol için)

Görüldüğü gibi ideal dipol için   delta z <<

olduğundan Rr çok küçük değerlidir.

Düşük frekans dışında deri kalınlığı iletkenin yarıçapından çok küçüktür. R ohmic değeri L uzunluklu anten için;

(yüzey direnci )

yüzey direnci de alınır.

Çoğu anten için er %100 e yakındır. Elektriksel küçük antenler bu önemli dereceye geldiğinden daha küçük olabilir.

Kısa dipollerde de z<<  olduğundan ideal dipole benzetebiliriz ki ışıma davranışları da Sin şeklindedir. Sonuç olarak benzer davranıştan dolayı yöneticilikte ideal dipol değeri ile aynı olabilmektedir. (D=1.5) Akım dağılımlarına bakıldığında kısa dipolünki üçgen şeklini almaktadır.

İdeal dipol alanın yarısı olduğundan karesi alınırsa, kısa dipol için




Ohmic direnç içinde:

=  buradan Buradan da için e oranla daha küçüldüğü söylenebilir. -Giriş Reaktansı:

Ra ışıyan gücü ifade ederken Xa mız yakın alanda biriken gücü ifade eder. Bu devre teorisinde kompleks yük empedansına benzer. Kısa dipolün Xa sı kapasitif özellik gösterir
 yaklaşık olarak: dır. Bu çok kısa dipoller için çok yüksek reaktans verir.Buradan toplam giriş empedansı Rr+Rohmic=jXa dır.

2.1.3- YÖNETİCİLİK VE ANTEN KAZANCI

1. Bölümün 1.2.5 ve 1.2.7 başlıklarında formüller çıkartılmıştı. Burada yine kısaca değinecek olursak yöneticilik ışıma yoğunluğunun, ortalama ışıma yoğunluğuna oranıdır.

ANTEN ÇEŞİTLERİ VE İŞLEVLERİ

Derleyen ve yazan : Talat Turgay (TA4BS)

ANTEN ÇEŞİTLERİ VE İŞLEVLERİ

Antenler iki çeşittir:

1 - Verici anten (uyaran)
2 - Alıcı anten (uyarılan)

Genel olarak bu antenlerin işlevi, yani işleyiş biçimi şöyle özetlenebilir.

1 - Verici antenler, içlerinde salınan (diğer bir deyimle ivmeli hareket yapan) elektronların çevreye etki (elektromanyetik dalga) yayınlamasını sağlar. Bir verici antenin tasarımında ana amaç, belli bir gerilim ya da akımla çevrede en büyük güçlü ve en büyük uzaklığa erişebilen bir elektromanyetik dalga oluşturmaktır.

2 - Alıcı antenler, üzerlerine gelen etkinin anten içindeki elektronları sallayabilmesini, salındırabilmesini sağlar. Bir alıcı antenin tasarımındaki ana amaç ise, belli bir elektromanyetik dalgadan en büyük genlikli gerilim ve akım yaratabilmektir. Elektromanyetik dalgalar bölümündeki elektroskop deneyini hatırlayalım.


Şekil 2-3-1 : Uzaktan elektron kımıldatma

Bu deneyde elimizde tuttuğumuz yüklü iletken çubuk aşağı-yukarı sallandığı zaman, elektroskop çubuğundaki elektronlar da aşağı-yukarı salınıma geçiyorlardı. Bu, şunu kanıtlar ki elimizdeki çubukta bir nevi verici anten gibidir. Tek farkı ise verici antenlerin sabit olması ve sadece içindeki elektronların hareket etmesidir. Elektroskop çubuğu ise bir alıcı anten işlevi görmektedir. Verici anten uyarmakta, alıcı anten ise uyarılmaktadır.

VERİCİ ANTENLER (uyarım)

Verici antenin yapılışı hareket eden elektronların çevreye etki yaymasına yöneliktir. Yani bir verici antenin içindeki ivmeli elektron hareketi çevreye elektromanyetik dalga yayınlar. Şimdi bunun nasıl gerçekleştiğine bir göz atalım.

PARALEL SALINIM DEVRESİ :
Bu bölümde bir kondansatör (kapasite) ile bir bobinin (sargının) nasıl olup da elektron salınımı yarattığını göreceğiz. Ancak önce kondansatör ve bobinin ne olduklarına bakalım. Kondansatör ve bobinin özellikleri şunlardır;

1 - Bir kondansatör, adından da anlaşılacağı gibi, içine elektron sığdırabilen, elektron depo edebilen bir birimdir. Bir kondansatörün belli bir kapasitesi, yani alış olanağı vardır. Bu özellik " C " (capacity) ile belirtilir. Kondansatör iki adet levhadan oluşur. Bu iki levha birbirinden yalıtılmıştır. Bir levhadan öteki levhaya elektron atlayamaz.

Eğer biz bir levhaya elektron doldurursak ve diğer levhada da elektron bırakmazsak şöyle bir durum ortaya çıkar. Bir levhada tıkabasa doluşmuş elektronlar, öteki boş levhayı görünce oraya gitmek isterler. Böylece oraya doğru çekilmiş olurlar. Ancak orada iletim olmadığı için gidemezler ve karşı levhaya baka baka bekleşirler. İşte bu durum elektronların kendi levhalarından ayrılıp kondansatör dışına çıkmalarını önler. Kondansatör, bir levhası üzerinde elektronları barındırmış olmaktadır. Kondansatörler herhangi bir elektronik devrede gerçekten bir bekleşme yeri görevi üstlenirler. Bir yol üzerindeki bir otel veya han nasıl belli bir süre barınma olanağı sağlıyorsa kondansatör de bunu yapar. Bu durumu aşılmaz bir akarsuyun bir yakasından karşı yakasına geçmek üzere bekleşen kişilerin durumuna da benzetebiliriz. Kısacası, bir kondansatör, içindeki elektrik enerjisini yük olarak saklayabilir. kondansatör (kapasite) adı da buradan gelmektedir.

2 - Bobine gelince, bobin elektronların bekleşmesini değil tam aksine " akmasını " sağlar. Yani eğer bobin telleri içinden elektronlar akmaktaysa, bobin bu akımın sürmesini sağlar. Lenz yasasına göre akımın artmasını, ya da azalmasını engellemeye çalışır. Akımın varlığı sırasında bobinde bir manyetik enerji oluştuğundan, bu durumu bobinin " Manyetik enerjiyi saklaması " olarak özetleyebiliriz.

İsterseniz bir örnekle bu duruma açıklık getirelim. Bir taşıt ile bir yolda gittiğimizi düşünelim. Taşıtın belli bir hızda sürekli olarak gitmesi daha doğru ve güvenli olduğundan tercih edilir. Fakat bu taşıtı sürerken bir hızlı, bir yavaş şeklinde hareket edersek her şeyden önce bütün trafiği altüst etmiş ve diğer taşıtları tehlikeye sokmuş oluruz. Demek ki yolun koşulları bizim aracımızı değişmez bir hızda sürmemizi gerektirmektedir. Diğer bir deyişle, yol bizim hız değiştirmemizi engellemektedir. Akımın varlığı sırasında bobinde bir manyetik alan oluştuğundan, biz bu durumu bobinin " Manyetik enerjiyi saklaması " olarak özetleyebiliriz. Sonuç olarak;

1 ) Kondansatör, elektronların haraketsiz olarak korunduğu ve elektrik enerjisinin saklandığı bir depodur.
2 ) Bobin, elektronların hareketinin korunduğu veya manyetik enerjinin saklandığı bir yerdir.

Bu ilginç özelliklerin kavranması ileride bize çok kolaylıklar sağlayacaktır. Hele bir elektronik devrede küçük küçük elektronların böyle otellerden, yollardan geçtiğini düşünebilmek daha da ilginç olacaktır. Şimdide elektronik eğitiminde çok önemli olduğu görüşü savunulan bir deneyi gerçekleştirelim ve açıklayalım. (Bu deneyin sürekli olarak her konuda hatırlanması yararlıdır). Aşağıdaki şekilde birbirine paralel bağlanmış bir kondansatör ile bir bobin ele alıyoruz.


Şekil 2-3-2 : Paralel salınım devresinde elektronlar

1. Görüntüde soldaki kondansatörün üst levhasında elektron çokluğu, alt levhasında elektron azlığı vardır. Elektronlar üst levhada bekleşmektedirler. Bu durumda levhalar arasında çekme kuvvetleri (yani elektriksel alan) vardır. Kondansatörde enerji, elektriksel enerji olarak depo edilmiştir, biriktirilmiştir. Biliyoruz ki, gerçekte olanak bulurlarsa elektronların amacı elektronsuz yerlere dağılmaktır. Onları rahatlatacak olan budur. Tam bu sırada elektronların aklına, bobin üzerinden geçip alt levhaya gidebilecekleri gelmektedir. Üst levhada sıkışıp kalmaktansa her iki levhaya dengeli olarak dağılmak en doğrusudur.

2. Görüntüde elektronlar bu düşünüş doğrultusunda hareket etmeğe başlarlar ve üst levhadan sağa doğru gidip bobin üzerinden geçerek alt levhaya ulaşmaya çalışırlar. Bu esnada bobinde bir manyetik alan doğar. Ancak sargı ilk anda akımın artmasını önlerken, daha sonra akmakta olan elektronların azalmasını engellemeye çalışır, yani akımın değişmez kalmasına uğraşır. Önce elektronların akımına karşı koyan bobin bu kez de adeta " Mademki akıyorsunuz bari hepiniz akın " der gibidir. Sonuç olarak, her iki levhada dengelendikleri için alt levhaya akmak istemeyen elektronlar dahi zorunlu olarak üst levhadan çekilip alt levhaya itelenirler. İşin en ilginç yanı, üst levhada sıkışıklıktan bunalmış olan levhalar, bu kez alt levhaya doluşmuşlardır. Bunu sağlayan da, bobinin akımı koruma özelliğidir. Enerji akım süresince bobinde " Manyetik Enerji " olarak saklanmaktadır.

3. Görüntüde bütün elektronlar bu kez alt levhada sıkışmış durumdadırlar. Üst levhada elektronsuzluk, alt levhada çok elektronluluk vardır. Durum 1. Görüntünün tam tersidir. Enerji, kondansatörde " Elektriksel enerji " olarak saklanmıştır. Elektronlar şaşırmış durumdadır. Levhalara eşit dağılabilmek için yapacakları tek şey bıkmadan usanmadan bunu yinelemekte ısrar etmeleridir. Bu kez de bir kısmı üst levhaya geri dönmek isterler.

4. Görüntüde zorunlu olarak bunu denemeye koyulurlar. Alt levhadan sağa doğru hareket ederek bobin üzerinden üst levhaya akmaya başlarlar. Kondansatördeki " Elektriksel enerji ", bobin üzerine " Manyetik Enerji " olarak geçmiş durumdadır. Bobin içinde bir manyetik alan doğmuştur. Bobin biraz önce yaptığının benzerini yapacak ve bütün elektronları üst levhaya yollayacaktır. Doğaldır ki elektronların düşünebilmesi olanaksızdır. Ancak elektronların eylemlerinin aynı bu şekilde olduğuna gerçekten inanabilirsiniz.

Bu ilginç ve gerçekte çok basit olan olay, yani elektronların bir aşağı, bir yukarı inip çıkmak zorunda kalmaları, 20 yüzyılın teknolojik atılımını sağlayan bir olaydır. Tüm radyo, televizyon, radar, bilgisayar devreleri bu ilke ile çalışmaktadırlar.

KAPALI DEVRE VE AÇIK DEVRE
Yukarıda incelediğimiz paralel salınım devresinden çevreye ne bir elektriksel alan ne de manyetik alan taşmamaktadır. Ancak transformatörlerden de bilindiği gibi bobinin üzerine ikinci bir bobin sararsak birinci bobinden ikinci bobine etki geçer. İki bobin arasındaki bu olaya " kublaj " denir. İkinci bobini uzağa götürürsek orada kublaj kalmaz. Dolayısıyla çevreye alan yaymayan böyle bir devreye " Kapalı Devre " denir.

Ancak bizim amacımız çevreye dalga yaymak olduğuna göre, bu devreyi açmaya çalışalım, bir " Açık Devre " oluşturalım. Açık devre uzağa dalga yayan devre anlamına gelmektedir. Devreyi kondansatör yanından açmak için kondansatör levhalarını birbirinden uzaklaştırmak yeterlidir.


Şekil 2-3-3 : Kondansatörün açılması (Dipol anten)

Devreyi bobin yanından açmak için ise bobinin enine kesit alanını büyültürüz. Deneylerimizden açıkca görülüyor ki, birinci durumda çevreye elektriksel alan, ikincide ise manyetik alan yayılmıştır. Salınım durumunda her ikisi de elektromanyetik dalga doğurabilirler. Bunlar birer verici antendir. Birinci durumdaki anten " Dipol Anten ", ikinci durumdaki anten ise " Kapalı Dipol Anten " adını alır. Dipol anten bir elektriksel uyarım, kapalı dipol anten ise manyetik uyarım yapmaktadır. Açıklamada kolaylık sağlamak amacıyla bu şekilde tanımlanan bu antenlerin gerçekte her ikisinde de iki türlü alan vardır.

Bu antenler temel anten tipleridir. Günümüzde birinci türü " Çubuk Anten ", ikinci türü ise " Ferit Anten " olarak kullanılmaktadır. Antenlerin birer salınım devresi olarak olduğunu gördüğümüze göre, her antenin kendine göre bir salınım frekansı vardır. Bundan dolayı değişik frekanslar için değişik antenler kullanılır.

ALICI ANTENLER
Alıcı antenler biçim bakımından verici antenlere benzerler. Burada amaç, anten üzerindeki elektronların gelen bir etkiden en çok etkilenebilmelerini sağlamaktır. Bir transformatörün sekonder sargısında bu oluşmaktadır. Transformatörün primer sargısı bir verici anten, sekonder sargısı da bir alıcı antendir. Ancak burada verici anten bir kapalı devredir.

Alıcı antenler de " Elektriksel uyarılmalı " (dipol, çubuk ve tel antenler) ve " Manyetik uyarılmalı " (Kapalı dipol ve ferit antenler) olarak ikiye ayrılabilirler. Bu sınıflandırmaya göre transformatör sekonder sargısı bir " Manyetik Uyarılmalı " antendir. Alıcı antenler de birer paralel salınım devreleridir.

Anten Genel Bilgileri - 2  bölümünde hem verici ve hem de alıcı olarak çalışabilen antenleri ele alacağız.

 

 

 

X IŞINLARI

Elektron atoma fırlatıldığında, çekirdeğin çekim gücü ile hareket yönünü ve hızının büyüklüğünü değiştirir. Yani bir ivme kazanır. İvmeli hareket eden yükler etrafa elektromanyetik dalga yayacağından, etrafa X ışınları olarak tabir edilen dalga boylarında elektromanyetik dalga yayılır.

 

ELEKTROMANYETİK DALGALAR

Elektromanyetik dalgalar ilk kez James Clerk Maxwell tarafından keşfedilmiştir. Elektromanyetik dalgaları anlayabilmemiz için öncelikle Maxwel'in geliştirdiği matematiksel yöntemleri iyi anlamalıyız. Çünkü Maxwell elektromanyetik dalgaları matematiksel yollarla bulmuştur.

Bu konunun iyi anlaşılması için, manyetizma, elektromanyetik indüksiyon, manyetik akı gibi konuların iyi bilinmesi gerekir.

 

Maxwell Denklemleri

James Clerk Maxwell elektromanyetik dalgaları matematiksel olarak incelemek için bazı fiziksel büyüklükler kullanmıştır. Bu büyüklükler manyetik dolanım, elektriksel dolanım, manyetik akı, elektriksel akı, vb. dir. Bu büyüklüklerden bazılarını Lise2 konularından biliyorsunuz. İlkdefa göreceğiniz büyüklükler aşağıda tanımlanmıştır.

Elektriksel Dolanım (DE): Değişen bir manyetik alan etrafında birim yükü bir tur döndürmek için elektrik alana karşı yapılan iş.

Manyetik Dolanım (DB): Düz bir telden geçen akım veya değişken bir elektrik alan etrafında birim kuzey kutbunun bir tur dönmesi sırasında manyetik alana karşı yapılan iş.

ELEKRİKSEL DOLANIM

MANYETİK DOLANIM

Bu resimde çembersel bir halkanın içinden geçen DEĞİŞKEN bir manyetik alan vardır. Bu manyetik alanın değişmesi çemberin manyetik akısını değiştirir. Değişen manyetik akı çemberden akım geçmesine neden olur. (elektromanyetik indüksiyon Lise2 konusu). Çembersel telden akım geçmesi demek, telin içinde elektrik alan oluşmasıyla açıklanır. Demekki tel olmasa bile, değişen manyetik alan etrafında elektrik alan çizgileri oluşur. Elektriksel dolanım birim yükün bir tur dolanması için elektriksel kuvvetlerin yaptığı iş olarak tanımlanır. Bu işi hesaplamak için, iş formülünde kuvvet yerine E, yol yerine 2π.r yazılırsa, DE=E.2π.r  bulunur. Aynı zamanda bu tanım indüksiyon emk tanımıdır. İndüksiyon emk sı ise aşağdaki formülden bulunur.

İş formülünün W=F.x olduğunu hatırlarsak, i akımı geçen düz bir tel etrafında birim kuzey kutbunu bir tur döndürmek için yapılan işi hesaplarız. Bu da bize manyetik dolanımı verir. DB=B.2π.r    Çünkü birim kuzey kutbuna uygulanan kuvvet manyetik alan demektir. B=2Ki/r olacağından dolanım formulünde yerine yazılırsa, DB=2Ki/r.2π.r =4πKi bulunur.

Bu denklem akımın manyetik etkisi olarak tanımığımız bir denklemle yakından ilgilidir. B=2K.i/d

Yani şunu söylüyoruz: Akım geçen bir telin etrafında manyetik alan oluşur.

                    

Bu formülden çıkan değer aynı zamanda elektrik dolanımı verir.

 

Eşdeğer Akım

Şu ana kadar iki önemli denklem elde ettik. Bunlar manyetik dolanım (DB) ve elektriksel dolanımı (DE) veren formüller. Bunları aşağıdaki gibi yazabiliriz.

                                     

Manyetik dolanımın formülünden anlaşılacağı gibi, telden i büyüklüğünde bir akım geçtiğinde, bu akımı μ0 ile çarpmamız yeterli oluyor. μ0 sayısı boşluğun manyetik geçirgenliğidir. μ0 aynı zamanda 4π.K sayısına eşittir. (K sayısı manyetik alan konularından hatırlayacağınız 10-7 sayısıdır.)

Eğer ortamda bir i akımı yoksa, sanki akım varmış gibi bir etki yaratılıp, manyetik dolanım hesaplanabilir mi? Bu sorunun yanıtı için elektrik konularından hatırlayacağınız kondansatörleri inceleyelim. Kondansatör iki paralel levhadan oluşur ve akım geçtiğinde yüklenmeye başlar.

Şekildeki kondansatör başlangıçta nötrken, üretece bağlandığında, üreteçten akım geçer ve kondansatörün levhaları yüklenmeye başlar. Levhalar yüklendikçe kondansatörün levhaları arasındaki elektrik alan artar. Kondansatörle ilgili bildiğimiz denklemleri kullanarak elektrik alanın şiddetini veren formülü bulabiliriz.

Kondansatörün sığasını veren iki formül vardır.

 

   

Kondansatörün levhaları arasında hava olduğundan buradan elektrik akımı geçmez. Yani levhalar arasından hiçbir zaman yük akışı olmaz. Fakat kondansatörün levhaları artı eksi yüklenirken tellerden akım geçer. Kondansatör tamamen dolduğunda ise tellerden geçen akım biter. Fakat hiçbir durumda levhalar arsındaki boşluktan akım geçmez.

Tellerden akım geçmekteyken (dolma aşamasında) levhalar arasında oluşan elektrik alan artar. Dolayısıyla kondansatörün elektriksel akısı artar. Tellerden akım geçmiyorken (kondansatör dolduktan sonra) elektrik alan sabit kalır yani zamanla değişmez.

"O halde elektriksel alan değişimi akım geçiyormuş etkisi yaratır. "

Bir ortamda elektriksel alan değişiyorsa, sanki orada elektrik akımı varmış gibi olur.

Bu kuralı manyetik dolanımda kullanalım. Bir telden akım geçtiğinde etrafında manyetik alan oluşuyordu. Akım yerine elektriksel alan değişimini koyabildiğimize göre, şunu söyleyebiliriz:

"Elektriksel alan değişimi etrafında manyetik alan yaratır."

Maxwel'in kurallarını şöyle özetleyebiliriz:

Değişen manyetik alanlar etrafında elektrik alanları, değişen elektrik alanlarda etrafında manyetik alanları oluşturur.

O halde bir ortamda değişen elektrik alan oluşturursak bu etrafında değişen manyetik alan oluşturacak, bu değişen manyetik alan da etrafında elektriksel alan oluturacak, bu tekrar manyetik alan ......................................

Bu şekilde elektrik ve manyetik alan değişimleri birbirini sürekli takip edecek. İşte elektro manyetik dalga böyle birbirini destekleyen elektrik ve manyetik alan değişimleridir.

Elektrik alan vektörlerinin değişimi ile manyetik alan vektörlerinin değişimi sinüzodial eğri biçimindedir. Yukarıdaki şeklin üzerine tıklayınız. Yukarıdaki şekilde iki kondansatörün uçlarındaki elektrik alan değiştirilerek etrafa elektromanyetik dalga yayması görülüyor.

 

ELEKTROMANYETİK TAYF



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. Elektromanyetik spektrum, tüm elektromanyetik radyasyonun bütünlük oluşur. Elektromanyetik spektrum içinde bazen hafif olarak, kelime bazen elektromanyetik spektrumun sadece insan görünen kısmı ifade eder rağmen denir kadar foton, her şey yapılmıştır.


Fotonlar bir parçacık ve bazı dalgasının bazı özellikleri var. Örneğin, bir dalga boyu vardır. Bir foton aralıklarda dalga boyu birçok kez gelen toprak genişliği bir atom çapı daha küçük. elektromanyetik spektrumun bir parçasıdır Bütün radyasyon üç temel özellikleri - frekans veya dalga boyu, şiddeti ve kutuplaşma vardır. Elektromanyetik dalga açısını ifade eder son özellik, insan gözü tarafından tespit edilemez, arılar algıladıkları rağmen.


Doğru makyaj bir müdahale malzeme, o yansıtmak rağmen, yavaş ya da absorbe Tüm elektromanyetik radyasyon ışık hızında hareket eder. Birçok süreçleri, çeşitli fosforlu yaşam formları dahil oluşturabilirsiniz rağmen dünya üzerinde elektromanyetik spektrum radyasyon birincil kaynağı güneşten vardır.


Elektromanyetik elektromanyetik alan, salınımlı bir pertürbasyon olarak düşünülebilir. Elektromanyetik spektrum olası tüm tedirginlikler oluşur. Biz sadece onları küçük bir kısmını görebilirsiniz - yaklaşık 400 nanometre ve yaklaşık 750 nanometre arasında dalga boyu ile ışık. Belki de şaşırtıcı olmayan bu büyük miktarlarda güneşten dökülen ışığın dalga boyu ve görsel sistemlerle algıladıkları gelişmiştir. Kısaltma ROYGBIV bazen elektromanyetik spektrumun insan görünür renkleri tanımlamak için, en düşük sıklık sırasına göre en yüksek frekans kullanılır:, turuncu, sarı, yeşil, mavi, kırmızı lacivert ve mor.


Bu kırmızı renk daha bir dalga boyu uzun olan elektromanyetik radyasyon türü ve kızılötesi denir tüm nesneler serbest ısı off verilir. bir milimetre sürece yaklaşık 750 nanometre gelen dalga boyu da Kızılötesi değişmektedir. infrared ardından mikrodalga arasındaki dalga boyu ile milimetrenin yaklaşık 30 cm (12 inç) çevresinde bulunmaktadır. Bu bir mikrodalga fırın kullanılır. Radyo dalgaları mikrodalgalar daha uzun dalga boylu olan herşeyi içerir. Bu son derece iletişim teknolojisi için önemli olan en büyük yeteneği dünyanın atmosferi nüfuz ve bu nedenle var.


görünür ışık daha küçük dalga boylarına sahip elektromanyetik radyasyon ultraviyole, ardından röntgen, sonra gama ışınları sayılabilir. Gama ışınları kozmik ışın türüdür ve son derece yüksek enerjileri olabilir. Gama ışınları ve enerjileri çok şey henüz bizim parçacık hızlandırıcıları üretilen daha yüksek olabilir bunların dalga boyları kadar küçük tek bir atomaltı parçacık olarak olabilir.

    Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder. Elektromanyetik tayf, dalga boylarına göre atom altı değerlerden başlayıp 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.Dalga boyu: Bir dalga hareketinde birbirini izleyen iki tepe veya çukur noktası arasındaki uzaklığa ya da elektromanyetik dalgaların bir salınımda aldıkları yola DALGA BOYU denir. Dalga boyu birimi bizim kullandığımız mesafe birimleridir, örneğin santimetre, metre, kilometre. 


Dalga periyodu:
İki dalga tepesinin veya çukurunun belirli bir noktadan art arda geçişi arasındaki süreye DALGA PERİYODU denir. 
 

 

Frekans:

Frekans veya titreşim sayısı bir olayın birim zaman (tipik olarak 1 saniye) içinde hangi sıklıkla, kaç defa tekrarlandığının ölçümüdür, matematiksel ifadeyle periyodun çarpmaya göre tersidir.

Ölçümü :
Bir olayın frekansını ölçmek için o olayın belirli bir zaman aralığında kendini kaç kere tekrar ettiği sayılır sonra bu sayı zaman aralığına bölünerek frekans elde edilir.
SI birim sisteminde frekans, Hertz (Hz) ile gösterilir. Bir Hertz, bir olayın saniyede bir tekrarlandığı anlamına gelir. Olayın iki Hertzlik bir frekansa sahip olması ise, olayın saniyede kendini iki kere yinelediğini ifade eder. Frekansı ölçmenin başka bir yolu ise olayın kendini tekrar etmesi arasında geçen süreyi tayin etmektir zira frekans bu sürenin çarpmaya göre tersi olduğundan dolaylı olarak elde edilebilir. İki yineleme arasında geçen süreye periyot denir ve fizikte genellikle T ile gösterilir.

Dalganın Frekansı:
Bir dalganın frekansı, dalgaboyuyla ilişkilidir. Dalganın dalgaboyuyla frekansının çarpımı, o dalganın hızını belirler. Dolayısıyla dalgaboyu bilinen bir dalganın frekansı bu ilişki kullanılarak belirlenebilir.
Bu ifadede v hızı λ (lambda) ise dalgaboyunu temsil eder. Özel bir durum olarak elektromanyetik bir dalga olan ışık boşlukta ışık hızıyla hareket ettiği için bu denklem
ifadesine dönüşür. Dalgalar bir ortamdan başka fiziksel yoğunluğa sahip bir ortama geçtiklerinde frekansları değişmez ancak hızları ve dolayısıyla dalgaboyları değişir. Doppler Etkisi dışında frekans hiçbir fiziksel olay dolayısıyla değişmez, diğer bir deyişle evrensel bir fiziksel değişmezdir.

        

Radio waves travel at the speed of light (300,000 km/s). Frequency is the number of radio waves that can travel during a single second, and is expressed in terms of Hertz (Hz). Since the speed of radio waves is constant, low frequencies have long wavelengths while high frequencies have short wavelengths.

Frekanslar
Bir dalganın hızı dalga boyunun frekansına çarpımına eşittir.  

Hız:
Örnekler
-Orkestrada bütünlüğü sağlamak için akort sesi olarak verilen la notası 440 Hz frekansına sahip bir titreşimdir.
-İnsan kulağı 20-20.000 Hz aralığındaki titreşimlere tepki gösterir.
-Şebekeden dağıtılan elektrik, saniyede 50 kere salınan alternatif gerilimdir. Elektrikli eşyaların üzerinde AC 220V 50Hz uyarısı cihazın, 50 Hz’ lik 220 Volt genlikli alternatif gerilimle çalıştığı anlamına gelir.

HERTZ

Saniyede başına düşen devir sayısını ifade eder. 1 Hertz saniyede bir devir veya 1 MHz saniye başına bir milyon (1,000,000/s) devir şeklinde tanımlanır.
1 Hz = 1 s-1
Bu birim herhangi bir periyodik olaya uyarlanabilir. Mesela; bir insan kalbi 1.2 Hz ile atıyor denebilir. Elektromanyetik dalgaların salınımları, bilgisayar parçaları arasındaki veri akımı ile RAM ve işlemci gibi parçaların hızları MHz (106 Hz) veya GHz (109 Hz) olarak ifade edilir.

 

ELEKTROMANYETİK RADYASYON

Elektromanyetik ışınım, elektromanyetik dalga ya da elektromıknatıssal ışın (genellikle EM radyasyon veya EMI olarak kısaltılır) bir vakum veya maddede kendi kendine yayılan dalgalar formunu alan bir olgudur. Elektromanyetik dalgalar, yüklü bir parçacığın ivmeli hareketi sonucu oluşan, birbirine dik elektrik ve manyetik alan bileşeni bulunan ve bu iki alanın oluşturduğu düzleme dik doğrultuda yayılan, yayılmaları için ortam gerekmeyen, boşlukta c ışık hızı ile yayılan enine dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar, frekansına göre değişik tiplerde sınıflandırılmıştır. Bu tipler sırasıyla (artan frekansa ve azalan dalga boyuna göre) 

•  Radyo dalgaları
•  Mikrodalgalar
•  Terahertz ışınımı
•  Kızılötesi ışınım
•  Görünür ışık
•  Morötesi ışınım
•  X-ışınları ve Gama ışınlarıdır.Çeşitli organizmaların gözleri bu ışınların sadece küçük bir frekans aralığındaki ışınları algılayabilir. Buna “ışık” ya da “görülebilir tayf” denir.

 

ELEKTROMANYETİK ÖZELLİKLERİ

 

      
 

EMI fiziğinin adı elektrodinamiktir. Elektromanyetizma, elektrodinamik teorisi ile ilişkili bir fiziksel olaydır. Elektrik ve manyetik alanlar süperpozisyon ilkesine uygun olduklarından, herhangi bir parçacık ya da zamana bağlı elektrik veya manyetik alan aynı yerdeki mevcut alanlara vektör alan oldukları için vektörel olarak toplanırlar. Örneğin bir atom yapısı üzerinde seyahat halindeki bir EM dalgası yapının atomları içinde salınım indükler, böylece kendi EM dalgalarını yaymalarına sebep olur. Bu özellikler kırılma ve kırınım gibi çeşitli olaylara neden olur. Kırılma, bir dalganın bir ortamdan yoğunluğu farklı başka bir ortama geçerken hızını ve yönünü değiştirmesidir. Ortamın kırılma indisi kırılma derecesini belirler ve Snell yasası ile özetlenmiştir. Işık da bir salınım olduğundan, vakum gibi doğrusal ortamda statik elektrik ya da manyetik alan boyunca seyahat etmekten etkilenmez. Ancak bazı kristaller gibi doğrusal olmayan ortamlarda ışık ve statik elektrik ve manyetik alanlar arasında Faraday etkisi ve Kerr etkisi gibi etkileşimler görülebilir. Elektromanyetik ışımaların ortak özellikleri şunlardır; 

•  Birbirine dik elektrik ve manyetik alandan oluşurlar.
•  Boşlukta düz bir doğrultuda yayılırlar.
•  Hızları ışık hızına (2,99792458 × 108 m/s) eşittir.
•  Geçtikleri ortama; frekanslarıyla doğru orantılı, dalga boylarıyla ters orantılı olmak üzere enerji aktarırlar.
•  Enerjileri; maddeyi geçerken, yutulma ve saçılma nedeniyle azalır, boşlukta ise uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azalır.

RADYO DALGALARI
Radyo dalgaları el telsizlerinden gelişmiş uzay haberleşme sistemlerine kadar birçok platform tarafından kullanılmaktadır. Radyo dalgaları binlerce kilometreden yaklaşık bir milimetreye kadar dalga boylarındadır ve sahip oldukları rezonansa uygun antenler ve modülasyon teknikleri kullanarak analog veya sayısal veri aktarımı kanalları olarak değerlendirilebilirler. Televizyon, cep telefonu, MRI, kablosuz bilgisayar ağları ve benzeri uygulamalar radyo dalgalarını kullanır. 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 resmi 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. Radyo dalgaları elektromanyetik spektrumun sahip oldukları en uzun dalga boyuna sahiptir. Bu dalgalar, bir futbol sahasından büyük olacağı gibi bir top boyutundan da küçük olmaktadır. Radyo dalgaları radyolarınıza müzik getirmekten çok daha fazla iş yapmaktadırlar. Onlar aynı zamanda televizyon ve cep telefonu sinyallerini de taşıma görevini yapmaktadırlar. Evlerinizdeki televizyon üzerinde bulunan anten, televizyon istasyonundan yayılan sinyali elektromanyetik dalga biçiminde almaktadır ve bu TV olarak isimlendirdiğimiz görüntü cihazı tarafından işlenerek karşımıza görüntü olarak çıkmaktadır.
 

MİKRODALGA

Mikrodalgalar tipik olarak uygun çap ve şekilde metal dalga klavuzu tüpler kullanabilecek kadar kısadırlar ve magnetron veya klistron tüpler kullanarak istenilen faz ve frekansta üretilebilirler. Mikrodalga üretimi TED ve IMPATT gibi katı yapılı diyotlar kullanılarak 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 IŞINI

         

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Terahertz (THz) radyasyon, elektromanyetik tayfta uzak kızılötesi ile mikrodalgalar arasındaki 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 kullanılmaya başlanmıştır. Bu bandın askeri 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 hale getirecektir.

 

 KIZILÖTESİ IŞINI
Kızılötesi radyasyon yaklaşık olarak 300 GHz ile 400 THz frekansları ve 1 mm ile 750 nm arasındaki dalgaboylarını kapsar. Üç ana kategoride incelenir: Uzak kızılötesi, 300 GHz (1mm 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 kızılötesi ışınım, atmosferin saydam olmasında büyük rol oynamaktadır. Astronomide 200 μm ile birkaç mm arasındaki dalgaboylarına genellikle milimetre altı denir ve "uzak kızılötesi" tanımı 200 μm'nin altındaki dalgaboyları tarafından kullanılır.
Atmosferin hangi dalga boylarını geçirip hangilerini bloke ettiğini özetler bir ilüstrasyon. Orta kızılötesi, 30 THz (10 μm λ) ile 120 THz (2.5 μm λ) arasında bulunur. Sıcak cisimler bu sıklıkla bu aralıkta ışınım yayarlar. Orta kızılötesi ışınım normal moleküler titreşim tarafından emilebilir. Bu frekans aralığına bazen parmak izi bandı da denir. Yakın kızılötesi, 120 THz (2500 μm λ) ile 400 THz (750 μm λ) arasındadır. Görünür ışığa benzer fiziksel işlemler tarafından üretilir ve benzer optik kurallara tabidir.

GÖRÜNÜR IŞIK
İnsan gözünün ışık veya renk olarak algıladığı aralığa denk gelen elektromanyetik enerjidir. Beyaz ışık bir prizmadan geçirildiğinde bileşenleri olan diğer dalgaboylarına ayrılabilir. Her dalgaboyu farklı bir frekansa sahiptir ve göz tarafından farklı bir renk olarak algılanır.400 ile 700 nanometre dalga boyları arasındaki ışınları kapsar (bir molekül ile tek hücreli arası boydadırlar). Işık diye hitap edilen elektromanyetik spektrumun bu küçük bölümünü insan görebilir. Güneş yeryüzü ışığının % 99,999’ unu sağlar. Bu bölümde mor ile başlayan ve kırmızıyla biten renkler vardır.

MORÖTESİ IŞINIM
Dalgaboyu görünür ışıktan daha kısadır. Oldukça enerjik olduğu için morötesi (UV) ışınım kimyasal bağları bozup çeşitli molekülleri iyonize edebilir veya katalizör etkisi gösterebilir. Güneş yanıkları morötesi 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 güneşten gelen UV radyasyonun büyük bir kısmı yüzeye ulaşmadan önce atmosferdeki ozon tabakası tarafından emilir.Derimiz morötesi ışınlara karşı bir savunma mekanizması olarak, melanin adı verilen koyu renkli bir pigment üretir. Tendeki bu koyulaşma güneş yanıklarına karşı, 2 ile 4 arasında bir koruma faktörü sağlar. Fakat bu mekanizma uzun süre morötesi ışınlara maruz bırakılan bir cilt için yeterli korumayı sağlamaz ve cilt kanseri riski artmış olur. Görüntü olarak bronz bir ten bizlere cazip gelebilir. Oysa ki, bronzluk cildimizin zarar gördüğünü ve korunmak için gereken mekanizmayı çalıştırdığını anlatan bir işaretten başka birşey değildir. İki çeşit bronzlaşma vardır. Anında oluşan pigment koyulaşması, deride zaten bulunan melanin pigmentinin morötesi ışınlar sonucu koyulaşmasıdır. Bu durum, güneşte kalmaya devam edilmediği sürece, birkaç saat içinde yok olur. Uzun süreli bronzlaşma ise yaklaşık üç günlük bir periyotta meydana gelir ve yeni melanin pigmentlerinin oluşumuyla sonuçlanır. Bu pigmentler üst deriye düzenli biçimde dağılır. Sonuçta bronzluk haftalar sürer. Güneş yanıkları ise yüksek miktarda morötesi ışına maruz kalındığı zaman üst deri hücrelerinin ölmesiyle ve ölmeyen hücrelerin de zarar görmesiyle oluşur. En hafif biçiminde, cildin kızardığı ve acıdığı görülür. Buna “erythema” denir. Bu durum ışınlara maruz kalındıktan hemen sonra oluşur ve 8 ile 24 saat arasında en yüksek seviyeye ulaşır. Birkaç gün içinde ise yok olur. Fakat ileri derecede güneş yanıklarında derinin su topladığına ve soyulduğuna rastlanır. Bu durum oldukça acı verici olmanın ötesinde geride morötesi ışınlara karşı çok daha zayıf olan bembeyaz bir deri bırakır.

 

 X-IŞINLARI

X-ışınları, morötesi ışınlardan daha kısa dalga boyuna, dolayısı ile daha yüksek frekans ve enerjiye sahiptir. Çeşitli materyallerin içinden geçebildikleri için tıpta organ ve kemiklerin görüntülenmesinde sıkça kullanıldığı gibi, ayrıca yüksek-enerji fizik ve gök bilim uygulamalarında da kullanım alanı bulmuştur. X-ışınlarının bir başka adı Röntgen ışınlarıdır.Doğadaki görünür ışık yada radyo dalgalarına benzeyen bir elektro magnetik ışınım biçimidir. Öbür ışınım türleri gibi X ışınları da, boşlukta (vakumda) yol alabilen ve ancak bazı maddelerin içinden geçebilen enerji dalgalarından oluşur. X ışınları gözle görülemez ve elektro magnetik tayfın mor ötesi ışınları ile gama ışınları arasında kalan kesiminde yer alırlar. X ışınlarını 1895'te, Alman bilim adamı Wilhelm Conrad Röntgen keşfetti. Bu yüzden bu ışınlara Röntgen ışınları da denir. Röntgen, havasının çoğu boşaltılmış bir vakum lambasının içinden geçirdiği elektrik akımıyla deney yaparken iki olay gözlemledi. Bunlardan birincisi, katottan (eksi kutup) anota doğru, çok küçük parçacıklardan oluştuğu düşünülen ışınların aktığı ve bu ışınların lambanın öbür ucuna sıvanmış fosfor katmana çarptığında camda yeşil bir flüorışıma yarattığıydı.X ışınlarının elektro magnetik enerji dalgaları olduğu ancak 1912'de kanıtlandı. Işık ya da radyo dalgalarına benzemekle birlikte, X ışınlarının dalga boyu öbür elektro magnetik ışınım biçimlerininkinden çok daha kısadır. X ışınlarının dalga boyu 1 nano metrenin onda biri ile 100 nano metre arasında değişir. (1 nano metre 1 metrenin milyarda 1’idir.) X ışınları ayrıca çok yüksek enerjiye sahiptir. Bu ışınların maddenin içine işleyebilmesi de bu özellikten kaynaklanır.Çeşitli hastalıkların tanı ve tedavisinde, başta X ışınları olmak üzere çeşitli ışınım türlerin den yararlanılmasına dayalı tıp dalına radyoloji denir. Doktorlar yada radyologlar, X ışınlarıyla çekilen filmleri, yani röntgen filmlerini inceleyerek vücudun pek çok bölümünü gözden geçirebilirler. Akciğerlerde herhangi bir enfeksiyon, kanser yada başka bir hastalık belirtisi bulunup bulunmadığı bu yolla saptanabilir. Kemiklerdeki kırıklar da röntgen filmlerinde görülebilir. Diş hekimleri dişlerin, diş köklerinin ve çevresindeki dokuların sağlıklı olup olmadığını anlamak için X ışınlarından yararlanırlar.
 

 GAMA IŞINLARI
Gama ışınları 1900 yılında Villiard tarafından bulunmuştur. Bilinen en enerjik elektromanyetik radyasyon türü olan gama ışınları nükleer aktivite ve çeşitli kozmik kaynaklar tarafından üretilirler.Gama ışınlarının kaynağı atomun çekirdeğidir. Bu ışınlar atom çekirdeğinin enerji seviyelerindeki farklılıklardan meydana gelir. Çekirdek bir alfa veya bir beta parçacığı çıkarttıktan sonra genellikle kararlı bir durumda olmaz. Fazla kalan çekirdek enerjisi bir elektromanyetik radyasyon halinde yayınlanır. Gama ışınları, beta ışınlarından daha yüksek enerjili ve dolayısıyla daha girici (nüfuz edici) ışınlardır. g ile sembolize edilirler. Gama ve x ışınlarının, alfa ve beta parçacıklarına göre madde içine nüfuz etme kabiliyetleri çok daha fazla, iyonlaşmaya sebep olma etkileri ise çok daha azdır. Ancak birkaç santimetre kalınlığındaki kurşun tuğlalarla ve sadece belli bir kısmı durdurulabilir. Madde içerisinden geçerken üstel bir fonksiyon şeklinde bir şiddet azalmasına uğrarlar. Yüksüz olduklarından elektrik ve manyetik alanda sapma göstermezler.

ELEKTRİKSEL ALAN

Elektriksel alan, kıvıl alan, elektrik alan veya elektrik alanı, elektriksel yükü veya manyetik alanı çevreleyen uzayın bir özelliği olup, içerisinde bulunan yüklü nesnelere elektriksel güç aracılığı ile etki eder. Kavram fiziğe Michael Faraday tarafından kazandırılmıştır.

Elektrik alan SI birimi Newton/Coulomb ya da Volt/metre olan bir vektör alanıdır. SI temel birimleri cinsinden kg·m·s−3·A−1 olarak ifade edilir. Alanın belli bir noktadaki büyüklüğü o noktaya konacak 1 Coulomb’luk bir test yüküne ne kadar kuvvet uygulayacağıyla belirlenir, alanın yönü kuvvetin yönüdür. Elektrik alan, yoğunluğunun büyüklüğü alan büyüklüğünün karesiyle doğru orantılı elektriksel enerjiye sahiptir. Elektrik alanın yükle ilişkisi yerçekimi ivmesinin kütleyle ilişkisinin ve kuvvet yoğunluğunun hacimle ilişkisi gibidir.

Zamana göre değişen bir elektrik alan (mesela hareketli bir yüklü parçacık nedeniyle) yerel manyetik alana sebep olur. Bu, elektrik ve manyetik alanların birbirinden bağımsız olmadığını gösterir; bir gözlemcinin yalnızca elektrik alan olarak gözlemlediğini başka bir referansa göre başka bir gözlemci bir elektrik ve manyetik alan karışımı olarak gözlemleyebilir. Bu nedenle elektrik ve manyetik alanlardan ayrı ayrı bahsetmek yerine bu ikisi “elektromanyetizma” ya da “elektromanyetik alan” olarak, birlikte incelenir. Kuantum mekaniğinde elektromanyetik alandaki değişmeler foton olarak adlandırılır ve fotonun enerjisi kuantize olmuştur.

 

 

 

 

 

Heinrich Rudolf Hertz Radyo dalgalarının kaşifi kimdir hayatı buluşları

Hertz kelimesini günlük hayatta çok kullanırız.Hertz (sembol Hz), frekans (sıklık) birimidir. İsmini Alman fizikçi Heinrich Rudolf Hertz’den alır.Hertz ; saniye başına düşen devir sayısını ifade eder. 1 Hertz saniyede bir devir veya 1 MHz saniye başına bir milyon (1,000,000/s) devir şeklinde tanımlanır.Bu birim herhangi bir periyodik olaya uyarlanabilir.


Elektromanyetik dalgaların salınımları, bilgisayar parçaları arasındaki veri akımı ile RAM ve işlemci gibi parçaların hızları MHz (106 Hz) veya GHz (109 Hz) olarak ifade edilir.İşte bu Hertz dalgalarını Heinrich Rudolf Hertz’in keşfetmesine borçluyuz

1888’de kendisinin en önemli başarısı olan radyo dalgalarını keşfetti. HertzHeinrich Rudolf Hertz (d. 22 Şubat 1857, Hamburg ? ö. 1 Ocak 1894, Bonn), Alman fizikçi. Berlin Üniversitesi’nde Helmholtz ve Kirchoff’un yönetimi altında fizik çalıştı.

1885’de Karlsruhe Üniversitesi’nde Fizik Profesörü unvanını aldı. Orada, 1888’de kendisinin en önemli başarısı olan radyo dalgalarını keşfetti. 1889’da Bonn Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Rudolf Clausius’un yerine geçti.

Katot ışınlarının belli metal filmlerden geçişini içeren deneyleri, katot ışınlarının parçacık olmaktan çok dalga tabiatlı oldukları sonucunu keşfetti. Radyo dalgalarının keşfi, oluşumlarının gösterilmesi ve hızlarının tayini Hertz’in teknolojiye en büyük katkısı olarak tarihe geçti.

Radyo dalgasının ışık hızı ile aynı olduğunun keşfinden sonra Hertz, radyo dalgalarının ışık dalgaları gibi yansıma, kırılma ve girişim yapabildiklerini gösterdi. Kısa yaşamı boyunca bilime birçok katkı yaptı. Saniye başına titreşim olarak tanımlanan hertz, onun ismi ile anılmaktadır.

MAXWEL'İN KURAMINI KANITLADI

Hertz elektrik kıvılcımının manyetik dalgasının tel halka tarafından hissedildiğini ve radyo dalgalarının varlığını kanıtladı. Hertz’in yapmış olduğu çalışmalar, Maxwell’in daha önce ortaya attığı, elektromanyetik dalgaların elektrik dalgalarıyla aynı davranışları gösterdiği biçimdeki kuramını kanıtlamış oldu.

RADYO DALGALARINI BULMUŞTUR
Atmosferde veri taşınmasını sağlayan radyo dalgaları diğer elektomıknatıssal dalgalardan uzun dalgaboyu özelliği ile ayrılır.

Radyo ne zaman ve nasıl bulunmuştur?

İtalyan kaşif Guglielmo Marconi radyonun babası olarak kabul edilir. İngiliz bilimadamı James Maxwell 1865 yılında elektronik olarak üretilen radyo dalgalarının yayılma teorisini kurmuş ve Alman fizikçisi Heinrich Hertz, 1888 yılında Maxwell'İn teorisini pratik olarak gerçekleştirerek bu konuda öncülük etmişlerdir. Marconi ile birlikte 1898 yılında ilk radyo resmen doğmuş oldu. İlk kullanımı gemiden sahile haberleşme içindi. 1923 yılında yüksek frekans radyo dalgalarının iyonosfer'e çarparak dünyaya döndüğü ispatlanınca radyo, deniz aşırı haberleşme de dahil olmak üzere hızla yaygınlaştı.

İlk radyo 3 S 'i iletti.

İlk keşif şu şekilde gerçekleşti: Marconi bir gemide geliştirdiği radyo ile kıyıda bulunan hizmetçisine kablosuz telgraf aracılığıyla 3 tane S harfi yolladı. Mignani'nin asistanı da sinyali aldığı zaman ateş edecekti.. Marconi 3 S'i yollama komutunu verdiğinde yeryüzünde ilk defa radyo dalgaları yayıldı, 3 S uzayda dolaştı, dolaştı ve alıcıya ulaştı. Alıcıya ulaştığını gören hizmetçi Mignani tetiği çekti. Deney başarılıydı. Böylelikle ilk radyo da pratik olarak çalışmış oldu.
 

Radyoyu kim icat etti.

 

Radyo, bilgi göndermek ve almak amacıyla ile elektromanyetik dalgalar şeklinde uzaya yayın yapan ve uzaydan yayın alan elektronik cihazdır. Radyo, telekomünikasyonun en belli başlı icatlarından biridir. Radyo; telefon, telgraf, televizyon, radar ve faks cihazları ile ilgili yardımcı bir yayın aleti olarak da büyük önem taşır. Radyo icat edildiği günden bu güne kadar önemini hiç yitirmemiş, her devirde kullanılan en önemli bilgi, eğlence ve haber kaynağı olmuştur.

Radyo kelimesi, Latince ışın anlamındaki radius kelimesinden gelir. Elektromanyetik dalgalarla ilgili birçok olay ve cihazın ifade edilmesinde bir örnek olarak kullanılır. Radyoastronomi, radyoelektrik, radyofrekans, radyopusula, radyoteleskop, radyotelgraf ve radyokontrol gibi tabirler bunun misalleridir.

Elektromanyetik dalgaların uzayda ışık hızı ile yayılabileceğini teorik olarak ilk ortaya atan J.C. Maxwell’dir. Bu konuda ilk deneyi Alman fizikçi Heinrich Hertz, 1886-1888 yılları arasında yaptı. Hertz, iki levhaya elektrik tatbik ederek 75 megahertzlik yüksek frekans elde etti. Bu levhalara yakın bir yerde bir metal halkanın iki ucunun birbirine yaklaştığı dar hava boşluğunda karanlıkta kıvılcım atlamaları gördü. Böylece elektrik enerjisinin elektromanyetik dalgalarla uzaydan yayınlanabileceği ortaya konulmuş oldu.

Radyo yayının uygulamaya ilk geçişi 1896 senesinde İtalyan fizikçisi Guglielmo Marconi’nin, 1890 senesinde O. Lodge tarafından başlatılan çalışmalarını mors cihazı haline getirmesiyle olmuştur. İlk yayın bir mil mesafeye, 1901 senesinde ise 200 mile ulaşmıştır. Uygulama en çok denizaşırı bölgelerden telgraf şeklinde bilgi aktarması şeklinde yapılıyordu. Marconi’nin mors cihazında elektromanyetik dalgalar, bir tüp içinde gevşek duran demir tozlarını etkileyerek tüpün iki ucu arasındaki direnci azaltıyor ve bu şekilde elektromanyetik enerji elektrik enerjisine çevriliyordu.

1906 senesinde Amerikalı mühendis G.W. Pickard silikondan yaptığı kristalin de elektromanyetik dalgayı geçirdiğini buldu. Bu buluşa İngiliz fizikçisi Hughes tarafından 1900 senesinde karbon levhaya ucundan hafifçe temas eden iğnenin elektromanyetik dalga dedektörü olarak kullanılması sebep olmuştur. 1904 senesinde J. Fleming elektron tüpünü, 1907 senesinde de De Forest’in triod elektron tüpünü detektör (sayıcı) olarak kullanılabileceğini bulunca, radyo büyük bir adımla gelişti.

Elektromanyetik dalganın antende oluşturduğu elektron akımı triod gridine gelince triod anod katodu arasında direncin değiştiği görüldü. Böylece elektromanyetik enerji elektrik enerjisine hassas bir şekilde çevrilebildi. Çeşitli frekanslarda yayın yapan radyolar, piezoelektrik prensibiyle çalışan kristallerin 1923 senesinde tatbikata konulması ile başlandı. Kristallerle çok hassas osilatörler yapılmış ve radyo frekans bandı genişlemiştir. 1930 senesinde 30 megahertz üstünde yayın yapılamazken, bugün radyo frekans bandı 30.000 megahertze kadar genişlemiştir. Bu band içine radar, laser ve maser yayınları da girer.

Radyo yayını için verici, anten, yayın ortamı gereklidir. Mikrofona gelen ses, verici modüleli taşıyıcı yüksek frekanslı elektromanyetik dalga titreşiminin ortama yayılmasını sağlar. Atmosfer de dahil olmak üzere elektromanyetik dalgalar uzayda yayılabilirler. Elektromanyetik dalgaları, antenle alınıp modüle edilmiş taşıyıcı frekans dalgası çözümlendikten sonra, hoparlörden duyulur.

Radyo frekansı osilatörlerde üretilir. Radyo frekansı antenden uzaya gönderilmeden evvel bilgi taşıyan ses sinyali ile modüle edilir. Modülasyon ya genlik (Amplitüd) modülasyonu (AM) veya frekans modülasyonu (FM) şeklinde olur. Amplitüd modülasyonu veya FM yayını alan alıcı radyo, tekrar osilatör frekansını kullanarak radyo frekansından bilgi taşıyan ses sinyalini süzüp çıkarır ve yükselterek hoparlöre verir.
 

Radyonun nasıl ortaya çıktığını açıklayabilmek.

Bin yedi yüzlerin ikinci yarısına kadar, daha çok elle tutulur ve gözle görülür nesneleri açıklamaya çalışan bir bilim dalı olan fizik, elektrik enerjisinin keşfiyle birlikte elektromanyetik kavramı üzerinde yoğunlaşmaya başlar. Özellikle Faraday’ın, elektrik yüklerinin yalnız birbirlerini değil, çevrelerini de etkilediğini keşfetmesi, radyo dalgalarının bulunması sürecinin ilk adımını oluşturmaktadır. Bu gelişmelerle birlikte özellikle 19. yüzyılın ilk yarısında, elektrik ve manyetizma kavramları üzerinde gerçekleştirilen çalışmaların ön plana çıktığı görülür.

James Clerk Maxwell, 1850’li yıllarda elektrik ve manyetik enerjiler üzerinde gerçekleştirdiği çalışmalar sonucunda, elektrik alanlarının sadece iletkenlerde değil, uzaydaki nesnelerde de oluştuğunu saptar ve Faraday’ın çalışmalarını bir adım daha ileri götürerek, elektrik ve manyetik etkilerin, uzayda ışık hızıyla yol aldıkları sonucunu çıkarır. Faraday, elektromanyetik dalgaları sezinleyen ilk kişidir, fakat ışığın tüm özelliklerini elektromanyetik dalgalarla açıklayan matematiksel kuramı Maxwell geliştirmiştir. Yaşadığı çağın zor koşulları göz önüne alındığında, Maxwell’in bu buluşunun ne kadar önemli bir keşif olduğu hemen fark edilecektir. Çünkü günümüz iletişim teknolojileri, işte bu çağda geliştirilen elektromanyetik enerji kuramına dayanır.

 

Radyonun Doğuşu

Bir Alman fizikçi olan Heinrich Rudolf Hertz, 1888 yılında Maxwell’in elektromanyetik kuramıyla, titreşen elektrik yükünün ortaya çıkardığı radyasyon tezini birleştirir ve radyo dalgalarını keşfeder. Fizik biliminde radyo dalgalarının Hertz ölçü birimiyle ölçülmesinde bu keşif yatar. Hertz’in 36 yıllık kısa yaşamına sığdırdığı buluşlar, lambalı radyoların ilk adımlarıdır. Hatta günümüzde radyo dalgalarının ölçüm birimi olarak onun adı, yani Hertz birimi kullanılmaktadır. Ardından David Hughes’un, sesleri elektromanyetik akıma dönüştürmeye yarayan mikrofonu bulması, radyo tarihinde önemli rol oynamıştır.

Radyonun ortaya çıkışında son noktayı koyan kişi ise, bir İtalyan fizikçisi olan Guglielmo Marconi’dir. Marconi, kendinden önceki deneylerin belki de en önemli ve son adımını gerçekleştiren, kontrollü olarak radyo sinyalini göndermeyi başaran ilk bilim adamıdır. 1895 yılında, basit bir radyo vericisi ve alıcısıyla, çatı katındaki odasından bir kilometre uzaklıktaki tarlada bulunan erkek kardeşine bir sinyal yollamayı başarır. Radyo dalgalarının dünyanın çevresinde dolaşabileceğine inanan Marconi, 1901 yılında Atlas Okyanusu üzerinden radyo sinyalleri göndererek tüm dünyayı şaşırtır. İngiltere’den yolladığı radyo sinyali, 3520 kilometre uzaktaki Kanada’nın New Foundland bölgesinden alınır. Marconi’nin sistemini, kısa süre sonra, İtalyan ve İngiliz donanmaları kullanmaya başlar. Bu gelişmelerle Marconi, haberleşme sistemlerinin dünya çapındaki üreticisi olur ve büyük bir ticari başarı kazanır. 1937 yılında yaşama gözlerini yumarken, kendi servetinden çok daha önemli bir mirası, yani radyoyu uygarlık tarihine bırakmıştır.

Marconi, en büyük atılımını İngiliz Donanması ve denizcilik sektörü ile yaptığı ticari anlaşmalarla gerçekleştirir. O dönemin koşulları düşünüldüğünde, denizcilik iletişim sistemleri açısından radyo iyi bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Donanmaya ait gemilerin eşgüdümlü olarak manevra yapabilmeleri, anakaradan uzak seferlerde hareket kabiliyetleri için radyo, dönemin en avantajlı seçeneği olarak görülmüştür. Yine aynı şekilde, ticari denizcilik işletmelerinin de radyoya en az askeri gemiler kadar ihtiyacı vardır. Ticari açıdan en uygun yol olarak görünen Kuzey Atlantikte bulunan ve dönemin denizcilerinin korkulu rüyası olan buzdağları, ayrıca sert hava koşulları, kablosuz iletişime olan talebi arttırmıştır. Bir anlamda, ulaşım teknolojisinin gelişmesi, iletişim araçlarındaki ilerlemeyi zorunlu kılmıştır. Tıpkı, demiryolu ağında gerçekleşen gelişmelere paralel olarak kablolu telgraf sistemine ihtiyaç duyulması gibi, bu kez kablosuz bir iletişim ortamı, yine farklı bir ulaşım aracıyla gelişme imkanı bulmuştur.

Tarihte Bir Gün

1912 yılında yaşanan ve “Titanic faciası” olarak bilinen deniz kazası, gemilerde kullanılan iletişim sistemlerinin önemini ortaya çıkarmıştır. Bir dönemin uygarlık simgesi olarak sunulan Titanic’in batışında telsiz sistemlerinin verimsiz kullanımına ilişkin savlar, denizcilik sektörü için radyo dalgalarının anlamını gözler önüne sermiştir.

Titanic’in battığı gece, buz dağına çarpmadan hemen önce, SS Amerika adlı geminin çevredeki buz dağına karşı gemileri uyarmasına rağmen, bu bilgiler Titanic’in kaptan köşküne ulaşamamıştır. Çarpışmanın hemen ardından Titanic’in gönderdiği imdat mesajları ise çok yakın bir mesafede seyreden SS Kaliforniya adlı geminin telsiz operatörü uyuduğu için TitanicKte bulunan 2223 kişiden 1500Ke yakını, okyanusun soğuk sularında hayatını kaybetmiştir. İşin ilginç yanı ise, yaşanan bu facianın Marconi’nin ilk kıtalar arası radyo sinyallerini gönderdiği bölgede, yani New Foundland’da gerçekleşmesidir.

Önceleri telsiz olarak adlandırılan radyonun bir kitle iletişim aracına dönüşmesi ise, halka radyo sinyalleri aracılığıyla iletiler gönderme düşüncesiyle başlar. Radyo alıcılarının satılması için radyo yayınlarının yapılması ve halkın ilgisini çekecek programların üretilmesi gerekmektedir. Bu noktada iki olgu öne çıkmaktadır. Bunlardan ilki, bir kitle yaratabilecek kadar çok radyo alıcısı üretmek ve bu radyoları tüketicilerin alabilmelerini sağlamaktır. İkincisi ise, radyo iletilerini düzenli ve sürekli bir biçime sokarak, radyo yayınları haline dönüştürebilmektir.

Radyo, kablosuz, tek yönlü sözel yayın aracına verilen isim. Elektromanyetik dalga alıcısı veya vericisi; Radyo dalgaları'ndaki ses modülasyonunu önce elektronik ortama sonra da sese çeviren elektronik alet; alıcı veya verici.

Radyo tekniğinin birçok babası var. İtalyanlar, İngilizler, tabii Amerikalılar ile Ruslar, radyo tekniğini kendilerinin bulduğunu ileri sürüyorlar. Bazı Amerikalılar,
Edison'un ilk diyodu geliştirdiğini, diyodsuz da radyo düşünülemeyeceğini anımsatıyorlar.

Ancak, yüksek frekans alternatörü denilen buluşu yapan ve 46 yıl boyunca General Electric Şirketi'nde çalışan Ernst Alexanderson'un adından da sözediliyor. 1904 yılında işe girişen Alexanderson, 1906 yılında Amerika'da ilk deney niteliğindeki radyo yayınını mümkün kılan kişi olmuştu.


ABD'de resmi olarak radyo yayınları, 1921yılında başlamıştır. Rusya'da ise Aleksander Stepanoviç Popof , radyonun babası sayılır. Hatta Amerikan Deniz Kuvvetleri'nin 1963 yılında hazırladığı bir raporda bile, 1859'la 1906 yılları arasında yaşamış olan bu Rus profesörün adı geçer.

Marconi ile Popof'un 1895yılında hemen hemen aynı sıralarda radyo yayınları yapma tekniğini bulduğu anlaşılıyor. Ancak Guglielmo Marconi, iyi bir tüccar olduğundan hemen buluşunu bütün dünyayı gezerek duyurmayı başaran kişi olmuş. Aslında Popof, kötü hava koşullarını ve yıldırımları önceden haber alabilmek için bir yenilik düşünmüştü. Havadaki statik ya da atmosferik elektrik derecesini ölçmeyi akıl etmiş ve bu arada radyoyu geliştirmişti. Orta ya da uzun dalga istasyonlarını dinleyenler, yaklaşmakta olan kötü hava koşullarının, radyoların aldığı parazitlerle çok önceleri farkedildiğine tanık olmuşlardır.

Savaş gemilerindeki haberleşme haklarıyla ilgili olarak yıllar yılı Marconi'yle patent davaları sürdüren ve bu nedenle radyoculuğun tekniğini en iyi incelemiş olan Amerikan Deniz Kuvvetleri, Popof'un Marconi'ye göre daha iyi bilim adamı olduğunu kaydediyor.

Rusya'nın deniz kuvvetleri hesabına çalışan Popof, İngiliz James Clerk Maxwellve Alman Heinrich Hertz'in buluşlarını değerlendirerek radyo yayın ve alıcı tekniğini geliştirmiş ve hatta 1900
yılında Paris'teki Dünya Fuarı'nda büyük altın madalyayı almıştı.

Türkçede radyo denince, elektromanyetik dalgaların yaygın bir uygulaması olan radyo istasyonu ve radyo alıcısı akla gelir. Radyo alıcısı herkesin evinde bulunan, yurt içinde ve dışındaki çeşitli istasyonların yayınlarını alarak sese çeviren bir cihazdır. Çeşitli verici istasyonların antenlerinden uzaya yayılan dalgalar, alıcının anteninde gerilim endükliyerek orijinal yayının zayıflamış bir nümunesi olarak belirirler. O halde alıcı cihazın ilk fonksiyonu arzu edilen istasyonun yayınına ayarlanmış olmalıdır. Seçilen bu işaret daha sonra kuvvetlendirilmeli ve değiştirilerek duyulabilen ses frekanslarına çevrilmeli, en sonra da hoparlörden duyulabilecek şekilde kuvvetlendirilmelidir. Bu adımlar genel bir radyo alıcısının temel kısımlarını teşkil eder. Bunlara ilaveten alıcılar otomatik frekans ayarı, gürültü bastırma, ton ve ses kontrol, uzaktan ayar ve akort gösterge devrelerini bulundurabilirler.

Radyo yayını için verici, anten, yayın ortamı gereklidir. Mikrofona gelen ses, verici modüleli taşıyıcı yüksek frekanslı elektromanyetik dalga titreşiminin ortama yayılmasını temin eder.
Atmosferde dahil olmak üzere elektromanyetik dalgalar uzayda yayılabilirler. Elektromanyetik dalgaları, antenle alınıp modüle edilmiş taşıyıcı frekans dalgası çözümlendikten sonra, hoparlörden duyulur.


Radyonun tarihi


Elektromanyetik dalgaların uzayda ışık hızı ile yayılabileceğini teorik olarak ilk ortaya atan J.C. Maxwell’dir. Bu konuda ilk deneyi Alman fizikçi  Heinrich Hertz, 1886-1888 seneleri arasında yaptı. Hertz, iki levhaya elektrik tatbik ederek 75 megahertzlik yüksek frekans elde etti. Bu levhalara yakın bir yerde bir metal halkanın iki ucunun birbirine yaklaştığı dar hava boşluğunda karanlıkta kıvılcım atlamaları gördü. Böylece elektrik enerjisinin elektromanyetik dalgalarla uzaydan yayınlanabileceği müşahede edilmiş oldu.


Telsiz yayının tatbikata ilk geçişi 1896 senesinde İtalyan fizikçisi Marconi’nin, 1890 senesinde O.Lodge tarafından başlatılan çalışmalarını mors cihazı haline getirmesiyle olmuştur. İlk yayın bir mil mesafeye, 1901 senesinde ise 200 mile ulaşmıştır. Tatbikat en çok denizaşırı bölgelerden  telgraf şeklinde bilgi aktarması şeklinde yapılıyordu. Marconi’nin  mors cihazında elektromanyetik dalgalar, bir tüp içinde gevşek duran demir tozlarını etkileyerek tüpün iki ucu arasındaki direnci azaltıyor ve bu şekilde elektromanyetik enerji elektrik enerjisine çevriliyordu. 1906 senesinde Amerikalı mühendis G.W. Pickard  silikondan yaptığı kristalin de elektromanyetik dalgayı geçirdiğini buldu. Bu buluşa İngiliz fizikçisi  Hughes tarafından 1900 senesinde karbon levhaya ucundan hafifçe temas eden iğnenin elektromanyetik dalga dedektörü olarak kullanılması sebep olmuştur.


1904 senesinde J. Fleming elektron tüpünü, 1907 senesinde de De Forest’in triod elektron tüpünü detektör (sayıcı) olarak kullanılabileceğini bulunca, radyo büyük bir adımla gelişti. Elektromanyetik dalganın antende hasıl ettiği elektron akımı triod gridine gelince triod anod katodu arasında direncin değiştiği görüldü. Böylece elektromanyetik enerji elektrik enerjisine hassas bir şekilde çevrilebildi. Muhtelif frekanslarda yayın yapan telsizler, piezoelektrik prensibiyle çalışan kristallerin 1923 senesinde uygulamaya konulması ile başlandı. Kristallerle çok hassas osilatörler yapılmış ve radyo frekans bandı genişlemiştir. 1930 senesinde 30 megasaykıl (megahertz) üstünde yayın yapılamazken, bugün radyo frekans bandı 30.000 megasaykıla kadar genişlemiştir. Bu band içine radar, laser ve maser yayınları da girer. (bkz. Elektromanyetik Dalga)


Yayın mekanizması

Bir telin ucuna elektromotif kuvvet (potansiyel) tatbik edilirse, tel boyunca elektron şarjları akar. Bu akan elektron şarjları ise tel etrafında konsantrik dalgalar halinde elektromanyetik alan meydana getirir. Aynı anda elektromanyetik alana dik doğrultularda elektrostatik alan meydana gelir. Birbirine kenetlenmiş halde bu iki saha uzayda ışık hızı ile yayılır. Uzaya yayılan bu enerji, teldeki elektron sarılarının enerjisidir. Enerjinin yayıldığı anten ismi verilen bu telin ucunda elektromotif kuvvet kutbu radyo frekansında değiştirilirse, elektromanyetik yayın devamlılığı sağlanır. Antenden yayılan  konsantrik dalgan ın uzaya ve toprağa doğru olan kısmı radyo dalgası olarak kullanılır. Uzaya doğru yayılan dalga  iyonosfere çarparak tekrar yeryüzüne yansır. Böylece yayın çok uzaklara ulaşmış olur. İyonosfer  iklim ve  kozmik radyasyon şartlarına göre  radyo dalgalarına etki eder. İyonosfer 50 km ile 400 km arasında birkaç kattan meydana gelmiştir.

Radyo frekansı osilatörlerde üretilir. Radyo frekansı antenden uzaya gönderilmeden evvel bilgi taşıyan ses sinyali ile modüle edilir. Modülasyon ya genlik (Amplitüd) modülasyonu (AM) veya frekans modülasyonu (FM) şeklinde olur. Amplitüd modülasyonu veya FM yayını alan alıcı radyo, tekrar osilatör frekansını kullanarak radyo frekansından bilgi taşıyan ses sinyalini süzüp çıkarır ve yükselterek hoparlöre verir.


Radyo alıcıları
(Türkçesiyle Dinleç) Radyolar (radyo alıcıları) ın belli bir aralığını dinlemek üzere dizayn edilir. Radyonun seçicilik ve hassaslık faktörlerine göre kalitesini değerlendirmek mümkündür -

Popüler radyolar iki tür modülasyonu almak üzere dizayn edilmişlerdir: AM(Genlik Modülasyonu) ve FM (Frekans modülasyonu) Genlik modülasyonunun; taşıyıcılı yayın, SSB
Tek Yan Bant (Single Side Band - SSB), taşıyıcısı baskılanmış ses modülasyonu şekli. (Single side bant- Tek bantlı yayın) ve CW (Continuous Wave- Daimi dalga) olmak üzere alt bölümleri vardır.

Normal bir radyo alıcısında Orta Dalga (MW- Mid Wave) ve FM, bazen de uzun dalga (LW- Long wave) bulunmaktadır.

Kısa dalga (SW- Short Wave) radyoları kalitesine ve çeşidine göre alış tayfi değişmektedir. Aşağıdaki bantlar uluslararası yayın yapan kurumlara ayrılmıştır. Bu istasyonlar genelde AM (genlik modülasyonu) ('Amplitude M'odulation) ile yayın yapmaktadır. Bu tür yayınları dinleyenlere SWL (Short Wave Listener- Kısa Dalga dinleyicisi) denmektedir.
 

Heinrich Hertz

Alman fizikçisi (Hamburg 1857-Bonn 1894). Bir senatörün oğluydu. Meslek seçiminde, önce mühendislik ile bilimsel araştırma arasında bocaladı, sonunda bilimsel araştırmayı seçti. Berlin üniversitesi Fizik laboratuvarında çalıştı ve Helmholtz'un dikkatini çekti. Karlsruhe Yüksek Teknik okulunda (1885), sonra Bonn üniversitesinde (1889) profesör oldu.

Hertz, elektromagnetik dalgalar üzerindeki çalışmalarıyla ün kazandı; 1887'de, kendi yaptığı osilatörle bu dalgaları elde etti ve yansıma, kırılma, girişim, kırınım, polarılma, yayılma hızı gibi ışığın bütün niteliklerini taşıdıklarını gösterdi. Bu çalışmalar, Maxwell tarafından kurulan, ışığın elektromagnetik teorisini kesinlikle doğruladı ve telsiz telgraf doğrudan doğruya bu iki bilginin çalışmalarından doğdu. Aynı yıl Hertz, hızlı salınımlardan yararlanarak yalıtkanın indüklemedeki rolünü gösterdi ve rezonatörün kıvılcım boşalması olduğunu görerek fotoelektrik olayını buldu.

1892'de, ince altın ve alüminyum tabakalarından katot ışınlarını geçirerek, elektronların madde içinden geçebildiklerini gördü. Mekanikle ilgili ilkeleri ölümünden sonra yayımlandı (1894). Bu konuda Hertz, bütün mekaniği bir tek temel ilkeden, en az etki ilkesinden hareket ederek geliştirmeye çalıştı.

 

Heinrich Rudolf Hertz radyo dalgalarının varlığını kanıtlayabilen, laboratuar ortamında olsa dahi ilk defa toplayabilen ve gözlemleyebilen kişi ünvanını taşımaktadır. 1883 ile 1889 yılları arasında yaptığı çalışmalarda elektrik kıvılcımlarından elektromanyetik dalgalar elde edebilmiştir.

Heinrich Rudolf Hertz 22 Şubat 1857 Hamburg Almanya doğumludur. 1 Ocak 1894 yılında henüz 36 yaşında iken hayat gözlerini yummuştur. Heinrich Rudolf Hertz"in babası sonradan Hırıstiyanlığı kabul etmiş bir Alman yahudisidir. Babası Gustav Ferdinand Hertz Hamburg ve Oberlandsgerichstrat"ta başarılı bir avukatlık dönemi geçirmiştir.

Heinrich Rudolf Hertz oldukça zeki ve başarılı bir öğrenci idi. Yalnızca bir yıllık bir eğitim sonrası Almanya"da üniversiteye girmesi için geçmesi gereken Abitur sınavını birincilik ile sonlandırmıştır. Üniversite yıllarında doğaya ve doğa bilimlerine karşı ilgisini keşfetmiş ve Hertz ailesine ait olan aile atölyesinde mekanik cihazlar üretilmesi konusunda çalışmış ve bu konu hakkında pratik yapma imkanı bulmuştur. Ayrıca bir miktar da Arapça öğrenmiştir.

Üniversiteyi bitirdikten sonra Heinrich Rudolf Hertz mühendislik çalışmalarında daha da ilerleyebilmek ve tecrübesini geliştirmek için Hamburg"dan Frankfurt"a yerleşmiştir. Berlin Demiryolu Alayında 1876-1877 yılları arasında askerlik görevini tamamlamıştır. 1888 yılını ise Hamburg Üniversitesinde çalışrak geçirmiştir. Hamburg Üniversitesinde iken akademik kariyer yapmaya karar verdiği için Frankfurt"tan ayrılmış ve bilimsel çalışmalarda bulunmak üzere Berlin Üniversitesine gitmiştir.

Heinrich Rudolf Hertz dönemin en büyük fizikçilerinden Gustav Kirchhoff ve Herman von Helmotz ile çalışma imkanı bulmuştur. 1880 yılında henüz 23 yaşında iken fizik doktorasını Elektromanyetik İndiksiyon konusundaki çalışmaları ile almıştır. Doktorasını aldıktan sonra Herman von Helmoltz"un 3 yıl boyunca asistanlığı görevini gerçekleştirmiştir.

1885 senesinde Fizik Profesörü ünvanını Karlsruhe Üniversitesinde almıştır. Kendisini tüm dünyaya kalıcı bir şekilde tanıtan en büyük başarısı ve çalışması olan radyo dalgalarının keşfini ise 1888 yılında yine Karlsruhe Üniversitesinde gerçekleştirmiştir.

1889 yılında Bonn Üniversitesine geçiş yapmıştır. Katot ışınları ile ilgili başarılı deneylerini burada gerçekleştirme imkanı bulmuştur.Heinrich Rudolf Hertz"in birçok büyük başarısı bulunmakla birlikte en büyük başarı ve buluşları radyo dalgalarının varlığının ispat edilerek keşfi, radyo dalgalarının oluşumunun gösterilmesi ve hızlarının ölçümlenebilmesidir. Heinrich Rudolf Hertz radyo dalgaları ile ışık hızının aynı olduğunun tespit edilmesinden sonra radyo dalgalarınında aynen ışık dalgaları gibi özellikler gösterdiğini çalışmaları ile göstermiştir.

36 yıllık kısa yaşamına birçok bilimsel büyük başarı katmıştır. Bir saniyede oluşan salınım ve ya titreşim miktarına birim olarak Hertz ismi konmuştur.Yapmış olduğu deneylerde laboratuvarlarının bir tarafındaki elektrik kıvılcımının yaymış olduğu manyetik dalganın bir tel halka tarafından hissedildiğini gözlemledi. Elektromanyetik ışımının başka bir türü olan radyo dalgalarının varlığını kanıtladı. Işığın toplanıp yansıtıldığı gibi radyo dalgalarının da aynı şekilde işlev gördüğünü gösterdi. Hertz"in yapmış olduğu çalışmalar, Maxwell"in daha önce ortaya attığı, elektromanyetik dalgaların elektrik dalgalarıyla aynı davranışları gösterdiği biçimdeki kuramını kanıtlamış oldu.

 

Heinrich Rudolf Hertz Kimdir

Heinrich Rudolf Hertz Fizik profesörü ünvanına sahip Alman bir fizikçidir. 36 yıllık kısa ömründe insanlık tarihi için önemli buluşlara imza atmış bir bilimadamıdır. Heinrich Rudolf Hertz’in soyadı ile ilgili en önemli buluşu  radyo dalgaları ile ilgilidir. Hertz radyo dalgalarını keşfeden, varlığını ispatlayan bilim adamıdır.

Ünlü Alman fizikçi bilim adamı, Heinrich Rudolf Hertz , Alternatif Akım için kullanılan saniyede oluşan salınım olarak tanımlanan birime kendisinin ismi verilmiştir. 1857 – 1894 yılları arasında yaşamış olan radyo dalgalarının varlığını da kanıtlamış olan ünlü fizikçi bilim dünyasına farklı bir ivme kazandırmıştır.

 

Heinrich Rudolf Hertz Hayatı – Biyografisi

Heinrich Rudolf Hertz, Alman fizikçisi (Hamburg, 1857- Bonn, 1894). Berlin Üniversitesinin fizik laboratuvarında çalışmaya başladığı sıralarda Alman fizikçisi Helmholtz’un dikkatini çeken, daha sonra Karlsruhe Yüksek Teknik Okulu’nda (1885) ve Bonn Üniversitesinde profesör olan Heinrich Rudolf Hertz, 1887’de sarmal biçimde dolanmış iletken bir tel ve yüklü bir kondansatörden oluşmuş bir bobini seri halde bağlayarak elektromagnetik dalgaların üretilebileceğini gösterdi; kondansatörün boşalımı salınımlı olduğundan, uyarıcı adını verdiği, yüksek frekanslı osilatör kullandı. Daha sonra, salınımlı devreyi beslemek için bir Ruhmkorff bobininden yararlandı (genellikle yüksek gerilim üreteci olarak kullanılan bir tür transformatör) ve bir rezonatör yardımıyla devrenin birkaç metre ötesinde elektromagnetik dalgalar elde etti. Rezonatör, kesikli bir metal telden oluşuyor ve bu tel bir osilatörün yakınına konduğunda, telin iki ucu arasında kıvılcımlar oluşuyordu.

Hertz, rezonatörün, uyarım frekansına bağlı olan belli bir boyutu olduğunda, etkinin  daha da kesin olduğunu gözlemledi. Böylece, dalgaların devirli olduğunu, dalga boylarının üretece göre, birkaç metreyle 30 cm arasında değiştiğini, elektromagnetik dalgaların açıkça ışık hızıyla aynı hızda yayıldıklarını ve bunların, ışık dalgaları gibi yansıyabildiklerini, kırılabildiklerini ve polarlaşabildiklerini gösterdi. 1865′ten başlayarak, ışık dalgalarının, varlığını gözlemediği elektromagnetik dalgalardan başka bir şey olmadıklarıyla ilgili varsayımlar ortaya atan Maxwell’in kuramları da böylece, 1888 yılında Hertz tarafından deneysel olarak doğrulanmış oldu. Söz konusu dalgalar, bu tarihin sonra da Hertz dalgaları diye adlandırılmaya başlandı ve 1890’dan sonra bu buluşların fizik alanında, özellikle de radyoelektrikte büyük etkileri oldu.

Heinrich Rudolf Hertz Buluşları ve Çalışmaları

En büyük itibarını, Nicholas Callan’ın 1836 da bulduğu indüksiyon bobinini; 30 cm den daha fazla kıvılcım üretebilmek için cam yalıtım kullanıp ve diğer bazı yenilikler ile geliştirerek hayata geçirmesiyle kazandı. Buluşunun patentini 1851 de almasına karşın esas başarısı, 1858 yılında Napoleon III ten aldığı 50,000 frank ödüldür. Geliştirdiği bobin, anısına, halen Ruhmkorff bobini olarak bilinir.


Ruhmkorff bobini, iki elektrot arasında çok yüksek gerilim üreterek kıvılcım yaratan bir tür transformatör olup benzinli otomobillerdeki ateşleme bujileri örnek olarak gösterilebilir.
Ruhmkorff , ayrıca galvonometre, elektrometre gibi hassas ölçüm aygıtları yapmıştır.

 

Hertz Dalgaları

Heinrich Rudolf Hertz’in incelediği elektriksel salınımlardan doğan elektromagnetik dalgalara verilen ad. Bir elektromagnetik dalga, birbirine dik iki eksen boyunca yönelmiş bir E elektrik alanıyla, bir B magnetik indükleme alanının birleşmesiyle oluşur. Radyoelektrik için, kullanılan dalga, birbirine oluşur. Radyoelektrik için, kullanılan bunlara Hertz dalgaları ya da radyoelektrik dalgalar denir.

Ses. dalgalarının tersine, elektromagnetik dalgalar, boşlukta da yayılırlar. Bağıl yalıtkanlık sabiti e, olan bir ortamda dalganın v yayılma hızı v = ’dir (c ışığın boşluktaki hızıdır).

Havada e kesin biçimde l’e eşittir, v ve c karıştırılabilir: Dolayısıyla Hertz dalgaları havada ışık hızıyla yayılırlar (saniyede yaklaşık 300 000 km). Bu dalgaların yararlarından biri, bir devreden bir akım geçirerek kolayca üretilebilmeleridir. Hertz dalgaları, yeterli yükseklikte frekansa sahip, dalgalı akımların geçtiği devrelerin yakınlarında oluşurlar. Yayınlayıcı antenler, ışınlanacak dalgaya elektriksel nitelikleri uyarlanmış özel devrelerdir. Kullanılan akımlar, genellikle, temel devresi çoğunlukla bir kondansatör ile bir indükleyicinin (bobin) paralel birleşmesiyle oluşmuş ve paralel rezonanslı devre adını alan osilatörler tarafından sağlanır.

Bir dalgayı oluşturan iki alan, bunların üretiminde kullanılan akımların doğrudan fonksiyonu olan büyüklükler olduklarından, bir Hertz dalgası aracılığıyla bir haber iletmek olasıdır. Bu amaçla, haberin, uygun aletler aracılığıyla (sesler için mikrofon, görüntüler için kameralar, vb.) önceden elektrikli işaretlere dönüştürülmesi ve yayıcı antende kullanılan akımın bu işarete bağlı olması gerekir.

Hertz dalgalarının alınması, bir anteni oluşturan devrede bir e.m.k. (elektromotor kuvvet) oluşturabilmeleri özelliklerinden yararlanılarak gerçekleştirilir; bir elektromagnetik dalganın uzaktan algılanması, bir Hertz rezonatörüyle ortaya çıkarılabilir. Bir alıcı antende oluşmuş e.m.k., bir osilatördekiyle aynı paralel rezonanslı devre içinde bir akımın üretilmesinde kullanılır. Daha sonra, bu akım güçlendirilir ve taşınmasını sağladığı haber, taşıyıcı işaretten ayrılabilir. Böylece, uygun bir transdüktörde bir sese, bir görüntü noktasına dönüştürülen yararlı bir işaret elde edilir.

----------------------------------------------------------------------------------------

 

 HEINRICH RUDOLF HERTZ (1857 – 1894)



Heinrich Rudolf Hertz, radyo dalgalarının laboratuar ortamında yayılmasını ve toplanmasını gözlemleyebilen ilk kisidir 1883 ve 1889 yılları arasında elektrik kıvılcımlarından elektromanyetik dalgalar elde etmistir.


Heinrich Rudolf Hertz, 22 Şubat 1857’ de Hamburg, Almanya’da doğmuştur Babası Gustav Ferdinand Hertz, sonradan Hıristiyan olmuş bir yahudidir Hamburg’da ve Oberlandsgerichstrat’ da avukatlık yapmış ve 1887 yılından itibaren de hukuk idaresinin başkanlığına geçmiştir

Annesi Anna Elizabeth Hertz ise Frankfurtlu doktor Pfefferkorn’ un kızıdır




1875 yılında özel bir okulda yalnızca bir yıllık bir çalışmanın sonunda, okulunu bitirip üniversiteye başlaması için geçmesi gereken Abitur sınavını birincilikle geçmiştir

Bu Dönemde doğa bilimlerine karsı olan ilgisi artmıştır ve ailesine ait olan atölyede mekanik teçhizatlar üretmek konusunda pratik bilgiler edinmiştir Ayrıca Arapça öğrenmek konusunda gayret göstermiştir

Okulu bittikten sonra Heinrich Hertz, mühendislikle ilgili pratik deneyimini arttırmak için Frankfurt’a gitmiştir Sonra 1876 – 1877 yılları arasında askeri hizmetini gerçekleştirmek için Berlin Demiryolu Alayı’na katılmıştır Askeri hizmeti bittikten sonra Münih Üniversitesi’nde bir yıl geçirmiştir


Oradayken akademik ve bilimsel bir kariyere sahip olmaya karar vermiştir ve dolayısıyla Frankfurt’a mühendislik eğitimi almaya gitmemiş, bilimsel çalışmalarına devam etmek üzere Berlin Üniversitesi’ ne gitmiştir

Oradaki hocaları, o zamanın en önde gelen fizikçileri olan Gustav Kirchhoff ve Herman von Helmoltz’ tu 1880 yılında elektromanyetik indüksiyonla ilgili teziyle fizik doktorasını almıştır Bunun ardından üç yıl boyunca Herman von Helmoltz’ un asistanlığını yapmıştır

1883 yılında Hertz, Kiev Üniversitesi’ de teorik fizik alanında konferanslar vermeye başlamıştır Kiev’ de çalışmaları için yeterli laboratuar ortamı olmamasına rağmen, fizikle ilgili daha çok teorik görüş üretmiştir

Burada James Clark Maxwell’ in yeni geliştirdiği elektromanyetik teori üzerine de çalışmalarda bulunmuştur Maxwell’ in teorisi sıradışı mekanik fikirler üzerineydi ve evrensel olarak kabul görmemişti Bu sıralarda bir başka bilim adamı olan Michelson, Morley’ in yardımıyla zekice deneyler yaparak Maxwell’in teorisini geliştirmekteydi Hertz de Maxwell’ in denklemlerini yeni bir metotla türetmiştir Bu metotla denklemler daha modern bir hal almıştır

1885 yılında, daha 28 yasındayken, Heinrich Hertz, Karlsruhe Üniversitesi’ de fizik profesörü olarak atanmıştır Karlsruhe Üniversitesi’ de ilk zamanlarında Hertz elektriksel fenomen ve elektriksel teçhizatla ilgili araştırmalardan parçalar içeren çalışmalar yapmıştır Bu araştırmalar onun en ünlü deneylerini içerir


1886 yılında, Hertz, Karlsruhe Üniversitesi’ndeki profesörlerden birinin kızı olan Elizabeth Doll’ la evlenmiştir Çiftin iki kızı olmuştur ilki olan Johanna 20 Ekim 1887’ de, kardeşi Mathilda 14 Ocak 1891’ de doğmuştur

Hertz’ in kariyeriyle ilgili ilginç bir not da sudur ki, 1887 yılında, ültraviyole radyasyonun, bir  metal  yüzeyindeki elektronları açığa çıkarması sırasında oluşan fotoelektrik etkiyi keşfetmiştir Ancak her ne kadar özünü kavramış olsa da bu konuyla ilgili çalışmalarını sürdürmemiştir Bu konuyu, diğerlerine, araştırıp açıklamaları için bırakmıştır



1888 yılında, Hertz, fizik sınıfının bir kösesinde bir çeşit elektrik devresi kullanarak elektrik dalgaları üretmiştir. Devre, içinde elektriksel kıvılcımların geçmesi için küçük bir boşluk olan bir  bir çubuk içermektedir.
 



Elektriksel kıvılcımlar boşluktan geçerken çubukta yüksek frekansta şiddetli salınma hareketi gözlenmiştir. Hertz bu dalgaların havada yayıldığını, bu dalgaları biraz uzak mesafede kurduğu benzer bir devre ile meydana çıkartarak kanıtlamıştır

Ayrıca Hertz bu deneyle, bu dalgaların ışık gibi yansıma, kırılma özelliklerine sahip olduklarını ve en önemlisi onların da ışıkla eş bir hıza sahip olduklarını ancak çok daha büyük dalga boylarına sahip olduklarını keşfetmiştir

Bunun dışında Hertz, elektriksel iletkenlerin bu dalgaları yansıttığının ve bu dalgaların içbükey yansıtıcılarla odaklanabileceğinin altını çizmiştir Hertz birçok yalıtkanın dalgaların çoğunu geçirdiğini bulmuştur Bu dalgalara Hertzin dalgaları denmiştir, günümüzde ise radyo dalgaları denmektedir

Bu kesif Maxwell’ in elektromanyetik dalgaların hem ışık hem de radyo dalgaları halinde varolabileceği öngörüsünün doğruluğunu da kesin olarak kanıtlamıştır.


Heinrich Hertz deneylerinde ilk olarak ortasında elektriksel kıvılcımlar için boşluk olan ve radyatör olarak kullanılmak üzere bir adet indüksiyon bobinine bağlı bir çift birer metrelik tel kullanmıştır Bu düzeneğe uçlardan iki geniş küre bağlanmıştır Bu küreler ise rezonans için devrenin kapasitesini ayarlamakta kullanılmıştır Alıcısı, telden oluşan radyatör boşaldığında elektriksel kıvılcımların gözlenmesi için üzerinde boşluk olan bir levhadır Alıcı, osilatörden birkaç yarda uzağa yerleştirilmiştir Bu tellere zıt işaretli akım verildiğinde devre salınır Bu osilatör sayesinde Hertz iki problemi çözmüştür:

Maxwell dalgalarını zamanlamıştır (ışık ve radyo dalgalarının hızlarının eşitliği konusunda Maxwell sadece teori üretebilirken Hertz bunu kesin bir şekilde kanıtlamıştır)
 

Diagram of the test apparatus used by Heinrich Rudolf Hertz to transmit and detect radio waves.
    

                                                                 1887 experimental setup of Hertz's apparatus.


Elektrik ve manyetik alanlar üretip onların tellerden ayrılarak Maxwell dalgaları gibi serbest bir şekilde hareket edebilmelerini sağlamıştır.


Bu gelişmeler sonucunda Hertz’ in öğrencileri çok etkilenmişlerdi ve bu harika buluşla neler yapılabileceğini merak ediyorlardı, fakat Hertz’ e göre düşünceleri Maxwell’ incilerden daha pratik değildi Öğrencilerine, “Sonuçta hiç kullanışlı değil Bu sadece Maestro Maxwell’ in yanılmadığını kanıtladı

Bu gizemli elektromanyetik dalgaları gözlerimizle göremiyoruz ama oradalar” demiştir Öğrencilerden birinin “Peki sırada ne var?” sorusuna ise omzunu silkerek alçakgönüllü, gösteriş meraklısı olmayan ancak uğraştığı şeyleri başarmak konusunda hırslı biri olan Hertz, öğrencisini “Hiçbir şey, sanırım” diyerek cevapladı Fakat teorik seviyede bile Hertz’ in başarıları diğerleri tarafından hemen fark edildi ve yeni bir elektrik çağının başladığı seklinde yorumlandı Bir ingiliz fizikçisi olan Sir Oliver Heaviside, 1891’de “Üç yıl önce hiçbir yerde elektromanyetik dalga yoktu, artık her yerdeler” demiştir

 

 

  

Hertz’ in Deneylerinin Öneminin Özeti

Hertz’ in elektrik dalgalarının kırılmaları, yansımaları, parazit oluşturmaları, polarizasyonu ve hızları hakkında yaptığı deneyleri, kablosuz telgraf, radyo, televizyon ve radarların icat edilmelerini tetiklemiştir. Bunun bir örneği söyle gerçekleşmiştir: 1888’ de Hertz bir makalede elektromanyetik dalgalarını osilatör ile nasıl tetiklediğini ve ortaya nasıl çıkardığını açıklamıştır O sıralarda Alplerde tatil yapmakta olan bir genç bu makaleyi okumuştur Hertz’ in keşfi bu gencin aklına neden osilatör düzeneğindeki elektromanyetik dalgaları sinyalleşmek için kullanmayalım sorusunu getirmiştir Bu gencin adı Guglielmo Markoni idi O makaleyi okuduktan sonra hemen evine, İtalya’ya döndü ve fikrini denemeye karar verdi.

   

 


3 Nisan 1889’ da Heinrich Hertz, fizik profesörlüğü ve fizik bölümü başkanlığı pozisyonuna, Rudolf Clausius (1822 – 1888)’ un varisi olarak geçsek üzere Bonn’ a geldi Hertz, çok başarılı bir takım deneylerden sonra yüksek dalga boylu elektromanyetik dalgaların, Maxwell’ in teorisinin doğruluğunu ve bu dalgaların, ışık dalgalarının kırılma, yansıma, polarizasyon gibi özelliklerini de taşıdığını kanıtladığı Karlsruhe Üniversitesi’ den geldiğinde, yıldızı parlamaya başladı Çok kısa bir sürede sadece Almanya’ da değil, tüm dünya çapında fizik toplumunun yıldızı oldu.

 

             

Ancak Hertz, Bonn’ da geçirdiği beş yılda (3 Nisan 1889 – 1 Ocak 1894) hemen hemen tüm deneysel çalışmalarına son verip mekanik üzerine zorlu teorik çalışmalar yapmış ve çalışmaları da 1894’ de ölümünden sonra yayınlanan kitabıyla son bulmuştur (Heinrich Hertz, Die Prizipien Der Meckanik in Neuem zusammenhange Dargestdellt) Daha sonra çeşitli bilim adamları bu çalışmalarına katkıda bulunmuştur Bunlar Philipp Lenard (ed), Leipzik, J A Barth, 1894 çevirisi D E Jones, J T Wally, “The principles of Mechanics Presented in a New Form”, London, Macmillan and Co 1889 Reprinted New York, Dover Publications, 1956)

   
Peki Hertz niçin büyük başarılara imza attıktan sonra elektromanyetik deneylerine sırt çevirip üç yılını mekanik üzerine yazdığı kitabına adamıştır? Pratik bir cevap olarak (tam sebebi bu olmasa da ) o yıllarda bir dizi enfeksiyon sonucu hasta olması ve bu hastalığının gitgide ilerlemesi, onun hem kişisel hem de profesyonel anlamda karşılığını fazlasıyla veren deneylerine devam etmek için yapması gereken laboratuar çalışmalarına engel olmuş olabilir Ya da Karlsruhe Üniversitesi’ deki çalışmaları kadar önemli sonuçlar doğuracak deneysel çalışmalar bulmak konusunda zorlanmış olabilir Hertz’ in teorisel mekaniğe yönelmesinin göze çarpan nedeni ise, Hertz’ in on dokuzuncu yüzyıldaki her fizikçi gibi, fiziğin nihai amacının gözlenebilen tüm fizik olaylarının mekaniğe indirgenmesi olduğunu düşünmesidir.


Bu yıllarda Hertz, mekanikteki teorisel çalışmalarına ek olarak düşük yoğunluktaki gazlarda elektriksel boşalma üzerine çalışmalarda bulunmuştur Bunu yanında Hertz, Maxwell’ in teorisini analiz etmeye devam etmiştir ve 1890 yılında bununla ilgili iki yazı yazmıştır Onun deneysel çalışmaları elektrodinamik alanlarla ilgili görüşlerin daha sağlam temeller üzerine oturmasını sağlamıştır Bilimsel yazıları, daha sonra İngilizciye çevrilerek üç cilt olarak yayımlanmıştır Electric Waves (1893), Miscellaneous Papers (1896) ve Principles of Mechanics (1899)


Hertz 1892 yazında bir kemik hastalığından mustarip olmuştur

Daha sonra 1 Ocak 1894’ ta ise daha 37 yasına bile gelmeden kan zehirlenmesinden dolayı ölmüştür

Sağlık durumunun kötü olduğu birkaç yıldan sonra, trajik bir şekilde erken ölmesi parlak kariyerinin son bulmasına neden olmuştur

Hertz, ölümünden sonra Ohlsdorf, Hamburg, Almanya’daki Yahudi mezarlığına defnedilmiştir


Hertz ölünce, Sir Oliver Lodge, Hertz’e zamanın büyük ingiliz fizikçilerinin yapamadığı şeyleri yapmasından dolayı duyduğu saygıyı ifade etmek için, “O sadece Maxwell’ in teoremlerinin geçerliliğini kanıtlamadı, O, bunları büyük bir alçakgönüllülükle yaptı O asil bir adamdı” demiştir 1894’ ta bir yazar “O, hiçbiri ona karsı kıskançlık ye da kin duymayan, birçok hayrana sahip biri idi Onunla kişisel olarak irtibat kuran kişiler, onun alçakgönüllülüğü ve sevimliliği karsısında çok etkilenmişlerdir Hertz, arkadaşları için iyi bir arkadaş, bazıları çok uzak bir mesafeden gelmiş olan çok sayıda öğrencisi için saygı duyulan bir öğretmen, ve ailesi için de sevilen bir koca ve baba olmuştur”


Heinrich Hertz’ in yirminci yüzyılın baslarında fiziğin gelişimi için yaptığı çalışmalar, Ludwin Boltzmann’ın, Herman von Helmoltz’ a 6 Ocak 1894’ ta – Hertz’ in ölümünden sadece beş gün sonra – yazdığı bir mektupta çok iyi bir şekilde özetlenmiştir: “Biri Hertz’ in buluşlarının bizim tüm doğa konseptimiz için ne kadar önemli olduğunu ve buluşların tamamının yalnızca bir yönü gösterdiği gerçeğini vurgulamak isterse, araştırması uzun yıllar alır”


Günümüzde Hertz’ in çalışmalarının kabulünün sembolü, adının frekans birimi olarak atanmasıdır Saniyedeki dönüş sayısı olan Hertz, “Z” Seklinde kısaltılmaktadır

1899 yılında, ölümünün üzerinden sadece beş yıl geççikten sonra, Hamburg, Hertz’ in ismini Uhelenhorst semtinde bir caddeye (Heinrich Hertz StraBe) vermiştir Yine Hamburg’ da bir ilkokula da ismi verilmiştir (Heinrich Hertz Grundschule)


Heinrich Hertz’ in portresi, Hamburg Belediye Binasının önündeki elli altı önemli portrenin arasındadır Bu portre, ikinci Dünya Savası’nda Naziler tarafından yıkılan yedi Yahudi portresinden biridir 1949’ da portreler yenilenmiştir ikinci Dünya Savası’ndan sonra, Hamburg, yaklaşık iki yüz yetmiş metre boyundaki bir gökdelene (RentzellstraBe), Hertz’ in adını vermiştir

(Heinrich Hertz Turm)

1987 yılında IEEE, Hertz’ in radyo dalgalarındaki inanılmaz başarıları nedeniyle Hertz’ in adına madalya bastırmıştır (Heinrich Hertz Medal) Bu madalya her yıl, teorik ye da deneysel basarı gösteren bir kişiye hediye edilir

1923 yılından itibaren, alman parası değer kaybedince, Heinrich Hertz’ in esi Elizabeth Hertz, iki kızı Mathilda ve Johanna ile birlikte çeşitli bölgelerdeki radyo şirketlerinin bağışları sayesinde yaşamlarını sürdürmüşlerdir Ailesi yarı Yahudi olduğundan (Heinrich Hertz’ in babası sonradan Lutheran olduğu için) Almanya’ da kalmalarına izin verilmiştir ancak üniversitede çalışan Mathilda Hertz işinden kovulmuştur Sonra Max von Laue ve Erwin Schrodinger’in yardımıyla Oxford’da geçici olarak kalmaya başlamıştır Daha sonra Cambridge’ den J J Thomson (1890 yılında Heinrich Hertz ile buluşup ondan etkilenmiştir), Mathilda’nın, Cambridge’ e üç mil uzaklıkta olan Girton adında bir kasabaya kalıcı olarak yerleşmesini sağlamıştır 1937 yılında Mathilda, annesini ve kız kardeşini, yanına gelmeye ikna etmiştir Elizabeth Hertz, kırk sekiz yıl dul olarak yasadıktan sonra 28 Şubat 1941’ de yetmiş yedi yıl yasında ölmüştür


Heinrich Hertz’ in kuzeni, Gustav Ludwig Hertz, 1925 yılında James Franck ile birlikte “bir elektronun, atom üzerindeki etkisinin idare edilmesine dair keşfettikleri kanunlar nedeniyle Nobel Fizik Ödülü’nü almışlardır

Gustav Hertz’ in oğlu Carl Hellmuth Hertz ise medikal ultrasonu keşfetmiştir

 

Yapmış olduğu deneylerde laboratuvarlarının bir tarafındaki elektrik kıvılcımının yaymış olduğu manyetik dalganın bir tel halka tarafından hissedildiğini gözlemledi.

Elektromanyetik ışımının başka bir türü olan radyo dalgalarının varlığını kanıtladı. Işığın toplanıp yansıtıldığı gibi radyo dalgalarının da aynı şekilde işlev gördüğünü gösterdi. Hertz'in yapmış olduğu çalışmalar, Maxwell'in daha önce ortaya attığı, elektromanyetik dalgaların elektrik dalgalarıyla aynı davranışları gösterdiği biçimdeki kuramını kanıtlamış oldu.

 

İtalyan Mucit Guglielmo Marconi radyoyu icat eden kişi olarak kayıtlara geçmiştir. Ancak radyonun kendi icadı olduğunu iddia eden birçok kişi ortaya çıkmıştır. Telsiz telegraf patentine sahip olan Nikolai Tesla, Olive Lodge bu iddiayı ortaya atanların başında gelir. Rus mucit Alexander Stepanovitch Popov ise anlaşılabilen ilk radyo dalgalarını iletmeyi başarmış ancak bu icadı için patent almamıştır. Daha pek çok insan vardır fakat ticari başarıyı yakalayan kişinin Marconi olduğu herkesçe kabul edilir.


Popov, Lodge ve Marconi, Edward Branly'nin bulduğu Branly Tüpü adı verilen ve radyo dalgalarını saptamak için kullanılan bir aracı geliştirmeye çalışıyorlardı. 1890 yılında başlayan bu geliştirme çabaları 1895 yılında Marconi ve Popov'un birbirlerinden habersiz bir şekilde geliştirmeleri ile sonlanacaktı. 1896 yılında ise ilk defa Popov tarafından "Heinrich Hertz" ismi Mors alfabesi kullanılarak anlaşılır bir şekilde iletildi. İtalya^da aradığı desteği birtürlü alamayan Marconi sonunda İngiltere'ye gitti ve burada ilk radyonun patentini aldı. Bu patent alımının ardından birçok farklı versiyonu üretildi. Lee De Forest ve Edwin Howard Armstrong Amerika'da radyo teknolojisinde çok büyük değişiklikler yaptılar. Tüpler ve devreler kullanrak bambaşka bir hal kazandrdılar. 1947 yılında transistörün icadı ise radyo teknolojisi için bir devrim olmuştur.

 

 

BASİT BİR RADYO SETİ NASIL YAPILIR ÖĞREN

 

Radyo yapmanın oldukça çeşitli yöntemleri vardır. Yarı iletken kullanarak ,transistör kullanarak ,çift transistörle raydo yapmak mümkündür. Zamanla bu konularada değineceğiz. Şimdi yarı iletken kullanarak radyo yapımına değinelim. Radyonun çalışma mantığı basittir. Radyo dalgaları bir iletkenden geçerken iletkende farklı değerlerde akım meydana gelmesine neden olur. Bu akımı radyo setinden geçirerek sese çevirebiliriz. Yapacağımız setin içinde bobin kondansatör ve diyot bulunmakta. Bobin ve kondansatör antenden gelen sinyalleri seçmek için, diyot ise sinyal ayarı için gerekli olacak. Kulaklığımızda sinyalleri sese çevirecek. Sistemi kabaca çizersek aşağıdaki gibi projelenir ;

 

 

Malzeme Listesi : 1. Dışı yalıtımlı 22-24 kalibre bakır tel 2. Bakır teli sararak bobin yapacağımız plastik bir tüp-boru (1 yada 2 inc çaplı ve en az 10 cm boylu) 3. 1 Adet 300 pF kondansatör 4. Bir adet yarı iletken diyot 5. Kulaklık 6. Seti üzerine kuracağımız tahta kart 7. Bir adet anten yada uzun metal çubuk. Yapılışta Dİkkat Edilecek Hususlar : Bobini sararken plastik borunun bir ucuna bakır teli sabitleyin ve boru çevresinde en az 100 tur sarın. Sarımlarda kablo yan yana ilerlemeli. Dağınık sarmayın.

 

 

 RADYO NEDIR

Radyolar (radyo alıcıları) elektromanyetik tayfın belli bir aralığını dinlemek üzere tasarlanır. Radyonun seçicilik ve hassaslık faktörlerine göre kalitesini değerlendirmek mümkündür - Q faktörü. Popüler radyolar iki tür modülasyonu almak üzere dizayn edilmişlerdir: AM (Genlik Modülasyonu) ve FM (Frekans modülasyonu) Genlik modülasyonunun; taşıyıcılı yayın, SSB (Single side bant- Tek bantlı yayın) ve CW (Continuous Wave- Daimi dalga) olmak üzere alt bölümleri vardır. Normal bir radyo alıcısında Orta Dalga (MW- Mid Wave) ve FM, bazen de uzun dalga (LW- Long wave) bulunmaktadır. Kısa dalga (SW- Short Wave) radyoları kalitesine ve çeşidine göre alış tayfi değişmektedir. Aşağıdaki bantlar uluslararası yayın yapan kurumlara ayrılmıştır. Bu istasyonlar genelde AM (genlik modülasyonu) (Amplitude Modulation) ile yayın yapmaktadır. Bu tür yayınları dinleyenlere SWL (Short Wave Listener - Kısa Dalga dinleyicisi) denmektedir. Radyo dalgalarının bir başka belirleyici özelliği de genliğidir. Genlik, radyo dalgasının salınım sırasında ulaştığı en yüksek salınım şiddetidir. Radyo kanallarının şifrelenmesinde genelde frekans ve genlik değerleri kullanılır. AM radyolarda genlik değeri değiştirilerek, FM (Frequency Modulation - Frekans Modülasyonu) radyolarda da kendilerine verilen frekans aralığında dalganın frekansı değiştirilerek şifreleme yapılır. Radyo antenleri yalnızca belirli frekanstaki yayınları almak üzere ayarlandığı için geri kalan radyo dalgalarını algılamaz. Radyo dalgaları içine gizlenmiş şifreler, alıcı tarafından çözülüp, hoparlörler üzerinden dinlenilen ses dalgalarına dönüşür.

 

 

Anten

Telli telgrafın icadını gerçekleştiren Princeton Üniversitesi doğa bilimleri profesörlerinden Joseph Henry'nin, 1842 yılında yaptığı deney sırasında üst kattaki mıknatıs ibresini kapmasını gözlemesi olayını almak makul bir olacak. Henry uzaktan algılama olayını sezdikten sonra bir dizi deneyler yaptı. 7-8 mil uzaktaki yıldırım sebebiyle oluşan elektriksel işareti algıladı. 1875’te de Edison, elektrik devresindeki anahtarın açılıp kapanması sırasındaki ışımayı uzaktan algıladı ve hızla çalışmalarına devam ederek düşey konumlu tepesi yüklü ve topraklanmış antenlerini iletişimde kullanmak üzere patent aldı. 1887 dolaylarında H. Hertz ışıma olayının formüle edilmesi üzerine çalıştı, ilk kez polarizasyon kavramı üzerinde durdu. 1897'de Liverpool Üniversitesi fizik profesörlerinden Oliver J. Lodge bikonik anten ve anten devresinde ayarlı LC devresi için patent aldı. Empedans sözcüğünü literatüre kazandırdı. 1900'den önce parabolik yansıtıcılar, mercek antenler, açıklık antenler, dalga kılavuzları mikrodalga frekanslarında kullanıldı. Bu tarihten sonra bu tür antenlerin kullanılması uzun bir süre durgunluk dönemi geçirdi. 1930'lardaki radyo elektroniğindeki gelişmeler mikrodalga antenlerini tekrar gündeme getirdi.



1901 yılında Marconi, 15 KW güçlü 820 KHz'lik fan monopol antenle İngiltere - Amerika arasında Atlantik üzerinden iletişimi gerçekleştirdi. 1907 yılında Zenneck, sadece antenin iyi olmasını iletişimin için tek başına etkin olamayacağını, yer sisteminin de uygun şekilde yapılmasının anteni daha verimli kılabileceğini makalelerinde gösterir. 1916-1920 yılları arasında Marconi, iletkenlerle yapılmış parabolik reflektörün odağında aktif bir anteni kullanarak 3.5 m dalga boyunda elektromagnetik alan ışıması gerçekleştirdi ve ölçülen ışıma diyagramı ile hesaplanan ışıma diyagramının uyum içinde olduğunu gösterdi.

1940-1945 yılları arası mikrodalga antenlerin ve radarların yoğunluk kazandığı dönemdir. 1945-1949 döneminde VHF yarık antenler, halka antenler, dipol ve dilop anten dizileri yoğun olarak kullanılmaya başlandı ve 1965'de COMSAT'ın ilk jeosenkronize uydusu yörüngeye oturtuldu. Bu uydu ile iletişim gelecek için büyük umutlar sergiliyordu. Yıl 1969, ve tarih 20 Haziran; insanlık aya ayak basmış ve antenlerini ay üzerine yerleştirmişti. O gün, elektronik tarihinin önemli kilometre taşlarından biri olacaktı.

Günümüzde uzayın derinliklerine gösterilen dünya üzerinde jeosenkronize ve jeosenkronize olmayan yörüngelerde dönen uydular farklı amaçlar doğrultusunda yer ile iletişimi sağlamak amacı ile antenlerle donatılmışlardır. Bundan sonra da gelişmeler devam edecek ve daha yüksek kazançlı kullanışlı antenler üretmek hedef olacaktır. Örneğin TCRO (sadece TV amaçlı antenler) için parabolik reflektör antenlerinin kullanılmasındaki mukavemet, üretim güçlüğü gibi de dezavantajları nedeniyle, iletken düzlemsel levhalar üzerinde oluşturulan mikroşerit anten dizilerinin kullanılması gündeme gelmiştir. Bu değişim en iyi elde edilinceye kadar devam edecektir.

Elektromanyetik dalgaların kaynağı sadece yapay antenler değildir. Güneşteki patlamalar sonucu oluşturan elektrik yüklü partiküllerin, yer manyetik alanı ile etkileşmesi, yıldırım, şimşek vb. atmosferik olaylar, galaktik olaylarda elektromanyetik dalgaların kaynağıdır, yani birer verici antendir. Bu açıdan bakılırsa antenlerin tarihçesini evrenin başlangıcına dayandırmak pek yanlış olmaz.

Her ne kadar antenler iletişim amaçlarına hizmet için geliştirilmişse de evrendeki olası uygarlıkların araştırılmasında, meteorolojik çalışmalarda, tıpta teşhis ve tedavi amacıyla, mobil sistemlerin yerlerinin belirlenmesinde, endüstride ve bir çok yerde ku1lanmaktadır. Özellikle kanser ve bazı hastalıkların teşhis ve tedavisinde alışılmış yöntemlerin, ışınları gibi, olumsuz yönlerinin yok edilmemesi nedeniyle başka yöntemler üzerine çalışmalar, arayışlar yoğunlaştırılmıştır. Bunlar arasında son yıllarda kendinden sıkça söz edilen bir yöntem, her türlü kanser hastalığının teşhis ve tedavisinde anten amplikatörlerin kullanılması yöntemidir. Bu yöntemde antenler tek tek kullanılabildiği gibi dizi şeklinde de kullanılmaktadır.

Verici tarafından üretilen elektrik sinyalini elektromanyetik dalgaya çevirerek yayan sistemlere anten denir. Temel anten olarak iki tip anten vardır. Bunlar Hertz. ve Markoni antenleridir. Hertz anteni; yarım dalga boyunda (λ/2) olup, diğer bir adı dipol antenidir. Markoni antenler ise, çeyrek anten dalga (λ / 4) boyunda bir antendir. Yüksek frekanslı sinyalleri iletmede anten ortasından beslenir. Açık olan uçlarında gerilimler maksimum fakat birbirine zıt yöndedirler. Enerjinin beslendiği giriş uçlarında akım en büyük durumundadır. Açık olan hat ucuna bağlı antenden geçen akım yavaş yavaş azalır. Hattın sonunda ise akım sıfır olur. Antenden geçen farklı akım ve gerilimlerin oluşturduğu elektrostatik alan ile mıknatıs alan çizgileri vardır. Bu farklı iki alan arasında 90 derecelik bir açı bulunmaktadır. Bu iki alan birlikte anten üzerinde boşluğa yayılarak elektromanyetik dalgayı oluştururlar. Bilindiği gibi TV yayınları çok yüksek frekanslarda olduğundan genel olarak (Hertz) dipol anteni kullanılır.

 


Michael Faraday, (22 Eylül 1791, Newington, Surrey – 25 Ağustos 1867, Londra), İngiliz kimya ve fizik bilgini. 19. yüzyılın en büyük bilim adamlarından biridir. Elektromanyetik indüklemeyi, manyetik alanın ışığın kutuplanma düzlemini döndürdüğünü buldu. Elektrolizin temel ilkelerini belirledi. Klor gazını sıvılaştırmayı başaran ilk kişidir ve elektrik motorunu icat etmiştir.


James Clerk Maxwell (13 Haziran 1831 - 5 Kasım 1879), İskoç teorik fizikçi ve matematikçi. En önemli başarısı klasik elektromanyetik teorisinde daha önceden birbirleriyle ilişkisiz olarak gözüken elektrik ve manyetizmanın aynı şey olduğunu kendisine ait olan Maxwell Denklemleri'yle (4 denklem) ispatlamıştır. Bu denklemler elektrik, manyetik ve optik alanlarında kullanılır. Maxwell Denklemleri sayesinde bu alandaki klasik denklemler ve yasalar basitleştirilmiş oldu. Maxwell'in elektromanyetik alandaki çalışmaları, birincisi Isaac Newton tarafından gerçekleştirilmiş, "fizikteki ikinci büyük birleşme" olarak isimlendirilir.

Tüm bu alanlarda büyük katkıları olmasına karşın Tesla doğru dürüst geçinebileceği bir ekonomik kaynak elde edemedi. Patentleri ya değerinin çok altında satın alınıyordu ya da haksız yere başkaları tarafından kullanılıyordu. Bunlardan en önemlisi radyonun patentidir. Telgraf ve telefon kablolarına bağlı olmadan haberleşebilme imkânı. Telsiz mesajlar en az telefon kadar önemliydi. Bununla, denizlerde seyreden gemilere ve hatta okyanus ötesine mesaj gönderme olanağı doğuyordu. Radyo günlük yaşamda önemli bir kitle iletişim aracı olduğu gibi askeri alanda da önemli bir haberleşme aracı oldu. İtalyan bilim insanı Guglielmo Marconi radyoyu geliştiren ve kullanıma sunan kişi olarak biliniyor. Marconi'nin radyo konusundaki katkıları elbette inkâr edilemez, ancak Tesla'nın katkıları ve öncü çalışmaları kuşkusuz onunkilerden az değildir. Marconi 1896 yılında radyo konusundaki ilk patentini aldı ve hemen ardından bir şirket kurdu. Bu konuda sürekli çalıştı ve yeni patentler aldı. Radyonun yaygın kullanımında önemli rol aldı. Çok geçmeden, 1909'da Nobel komitesi telsiz telgraf konusundaki çalışmalarından dolayı Karl Ferdinand Braun'la birlikte Marconi'yi Nobel madalyası ile onurlandırdı. İlginç olan nokta, Marconi radyo yayını yaparken Tesla'nın patentini aldığı sistemi kullanıyordu ve çalışmasını Tesla'nın araştırmalarına dayandırmıştı.

Marconi'nin kendine ait sistemi ise son derece basit ve yetersizdi. Tesla en az Braun ve Marconi kadar Nobel madalyasını hak ediyordu. Tesla bu alandaki öncü çalışmaları yapmış ve 1895'te telsiz sinyallerini 50 mil uzaktaki mesafeye göndermeyi başarmıştı. 1897'de radyo patentini almak için başvuruda bulundu, 1900'de aldı. Radyo patenti uzun yıllar tartışma konusu olmaya devam etti. Nihayet 1943 yılında, yani Tesla'nın ölümünden birkaç ay sonra Amerikan Yüksek Mahkemesi verdiği kararla radyo patentinin Marconi'ye değil Tesla'ya ait olduğunu onayladı. Mahkeme bu kararı verirken ne Tesla ne de Marconi artık hayattaydı.

 

Marconi

Marconi 1874 yılında İtalya’nın Bologna şehrinde doğdu. Ailesi zengindi. Marconi 24 yaşındayken endüksiyon bobininin bir ucunu anten teline, diğer ucunu da bir toprak teline bağlayarak büyük bir adım attı. Böylece ilk telsiz cihazı meydana gelmişti. Marconi, İtalyan hükümetine başvurdu. Bu buluşu sayesinde İtalya’nın çok para kazanacağını vurgulayarak yardım istedi, fakat İtalyan hükümeti Marconi’nin sözlerine aldırış etmedi.  O da bulduğu makineyi alarak İngiltere’ye gitti. İngilizler buluşa önem verdiler. Yaptığı deneylerin başarılı olması, dünya basınını harekete geçirdi. İtalyan hükümeti ondan özür dileyerek çalışmalarına İtalya’da devam etmesini rica etti.

Bu yeniliğin ne kadar yararlı olduğu kısa sürede kanıtlandı: 1899 yılının Mart ayında büyük bir gemi East Goodwin fenerine çarptı. Hemen telsizle yollanan haber üzerine kaza yerine gelen cankurtaran sandalları, tayfaların ve yolcuların hayatlarının kurtarılmasını sağladılar. Yine 1899 yılında Manş Denizi Kanalı'nda ilk defa telsiz kabloları döşendi. Böylece yazın, donanma manevralarına katılan gemiler arasında, 74 millik bir uzaklıktan haberleşme sağlanabildi. Daha yüksek antenler ve daha uzun dalgalar kullana Marconi, iletim uzaklığını gittikçe artırıyordu. Kanalda elde ettiği zaferden sonra şimdi bütün cesaretiyle Atlantik'i fethetmeye kalkışmıştı. Böylece 1900 yılının Ekim ayında Cornwall'da ilk denizaşırı telsiz istasyonunu kurmayı başladı. Yetmiş metre uzunlukta anten direkleri dikti. Ama bu direkler bir fırtınada devrildiler. Bunun üzerine Marconi onar metre daha kısa direkler dikmek zorunda kaldı. İngiltere yakasındaki istasyonun kurulması tamamlanınca kaşif alelacele, Newfoundland'a gitti. Orada da alıcı istasyonu kuracaktı. Burada da pek çok güçlükle karşılaşan Marconi yine de yılmayarak bu güçlüklerin de üstesinden geldi. Kocaman uçurtmalar kullanarak 140 metre yükselttiği antenini dikerek alıcı istasyonunu kurmayı başardı. 12 Aralık 1901'de verilen mesaj, Newfoundland'dan alındı. Marconi, daha ilk denemesinde Atlantik üzerine köprüsünü kurmayı başarmıştı. İşte o günden sonra telsiz telgraf bir deney olmaktan çıkarak yerine oturmuş pratik bir hizmet niteliğiyle insanlığın yararına sunuldu.

Çalışmalarına devam eden Marconi, 1910 yılında İrlanda'daki istasyonunda Buenos Aires'den altı bin mil uzaklıktan gelen bir mesajı rahatça aldı. İki yıl sonra devamlı dalga meydana getiren ''spark'' sistemini icat etti. Bu buluşundan sonra 1918 yılında Avustralya'ya mesaj yollamayı başaracaktı.

1914 yılında savaşın patlamasıyla Marconi'nin ilgisi telsizi askeri alanda değerlendirmeye yöneldi. 1916 yılında telsiz dalgalarını belirli bir yere kanalize etmek için '' ultra kısa'' dalgalarla deneyler yapmaya başladı. Savaşla birlikte Marconi için başka uğraşılar da ortaya çıkmıştı.

Marconi hem İtalya’da hem de İngiltere’de çalışmalarına devam etti. İngiltere’de “Marconi Telsiz Telgraf Şirketi” kuruldu. 1898 yılında Manş Denizi’nin öbür yakasına telsiz haberi göndermeye ve 1900 yılında da yüksen anten direkleri kurarak, okyanuslar arası haberleşmeyi kurdu.1901 yılında Kanada ile İngiltere arasındaki görüşme, bütün dünyayı ayaklandırmıştı. Artık aradaki dağlar, denizler kalkarak, kıtalar kapı komşusu olmuştu. Marconi bir gün dostlarıyla birlikteyken masanın ortasına mıknatıslı detektörü koydu. Her birine birer kulaklık verdi. Bir tel parçasının bir ucunu aletin anten ucuna bağladı, öbür ucunu da başlarının üzerinden geçirerek masanın etrafında dönmeye başladı. Tel, verici istasyonunun yöne gelince yüksek sesle işaretler duyulmaya başladı. Marconi modülasyonu bulmuştu. O sıralarda Dr.Fleming radyo lambasını bulmuş, bu buluş alıcı telsiz cihazlarında büyük bir değişiklik meydana getirmişti. Nihayet Marconi 1919 yılında radyoyu buldu.

Bilimin bugünkü düzeyinden uzak olduğu ve başka dünyalarda da yaşamın var olduğunun düşünülmediği günlerde 22–23 Ağustos 1924 gecesi, o zamanın en hızlı yatı olan Elektra gemisi Adriyatik Denizi’nde dolaşıyordu. Yatın aynı zamanda laboratuar ve kütüphane olan bir salonunda Marconi, kulaklarında dinleyici, bir eli ayar kondansatörünün manetinde, bütün yüz çizgileri heyecandan gerilmiş, uyumadan dinliyordu. Marconi 3 gün önce Elektra yatının direğine garip bir anten yerleştirmiş, bunun üstün duyarlılıkta amplikatöre ve onu da bir dinleyici cihaza bağlamıştı. 02.30’da bağırarak yardımcılarını uyandırmaya koştu: “ Dinleyin,dinleyin..” diyordu. Masa üzerine bıraktığı kulaklıktan tiz sesler çıkmaktaydı. “ Onlar. Onlar.. İşaretler Dünya’mızdan gelmiyor. Uzay sakinleri konuşuyorlar. Sesleri dinleyin ben ilk çağrıyı 1901 de yolladım, bütün işaretleri tanırım, böyle işaret hiç duymadım.”

1937 yılında İtalya’da Mussolini’nin liderliğinde hükümet kuruldu. Silahlanma hırsına kapılan Mussolini, devrin en büyük bilgini Marconi’nin bazı evren sırlarına sahip olduğunu bildiğinden, ondan ısrarla dünyaya meydan okuyacağı güçte buluşlar yapmasını istedi. Marconi bazı tasarımları olduğunu, bunun ise uzun zaman ve deneylerle mümkün olacağını söylüyordu. Aylar sonra, bir manyetik alan dondurucu cihazı meydana getirdi. Yardımcıları cihaza “ölüm ışını” adını vermişlerdi. Alelacele, askeri bir tatbikatta deney yapılmasını istedi. Deney günü Marconi ve yardımcıları, bulundukları yerden, üzerlerine doğru hareket halinde bulunan 10’a yakın tank ve arkasından gelen askerlere karşı cihazı çalıştırdılar. Aletten vızıltı sesleri arasında dağılan manyetik dalgalar, tank ve askerlerin önünde sanki görünmez bir duvar meydana getirmişti. Askerler bir adım öne gidemez olmuştu. Marconi derhal cihazı durdurmuştu.

 

Elektromanyetik darbeli atış etkisi ilk olarak havada patlatılan nükleer silahların denenmesi sırasında gözlemlendi. Elektromanyetik alana maruz kalan iletkenlerde ve elektronik cihazlarda kısa süreli ama binlerce voltluk bir gerilim oluştu. Elektromanyetik darbeli atışın özellikle elektronik ekipmanlarda geri dönüşü olmayan hasarlara sebep olabileceği gözlemlendi.

 

 

Elektromanyetik darbe atış nükleer silah kullanmadan üretilen ve elektromanyetik darbe atışı yapan sistemlerdir. Bir tek loop antene boşalan düşük endüktanslı çok büyük kondansatör bankından ve mikrodalga jeneratöründen bir dizi büyük cihazlardan oluşur. Hedef ile etkileşime girerek bağlantı kuracak gerekli frekans karakteristikleri elde etmek için EM darbe atış kaynağı ile anten arasına, mikrodalga jeneratörleri ve veya dalga biçimlendirme devreleri eklenir. Yüksek enerji darbe atışlarının mikrodalga dönüşümü için uygun vakum tüpüne vircator denir.

 

Max Planck “….. gerçekte madde yoktur, her sey ışından ibarettir.”

 

 

Albert Einstein “Bize madde olarak görünen şeyler aslında en küçük alandaki enerjinin yüksek yoğunluğudur.”

Amerikali kuantum fizikçisi David Bohm maddeyi yoğunlaşmış, donmuş ışık olarak kabul etmektedir. “ Herşey enerjiden şekillenmiştir ve enerji ile yaşamaktadır. Elektromanyetik dalgalar bu enerjinin taşıyıcılarıdır ve tüm yaşam fonksiyonlarına ilişkin bilgileri aktarmaktadırlar.

Elektromanyetik radyasyon,enerjinin dalga yada parçacık şeklinde yayılması olarak tanımlanmaktadır. Elektromanyetik dalga, frekans ve dalga boyu cinsinden tanımlanır. Birbirine dik iki alanın birleşiminden oluşur. Biri elektriksel alan (mV), diğeri ise manyetik alan (Tesla, Gauss, amper/m). Günümüzde özellikle haberleşmede sınırsız ortamda kullanılan elektromanyetik dalgalar elektrik ve manyetik alan bileşenleri birbirine dik olacak şekilde ve boşlukta 300.000 km/s hızla yayılmaktadır. Boşlukta sözkonusu dalgaların hızı sabit olduğundan dalgaların frekansları, dalga boyları ile ters orantılı olmaktadır.

Elektromanyetik radyasyonun frekans ve dalga boyuna göre sınıflandırılması elektromanyetik spektrum olarak adlandırılmaktadır. Şekil de Elektromanyetik Spektrum ve dalgaboyu ilişkisi verilmektedir.
 



Elektromanyetik dalgaların ortamda bulunan madde ile etkileşmesi sırasında elektromanyetik dalgalar madde içinde bulunan atom ve moleküllerle etkileşmekte ve içinden geçtiği ortama enerji aktarmaktadır.

Radyasyon etkisi altında elektronun çekirdekten koparak serbest hale gelmesi iyonlaşma olarak tanımlanmaktadır.Madde içinde elektronları çekirdekten kopararak iyonlaştırmayan radyasyona “iyonlaştırmayan radyasyon” denir. Radyo ve TV dalgaları, mikrodalgalar, kızıl ötesi ışınlar, görülen bölgedeki ışınlar iyonlaştırıcı özellik taşımamaktadır. Elektromanyetik spektrumun bu bölgesinde yer alan elektromanyetik dalgalar enerjilerini ortama ısı şeklinde aktarmaktadırlar. Bunlara karşılık üst mor ötesi ışınlar, X ışınları,nükleer reaksiyonlar veya radyoaktif parçalanma sonucu ortaya çıkan alfa ,beta ve gamma ışınları,nötronlar,protonlar ve diğer temel parçacıklar “iyonlaştırıcı radyasyona” sebep olmaktadırlar.Molekülleri iyonlaştırarak yapıyı bozan bu radyasyon genetik yapıda da bozulmalara sebep olmakta ve biyolojik yapıya zarar vermektedir.

Elektromanyetik dalga, frekans ve dalga boyu cinsinden tanımlanır. Birbirine dik iki alanın birleşiminden oluşur. Biri elektriksel alan (mV), diğeri ise manyetik alan (Tesla, Gauss, amper/m).
İyonlaştırmayan radyasyon olarak tanımlanan elektromanyetik radyasyonun ;düşük frekanslı radyasyon etkileri ile yüksek frekanslı radyasyon etkileri olarak iki ana başlık söz konusudur.

Düşük Frekanslı Radyasyon :
0-10 kHz arasındaki düşük frekanslı radyasyonun irdelenmesi:
Sıfır ile 10 kHz frekans aralığındaki statik ve düşük frekanslı elektrik ve manyetik alanlara maruz kalan insanlardaki olumsuz etkilerin önlenmesi için spektrumun bu bölgesindeki elektrik ve manyetik alanlar “doğrudan etkiler”, “dolaylı etkiler” göz önüne alınarak ayrı ayrı ele alınmaktadır.

İnsan vücudunun elektrik ve manyetik alanlarla doğrudan etkileşmesi sonucu olan etkiler “doğrudan etkiler” ; elektrik ve manyetik alan etkisinde kalmış olan metal cisimlere temas sonucu olan etkiler “dolaylı etkiler” olarak tanımlanmaktadır.


Doğrudan etkilenmede; insan vücudunda değişken elektrik veya manyetik alanın şiddetine , frekansına ve vücudun yüzey alanının büyüklüğüne bağlı olarak bir akım oluşmaktadır.Dolaylı etkilenmede ; elektrik veya manyetik alan etkisinde kalmış olan metal cisimlere dokunma sonucu “temas akımı” oluşmaktadır.

Yüksek Frekanslı Radyasyon :
10 kHz – 300 GHz arasındaki yüksek frekanslı radyasyonun irdelenmesi:
Elektromanyetik spektrumda 10kHz – 300 GHz frekans aralığında çalışan sistemlere örnek olarak radyo, televizyon ve telsiz sistemleri, radar sistemleri, uydu haberleşme sistemleri, mikrodalga fırınlar, tıpta ve sanayide RF frekansında çalışan sistemler ve GSM haberleşme sistemleri verilmektedir. Sözkonusu sistemlerin yarattığı elektromanyetik radyasyonun canlı doku ile etkileşiminin ölçüsü olarak “özgül soğurma hızı (SAR)” tanımlanmaktadır. Temel limit olarak “ortalama insan vücudunda vücut sıcaklığını bir derece artıracak elektromanyetik enerjinin soğurulmasının zararlı olduğu” tanımından gidilerek 4W/kg değeri kabul edilmiştir.Bu kabule göre kilogram başına dokuların soğurabileceği en yüksek güç değeri 4Watt ‘dır.

 

 

 

 

ELEKTROMANYETİK DALGALAR KONU ANLATIMI



ELEKTROMANYETİK  DALGALAR


Durgun bir yük sadece E elektrik alanı oluştururken, hareketli bir yük elektrik alana ek olarak bir de manyetik alan oluşturur. Eğer zamanla değişim yoksa , elektrik alan  ve manyetik alan birbirlerinden bağımsız olarak bulunabilirler. Yani durgun bir yük veya düzgün doğrusal hareket yapan bir yük , elektromanyetik dalga yayınlamaz.


Elektromanyetik dalga oluşması için yükün ivmelenmesi gerekir. Zamanla değişim gösteren durumlarda , elektrik alan ve manyetik alan birbirine tamamen bağlıdır. Yani elektrik alan değişimi , manyetik alan oluşturur ; manyetik alan değişimi de elektrik alan oluşturur.

Değişken bir manyetik alan oluşturmak için , iletkenden alternatif akım geçmesi yeterlidir. Yani alternatif akım geçen bir iletkenin çevresinde hem elektrik alan hem de manyetik alan oluşur. Bu da çevreye elektromanyetik dalga yayıldığını gösterir.


 V gerilimiyle şarj edilen kondansatörün uçları, anahtar sağa çevrilerek indüktans’ın uçlarına bağlanırsa , devreden sönümlü bir alternatif akım akar. Böylece sönümlü bir  elektromanyetik dalga yayınlanır. Bu dalgalar rastladıkları herhangi bir iletkende veya bir LC devresinde aynı frekanslı indüksiyon akımları meydana getirirler.


 
Elektromanyetik dalgayı oluşturan elektrik alan ve manyetik alan birbirlerine diktir. Elektromanyetik dalganın ilerleme yönü her iki alana da dik doğrultudadır.

Elektromanyetik dalgalar boşlukta ışık hızıyla yayılır ve Maxwell denklemleriyle tanımlanır.


Elektromanyetik spektrum geniş bir frekans aralığını kapsar. Bütün elektromanyetik dalgalar , spektrumun hangi bölgesinde olursa olsun daima ışık hızında hareket eder.

 


 
Elektromanyetik dalgaların farklılığı dalga boylarının farklı olmasından kaynaklanır. Gama ışınları, X ışınları , morötesi ışınlar , mikrodalga , radyo dalgaları , televizyon ve radar dalgaları gibi çeşitleri vardır.


MAXWELL DENKLEMLERİNİN ELDE EDİLMESİ :


1.Maxwell Denklemi :
 Gauss Yasası :  Bir yüzey parçası üzerindeki , o yüzeyi kesen çizgilerin sayısıyla orantılıdır. Bir yükü çevreleyen kapalı


bir yüzeyden geçen akı 


olur.



   elde edilir.


Burada q yükü kapalı yüzey içinde kalan yüklerin toplamıdır. Bu yüzeyin dışında kalan bir yükün akıya katkısı sıfır olur çünkü, bu yüklerin alan çizgileri yüzeyin bir yerinden girip, başka bir yerinden çıkar.


 

2. Maxwell Denklemi :  Manyetizma için Gauss kanunu , doğada izole edilmiş manyetik kutupların var olamayacağını ifade eder. Yani herhangi bir kapalı yüzey boyunca manyetik akı sıfırdır.
 


  Bu ifade için diverjans teoremi alınırsa 
  olur.
 3. Maxwell Denklemi :  Faraday kanununa göre, sabit bir manyetik alan içinde hareket ettirilen  iletken çerçevede 



Stokes teoremine göre;
 


 4. Maxwell Denklemi :  Amper kanununa göre



 elde edilir. Buna göre ya elektrik alanının değişimi ya da akımın varlığı manyetik alan oluşturur.


Böylece 4 Maxwell denklemi elde edilmiş olur.

 


  Boşlukta  yük yoğunluğu ve J akım yoğunluğu sıfırdır. Öyleyse Maxwell denklemleri şu hali alır.
 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

ELEKTROMAGNETİK DALGALAR ...

( Nabla ) Operatörü :

bilinen anlamda bir vektör değildir. Ancak bir vektör gibi davranır. Vektörlerle yapılan tüm işlemler ile de yapılabilir.Bu operatör işlemlerde büyük kolaylık sağlar.


ile tanımlanır.



Gradyant :


Burada
operatörü ile V fonksiyonu çarpılıyor demek değildir. Fonksiyonun nasıl türevi alınacağını gösterir. Kısaca bu operatörü V üzerine etkir, onunla çarpılmaz.Gradyant, bir skaler fonksiyona bağlı olan vektörel bir fonsiyondur.


Diverjans :
Diverjans ingilizcede ıraksama anlamına gelir.

 


ile gösterilir.

, bir noktadaki

vektör çizgilerinin ne kadar ıraksadığının bir ölçüsüdür.



Diverjans, vektörel bir fonksiyona bağlı olan skaler bir fonksiyondur. Bir skalerin diverjansından söz edilemez.


Rotasyonel :
Rotasyonel
ile gösterilir ve

vektörünün bir nokta etrafında dolanış miktarının ölçüsüdür.

Rotasyonel vektörel bir fonksiyona bağlı olan vektörel bir fonksiyondur.


ile hesaplanır.



Diverjans Teoremi ( Gauss Teoremi ) :
Diverjansın hacim integrali, bu hacmi saran yüzeyde aldığı değere eşitir.



Stokes Teoremi :
Rotasyonel’in bir yüzey parçası üzerindeki integrali, bu yüzeyi çevreleyen eğri üzerinde aldığı değere eşittir.


Gauss Yasası :
Bir yüzey parçası üzerindeki
alanının akısı

, o yüzeyi kesen çizgilerin sayısıyla orantılıdır. Bir yükü çevreleyen kapalı bir yüzeyden
geçen akı
olur.


elde edilir.



Burada q yükü kapalı yüzey içinde kalan yüklerin toplamıdır. Bu yüzeyin dışında kalan bir yükün akıya katkısı sıfır olur çünkü, bu yüklerin alan çizgileri yüzeyin bir yerinden girip, başka bir yerinden çıkar.


’nin Diverjansı :

 


Gauss kanununda verilen
ifadesine diverjans teoremi uygulanırsa ;





’nin Rotasyoneli :
Elektrik alanın bir a noktasından diğer bir b noktasına giden yol boyunca eğrisel integral integrali alınırsa ;



sırasıyla a ve b noktalarının orjinden uzaklıklarıdır. Burada önemli olan nokta, eğrisel integralin
yoldan bağımsız oluşudur. Sonuç sadece uç noktalarının koordinatlarına bağlı çıkar.


Kapalı bir eğri boyunca integral alınırsa ;


Manyetik Alan :
Durgun bir yük sadece
elektrik alanı oluşturur. Hareketli yük ise elektrik alana ek olarak bir de
manyetik alanı oluşturur. Elektromagnetik teorinin temel problemi



kaynak yüklerinin, bir Q test yükü üzerindeki etkisini hesaplamaktır.

Süperpozisyon ilkesine göre, sadece iki yük arasındaki kuvvet ifadesini bilmek yeterlidir. Toplam kuvvet herbir yükün Q üzerine uyguladığı kuvvetlerin vektörel toplamı olur.

Akım geçen bir telin etrafında bir manyetik alan oluştuğu pusula ile gözlenebilir. İçinden zıt yönde akım geçen iki tel birbirini iter. Ancak akım geçerken tellere dışarıdan bir test yükü yaklaştırılırsa hiçbir kuvvet ölçülmez. Yani teller nötr durumdadır.

Manyetik Kuvvet ( Lorentz Kuvveti ) :
Bir
manyetik alanı içinde, hızıyla hareket eden bir Q test yüküne etkiyen manyetik kuvvet ;




Akım ve Manyetik Kuvvet :
Bir telin kesitinden birim zamanda geçen yük miktarına akım denir. İletken içinde hareket eden negatif yüklü elektronlardır, yani akıma zıt yönde giderler.

 



Akım Yoğunluğu ve Süreklilik Denklemi :
Akım yoğunluğu ile gösterilir.
Süreklilik denklemi denilen bu ifade, yük korunumunun matematiksel bağıntısıdır.

 



Manyetik Alanın Diverjans ve Rotasyoneli :
Ampere kanununa göre ;


Magnetostatik ve Elektrostatik’in Karşılaştırılması :
Elektrostatik alanın diverjansı ve rotasyoneline göre ;


Magnetostatik alanın diverjans ve rotasyoneline göre ;


Bu bağıntılar, elektrostatik ve magnetostatiğin Maxwell denklemleridir. Bu denklemler ile elektrik alan ve manyetik alan bulunabilir.
Elektrik alan çizgileri pozitif yükten ıraksar ; manyetik alan çizgileri akım çevresinde dolanır. Elektrik alan çizgileri pozitif yükten başlar, negatif yükte biter. Manyetik alan çizgileri hiçbir yerden başlamaz veya bitmez. Ya kapalı bir eğri oluşturur ya da sonsuza giderler.

alanının tersine
alanı için noktasal bir kaynak yoktur. Yani elektrik yükün manyetik karşılığı yoktur.


ifadesinin fiziksel anlamı da budur.

 

-----------------------------------------------------------

 

 

Panel de la izquierda: una onda electromagnética linealmente oscila en un plano indicado con rosa y alcanza un electrón que oscila emitiendo radiación (en verde). La onda resultante se concentra esencialmente en el plano (en verde) perpendicular a la dirección de movimiento del electrón.

 

 

Elektromagnetik Spektrum
 

  • Elektrik ve magnetik alanlar durgun ve hareketli yüklerden oluşurlar. Durgun yüklerin çevresinde sadece elektrik alan oluşur. Durgun yükün çevresinde oluşan elektrik alan yükten uzaklaştıkça azalır.

  • Sabit hızla hareket eden yük çevresinde hem elektrik alan hem de magnetik alan oluşturur. Elektrik alan ve magnetik alan yükten uzaklaştıkça azalır. Uzaya yayılamazlar.
  • İvmeli hareket yapan yük çevresinde değişen elektrik alan ve magnetik alan oluşturur. Bu iki alan boşlukta çok uzaklara ışık hızıyla yayılır. Bu elektromagnetik dalgaların ışımasıdır.
  • Yüklerin ivmeli hareketinden oluşan elektromagnetik spektrum kesin çizgilerle birbirinden ayrılamaz. Bu yüzden spektrum süreklidir. Elektromagnetik spektrumdaki ışımalar frekanslarına ya da dalga boylarına göre sınışandırılır. Tüm ışımalar aynı elektromagnetik yapıda olup ışık hızıyla yayılırlar.

1. Radyo dalgaları

  • İletkenler içinde elektronların ivmeli hareket etmesinden oluşurlar. Dalga boyları 1 mm ile 30 km arasındadır.

2. Mikro dalgalar

  • Elektronların iletken içindeki ivmeli hareketinden oluşur. Dalga boyları 0.01 mm ile 1 mm arasındadır. En kısa boylu radyo dalgalarıdır.

3. Kızılötesi ışınlar

  • Sıcak cisimlerden yayılırlar ve soğuk cisimlertarafından soğurularak onları ısıtırlar.

4. Görünür Işık


Çok sıcak cisimlerden yayılırlar. Gözümüzün görebildiği ışınlardır. Dalga boyları 3750 A° ile 7500 A° arasındadır.

  • Kırmızı ışık Æ 7500 A° – 6100 A°
  • Turuncu ışık Æ 6100 A° – 5900 A°
  • Sarı ışık Æ 5900 A° – 5700 A°
  • Yeşil ışık Æ 5700 A° – 5000 A°
  • Mavi ışık Æ 5000 A° – 4500 A°
  • Mor ışık Æ 4500 A° – 4000 A°

5. Morötesi Işık

  • Uyarılmış atomların temel enerji seviyesine tekrar döndüklerinde çıkardıkları ışınlardır. Elektrik arklarından ve yıldızlardan (güneş gibi) elde edilir.

6. X Işını

  • Yüksek gerilimde hızlandırılan elektronların metal hedefe çarptırılarak durdurulmasıyla oluşurlar. 1895’te Röntgen tarafından bulunan x ışınlarının dalga boyları 0.001 ve 0.1 nanometre (metrenin milyarda biri) arasındadır.

  • şekilde bir Crookes tüpü yardımıyla x ışınlarının oluşumu gösterilmiştir.
  • Katottan çıkan katot ışınları karşıt atot denilen (antikatot) metal levhaya çarptırılır. Elektronlar antikatota ivmeli hareket yaparak yavaşlayarak durur ve her doğrultuda x ışını oluşur.

  • x ışınları saydam maddelerden geçer, Yaklaşık 2 cm kalınlığındaki kurşun levha onları durdurabilir. Geçtikleri gaz ortamını iyonlaştırırlar. Yansıma, kırılma, girişim ve kırınım yaparlar. İyonlaştırıcı etki dokularda bölgesel yıkıma sebep olur.

7. X Işınları

  • Radyoaktif atom çekirdeklerinin parçalanması ve yeniden yapılanması ile oluşurlar. Yüksek eneji (birkaç Mev) ve spektrumdaki en küçük dalga boylu ışımalardır. Dokuları tahrip eder fakat kanser tedavisinde kontrollü olarak kullanılırlar.

Elektromğnetik Dalgaların Genel Özellikleri

  •  Yüklü parçacıkların ivmelenmesiyle oluşurlar.
  •  Işık hızıyla yayılırlar.
  •  Eneji ve momentumları vardır.
  •  Enine dalgalardır.
  •  Yüksüzdürler. Bu nedenle elektrik ve magnetik alanda sapma göstermezler.
  •  Boşlukta yayılabilirler.
  •  Hem tanecik, hem dalga özelliği taşırlar.
  •  Aynı fazlı elektrik ve magnetik alanlardan oluşurlar.
  • Bu alanlar biribirine ve yayılma doğrultusuna diktir.
  •  Ortam değiştiğinde hız ve dalga boyları da değişir.
  •  Yansıma, kırılma, girişim ve kırınım yaparlar.
  •  Polarize (kutuplama) edilebilirler.

Elektromagnetik Dalgaların Oluşumu

  • Bütün elektrik ve magnetik alanlar, yüklerin ivmeli hareketi sırasında oluşur.
  • Bir q yükü ister durgun, ister hareketli olsun, kendisinden r kadar uzaklıktaki bir noktada,

    

  • Eğer yük hareket ederse, elektrik alanda hareket eder. Hareket halindeki elektrik alan çervesinde E = B.V ye göre bir magnetik alan oluşturur.
  • Elektrik yükleri, ivmeli hareket yaparlarsa çok küçük kütlelere sahip oldukları için, hızlanma ve yavaşlama süreleri çok kısa olur. Elektrik yüklerinin ivmeli hareketleri sırasında, önceki elektrik alana göre, enine bir elektrik alan oluşur. Bu alanda kendisine dik bir magnetik alan oluşturur.
  • Bu iki alan boşlukta ışık hızı ile yayılırlar.

Elektromagnetik dalgaların oluşumu bütün elektrik ve magnetik alanlar, yüklerin ivmeli hareketi sırasında oluşur. Bir q yükü ister durgun, ister hareketli olsun, kendisinden r kadar uzaklıktaki bir noktada, eğer yük hareket ederse, elektrik alanda hareket eder. Hareket halindeki elektrik alan çevresinde E = B.V ye göre bir magnetik alan oluşturur.


 

The electromagnetic wave

Radio Waves ...

The Vector representation of a Radio Wave This explanation file for downloading*

First consider the diagram on the top left, drawn to appear to be three-dimensional. Three arrows are shown and they are all mutually perpendicular. The NZART logo is shown here too to make your eye adopt the correct perspective.

The electric and magnetic field strengths are shown as coloured arrows. This is a vector representation. The direction of each arrow shows the direction of the field at that point. The length of the arrow shows the strength of the field. Both fields are at right-angles to one-another.

The direction in which the wave is travelling is shown in black. This direction is perpendicular to the plane of the two field vectors. This is a transverse wave. The direction of motion of this wave is also the direction of energy propagation.

Not shown, but what we must clearly understand, is that the fields are changing in intensity. Both fields are changing sinusoidally. They pass through zero together, reach a maximum together, decrease and pass through zero again, reach a maximum in the opposite direction before decreasing again to pass back through zero. The frequency of these changes is set by the signal source.

Neither an electric field nor a magnetic field will go anywhere by itself, but Maxwell discovered that a CHANGING magnetic field will induce a CHANGING electric field in the surrounding region and vice-versa.

Unlike a STATIC field, a WAVE cannot exist unless it is moving. Once created, an electromagnetic wave will continue on forever unless it is absorbed by matter. The changing fields in this surrounding region will, in turn, induce further fields in a still more distant region, and thus the energy continues to propagate on its journey outwards.

These electromagnetic waves require no material medium to support them. They propagate just as well in a completely empty space, in a vacuum, as in the atmosphere.

A wave arriving at a receiver, at a conductor, will induce a current in that conductor, but receivers are a story we will look at later. Meantime, we have a dipole launching a wave, a wave that is made up of changing electric and magnetic fields travelling at the speed of light on its way outwards and towards a distant receiver.

The diagram on the right bottom is to remind us that a wave is not just a single-point event, it covers an area with undefined edges. We just use the simple single vector representation for convenience.

The Moving Wave

The main drawing is another three-dimensional representation.

The source of our signal is at the bottom left and the signal moves to the top right. The field strengths at many points on the way are shown in our vector form and each changes at the frequency of the source.

Put your eyes on any one of the spots and see it go through a complete cycle. Note that the maxima and the minima of the electric and the magnetic fields at any spot occur at the same time.

Note too the sinusoidal outline set out by the tips of the vectors moving in the direction away from the source. These represent changes in the intensity of the outgoing fields. If the wave could be stopped, the wavelength of the wave could be measured. We can't do it like that, but we will shortly see how we can.

The source dipole is vertical. The E field of the wave is vertical. This wave is described as being "vertically polarised". Polarisation is described by the direction of the electric field. We will examine polarisation in some of our experiments.

------------------------------------------------------------------------------------

The EMRP Gravity Theory

Electromagnetic radiation produces many effects in its interaction with matter. Just to mention a few of them; it ejects photo electrons, induces electrical conduction in photoconductors, produces flourescence in some materials, heats up bodies during absorption, and produces nervous response in our eyes in the visible part of its spectrum. Electromagnetic Radiation Pressure (EMRP), denoted by PRAD is defined as the force per unit area exerted by electromagnetic radiation. The fact that electromagnetic radiation exerts a pressure upon any surface exposed to it was deduced theoretically by the father of electromagnetic theory James Clerk Maxwell in 1871, and later on, proven experimentally by Lebedev in 1900 and by Nichols and Hull in 1901. Solar radiation EMRP is very feeble and acts only on the surface of the target, but can be detected by allowing the radiation to fall upon a delicately poised vane of reflective metal in a Nichols radiometer, not to be confused with Crookes radiometer. EMRP is a real effect that exerts a positive force due to the momentum given up during the interaction of waves with matter (De Broglie standing waves), or using quantum jargon, by photons imparting a recoil on a target. Electromagnetic radiation pressure is proportional to the energy intensity of the EM field, and inversely proportional to the speed of light. It acts in the same direction as the wave propagation direction, that is in the direction of the Poynting vector S. Whilst the electric and magnetic fields oscillate in transverse mode, the Poynting vector oscillates in longitudinal mode. A longitudinal wave is defined as oscillations of energy in the direction of the wave movement. Usually, this term is used to describe acoustical (sound) waves in air that is alternating compression and expansion of air. The longitudinal Poynting vector works exactly in the same way, with two important differences - it can travel through vacuum, and its magnitude is always positive. Unfortunately, the Poynting vector is not introduced to the students at the very first moment they learn about electromagnetic waves, and in most cases, its momentum continues to be treated just as a side effect of the wave/particle duality nature till the end of the most advanced courses. The wave/particle duality is nothing but the electromagnetic properties/poynting vector effects of a simple EM wave. When momentum is exchanged with matter, we say the EM wave is acting as a particle, but momentum does not necessariliy have to be carried by matter.


Stating that electromagnetic waves are transverse waves is not quite accurate, because we know that EM waves PROPAGATE through space, by means of a longitudinal Poynting vector of magnitude |N| equal to the instantaneous vector cross product of the electric and magnetic fields |ExB|. Also, note that while the electric and magnetic fields alternate their polarity, the Poynting vector varies its amplitude, but not its direction. The reason for momentum transfer between a wave and a material target is solely due to the existence of this vector. The Poynting vector describes the flow of energy (Power) through a surface in terms of electric and magnetic properties and has the dimensions of power per unit area. Radiation pressure in Pascals (N/m2) is equal to the time averaged Poynting vector magnitude <S> divided by the speed of light. Other names for <S> are irradiance and intensity.
 

 

 

 In fact, cosmic waves have far greater penetrating power than the man-made gamma radiation, and can even pass through a thickness of two metres of lead. The highest frequency possible, that is, the shortest wavelength limit is equal to the dimension of the unit element making up space-time itself, equal to Planck length, radiating at a frequency of 7.4E42Hz.

As you might be thinking already, the radiation pressure exerted by such high frequency radiation, in the top part of the EM spectrum, would be a perfect candidate for the gravity effect, since such radiation would penetrate ANY matter and act all over its constituent particles, not just its surface. The radiation can be visualised as a shower of high energy EM waves imparting impulses of momentum to all bodies in space. It also explains the great difficulty we have to shield anything from such force. The energy of each individual photon is a crucial component of the momentum necessary to create pressure for gravity to be possible. The shadow of incoming high energy EM wave packets can be pictured as the carriers of the gravitational force, the normal role assigned to the theoretical graviton. Hence, gravitons have been theorised due to the lack of knowledge of radiation pressure and radiation shadowing, and that's why they will never be detected. If photons represent the luminance of electromagnetic radiation, then, gravitons represent the shadowing and can be considered as negative energy waves, lack of photons or photon-holes. In a way, its very similar to the way we describe electrons and electron holes in semiconductors.

The closest source for radiation pressure that comes to ones mind is our star, the Sun. Indeed this has been already proposed in older failed theories as one of the possible sources of such radiation, but we know that the sun is not our source of radiation contributing to gravitational force. We can easily deduce this from the fact that the sun's peak radiation occurs in the visible spectrum band, and at night we do not loose gravity! The most interesting band of radiation is the one on the upper band of the radiation spectrum, where momentum imparted would be the highest, and would enable the gravitational force to act not only through a few metres of metal, but through kilometres of thickness as is evident from measurements beneath the earth's crust. The rays in the upper gamma region are called cosmic radiation. Not all sources for this radiation are known, most are known to come from distant stars, some of which is red shifted, and some which is blue shifted due to relative velocities, the rest presumably comes from sources outside our galaxy, and called extra-galactic cosmic radiation. Such radiation is present day and night (as are the stars), is found everywhere in space and its maximum frequency exceeds by far the maximum frequency which we are able to detect with our present detectors. In fact we can consider the universe as being the biggest upper Gamma band generator. A body surrounded (or better, permeated) by such radiation from all directions, will not feel any force at all, unless such radiation is 'shadowed' by a second mass. Quoting Sir Oliver Lodge, "A fish probably has no means of apprehending the existence of water; it is too deeply immersed in it." Same applies to us that are immersed into this sea of electromagnetic energy, we can only notice it, if it is somehow shadowed from a particular direction. Once shadowed, this radiation pressure will be unbalanced, and the object will be under the effect of a gravity force unbalance between its 'shadowed' and 'illuminated' sides. A similar situation is when a person is being squeezed in a crowd of people all around, in which case he does not move to any particular direction. But if the crowd is pushing only on one side, he will be pushed away, due to the absence of the crowd pushing from the other side. So, such radiation force will thus press the object to the darkest part of the shadow, due to the absence or attenuation of the same radiation force on the dark side. It should be clear by now to see why the so called 'centre of gravity' of the mass is very misleading, as the force is not generated from the centre of mass. The "attracted" object will also cast a shadow on the shadowing object and thus the resultant force between the two objects will depend on the mass of both objects. This is compliant with Newton's law of gravity: F=GmM/r2.

This shadowing effect can easily describe the high/low tides of sea level, depending upon the shadowing position of the moon. Shadows do obey the inverse square law, and is easily mathematically proven. For totally black shadows, the force at a distance R is directly proportional to the objects projected shadow area: Projected area= Original Area/ R2. Also shadow density and source intensity obey the same inverse distance square law because of the variation of the solid angle that one object subtends on the other as we vary the distance. So now, we are able to understand what generates the force of attraction between our Earth and the sun. Suppose that high frequency wave packets are reaching the earth radially all over its surface. When they are absorbed by the Earth's material bulk, they give an impulse to the earth, however, since there are as many going one way as the opposite way, the impulses all balance out. Now, if we take into account the sun as the most massive object in earth's vicinity, then the wave packets coming toward the earth from the sun's direction will be mostly absorbed by the sun's material bulk, so fewer wave packets will reach the earth from the sun's direction than are coming from the opposite side. Therefore, the earth will feel a net force pushing it towards the sun, which is inversely proportional to the distance between the two.

Electromagnetic Spectrum


Back scattering and Radiation Pressure Coefficient

Below is a plot of the relationship between the solar radiation pressure and the force due to gravity acting on various dust particle sizes in Earth's magnetosphere. Particle's density is around 2g/cm3. The curve peaks to unity for particles of radius 0.2um to 0.4um. For this size of particles, the gravitational force and solar radiation pressure are equal. For bigger particles, the gravitational force FG is approximately 100 times stronger than the light pressure force FL from solar radiation.

The dashed line shows the dependence of solar radiation pressure on particle radius. The radiation pressure has a significant effect for particles in the range 0.2 to 0.4 micron. The plot is obviously showing us something very important. Why does the peak value for solar radiation pressure act for 0.25um particles? Why does solar radiation pressure impart more momentum on this size range of particles and less momentum on greater and smaller sized particles?
solar radiation force vs gravitational force
Courtesy of Institute for Planetology


The answer to this is in the relation between particle diameter and wavelength. This is clearly seen from the fact that 0.25um radius particles, that is 0.5um diameter particles result in the best momentum transfer from the 0.5um (500nm) wavelength electromagnetic radiation from the sun, and the sun's peak wavelength happens to be 500nm ! This will result in maximum radiation pressure, which depends on resonance of the wavelength to the physical size of the receiver, exactly analogous to a radio antenna. Those particles having either bigger or smaller diameters, will have a lower coefficient value. If the source had a peak intensity at 1nm, then, maximum radiation pressure would be imparted mostly to those particles with comparable diameters, that is in the range of 1nm. In optics, the radiation pressure for the condition d ~ λ is usually referred to as the Mei- scattering regime and is known as one of the major forms of elastic light scattering (involving negligible energy transfer and maximum momentum transfer). Note that the term elastic derives from kinetic theory, and is used to describe the effect of the momentum transfer. Again, this time in optics, micrometer sized particles having a diameter close to the wavelength have been optically levitated by a single laser beam. So, the dimensions of the actual body or its constituents is very important when considering radiation pressure coefficient. A large body, can have a large surface area, but if its diameter, or atomic diameters are not close to the incident radiation wavelength, it will have a lower radiation pressure coefficient, and thus a lower momentum will be imparted to it. It is well known that the degree of scattering varies as a function of the ratio of the particle diameter to the wavelength of the radiation, along with some other factors including polarization, angle, and coherence. Elastic scattering mechanisms would eliminate the problem of heating up or increase in mass as already proposed by other push gravity theorists, but here we run straight into another problem. It can mathematically be shown that the bouncing back of perfectly elastic collisions will never result in pushing two pieces of matter towards each other. Thus, we find that inelastic collisions, in which the photon must be absorbed by the target without generating heat is a requirement for EMRP.

For a perfectly absorbed wave or photon by a resonant spherical target of diameter d = λ, we have QPR=1

Force per photon imparted on such target F = <S>/c * Area
Area is the cross section of target = pi*d2/4 = pi * λ2/4, so,
Force per photon imparted on target F = <S>/c* pi * λ2/4 ... where λ = c/f, so
Force per photon imparted on target F = <S>*c * pi/(4f2), so for waves of the same intensity but different frequency, we get:
Force per photon imparted on resonant target F ∝ 1/f2


Condition for Radiation Pressure Coefficient to equate to gravity

planck wavelength The only way in which known radiation pressure (such as solar radiation pressure) acts differently than gravity, is that is acts with different force magnitudes depending on particle size, and that it gets easily attenuated, reflected or scattered at the surface of the target. On the other hand, we know that gravity is indifferent to the actual target size, and acts equally throughout the entire volume of the target, with no noticeable attenuation. So, in order for radiation pressure to equate to the effects of gravity, we should find a condition for radiation pressure coefficient to be the same for all matter, so that the net force will depend on mass, that is the number of elementary targets within a particle or material body. Most scientist agree that all matter, boils down to different structures made up of the same constituent particle (whatever it might be). Such building block of matter, must have the same energy and size for all existing matter. In such a case, there would exist a particular frequency or close harmonics, having their wavelength equal to this particles' diameter, so that the waves would be absorbed by such building block particles which happen to be in the way of the travelling wave. Since the number of such particles is directly proportional to the number of atoms constituting the whole target, and hence proportional to its total atomic mass, the net effect of radiation pressure over the body would be EXACTLY equal, and behave EXACTLY the same as the interaction between matter and the so called gravity. So, the question is : How big are these constituents, and what frequency range are we talking about? Unfortunately, we tend to think of units, such as energy and the electromagnetic frequency spectrum, as having no boundary limits, which in theory they could, but as with all discrete units in the quantum world, everything has a limit, and in the case of our universe they are set by the properties of free space. These natural limits set the boundary between existence and non existence, that is the boundary of the observed reality itself. The upper energy levels and frequency limits in the universe can be thus worked out from Planck's Length or wavelength λp. Shorter wavelengths than Planck length have no effect on matter, nor can they be generated by any interaction with matter, in other words, they cannot exist in our reality, or at least in the reality we are aware of.
----------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

           

 

 

 

Antenler, Anten Çeşitleri ve Parametreleri

Antenler günlük hayatımızda uzaktan bilgi alışverişi için kullandığımız pasif elektronik elemanlardır.  Aslında her elektronik eleman, az da olsa bir anten gibi davranır. Çünkü elektriğin olduğu heryerde aslında bir elektromanyetik dalga da vardır.  Bu yüzden anten olarak kullandığınız malzemenin yanındaki diğer nesneler antenin iletimini yahut verimini etkilerler.  

   Antenler verici yada alıcı olarak kullanılırlar.  Antenler verici olarak kullanıldığında üzerine uygulanan voltajı elektrik alan cinsinden etrafına yayarlar ve bu elektrik alan zamanla değişirse yani buna paralel olarak çevresinde oluşan elektrik alan zamanla değişirse, bu elektrik alan etrafında çevresel olarak bir manyetik alan oluşur ve bunlar birbirini oluştura oluştura uzak mesafelere yayılırlar. Bu elektromanyetik dalganın yayılma şeklidir yani dalganın ışımasıdır.  Alıcı antenlerde ise bu yayılan elektromanyetik dalgalar iletken yüzeylere çarptığında değişen elektrik ve manyetik alanlardan ötürü iletken üzerinde salınım yapan bir voltaj oluşumu sağlar bu voltaj da iletilen bilgilerin elektiriksel taşıyıcısıdır. 

   Yukarıdaki şekilde  çubuklar üzerine uygulanan bir A.C gerilim sonucunda çubuğun nasıl bir ışıma yaptığı gösterilmiş.  

    Antenlerin yapımında kullanılan çeşitli parametreler vardır. Aslında her mühendis kendi parametrelerini kendisi belirler. Fakat temel olarak kendimce gözüme çarpan bazı parametreleri paylaşmakistiyorum.  Şimdi sıra sıra onlardan bahsetmeye çalışayım;

   1-Antenin Etkin Yüzeyi: 

   Antenler ışıma yaparken tabi ki de bu ışımayı belli bir şiddette gerçekleştirirler.  Antenin ışıma şiddeti etrafa yayılan güçle doğru orantılıdır.  Etrafta elektromanyetik dalgaları abzorbe eden yahut yansıtan, gözümüzle göremediğimiz bir çok atom çeşidi, parçacık ve molokül bulunur. Bunlar saçılan elektromanyetik dalganın uzaklara gittikçe bozulmasına ve gücünü kaybetmesine yol açarlar.  Gücü azalan elektromanyetik dalgaları almak için farklı farklı yüzeylere sahip antenler geliştirilir. Çok çok uzak mesafelerden gelen elektromanyetik dalgaları almak için elektromanyetik dalganın çarptığı yüzey alan büyütülmelidir ki gücünün kaybetmiş dalga daha iyi alınabilsin. Bu yüzden daha büyük antenler yapılır.  

 2-Giriş Empedansı

    Verici antenler için devre şeması yukarıdaki gibi betimlenir.  Burada “r” yi  anteni besleyen hattın yani elektromayetik dalgayı antene taşıyan silindirik kablonun empedansı, diğer bir işaret “R” yi ise antenin empedansı olarak düşünebiliriz.   Bilindiği gibi empedansın reel ve complex yani karmaşık sayı kısımları vardır.  Reel kısım, antenin ışıma yaptığı gerçek gücü oluştururken complex kısmı anten üzerinde depolanan gücün oluşmasını sağlar. Bu yüzden verici bir anten de maksimum güç salınımı için antenin empedansı ile hat empedanslarının complex kısımlarının birbirini götürecek şekilde yani birbirinin konjugate i olması gerekir ki gücün hepsi ışınıma tabi tutulabilsin.   Bu durum alıcı antenlerde de aynıdır.  Eğer hat empedansı ile anten empedansının complex kısımları birbirine eşit olmazsa alıcı anten cürenden yansımalar söz konusu olur. Bu yüzden anten, gelen dalganın hepsini abzorbe edemez.  

  3-) Işıma Direnci

   Bu direnç anten üzerinden akan akım ile ışımasını birbirine bağlayan sanal bir dirençtir. Antenler farklı ortamlarda farklı güçte ışıma yaparlar. Hatta farklı bir materyalde yapılmış bir anten bakır bir antene kıyasla daha güçlü ya da daha zayıf ışıma yapar.  Bu direnç, ortamlardan ortamlara farklı direnç özelliği gösteren aslında ortam ve iletken etkilerini barındıran bir dirençtir. 

4-Anten Yönlendirmesi 

   Bu parametre daha çok belli bir yöne yöneltilmiş antenler içindir.  Noktasal bir anten her yöne eşit miktarda ışıma yapar fakat çanak şeklindeki bir anten belli bir yöne daha çok ışıma yapar ve yönlendirilmiş bir ışıma gerçekleştirir.  Dalgayı ne kadar yönlendirmek isteseniz de dalga her zaman her yere yayılacaktır.  Fakat belli bir tarafa daha fazla yayılır. Bu antenin dalga yönlendiriciliği parametresidir. 

   Eğer bir anten yapmaya kalkarsam ki bunu kısa bir süre içinde yapmayı düşünüyorum. Kullanacağım parametreler bunlar olurdu. Fakat antenleri bir de sınıflandırmak gerekiyor.  Çok fazla çeşit anten bulunuyor. Ve yapılan antenlerin her biri farklı bir katogoride değerlendirilebilir.  Fakat bunları vermeden önce paylaşmak istediğim bazı önemli bilgiler var;  

  •     Antenden, elektromanyetik enerjinin uzaya yayılışı, birbirine dik salınım yapan bir elektrik alan ve manyetik alandan meydana geldiği için eğer anten boyu, dalga boyuna eşitse antenin bir ucu dalganın anlık durumuna göre hem artı (+) hem de eksi (-) olur. Bu durumda, antendeki akım da bir ileri, bir geri doğru akar. Elektron akışı eksiden artıya doğru iken, elektrik alan artıdan eksiye doğru olur.
  • Antende akım ortada en fazla, uçlarda (açık devre olduğundan) sıfırdır. Buna karşılık gerilim uçlarda en fazla, ortada sıfırdır.
  • En fazla elektromanyetik enerji antenin boyu dalga boyuna eşit olduğunda yayılır. Düşük frekanslarda kullanılan antenler daha basit ve yapımı kolaydır. Buna karşılık boyları büyük olur. Frekans yükseldikçe antenler küçülür; fakat karmaşık bir hal alır ve yapımı zordur.
  • Antenden yayılan güç, antenin ışıma direnci (antenin yayılan frekansa gösterdiği direnç) ile orantılıdır ve akımının karesi ile ışıma direncinin çarpımına eşittir. (I2a.Rr). Antenin ışıma direncini azaltan tesirler, yayılan faydalı gücü de azaltır.
  • Bir ucu topraklı antenlerde iyi topraklama yapılmadığında da kayıplar meydana gelir. Bunun için topraklamanın, büyük bakır levhaları toprağa gömerek yapılması gerekir.
  • Anten yakınlarındak, iletken yüzeyler antenden çıkan enerjiyi antene geri yansıtır. Bu sebeple anten, mümkün olduğu kadar metal çatı ve binalardan, direklerden uzak bulundurulmalıdır.
  • Anten etrafındaki hava, yüksek voltaj tesiriyle iyonize olarak antenden toprağa akım geçirir. Buna “krona kaybı” denir. Antenin uzunluğu arttıkça uçları arasındaki voltaj farkı azalır.

Şimdi aşağı yukarı anten tüm anten çeşitlerini ve kategorilerini vermeye çalışacağım. Olabildiğince çok görsel bulmaya çalıştım.  umarım faydalı olur.

Radyoyu kim, hangi tarihte ne zaman icat etti, buldu? Radyonun icad edilişi ve bulunuşu hakkında bilgi.

Televizyon ile birlikte tarihin en önemli icatlarından birisidir. Radyonun bulunması birçok alanda yeniliklere ve gelişmelere neden olmuştur. Geliştirilen teknoloji ile birlikte birçok yeni icatların bulunmasına temel oluşturmuştur.

Alman araştırmacı Hertz, elektrik dalgalarının ışık gibi dalgalar halinde yayıldığını bulmuştur. Fakat bu buluşu geliştirememiştir. 1894 yılında İtalyan Marconi, bu araştırma hakkında bilgi sahibi olduktan sonra çalışmalara başlamış, bulunduğu yerden 900 metre uzaklıkta bulunan bir zili çaldırmayı başarmıştır. Buna sebep olan dalgalara da radyo dalgaları ismini vermiştir.

Radyonun icadı



1907 yılında, ilk kez insan sesi radyo dalgaları aracılığı ile iletilmiştir. Marconi, radyoyu bulan kişi olarak tarihe geçmiştir. Fakat telsiz ve telegraf patentine sahip olan Nikola Tesla ve Olive Lodge, radyo dalgalarının kendi icatları olduğunu söylemiştir. Popov, Lodge ve markoni, Edward Branly’nin bulduğu Branly tüpü adı verilen ve radyo dalgalarını saptamak için kullanılan bir aracı geliştirmeye birlikte çalışıyorlardı. Bu buluşu, 1895 yılında Marconi kendi kendine geliştirmiştir. İtalya’da bu konuda destek alamayan Marconi, İngiltere’ye yerleşmiş ve burada radyo’nun patentini almıştır. Patentin alınmasından sonra, radyo geliştirilmiş ve Lee De Forest Amerika’da radyo teknolojisini değiştirmiş ve geliştirmiştir. Tüpler ve devreler kullanılarak, bu günkü radyoya benzer tasarımlar ortaya çıkmış olsa da, 1947 yılında transistörün icadı ile radyo tam şeklini almıştır. Sanki, dünya üzerinde birçok bilim adamı ortaklaşa çalışmışlar ve radyoyu icat etmişlerdir. Daha sonraları, televizyonun icadına radyo çok yardımcı olmuştur. Marconi, bir açıklamasında, iletişim için insan sesinin radyo dalgaları ile iletilmesi fikrini, Nicola Tesla’dan esinlenerek aldığını söylemiştir. Aslında Tesla, belki de radyonun, telsizin gerçek mucidi olarak kabul edilebilir. Çünkü Tesla’nın ölümünden yaklaşık 5-6 ay sonra Amerikan Patent Ofisi, Marconi’nin radyo patentini bozmuş, patent hakkının Nicola Tesla’ya ait olduğunu ilan etmiştir.

 



Zero Point (Sıfır Nokta) enerjisi


Zero Point Enerjisi, kuantum mekanik fiziksel bir sistemin sahip olabileceği en düşük enerjidir ve quantum-vakum sıfır noktası enerjisi adıyla da anılır. Bu enerji aynı zamanda temel-durum enerjisidir. Bütün kuantum mekanik sistemler, temel durum enerjisine sahipken bile yapılarının doğası gereği enerji dalgalanması geçirir. Belirsizlik İlkesi gereği fiziksel bir sistemin sahip olduğu zero-point enerjisi daima onun potansiyel kuyusundan (Potansiyel Enerjinin başka hiçbir enerji çeşidine dönüşemediği alandır. Quantum hapishanesi olarak da adlandırılır) büyüktür bu durum mutlak sıfır noktasında bile geçerlidir. Sıvı Helyum'un atmosferik basınç altında mutlak sıfır noktasında bile donmayışının sebebi budur. Standart Model'e göre bu enerjiye elektromanyetik alan, fermionik alan, Higgs alanı ve diğer ölçü alanlar dahildir.

Quantum Alan Teorisi'nin boş uzay alanı değil temel durum alanı olarak tanımladığı enerji vakum enerjisidir. Kozmolojide, vakum enerjisi, kozmolojik sabiti için bir çeşit açıklamadır. Bununla ilişkili bir başka terim de zero-point alanıdır ve belli bir alandaki en düşük enerji durumu olarak açıklanır.

 

Radyonun Özellikleri Nedir

Radyoelektrik dalgaların özelliklerinden yararlanarak seslerin iletilmesi sistemine radyo denir. Radyo Sesi, atmosfer içinden, Hertz dalgaları aracıyla çok uzaklara ulaştırır. Radyo verici ve alıcı olmak üzere iki kısımdan oluşur.

1-Radyo Vericisi: Ses sinyalleri uzaklara iletilirken elektromanyetik dalgalar üzerine bindirilir. Bu olaya modülasyon denir. Modülasyon sonucu oluşan dalgaya da radyo dalgası denir. Bu dalgalar ışık hızı gibi hareket ederler.

2-Radyo Alıcısı: Havadaki elektromanyetik dalgalar radyo alıcısı tarafından alınabilir. Radyo bu dalgayı demodülasyon işlemine sokarak ses sinyalinin taşıyıcı sinyalden ayrılmasını sağlar.

Radyoelektrik dalgalar alternatif akımın beslediği bir verici anten tarafından oluşturulur. İvmelenmiş elektronlar antende radyoelektrik dalgaları oluşturduktan sonra bu dalgalar verici anteni terk ederek yeryüzüne her doğrultuda yayılır.



 

Marconi 1894 yılında, radarın mucidi Hertz’ in yapmış olduğu elektrik kıvılcımı jeneratörünü ve Branly’nin icad ettiği bir dalga alıcıyı kullanarak oda içinde bulunduğu yerden 9 metre uzaktaki bir kapı zilini çaldırmayı başardı ve radyo dalgalarının bütün dünyada kullanılacağı büyük bir gelişimin temellerini atmış oldu. Bu dönemde radyoyu Marconi’den önce keşfettiğini söyleyen birçok kişi çıkmış fakat, sadece bu konuda ticari başarısı bulunan Marconi kabul görmüş ve patent alabilmiştir.

Popov, Lodge ve Marconi, Edward Branly’nin bulduğu Branly Tüpü adı verilen ve radyo dalgalarını saptamak için kullanılan bir aracı geliştirmeye çalışıyorlardı. 1890 yılında başlayan bu geliştirme çabaları 1895 yılında Marconi ve Popov’un birbirlerinden habersiz bir şekilde geliştirmeleri ile sonlandı. 1896 yılında ise ilk defa Popov tarafından”Heinrich Hertz”ismi Mors alfabesi kullanılarak anlaşılır bir şekilde iletildi. Sonraki yıllarda Lee De Forest ve Edwin Howard Armstrong Amerika’da radyo teknolojisinde devreler kullanarak çok büyük yenilikler yaptılar.

 

Elektromanyetik Dalgalar

1. Elektromagnetik Dalga (EMD)
2. Elektromagnetik Dalgayla İlk elektromanyetik dalga teorisi James Clerk Maxwell tarafından üretilmiştir. Bu sayede şuan kullandığımız televizyon, cep telefonu, radyo gibi hayatımızdaki yeri neredeyse vazgeçilmez olan eşyaların çalışma prensiplerini ortaya koymuştur. Ayrıca bu teorinin öngördüğü elektrik jeneratörü, dinamo, elektrik santrali gibi kendi zamanının ötesinde olan teknolojik gelişmelerin düşünülmesine olanak sağlamıştır.
3. Maxwell Denklemleri  - Maxwell denklemleri, James Clerk Maxwell intoparladığı dört denklemli, elektrik ve manyetik özelliklerle bu alanların maddeyle etkileşimlerini açıklayan bir settir. Bu dört denklem sırasıyla,elektrik alanın elektrik yükler tarafından oluşturulduğunu (Gauss Yasası), manyetik alanın kaynağının, manyetik yükün olmadığını, yüklerin ve değişken elektrik alanların manyetik alan ürettiğini (Ampere-Maxwell Yasası) ve değişken manyetik alanın elektrik alan ürettiğini (Faradayın İndüksiyon Yasası) gösterir.
4.  Akım geçen bir telin etrafında magnetik alan oluşur. Bu magnetik alan şiddetinin çemberin çevresiyle çarpımına magnetik dolanım denir. Telin çevresindeki magnetik alan B=2.K.i/r’dir. Bu eşitliğin her iki tarafını çemberin çevresi ile çarparsak Denklemini elde ederiz. Bu eşitlikteki magnetik dolanımı verir. Bu da değerine eşdeğerdir. Magnetik Dolanım “D” ile gösterilir.
5. Elektriksel Dolanım - Bir telin içinden geçen magnetik akı değişimi indüksiyon emk’sı oluşmasına neden olur. Değişen bir magnetik akı etrafında elektriksel alan oluşur.
6.  Elektro motor kuvveti; E elektrik alanı içinde +1 birimlik yükü r yarıçaplı tel çemberin çevresinde dolaştırmak için yapılan iştir. Buna göre iş: Buradaki ifadesine elektriksel dolanım denir.
7. Elektromagnetik Dalgalar -  Durmakta olan bir yükün etrafında yalnızca elektrik alan vardır. Elektrik alan çizgileride fazla uzağa gidemez. Sabit hızla ilerleyen bir yükün etrafında elektrik alanla magnetik alan oluşur. Eğer elektrik yükleri ivmeli hareket yapıyorsa çok uzaklara ulaşan elektrik ve magnetik alanlar oluştururlar.
8.  Elektromagnetik ışıma, ivmeli hareket yapan elektrik yüklerinin meydana getirdiği alanlar ile oluşur. Bir yerde elektrik alanın değişmesi magnetik alanı, magnetik alanın değişmeside elektrik alanı oluşturur. Alanlardan birinin değişimi sağlandığında olaylar zincirleme olarak tekrarlanır ve elektrik ve magnetik alanlar uzayda yan yana dizilerek uzayda ışık hızıyla yayılırlar. Elektrik ve magnetik alan arasındaki ilişki: E = B.c şeklindedir. Sağ el Kuralının Gösterimi c : Başparmak yönünde B : Dört parmak yönünde E : Avuç içi yönünde
9. Elektromagnetik Dalganın

 

1. Bütün elektromagnetik dalgalar yüklerin ivmeli hareketinden oluşur. İvme vektörü yayılma doğrultusuna diktir.

2. Elektrik ve magnetik alan değişimleri eş zamanlıdır.

3. Elektrik ve magnetik alan vektörleri hem birbirlerine hemde yayılma doğrultularına diktir.

4. Elektromagnetik dalgalar boşlukta ışık hızıyla yayılırlar.

5. Yayılma hızları içinde bulundukları ortamın elektrik ve magnetik özelliklerine bağlıdır.

6. Enerji taşıdıkları için soğuran cisimler ısınır

7. Elektrik yükü taşımadıkları için elektrik ve magnetik alanda sapmazlar.

8. Enine dalgalardır.

9. Polarize edilebilirler.

10. Yansıma, kırılma, kırınım ve girişim yaparlar.

11. Hem dalga hem tanecik özelliği gösterirler.
10. Elektromagnetik Spektrum - Aslında elektromanyetik spektrumda bulunan tüm ışınlar birer elektromanyetik dalgadır. Yani görmemizi sağlayan ışıktan tutun gama ışınına, radyo dalgalarına kadar hepsi birer elektromanyetik dalgadır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The movement of a light wave, or of any electromagnetic wave, is described as the growth and collapse of electrical and magnetic fields. The fields are at right angles to each other and to the direction of travel.

 

 

 

 

 

Der Italiener Guglielmo MARCONI setzte die Versuche von Hertz fort. Bei einem ähnlichen Sender wie dem von Hertz baute er in den Senderstromkreis einen Taster ein und konnte so Morsesignale übertragen, ohne auf Telegrafenleitungen angewiesen zu sein.

1901 gelang ihm eine Funkverbindung von Europa über den Atlantik nach Amerika. Die Bedeutung der drahtlosen Übermittlung von Morsezeichen wurde schnell erkannt. Die Industrie und das Militär steckten Gelder in die Verbesserung der Sende- und Empfangsanlagen. Schiffe konnten schon bald über mehrere tausend Kilometer sicher erreicht werden.

 

 

Der Empfangsteil besteht aus einer Antenne, in die ein sogenannter Kohärer als Wellenindikator eingeschaltet war. Im Kohärer befinden sich Metallspäne, deren Widerstand im Normalzustand so groß ist, dass die Batterie B1 das Relais nicht betätigen kann. Treffen jedoch Wellen auf die Empfangsantenne, so werden durch die Fünkchen im Kohärer die Späne zusammengebacken (Übergangswiderstand sinkt), so dass schließlich das Relais anzieht. Dieser Zustand bleibt solange erhalten, bis durch eine Erschütterung des Kohärers die Späne wieder getrennt werden. Diese Erschütterung wird durch eine elektrische Klingel erreicht, welche durch das Relais eingeschaltet wird.

 

 

Elektromagnetische Wellen

 

Vom Schwingkreis zum Dipol:

 

Das Nahfeld:

 

Abstrahlung:

 

Fernfeld:

 

Übergang vom Nah- zum Fernfeld:

Im Nahfeld sind E- und B-Feld phasenverschoben.

B-Feld blau und E-Feld rot, Wellenlänge 2.

Die Amplitude nimmt im Fernfeld mit 1/r ab.

 

Im Abstand von 1/2 Wellenlänge sind das E- und das B-Feld in Phase.

Dreidimensional dargestellt: E- und B-Feld stehen senkrecht aufeinander.

Darstellung der Abstrahlung in ein kleines Raumwinkelelement.

 

 

Bewegte Magnetfelder erzeugen bewegte elektrische Felder:

 

Analog zum bewegten Leiter im Magnetfeld:

 

UKW-Sender mit Dipol:

 

Schaltung:

 

Nachweis der Abstrahlung vom Dipol mit Reflektor:

 

Schematische Darstellung:

 

Feld des statischen Dipols:

 

Nachweis der stehenden Wellen im Dipol :

 

Die stehenden Wellen sichtbar gemacht:

 

Vom Schwingkreis zum Dipol:

 

Abtastung der magnetischen und elektrischen Felder

bei der Lecherleitung:

 

Mikrowellen:

 

Mikrowellensender mit Empfangsdiode

 

 

 

Nachrichtenübertragung:

Heinrich Hertz (1857-1894)

 

Übertragung von elektromagnetischen Wellen:

 

Versuchsanordnung von Heinrich Hertz:

1: Oszillator; 2: Funkeninduktor; 3 Spannungsquelle

 

Funktionsprinzip mit Sender und Empfänger:

Vgl. Experiment mit Petrolsender

 

Signalübertragung mit hochfrequneten elektromagnetischen Wellen.

Amplitudenmodulation

 

Moduliertes und detektiertes Signal

 

Einfacher Diodenempfänger:

 

AM - Sender:

 

Prinzip der Frequenzmodulation FM:

 

 

       

 

 

 

 

 

 
Elektromagnetische Strahlung als Wellen hat Eigenschaften sowohl von elektrischen und magnetischen Feldern:

Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Die Strahlung breitet sich in alle Richtungen geradlinig aus.

Elektromagnetische Strahlung ist gekennzeichnet durch 3 unabhängige Variablen:

  • Wellenlänge l "lambda" [m, nm] ·
  • Frequenz n "nü" [s -1 , Hz]
  • Geschwindigkeit c [m s -1 ] (c = Lichtgeschwindigkeit ~ 3 × 10 8 m s -1 )

Gesetz: l · n = c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

Anten çubuğu üstünde gösterilen  artı (+) ve eksi (-)  kutuplar  iletkeni besleyen bataryanın (+) ve (-) kutuplarına karşılık gelmektedir. Yada alternatif  akım üretecenin saniyede değişen kutuplarına karşılık gelmektedir. Bu iletken kutup başları  zamanla değişen  bir kondansatör  kutuplarınada karşılık gelir. Aslında reelde  olan şey  iletkendeki elektron akışının zıt yönlerde  yukarı-aşağı gidip gelmesidir. Akım iletken içinde saniyede 50 kez yön değiştirirse iletkenden yayılan dalganın  frekansıda saniyede 50 Hz olmaktadır.

 

Bu dalgaları bir doğru akım kaynağı ile  devreyi saniyede  bir kaç kez hızlıca açıp kapatarakta  elde edebiliriz. İletkenden ayrılan dalgalar elektronun ivmeli hareketinden doğar. Eğer elektronlar iletkenler içinde düzgün sabit doğrusal hareket yaparlarsa akım gücüne bağlı olarak  sabit bir manyetik alan kuvveti iletkeni çevreler. Ama iletkenden elektromanyetik bir yayın alamayız! İletken mıknatısın manyetik alanı gibi bir alanla çevrelenir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A experiência de Oersted.
O movimento da agulha da bússola é afetado pela corrente que circulava no fio próximo a ela

 

 

 

 

A experiência de Faraday.
O movimento do íman através do núcleo da bobina induz corrente elétrica nos fios.

 

 

 

 

A experiência de Hertz. As centelhas provocadas no aparelho transmissor,
provocavam "no mesmo instante" centelhas no arco metálico que ficava próximo,
levando a comprovação da existência das ondas eletromagnética.

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

       

 

A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga.

Maxwell mostrou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, é dada pela expressão:

onde é a permissividade elétrica do vácuo e é a permeabilidade magnética do vácuo.

Aplicando os valores de e de na expressão acima, encontra-se a velocidade:

ou


(valor exato)

 

Ondas de Rádio

Ondas de rádio: do transmissor ao receptor

A ciência do eletromagnetismo diz que cargas elétricas oscilantes emitem ondas eletromagnéticas. É isso o que ocorre na antena de uma emissora de rádio. Podemos descrever uma antena como uma haste metálica onde cargas elétricas (os elétrons livres que populam qualquer metal) estão se deslocando de um lado para o outro, movidas por um campo elétrico oscilante.

A animação ao lado representa a oscilação de uma carga livre (o ponto amarelo) em uma antena emissora. A oscilação dessa carga gera uma onda eletromagnética (ou apenas "elétrica", em nossa simplificação) que se desprende da antena e passa a se propagar no espaço. Observe que o campo elétrico oscilante da onda é sempre paralelo à direção da antena, enquanto se propaga em uma direção perpendicular à antena.


Onda elétrica gerada pela oscilação de uma carga em uma antena.

Quando a onda elétrica emitida pela antena da estação de rádio chega à antena de um receptor de rádio ocorre o efeito inverso. Agora é o campo elétrico da onda que faz mover as cargas livres da antena receptora que são forçadas a oscilar no mesmo ritmo (ou "freqüência") das oscilações da onda. É assim que os sinais da emissora são captados (e depois "decodificados") e acabam gerando os sons que ouvimos nos nossos aparelhos de rádio ou nas imagens que vemos em nossos televisores.


Onda elétrica transmitindo um sinal de uma antena para outra.

Na animação, desenhamos uma antena emissora e uma antena receptora, ambas na direção vertical. A onda elétrica emitida tem seu campo elétrico sempre paralelo à antena emissora, isto é, sempre na direção vertical. Esse é um exemplo de uma onda "polarizada", no caso, polarizada na direção vertical. A antena receptora, se também se encontra na direção vertical pode "captar" o sinal emitido pela antena emissora, trazido pela onda. Note que as cargas na antena receptora oscilam com a mesma freqüência das cargas da antena emissora mas, como o sinal viaja com velocidade finita (a velocidade da luz), os instantes em que cada carga passa por um máximo da oscilação podem ser diferentes, dependendo da distância entre as antenas. Em termos técnicos, as "fases" das oscilações podem ser diferentes.

Agora suponha que a antena receptora da animação acima seja movida para uma posição horizontal, portanto, perpendicular direção do campo elétrico da onda. Nesse caso, as cargas da antena receptora não serão movidas pelo campo elétrico da onda e não haverá "detecção" do sinal emitido. Quem já instalou uma antena de televisão sabe bem o que isso significa.

 

 

 

 

 

 

  

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bir verici antende aşağı-yukarı titreşen bir yükten yayılan elektromanyetik dalgalar. Dalgalar antenden ayrılarak uzay boşluğuna yayılırlar. Normalde  artı (+) ile gösterilen bir yük iletkende hareket etmez. İletken boyunca yukarı aşağı ivmeli bir şekilde  hareket eden  negatif yüklü  elektronlardır!     Pozitif  (+ ) yük  pozitif elektrik kutbunu yani elektronların hareket ettiği kutbu  gösterir. Elektronlar hava akımını temsil ederler. Pozitif kutup bir elektrik devresinde  alçak basınç  merkezini temsil eder, negatif kutup ise yüksek basınç merkezini ifade eder. Hava akımları yüksek basınçlı bölgeden düşük basınçlı bölgeye doğru hareket ederler.

 

 

 

EMC ve antenler

Şekil 1

 

Şekil 1: Çubuk anten ve ışıma diyagramı Antenin ışıma gücü boyu ile dalga boyu (çalışma frekansı) ilişkisine bağlı. Boyu işaret dalga boyundan çok küçük antenler de ışınan güç hemen hemen sıfır, nedeni anten ışıma direncinin çok küçük olması. Oysa anten boyu yarım dalga boyuna yakın ise yayılan güç en fazla olmakta. Bu tip antenlere rezonanslı antenler denmekte. Bu özelliklerin anlaşılması temel anten tanımlarının açıklanmasıyla olası. Anten ışıması üç boyutlu uzayda ve küresel koordinatlarda iki açı ile belirtilmekte; θ düşey (zekseni) ile, ϕ yatay (x-ekseni) ile yapılan açılar. Anten mühendisliğinde yatay ve düşey düzlemlere ayrıca H-düzlemi ve E-düzlemi de denmekte. Bir anten için önemli parametreler giriş empedansı, ışıma direnci, duran dalga oranı (DDO), giriş gücü, ışıma gücü, verim, ışıma diyagramları, polarizasyon, etkin yüzey, yönelticilik, kazanç, demet genişliği, yakın/uzak alan, anten faktörü ve anten kalibrasyonu olarak sıralanabilir. Her şeyden önce anten bir iletim hattı üzerinden bir kaynak ile beslenen bir devre elemanı (Şekil 2).

 

Şekil 2

Şekil 2 Bir anten devresi Kaynak ile iletim hattı girişi ve anten ile iletim hattı sonu arasında empedans uyumu olması durumunda kaynaktan çekilen güç maksimum olmakta ve bu gücün tamamı yüke (yani anten) aktarılmakta. Aksi durumda iletim hattının her iki ucunda da geri yansımalar söz konusu. Bu yansımalar antenin ışıma gücünü azalttığı gibi kaynağa istenmeyen güç olarak dönmekte ve ısınmalara neden olduğundan kaynak ve iletim hattının ömrünü kısaltmakta.
 

Kaynak ile iletim hattı girişi ve anten ile iletim hattı sonu arasında empedans uyumu olması durumunda kaynaktan çekilen güç maksimum olmakta ve bu gücün tamamı yüke (yani anten) aktarılmakta. Aksi durumda iletim hattının her iki ucunda da geri yansımalar söz konusu. Bu yansımalar antenin ışıma gücünü azalttığı gibi kaynağa istenmeyen güç olarak dönmekte ve ısınmalara neden olduğundan kaynak ve iletim hattının ömrünü kısaltmakta. Giriş Empedansı Bir anten, besleme noktasında iki kapılı bir devrenin giriş kapısı gibi davranır. Bu noktada, besleme gerilim kaynağının bağlanacağı uçlar arasında bir empedans değeri gösterir. Bu değere giriş empedansı denir. Işıma yaparken besleme uçlarındaki gerilimin akıma oranı söz konusu frekanstaki empedans değeri olarak anılmakta. Giriş empedansı kaynaktan çekilecek ve antene aktarılacak güçler için önemli. Şekil 3’te empedansı k Z olan kaynak, karakteristik empedansı 0 Z olan bir hat üzerinden anteni beslemekte. Empedansı A L r A Z = R + R + jX olarak verilen antende L R kayıpları, r R ışınan gücü ve A X depolanan enerjiyi temsil etmekte.


EMC mühendisliğinde önemli bir konu da antenler. Anten hem test ve ölçülerin en önemli parçası olduğu için önemli, hem de işaret taşıyan her elemanın (iletken tel, toprak levhası, ekran kutusu gibi) belli koşullarda anten gibi davranmasından ötürü önemli. Her eleman bir anten gibi davranabilmekte. Bu nedenle bir EMC mühendisi için anten nedir ve önemli parametreleri nelerdir soruları önem kazanmakta. Hangi nesne niçin anten gibi davranır sorusu yanıtlanmadan neden olduğu EMC problemlerini çözmek olası değil. Anten çift yönlü (resiprok) bir dönüştürücü. Verici olarak kullanıldığında besleme noktalarına uygulanan Volt büyüklüğündeki gerilimi Volt/metre büyüklüğündeki elektrik alana dönüştürmekte. Alıcı antenlerde ise ortamda bulunan elektromanyetik dalgalardan kaptığı Volt/metre büyüklüğündeki elektrik alan enerjisini uçlarına Volt büyüklüğünde bir gerilim farkı olarak dönüştürmekte. Şekil 1’ de tipik bir çubuk anten ve etrafında oluşturduğu elektrik alan dağılımı gösterilmekte. Ortasından beslenen l uzunluğundaki bir iletken çubuk (örneğin ince bir tel) antenin çevresinde oluşan elektromanyetik dalgaların elektrik alan bileşeni çubuk eksenine paralel. Şekilde sağda verilen üç boyutlu değişim ise elektrik alanın yoğun olduğu yerleri göstermekte. Bu durumda antenden uzaklaştıkça belli yerlerde alan şiddeti yüksek, belli yerlerde ise sıfır olmakta. Çubuk doğrultusunda (z-yününde) hiç ışıma yapmazken, yatay doğrultuda maksimum ışıma yapmakta.

 

 

 

Anten etkin yüzeyi

 

 Işıma gücü Pt olan izotropik bir antenden R kadar ötede güç yoğunluğu P /(4 R2 ) t π dir. Watt/metrekare boyutunda olan güç yoğunluğu anteni çevreleyen kapalı bir yüzey üzerinde toplandığında(yani 4πR2 ile çarpıldığında) ışıma gücünü verir. Kayıpsız ortamlarda bu enerji korunumu ilkesinin sağlanmasından başka bir şey değil. Ortam kayıplı (yani ortamın iletkenliği sıfırdan farklı) ise elektromanyetik dalgalar yayıldıkça ortam tarafından yutulacak ve zayıflayacak. Bu durumda enerji korunumu kapalı bir yüzeyde yayılan güç ve yutulan gücün toplamı anten ışıma gücünü verecek şekilde olur. Anten, etrafındaki güç yoğunluğundan güç çektiğine göre çekilen güç, varolan güç yoğunluğu çarpı metrekare boyutunda bir yüzey şeklinde hesaplanmalı. İşte bu metrekare büyüklüğündeki parametreye etkin yüzey denmekte. Parabolik ve horn benzeri antenlerde etkin yüzey anten yüzeyi ile ilişkili iken, örneğin çubuk antenlerde böyle bir ilişki söz konusu değil. Basit ve düşük kazançlı antenlerde etkin yüzey λ2 / 4π e t A = G şeklinde hesaplanmakta.

 

Duran Dalga Oranı

 

Anten giriş empedansı genelde uçlarına bağlanan besleme kaynağının empedansından farklı olduğundan kaynak, iletim hattı ve anten arasında bir empedans uygunsuzluğu söz konusu. Bu farkın belirlediği oranda antene gelen gücün bir kısmı geri yansımakta. Aynı şekilde kaynak ucunda da bir uyumsuzluk söz konusu olduğundan burada da bir güç yansıması olmakta. Anten girişinde yansıyan ve giden gerilim dalgalarının oluşturduğu maksimum gerilimin minimum gerilime oranı duran dalga oranı (DDO) olarak isimlendirilir. DDO, anten girişinde geri yansıyan gücü belirten bir parametre.

 

Işıma Gücü ve Direnci

 

Antenin ışıma gücü t P , uzaya elektromanyetik dalga olarak yaydığı güç. Işıma gücü ile üzerinden akan akım arasında Ohm yasasına göre bulunan dirence de ışıma direnci denmekte ve r R ile gösterilmekte ( t r P = I 2R ). Işıma direnci anten gücü ile üzerinden akan akımı birbirine bağlayan sanal bir direnç. Yakın alan – Uzak Alan Anten ya da herhangi bir ışıma elemanına yakın olan bölge yakın alan olarak tanımlanmakta. Yakın alan, elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin düzlem dalga karakteri göstermedikleri bölge, ilişkiler karmaşık ve ölçümler zor. Daha çok reaktif enerji birikimi olur. Uzak alan ise düzlem dalga yaklaşımı yapılabildiği bölgedir. Yakın ve uzak alan tanımları anten cinsine ve etkileşimlere göre, frekans, anten boyutları, gibi parametreler cinsinden belirlenmekte. Basit ve düşük kazançlı antenler için uzak alan sınırı R ≥ λ / 2π olarak alınabilmekte. Daha karmaşık ve yüksek güçlü antenlerde ise D antenin uzun kenarı (ya da çapı) olmak üzere uzak alan sınırı R ≥ 2D2 /λ şeklinde hesaplanmakta. Bu tanım, antenin yarattığı elektromanyetik dalgaların eş faz yüzeylerinin belli bir hata ile düzlem kabul edilebildiği uzaklık olarak verilir (Şekil 5). Örneğin D=50 cm anten boyu ve 300 MHz işaret frekansı (λ=1 m) için 0.5 m olan uzak alan sınırı 3 GHz’ de (λ=10 cm için) 5 m olur. Kaynak empedansının sanal kısmı anten giriş empedansının sanal kısmını yok edecek şekilde (örneğin biri endüktif diğeri kapasitif) ) ise devrede güç birikimi söz konusu olmaz. Ayrıca kayıpların minimize edilmesi durumunda L R sıfır kabul edilirse antenin kaynaktan çekeceği gücün tamamı ışınan güç olur ki idealde istenen durum budur. Genelde kaynak direnci ve iletim hattı karakteristik empedansı 50 Ω seçilir ve hesaplar ona göre yapılır.

 

Şekil 5: Reflektör anten ve uzak alan sınırı tanımı

 

Anten Verimi

Antenin kaynaktan çektiği gücün bir kısmı ısıl kayıp olarak antende harcanır. Işıma gücü ve ısıl kayıpların toplamı kaynaktan çekilen güce eşit. Anten verimi ışıma gücünün kaynaktan çekilen güce oranı olarak tanımlanmakta. Isıl kayıplar ne kadar az ise verim o kadar yüksek olur.

Polarizasyon

Polarizasyon, elektrik alanının zamanla çizdiği şekle göre tanımlanır. Antenin yaydığı elektromanyetik dalgalar için iletim boyunca elektrik alan eğer zemine dik ise düşey, paralel ise yatay polarizasyonlu dalga adını alır. En genel polarizasyon elips biçimindedir. Bunun özel hali dairesel polarizasyon, dairesel polarizasyonun iki bileşeni de yatay ve düşey polarizasyon.

Anten Yönelticiliği ve Kazancı

Anten yönelticiliği ve kazanç belli bir referans antene göre tanımlanan iki önemli parametre. Bir noktasal kaynak her yöne eşit ışıma yapar. Bu kaynağa izotropik kaynak adı verilir ve referans olarak kullanılır. İzotropik kaynağın her yöne yaydığı güce eşit gücü belli bir doğrultuya yayabilme özelliğine anten yönelticiliği denir. Örneğin, Şekil 1’de verilen çubuk antenin ışıma diyagramı simit biçiminde. İzotropik antene göre kısa dipol antenin yönelticiliği 1.5 (1.75 dB), yarım dalga dipolünün yönelticiliği ise 1.64 (2.15 dB). Kayıpsız antenlerde yönelticilik aynı zamanda anten kazancıdır. Ancak, kayıplı antenlerde kazanç yönelticilik ile kayıp oranının (verimin) çarpımına eşit. Anten yönelticiliğinin analitik olarak hesaplanabilmesine karşın kazanç ancak referans antene göre yapılan ölçülerle bulunabilir. Anten kazancı ile doğrudan ilgili olan diğer parametre ise etkin yüzeydir. Anten etkin yüzeyi, uzaydaki elektrik alanlardan anten uçlarına güç aktarabilme yeteneği olarak tanımlanır.

Demet genişliği

Anten demet genişliği, yönelticiliği olan antenlerde yönelticiliğin bir ölçüsü. Maksimum ışıma doğrultusundaki gücün yarıya (3 dB) düştüğü (yatayda yada düşeyde) açısal genişlik anten ışıma demeti olarak tanımlanır.


Anten Faktörü

Özellikle EMC gibi pratik mühendislik problemlerinde önemli bir tanım ve kavram anten faktörü. Anten faktörü tanımı, antenin tanımında yer almaktadır. Anten çift yönlü (elektrik alanı gerilime, gerilimi elektrik alana dönüştüren) bir dönüştürücü. AF = E /V şeklinde tanımlı alıcı anten faktörü daha çok uygulama açısından anlamlı. Ele alınan bir elektrik alan ölçü aleti ve ona bağlı bir alıcı anten ile ortamdaki elektrik alan değeri ölçülmekte. Bir çubuk anten, bunun uçlarına değişik konnektörlerle bağlanmış bir koaksiyel kablo, bu kablonun bir başka konnektörle alıcı girişine bağlanmasının tüm etkileri anten faktörü tanımının içinde. Kullanılan kablonun üzerindeki imalat hataları, ezilmeler veya bükülmeler anten faktörünü doğrudan değiştirmekte. Anten faktörü ideal durumlarda hesaplanabilmekte, EMC problemlerinde ise frekansla değişen grafiklerle ya da tablolarla verilir.

Işıma Diyagramları

Işıma diyagramları, antenlerin hangi yöne ne kadar güç yaydığını gösteren şekiller. Işıma diyagramı her hangi bir düzlemde söz konusu olsa da, genelde, yatayda yada düşeydeki diyagramlarla ilgilenilir. Işıma diyagramı ve yöneltmiş antenlerde kullanılan tanımlar şunlar: • Ana ışıma kulakçığı : Antenin en fazla ışıma yaptığı yöndeki demet. • Yan kulakçıklar: ana kulakçık etrafında oluşan istenmeyen kulakçıklar. • Arka kulakçık: Antenin gerisinde oluşan kulakçık • Ön-Arka bastırma oranı: Ana kulakçık – arka kulakçık güç oranı • Ön- yan bastırma oranı: Ana kulakçık – yan kulakçık güç oranı • Işıma demeti: Ana kulakçık gücünün yarıya (3 dB) düştüğü noktalar arasındaki açı.


Ortadan / Uçtan ışımalı antenler

Antenler gerek bireysel olarak gerekse bir dizi oluşturulduğunda farklı yönlere ışıma yapabilirler. Demet oluşturmalı ya da demet taramalı anten dizileri adı verilen bu sistemlerde iki farklı ışıma yönü ayrıca belirtilmekte; ortadan ışımalı antenler (diziler) ya da uçtan ışımalı antenler (diziler). Şekil 6!da bu tanımlra bir örnek gösterilmekte. Beş elemanlı izotropik antenlerden oluşturulan dizilerde ışıma dizi eksenine dik yönde ise ortadan ışımalı (boresight), ışıma dizi eksenine paralel ise uçtan ışıma (end-fire) adını almakta.

 

 

 

Perfectly Behaved Electric Waves

Hertz did more experiments which revealed that the sparking at the main gap was producing beautifully regular electrical waves, whose behavior was predictable.

He pictured these waves of electric charge moving back and forth, creating a standing wave within the wire.

In other words, he believed the circuit was vibrating like a tuning fork at its natural, resonant frequency. He thought he now had a circuit in resonance.

Of course, in Herz’s circuit the vibrations were not of sound, they were vibrations of electric charge.

It’s worth bearing in mind that resonance is not actually needed for electromagnetic waves to be produced – they’re produced whenever electric charges are accelerated.

The importance of resonance is that if a receiver has the same resonant frequency as a transmitter, the incoming electromagnetic waves have a much stronger effect on it. This is similar to the situation in which an opera singer shatters a champagne glass because its resonant frequency is the same as the note she sings.

                  

 

Aware that the frequency of electrical vibrations and hence resonance is determined by electrical properties called inductance and capacitance, Hertz looked more closely at these factors in the circuit.

Breaking Away

He identified that a phenomenon called self-induction was taking place in the wires. This allowed him to deduce that the electric vibrations had an extraordinarily high frequency.

Hertz decided to break the hard-wired connection between the main spark circuit and the side-spark circuit, as shown in the image.

He also arranged the capacitance and inductance of the main circuit so its resonant frequency was 100 million times every second. Today we would write this vibration frequency as 100 MHz. (The unit of frequency is, of course, the hertz (Hz), named in Heinrich Hertz’s honor.)

According to Maxwell’s theory, the main circuit would then radiate electromagnetic waves with a wavelength of about a meter.

The actual apparatus is shown below.

Producing and Detecting Radio Waves

In November 1886 Hertz put together his spark-gap transmitter, which he hoped would transmit electromagnetic waves.

Hertz’s spark-gap transmitter. At the ends are two hollow zinc spheres of diameter 30 cm which are 3 m apart. These act as capacitors. 2 mm thick copper wire is run from the spheres into the middle, where there is a spark-gap. Today we would describe his oscillator as half-wave dipole antenna.

For his receiver he used a length of copper wire in the shape of a rectangle whose dimensions were 120 cm by 80 cm. The wire had its own spark-gap.

Hertz applied high voltage a.c. electricity across the central spark-gap of the transmitter, creating sparks.

The sparks caused violent pulses of electric current within the copper wires leading out to the zinc spheres.

As Maxwell had predicted, the oscillating electric charges produced electromagnetic waves – radio waves – which spread out at the speed of light through the air around the wire.

Hertz detected the waves with his copper wire receiver – sparks jumped across its spark gap, even though it was as far as 1.5 meters away from the transmitter. These sparks were caused by the arrival of electromagnetic waves from the transmitter generating violent electrical vibrations in the receiver.

This was an experimental triumph. Hertz had produced and detected radio waves.

Strangely, though, he did not appreciate the monumental practical importance of his discovery.

 

  • Where:
  •   Wavelength – is the time period of one complete cycle in Seconds.
  •   Frequency – is the number of wavelengths per second in Hertz. 
  •   Velocity – is the speed of sound through a transmission medium in m/s-1.

 

Heinrich Rudolf Hertz (d. 22 Şubat 1857, Hamburg – ö. 1 Ocak 1894, Bonn), Alman fizikçi.

Berlin Üniversitesi'nde Helmholtz ve Kirchoff'un yönetimi altında fizik çalıştı. 1885'de Karlsruhe Üniversitesi'nde Fizik Profesörü unvanını aldı. Orada, 1888'de kendisinin en önemli başarısı olan radyo dalgalarını keşfetti. 1889'da Bonn Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Rudolf Clausius'un yerine geçti. Katot ışınlarının belli metal filmlerden geçişini içeren deneyleri, katot ışınlarının parçacık olmaktan çok dalga tabiatlı oldukları sonucu doğurdu. Radyo dalgalarının keşfi, oluşumlarının gösterilmesi ve hızlarının tayini Hertz'in çok sayıdaki başarılarından bazılarıdır. Bir radyo dalgasının hızının ışık hızı ile aynı olduğunun bulunmasından sonra, Hertz, radyo dalgalarının ışık dalgaları gibi yansıma, kırılma ve girişim yapabildiklerini gösterdi. Kısa yaşamı boyunca bilime birçok katkı yaptı. Saniye başına titreşim olarak tanımlanan hertz, onun ismi ile anılmaktadır. Yapmış olduğu deneylerde laboratuvarlarının bir tarafındaki elektrik kıvılcımının yaymış olduğu manyetik dalganın bir tel halka tarafından hissedildiğini gözlemledi.
Heinrich Rudolf Hertz Renkli Resimleri

Elektromanyetik ışımının başka bir türü olan radyo dalgalarının varlığını kanıtladı. Işığın toplanıp yansıtıldığı gibi radyo dalgalarının da aynı şekilde işlev gördüğünü gösterdi. Hertz'in yapmış olduğu çalışmalar, Maxwell'in daha önce ortaya attığı, elektromanyetik dalgaların elektrik dalgalarıyla aynı davranışları gösterdiği biçimdeki kuramını kanıtlamış oldu.

 

 HEİNRİCH HERTZ (1857-94) Radyo dalgaları

Radyo dalgalarının varlığını tespit etmiştir. Bir deneyinde, bir taraftaki elektrik kıvılcımının yaydığı manyetik dalgaların diğer taraftaki tel halkayı etkilediğini gözlemlemiştir.

 

 

Doğada gözle görülebilen ve gözle görülemeyen bir takım dalgalar ya da sinyaller yer almaktadırlar.Bu dalgaların bir çeşidi de elektromanyetik dalgalardır.Bizlerde bu yazımızda elektromanyetik dalgalar ve bu dalgaların özelliklerini sizler için incelemeye aldık.


ELEKTROMANYETİK DALGA NEDİR?

Elektromanyetik dalgalar uzayda yol alabilen titreşimlerdir.Adının elektromanyetik olmasının nedeni,elektrik alan ile manyetik alanın birleşiminden meydana gelmesidir.Elektromanyetik dalgaların temelleri Clark Maxwell ve Heinrick Hertz ikilisi tarafında atılmıştır ve onlar elektro manyetik dalgayı şöyle tanımlarlar : ” Bir elektromanyetik dalga,birbirine dik açılarda aynı frekanstaki elektrik ve manyetik alanın oluşturduğu bir bütündür.”


ELEKTROMANYETİK DALGA

Elektromanyetik dalgalar dalgaboylarına göre sınıflandırılırlar ve dalgaboyu bir dalgadaki iki tepe noktası arasıdaki mesafeye verilen isimdir.Elektromanyetik dalga çeşitleri;

Radyo dalgaları:Radyo dalgaları sadece radyo dalgalarını değil bunun yanında televizyon ve cep telefonu dalgalarını da taşırlar.Radyo dalgalarının boyları milimetreden kilometreye kadar değişiklik gösterebilmektedirler.Frekansları ise Hertz ile birkaç Hertz arasında değişmektedir.

Mikrodalgalar: Yemek pişirme görevi de üstlenen bu dalgalar günümüzde genellikle yemek yapımında kullanılırlar.Bunu dışında teknolojik aletler arasında veri alışverişi içinde bu dalgalar kullanılmaktadır.

İnfrared ışınlar:Bu ışınlar 1mm ile 750 nm arasında dalga boylarına sahiptirler.Tv lerin uzaktan kumanda edilmesinde ve dürbünlerin gece görüşlerinde kullanılırlar.

Görünür Işık: Elektromanyetik ışıkların çıplak gözle görülebilen tek türüdür.Bu dalga çeşitli renklerle karşımıza çıkmaktadır.Bu renkler mavi,turuncu,sarı,yeşil,kırmızı ve mordur.

Ultraviyole Işınları: Bu ışınlar çıplak gözle görülemeyen ışınlarıdır.Cilde zararlıdırlar ve kansere neden olabilirler.

X-Işınlar : Yüksek enerjili ve çok küçük dalga boylu ışınlardır.Rontgen tarafından tesadüf eseri bulunmuşlardır.Tıbbi merkezlerde görüntüleme yapmak için kullanılırlar.

Gama Işınları : Çok yüksek enerjiye ve çok düşük dalga boylarına sahiptirler.Atomun parçalanması ile ortaya çıkarlar.

 

O kadar elektromagnetik dalga teorisi görmeme rağmen anlayamadığım kafamda canlandıramadığım birşey var;  elektromanyetik dalga antenden nasıl çıkar? Göle bir taş attığımızda su dalgasının nasıl ilerlediğini görürüz. işte elektromagnetik dalgaları da görebilseydik şayet, antene baktığımzda nasıl bir görüntü görmemiz gerekirdi?

 

Bu durumun kolay bir açıklaması yok. En basitinden şu söylenebilir: elektrik akımının olduğu her ortam aslında bir antendir. Zira elektrik akımının olduğu her ortamda bir magnetik alan oluşur(sağ el kuralı). Elektromagnetik dalga denilen şey de zaten elektrik ve magnetik alanlardan olusur. Formüllerde de en baskın parametreler bu ikisidir. Yani aslında elektromagnetik alan denilen şey tek başına bir varlık değildir, başka koşulların oluşmasıyla ortaya çıkar.

 

 

Elektrik akımı olan heryerde magnetik alan ve dolayısıyla elektromagnetik alan oluşur fakat hepsi havada yayılmaz. Burada dalga boyu ve osilasyon frekansı devreye girer. İkisinin çarpımı ışık hızına eşit olduğu anda propagasyon(yayılma) başlar. Düşük frekanslarda ve doğru gerilimde çalışan devrelerin anten gibi davranmamalarının sebebi budur. Düşük frekanslı çalışan bir devrede iki bağlantı noktası kilometreler düzeyine çıkarsa ancak anten gibi davranmaya başlar.

Sinyal frekansı yükseldikce kurallar değişmeye başlar. Bu durumlar transmisyon hatları olarak isimlendirilir ve devre teorisindeki bazı kurallar değişir. Antenler de transmisyon hatlarıdır. Üzerinden geçen yüksek frekanslı osilasyon sinyaline göre oluşan elektrik ve magnetik alanlar neticesinde meydana çıkan elektromagnetik alanlar bu iki alana dik olarak uzayda yayılırlar.

Antenin iki ucu birbirine temas etmeyebilir, anten tek kutuplu olabilir ve bunlara benzemez türlü türlü antenler vardır.

 

Tek boyutlu bir sinyal dalgası hareketini bile hayal etmek güçken, 3 boyutlu (E, H ve Poynting vektörleri) bir dalgayı hayal etmek hayli zordur. Bir dipolün elektrik alanın 2 boyutlu izdüşümünü tasvir eden şu şekil bir miktar yardım edebilir;
 

           

 

Bunun yanında, zaman değişkenini es geçerek uzayın her noktasını kompleks düzlemdeki empedanslarla (E ile H arasındaki açıya eşdeğer olarak, ortam empedansının kompleks bileşeni) tasvir etmek daha kolaydır.

 

Aslında  manyetik alanlar  sonsuza doğru yayılsada alanların efektif bir bitiş noktasından (alan sınırından) bahsedilebilir. Dünyanın kütle çekim alanı gibi! Bir mıknatıs alanı içinde bu geçerlidir. Alandan uzaklaştıkça çekim etkisi zayıflar.

 

Elektromanyetik alan demek bir ışınım etkisi demektir.  İçinden akım geçen bir iletken  çevresinde  manyetik alan oluşur. Elektromanyetik alan oluşmaz! Sağ el kuralına göre bu alanın yönü belirtilir.Fakat iletken içinde  hareket eden yük düzgün doğrusal sabit bir hareket değilde kesiklik, ivmeli bir hareket yaptığında yük çevresine elektromanyetik bir ışıma yayar. Yük hareket ederken bir enerji kazanır  ve bu enerjiyi ani durmakla tekrardan çevresine salar. Yükün kendisinde bir elektrik alanı vardır.Spin hareketinden dolayı birde manyetik bir alan etkisi vardır.Bu alanlar statik olarak kabul edilirler. Yük ivmeli hareket ettiğinde elektrik ve manyetik olarak boşluğa yayılan bir ışıma etkisi gözlemlenir.

 

hertz= saniyede ki titreşim sayısı
khz =Bir saniyede bin titreşimi olan elektromanyetik dalga boyu

bu demek oluyor ki; 2,5 khz sahip bir dedektör toprağa saniyede 2500 sinyal yollarken: 16 khz lik bir dedektör ise saniyede 16000 sinyal yollamaktadır..


Elektrik mühendisliğinde, 10 kHz üzeri frekanslar yüksek frekans olarak tanımlanır. Ama elektrikli el aletleri için bu terim genellikle 50/60 Hz standart şebeke frekansı üzerindeki tüm frekansları tanımlamak için kullanılır. Modern yüksek frekanslı elektrikli el aletleri genellikle 300 Hz frekansında çalışır.


3-30 mhz arası frekans bandını tanımlar. (hf: high frequency) (bkz: hf ssb) ayrıca;
30-300 mhz cok yuksek frekanstır. (vhf: very high frequency)
300 mhz-3 ghz ultra yüksek frekanstır. (uhf: ultra high frequency)
3-30 ghz shf süper yuksek frekanstır. (shf: super high frequency)
30-300 ghz son derece yüksek frekanstır. (ehf: extremely high frequency)

 

 ELEKTRON AKIMI VE ELEKTRON FİZİĞİ

 

Elektronların bir iletken içinde  hareketi hep ışık hızında tasvir edilir.Aslında elektronlar iletkende ışık hızında hareket etmez.Elektronların hareketini birbirini iterek oluşan boşluğa(deliğe) düşen  tesbih tanelerine benzetebiliriz.Bir elektronun hareketi aslında çok ağırdır. Elektrik akım hareketinin hızlı görünmesinin sebebi  bir tür domino taşı etkisinden dolayıdır. Peşpeşe sıralanmış bir askeri birlik düşünelim. En öndeki asker bir adım atıp yer değiştirirken bir önceki  boşalan yere arkadaki askerin gelip yerleştiğini düşünelim. Elektronların iletken içindeki hareketide böyledir.  Bir pilin + kutbundan - kutbuna doğru  bir iletken bağlarsak iletken içindeki elektronlar  peşpeşe sıralanmışlardır. Her bir elektron önündeki boşluğa atlayarak bir elektriksel hareket gerçekleştirmiş olurlar. Bu elektron hareketinin oluşturduğu elektromanyetik dalga salınımı çok küçük değerdedir. Elektromanyetik spektrumun en taban değeri olarak kabul edilebilir.Elekronların iletken içindeki düzgün doğrusal hızı çok düşük bir hızdır. Serbest elektron bir atomdan diğerine atlarken  çok küçük bir frekansta elektromanyetik ışınım meydana getirir. Biz bir alternatif akım oluştururken pil kutuplarını saniyede  50 Hz kadar (50 kez) değiştirmiş oluyoruz. Bunun anlamı elektronların iki atom arasında bir ileri bir geri olacak şekilde bir titreşme hareketi yapması demektir. Elektrik akımının frekansıda  bu elektronun atomlar arasındaki  yerdeğiştirme ivmelenmesinden doğar. Elektronlar bir atomdan diğerine çok düşük bir hızda atlar(geçiş yapar). Burada elektronun iletken boyunca olan saniyedeki akım hızı çok düşüktür. Fakat kutupları  birim zamanda değişen bir elektrik akımı demek  elektronun iki atom arasında gidip gelme sıklığının(hızının) değişmesi demektir. Alternatif akımda elektronlara ivmeli bir hareket verilmiş oluyor. Ama doğru akımda elektronların bir atomdan diğeri geçişi esnasında  düzgün doğrusal bir hareket olduğunu varsayıyoruz. Bu düzgün doğrusal akımda iletken boyunca  sağ el kuralına göre bir manyetik alan etkisi oluşur. Hatta bir doğru akım devresinin anahtarını ilk açışta bir elektromanyetik ışıma  dalgası iletkenden ayrılır. Elektronların bir atomdan diğerine ilk atlaması esnasından bir ışınım etrafa yayınlarlar. Devre ilk açıldığında bir ivme hareketi meydana geliyor  (duran bir sistemin eyleme geçmesi) bir kıvılcım atlaması efekti oluşuyor. Sonra bu hareket  düzgün doğrusal  bir harekete olarak devam ediyor.Biz buna düzgün doğrusal elektrik akımı diyoruz. Zamana oranla hızı değişmeyen sabit hareket söz konusu. Duran bir şey ilk hareketini yaptığında bir ivme efekti ortaya çıkar. Bu efekttende bir elektromanyetik salınım oluşur. Bir pilin iki zıt kutbunu bir kablo ile  kısa devre yaptırdığımızda ilk kıvılcım atlamasında bir elektromanyetik dalga yayımlanır. Sonra bu etki kaybolur.Akım düzgün doğrusal bir hareketle akmaya başlar ve iletken  tel  çevresinde   iletkenden kopmayan, ışımayan sabit bir manyetik alan çizgisi oluşur. Aynen bir mıknatıs alanı gibi sabit , durgun(statik) bir alan  oluşur. Ama kabloyu tekrar tekrar her seferinde diğer kutba değdirdiğimizde  kablo ucunu her dokundurup çektiğimizde   iletkenden (temas noktası kıvılcımından) bir dalga yayımlanır. İletkeni her kısa devre yaptırdığımızda peş peşe birbirini takip eden  elektromanyetik dalgalar yaratmış oluruz. Kabaca denebilirki  prensipte  bu anahtarlama işlemini yapacak bir elektrik devresi  tasarlayıp anahtarlama  görevini ses frekansımıza göre yapacak (akımı değiştirecek) bir mikrofon dahil ettiğimizde ses frekansımıza göre elektrik devresinden yayılan elektromanyetik dalga yayılım frekansını  modüle etmiş oluruz. Aynı işlemi diğer alıcı devrede tersine bir süreçle/işlemle  bir hoparlör yardımı ile  değişen elektromanyetik ışınımı değişen elektrik sinyallerine çevirip  bunuda değişen ses dalgalarına çevirmekle  mikrofondaki sesi tekrardan  elde etmiş oluruz. Biz  buna radyo yada  telsiz yayını diyoruz. Doğrusal akım devresinde devreyi sürekli açıp kapatarak ilk hareketi tekrar edip kesikli  bir şekilde peşpeşe birbirini takip eden  bir dalgalar  etkisi  oluşturma fikri varken bir alternatif akımda buna gerek yok! Zaten alternatif akım devresinde alternatörün kutuplarının saniyede sürekli değişmesi ile ilk hareket yenilenmesin  saniye içinde 50 kez yapılmış olması yani tekrarlanmış olması demektir. Buda 50 Hz lik  bir elektromanyetik ışımanın oluşması demektir. Bu işlem doğru akım devresinde devredeki anahtarı saniye 50 kez açıp kapatmaya karşılık gelmektedir.

 

Elektronların ivmeli hareketi bir elektromanyetik ışınım etkisi oluşturur.  Bir elektromıknatısın spiral bobin sarımları arasında dolaşan elektronlarda ivmeli bir hareket yaptığından dolayı  bir elektomıknatısın çevresinde akı yoğunluğuna bağlı olarak baskın bir manyetik alan oluşmasının yanında birde zayıf bir sinkrotronik ışıma etkisi oluşması lazım. Fakat iletken tel spiral(dairesel) şekilde sarılsada  iletkeni oluşturan atomik dizinler çok küçük aralıklı olduğundan bir elekronun yerdeğiştirme esnasında bu  dairesel ivmelenmeyi hissetmesi çok zayıf bir ihtimal olacaktır. Elektronlar için iletkenin düzgün doğrusal  yada spiral şekilde olması  arasında çok bir fark olmayacaktır. Bu sanki bir karıncanın  devasa bir top yüzeyini düz bir tepsi gibi görmesine benzetilebilir. Elektromanyetik dalga yayınımı atomdan atoma ilk atlama esnasında  meydana gelmekte. İletken içindeki ilk dalga hareketi (devreyi tamamlama)  esnasında bir ivmelenme efekti oluşuyor sonra elektrik akımı düzgün doğrusal bir akış formuna bürünüyor. Pilde depolanmış belli bir gerilime sahip elektriğin kutuptan kutuba doğru  olan  ilk  hareketi, akışı esnasında bir elektromanyetik dalga yayınlanmaktadır. Durağandan  harekete geçme esnasında! Bir alternatif akımda  elektronların iletken içindeki durumunu  şöyle izah edebiliriz..   alternatörden gelen elektrik  (elektronlar) her  kutup değiştirme esnasında    - bir durup bir kalkan -  bir arabaya  benzetilebilir. Elektronların birim zaman içindeki bu durup-kalkma sıklığına bağlı olarak iletken çevresine o nispette bir elektromanyetik frekans enerjisi yayınlanmaktadır. Bu durup-kalkmanın hızlanması demek elektronların  iki atom arası  (en dış orbitaler arasında)  yerdeğiştirme hızının artması demektir. Hatta bu durup - kalkma hızı belli bir sıklığın (frekansın) üstüne çıktığı zaman elektronlar atomun orbitalinden taşarak iletkenlerin dış yüzeyinden  hareket etme(akma)  eğilimi göstermeye başlıyorlar  buda yüksek frekans tekniğinde  deri etkisi denen bir olaya neden olmaktadırlar. İletkenler çevresinde bir çeşit  mavi korona şeklinde elektriksel plazma efekti oluşmaktadır. Yüksek frekans kablolarında  karanlıkta bu mavi korona etkisi gözlemlenebilir.

 

Bir elektrik devresinde elektromıknatıssal bir mikrofonun anahtarlama elemanına karşılık gelmesi bir frekans modülasyonuna karşılık gelmektedir. Diyafram titreştikçe devre bir açılıp bir kapanır ( sıfır  (0) ve bir (1) kodlaması gibi).  Anahtarlamanın bir transistör yardımı ile yada farklı bir  akım direnci  değiştiren mikrofonla yapılması ise genlik modülasyonuna karşılık gelir. Elektrik sinyalinin gücünün düşüp yükselmesi (artıp-azalması ile) oluşan elektromanyetik dalganın  genliği modüle edilmiş olur. Frekans aynı ama devrede dolaşan elektrik sinyalinin gücü bir azalıp bir artar.

 

Bir iletkende zaten belli bir frekansta elektronlar atomik yörüngelerden çıkmakta..  bir tür plazma haline geçmekte.. bu durumda  yüksek frekanslı akımlar  içi boş, ortası delik metal borular şeklinde olan dalga klavuzları ile taşınmaktadır.

 

 

Bir verici anteninde yada normal bir  elektrik devresinde  elektronların iletken içindeki hızı değişmiyor.  Atomdan atoma bir geçiş hızı var. Bu hız değişmiyor. Ama hız değişimi olayı ilk elektrik akımı meydada geldiğinde gerçekleşiyor.Elektron durma durumundan hareket durumuna geçerken bir hız değişiminden bahsedilebilir. Burada kriter /ölçü ilk harekettir. Bir pil düşünelim voltajı ve  akımı ne kadar arttırırsak artıralım akım hızı belli bir sabit değerdedir. Fakat  pilin kutuplarını hızlıca yer değiştirdiğimizde iki atom arasındaki  elektronların ileri geri yerdeğiştirme hızı (sıklığı) artar. Bu artış elektromanyetik dalga salınımının enerjisinin (frekansının ) artmasına sebeb olur. Bir pile iki kutbun devresini tamamlayacak şekilde bir yük takıp standart bir doğru akım devresi oluşturduğumuzda artık elektronlar iletkenler boyunca sabit hızda yerdeğiştirmeye devam eder.Devredeki  anahtarı  açıp kapatarak alternatif akımdaki gibi il hareketi belirli bir sıklıkla tekrarlayarak  peşpeşe bir  bir elektromanyetik salınım  dalgası oluşturabiliriz. Bu bir durgun göl yüzeyine  parmağımızla tekrar tekrar vurarak bir dalgalanma efekti  yaratmak gibidir. Bir rezonans devresindede  oluşan frekans  kondansötörün değeri ile ilintilidir. Kondansatör ne kadar küçük değerli olursa ne kadar hızlı boşalıp dolarsa frekansta  o kadar büyük olur. Kondansatörün her dolup boşalması  alternatörün  artı (+) ve  eksi (-) kutuplarının yerdeğiştirmesine karşılık gelir. Bu yüzden elektronik olarak elde edilebilecek elektromanyetik dalga frekansının  değeri sistemin izin verdiği sınırlamalara tabi olacaktır.  En fazla bir magnetronda mikro dalgalar düzeyinde bir elektromanyetik salınım üretebilmekteyiz. Bu salınım/ em ışınım bir dalga klavuzu ile magnetrondan alınıyor bu dalgalar  yansıtılıp değişik şekillerde kullanılıyor.

 

 

James Clerk Maxwell

 

Bilim tarihinde 19. yüzyılın ilk yarısı özellikle elektrik, manyetizma ve ışık konularındaki çalışmaların ön plana çıktığı bir dönemdir. Işığın dalgalar biçiminde ilerlediği görüşü yaygınlık kazanmış; ayrıca, kristal aracılığıyla istenen yönde kutuplaştırabileceği deneysel olarak gösterilmişti.

Ne var ki, elektrik, manyetizma ve ışık arasındaki bağıntı henüz yeterince bilinmediğinden bu olaylar bağımsız araştırma konuları olarak ele alınmaktaydı.


Maxwell'in 1850'de bu olayların ilişkilerini belirlemesiyle fizikte bir bakıma Newton'unki çapında yeni bir devrimin temeli atılmış oldu.


Newton'un gravitasyon kuramı, evreni mekanik bir modele indirgeyerek açıklıyordu. Bu modelde, değişik büyüklükteki kütlesel nesnelerin, elektrik yükleri gibi, biribirini etkilediği temel varsayımdı. Faraday bir adım ileri giderek elektrik yüklerinin yalnız biribirini değil çevrelerini de etkilediği görüşüne ulaşır, "elektromanyetik güç alanı" dediği yeni bir kavram oluşturur. Ona göre bu alan uzayda diğer fiziksel nesnelerden bağımsız, kendine özgü bir gerçeklikti.


Değişen manyetik alanın bir iletkende elektrik ürettiğini saptayan Faraday, bu olayı "elektromanyetik indüksiyon" diye nitelemişti. Faraday'ın deneysel buluşlarıyla bir tür büyülenmiş olan Maxwell, daha ileri giderek, söz konusu etkinin yalnız iletkende değil, uzayda da oluştuğunu; üstelik, değişen elektrik alanın da manyetizma ürettiğini gösterir. 1873'de yayımlanan Elektrik ve Manyetizma Üzerine inceleme adlı kitabında ortaya koyduğu denklemlerden, elektrik ve manyetik etkilerin uzayda ışık hızıyla yol aldığı sonucu da çıkmaktaydı. Işığın yapı ve niteliği bilim adamları için sürgit bir "bilmece" konusu olmuştu. Işık kimine göre dalgasal nitelikteydi, kimine göre parçacıklardan oluşmuştu. Maxwell ise ışığı uzayda dalgasal ilerleyen hızlı titreşimli bir elektro-manyetik alan diye niteliyordu. Her biri değişik titreşim frekansıyla ilerleyen değişik renklerin oluşturduğu ışık, ona göre, elektromanyetik titreşimler skalasında yer alan olaylardan yalnızca biri olmalıydı. Işığın yanı sıra başka elektromanyetik radyasyon formlarının varlığı da araştırılmalıydı. Maxwell'in kuramsal olarak varsaydığı olaylar ölümünden az sonra deneysel olarak belirlenir. Hertz'in düşük frekanslı radyo dalgaları ile Röntgen'in yüksek frekanslı X-ışınları Maxwell'in öndeyişini doğrulayan bulgulardır. Şimdi bildiğimiz gibi, radyasyon spektrumundaki dalga sıralaması, bir uçta, radyo dalgalarından; öbür uçta, gama ışınlarına uzanan mikro-dalga, kızıl-altı, ışık, ultra-violet, X-ışınları gibi titreşim frekansı giderek yükselen formları içermektedir.

 

Maxwell de Faraday gibi evreni dolduran son derece ince ve esnek bir ortamı varsayıyordu. Daha sonra vazgeçilen yerleşik görüşe göre elektromanyetik etkilerin dalgasal yayılımı ancak "esir" denen öyle bir ortamla olasıydı. Elektromanyetik dalgaları ilk sezinleyen Faraday olmuştur. Ancak ışığın tüm özelliklerim bu dalgalarla açıklayan matematiksel kuramı Maxwell'e borçluyuz.
 

 

Maxwell'in bu amaçla formüle ettiği "vektör analizi" diye bilinen matematiksel teknik ile çok sayıda olayı kapsayan ve şimdi "Maxwell denklemleri" diye geçen dört denklem modern elektromanyetik kuramın özünü oluşturur. Bu denklemler, kuantum ve relativite teorileriyle dalga mekaniğini gerektirmeyen olgular için bugün de geçerliğini sürdürmektedir. Başlangıçta, Maxwell'in getirdiği kuramsal açıklamalara karşı çıkıldığını biliyoruz. Bir kez, denklemlerine dayalı öndeyileri olgusal olarak henüz yoklanıp doğrulanmamıştı. Sonra kuramı, ışığa özgü yansıma ve kırılma olaylarını açıklamada yetersiz görülüyordu. Ne var ki, bu yetersizlikler çok geçmeden aşılır, elektromanyetik kuram açıklama gücü ve doğrulanan öndeyileriyle yerleşik bir teori, bir "paradigma" konumu kazanır.

Maxwell'in başarısı ne denli vurgulansa yeridir. Temelde kuramsal olan çalışması daha sonra yol açtığı uygulamalı gelişmelerle göz kamaştırıcı bir önem kazanır.
 

 

Maxwell bir idealistti. Platon’dan Descartes ve Spinoza’ya felsefe tarihinin en iyi okuyucularından biriydi. Bu tarihten Doğanın özdeğin mantıksal/ussal örgütlenişi olduğunu öğrendi. İnsan usunun kategorilerinin kendinde-evrenin de kategorileri olduğunu, Doğanın ancak ona usu ile yaklaşan fizikçiye yanıt verebileceğini kavramadı. Ve tüm kuramsal çalışmasında doğanın usunu, doğanın mantıksal yapısını, düzen ve uyumunu bulmaya çabaladı. Maxwell’in evreni ussaldır, yasaldır, uyumludur, anlamlıdır. Gözlem ve deneyim dediğimiz verilerin gerçekte kavramın belirlenimleri olduğunu kabul eden a prirori bilim yöntemi bilimin yalnızca arı kuram boyutuna indirgenmesi anl..... gelmez. Bu düşüncesiz görgücünün sanısıdır. Tam tersine, gerçek kuram o denli de özdeksel olgusallığın tam yüreğinden kavranışıdır, sözcüğün en tam anlamıyla en yararlı (ve aynı zamanda en zararlı) olabilendir, modern yaşamda teknoloji dediğimiz ve insanlığın gönenci için olduğu gibi sadistik erekler için de kullanılabilen tüm bilimsel uygulayımın olanağıdır. Arı fizik hiçbir ‘yararcılığı,’ hiçbir pragmatizmi göz önünde tutmaz. Tersine, usun eytişimsel özgürlüğüne yabancı tüm böyle kaygıları, düşünceyi özgür işleyişinde engelleyen tüm öznel dürtüleri dışlar. Ama böylelikle ‘yarar’ kavramının kendisinin tözü olan alanın gerçekliğini saptama şansını kazanır. Maxwell’in Edinburgh’ta İngiliz akademizminin mızmızlığından uzakta dinginlik içinde yaptığı çalışması optik, elektrik ve manyetik kuramları tek bir elektro-manyetik alan kavramında birleştirerek tümünün de aynı temel yasaların değişik belirişleri olduğunu gösterdi. Tüm bunları ve ayrıca radyo dalgalarını, radar, ve ısının yayılımı fenomenlerini benzersiz ve büyüleyici bir eşitlikler dizgesinde birleştirdi. Çok genç yaşta ölen Maxwell’in fizikte ileri sürdüğü kimi kuramlar ancak ölümünden uzun bir süre sonra tanıtlanabildiler. Örneğin ivmelendirilen yüklü bir parçacık tarafından üretilen ışımanın ışık ile aynı hızla yayılmasının deneysel doğrulamasını göremedi. Einstein’ın görelilik kuramında bile göreli kılınamayan bu olgu modern fiziğin bütününde en önemli buluşlardan biri olma değerini taşır.


Maxwell’in kavramları yirminci yüzyıl fiziğindeki ikinci büyük yeniliğe, nice kuramlara götüren mantıksal yolu da gösterdiler. Maxwell’in Faraday’a, görgül olanın ötesinde matematiğe ve en yalın kuramcılığa bile hoşgörüyle bakamayan bu harika ‘‘deneysel araştırmacı’’ya borcu, aralarındaki tüm benzemezliğe karşın, ölçüsüzdür. Matematikte aşağı yukarı hiçbir bilgisi olmayan ‘‘Faraday’ın incelemelerini okumayı sürdürürken,’’ der Maxwell, ‘‘onun fenomenleri kavrama yönteminin de matematiksel bir yöntem olduğunu algıladım, üstelik alışıldık matematiksel simgeler biçiminde anlatılmış olmasa da. ’’ Maxwell Faraday’ın deneyler yoluyla türettiği kavramsal yapıyı matematikselleştirdi. Ama matematikçi Maxwell’in çalışması gözlemci ve deneyci Faraday’ın kavramlarının matematiksel terimlere çevrilmesinin çok ötesine geçer. Aslında, Faraday’ın matematiğin ötesine giden deneysel kavramları ile karşıtlık içinde, Maxwell matematiksel kavramsallaştırmanın deneyselin ötesine geçebildiğini gösterir. Maxwell’in alan kuramı ile ilgili buluşları ilk kez Heinrich Hertz tarafından 1877’de, Maxwell’in ölümünden sekiz yıl sonra, deneysel olarak doğrulanır. Maxwell’in kendisi görgül araştırmaya hiç de ilgisiz değildi ve başka pek çok deneysel aygıt tasarının yanısıra, yüzyılın en büyük araştırma özeklerinden biri olan Cavendish laboratuarının tasarı ve yapımının sorumluluğunu da üstlendi.

 

Maxwell Elektro-Manyetik (EM) Teorisi Doğada, cisimlerin hareketine ek olarak bir takım elektriksel ve manyetik etkiler ile ışıkla ilgili optik olaylar da gözlenmektedir. İnsanlar, doğanın bu yönlerini de modelleyebilmek, matematiksel olarak anlamak istiyorlardı. Maxwell kendisinden önce, bu konularla ilgili çıkarılmış denklemleri birleştirmesiyle bilinir ve bu anlamda elektro-manyetiğin Newton’u olarak adlandırılır.


Maxwell denklemlerine göre, elektrik ve manyetik aslında birbiri cinsinden ifade edilebilen, birbirine dönüşebilen etkilerdir. Örneğin yağmurlu bir havada yüksek bir tepede bulunuyorsanız ve yanınızda bir pusula varsa, her şimşek çakışında (yük boşalması=elektriksel olay) pusulanın ibresinin saptığını (manyetik olay) gözlemleyebilirsiniz. Bu basit deney bize, aslında elektrik ve manyetiğin aynı şeyin iki farklı yönü olduğunu ispatlar. Maxwell aynı şekilde, ışığın da aslında bir elektro-manyetik dalga olduğunu denklemleriyle göstermişti. Böylece Maxwell sayesinde o dönemin üç fenomeni daha, elektrik, manyetik ve optik, açıklanabilir ve anlaşılabilir olmuştu. Tabiatın bütün sırlarına vakıftı artık insanlar ve işte bu özgüvenle artık fiziğin, yolun sonuna geldiğini düşünüyorlardı. Tabi ‘son’ dediklerinin aslında ‘başlangıç’ olduğunu, yeni kuantum bulgularıyla anlayacaklardı. EM Dalgalar Dalga, enerjiyi mekânda bir yerden bir yere taşıyan oluşum olarak tanımlanabilir. Örneğin ‘duyma’ dediğimiz hadiseyi ele alalım. Ses aslında, katı, sıvı veya gaz bir ortamın ani deformasyonu (bozulması) sonucu oluşan dalgalarla taşınan enerjidir. Hava içerisinde titreşen bir cisim (arının kanat çırpması mesela), etrafındaki havayı periyodik olarak sıkıştırıp genleştirecektir ve bu yolla oluşan dalga, cismin titreşim enerjisini hava içinde iletecektir. Ses dalgaları dediğimiz, işte bu iletimin mekanizmasıdır. Arının kanat çırpmasından ötürü açığa çıkan titreşim enerjisi hava yoluyla, ses dalgaları aracılığıyla kulağımıza kadar gelir, aynı şekilde kulak zarımızı titreştirmeye başlar, kulak zarımızın titreşimi sonucu sinirler elektriksel olarak uyarılır, bu uyartı beynimize iletilir ve biz de ses dediğimiz şeyi algılarız. Başka bir örnek; durgun bir su yüzeyine bir taş parçası atıldığında oluşan dalgalardır. İşte bu dalgalar da, üsttekine benzer şekilde su yüzeyinin deformasyonu sonucu oluşmuştur.



Taş, su yüzeyine çarptığında açığa çıkan enerjiyi su içinde taşırlar. Radyo, TV, cep telefonları, uydular aracılığıyla haberleşme elektro-manyetik (EM) dalgalar yoluyla olur. Bu dalgaların ses ve su dalgalarından farkı, iletimleri için bildiğimiz anlamda fiziksel bir ortama ihtiyaç duymamalarıdır. EM dalgalar, boş uzayda dahi ilerleyebilir. Tabi bu nokta spekülasyona açıktır, boş-vakum olarak bildiğimiz uzay gerçekten de boş mudur yoksa aslında şu an anlayamadığımız bir doluluk biçimine mi sahiptir, vs. Maxwell denklemleri boş uzay-vakum- için çözüldüğünde ( yük ve akım yerine sıfır koyarak), karşımıza bir dalga denklemi çıkar. Bu denklemdeki dalganın hızının, önceden ışık için deneyler yoluyla bulunan bilindik hızla (saniyede 300.000 km.) aynı olduğunun görülmesi, ışığın da aslında bir EM dalga olduğunu ispatlamıştır. Renkler olarak algıladığımız görünür ışık bölgesi, dalga boyu 400-700 nm (1 nm= metrenin milyarda biri) arasında olan EM dalgalardır. (Her bir renk de farklı bir dalga boyuna denk gelmektedir.) Böylece optik etkiler, ışığın dalga kuramıyla tutarlı şekilde açıklanmaya başlanmıştı. Işık, bir elektro-manyetik dalgaydı ve dalgalara has özellikler gösteriyordu. Bu dalga etkilerinden biri olan ‘girişim’e, sonraki kuantum bulgularını anlamamıza yardımcı olacağı için değinmemiz gerekmekte:

Işık Kuramının Tarihçesi

 

Fiber optiğin insanları neden bu kadar çok etkilediğini daha iyi anlamak için belki de önce ışık kuramının tarihçesine bakmak gerekir. Son 3000 yıl içinde ışık ile ilgili geliştirilen onlarca kuramdan önemli olan altısı şunlar: 1) Dokunma 2) Işıma 3) Parçacık 4) Dalga 5) Elektromanyetik 6) Kuantum Bilgi

 

 

İletişiminin tarihi oldukça eskiye dayanır. İlk çağlar da insanlar ateş yakarak iletmek istedikleri bilgiyi bir tepeden bir başka tepeye aktardılar. Işık kullanılarak yapılan bu ilk haberleşmede insanoğlu belki de hala en gelişmiş ışık detektörünü yani gözü kullandı. Işık üreten kaynak olarak ateş kullanılıyor ve bu ışık insan gözünce algılanarak bilgi bir noktadan başka bir noktaya aktarılıyordu. Bu ilkel haberleşme tekniğinde en büyük zorluk, haberleşme uzaklıklarının çok sınırlı olması ve aktarılan bilginin büyüklüğünün az olmasıydı. Daha sonra gelişen iletişim teknolojileri, çeşitli ortamlardan yararlanarak bilginin iletilmesini sağladılar. Genelde kullanılan, elektrik sinyalinin iletken kablolar aracılığı ile bir noktadan diğerine aktarılmasına dayalı teknolojilerdi. Ancak son elli yıl içinde, ilkçağlarda kullanılan yönteme geri dönüldü ve iletişimde ışık tekrar kullanılmaya başlandı. Son yıllardaki iletişim teknolojilerindeki sıçramanın tabanında fiber optik teknolojilerindeki gelişmeler olduğunu söylemek doğru olur.

 

Bundan sonra gelen iki kuram Sir Isaac Newton’un parçacık ve Christian Huygens’in dalga kuramları. Bunlar, birbirlerine tam ters olan kuramlar. Newton’a göre ışık, parçacık olarak düz bir doğru üzerinde yol alır. Diğer bir deyişle, ışık bir parçacıklar sistemidir ve kaynağından her yöne düz doğrular boyunca yol alırlar. Newton’un fizik yasası parçacıkların cisimlerden yansımasını açıklayabiliyor. Huygens’in dalga kuramıysa Newton’un kuramını kabul etmiyor. Ona göre, eğer ışık parçacıklardan oluşsaydı birbiriyle karşılaşan ışık demetleri kendilerini yok etmeliydi. Huygens, bunu açıklamak için karşılaşan iki su akıntısını örnek gösterdi. Gerçekten de ışık bu tür bir özellik göstermez ve ışık demetleri karşılaştıklarında, su örneğinde olduğu gibi bir olay ortaya çıkar. Huygens, ışığın bir dalga olduğunu öne sürdü. Ona göre ışık ve onunla ilgili olaylar tümüyle dalga kuramına oturtulmalıydı. Buna karşılık Newton da eğer ışık bir dalgaysa, hareketi boyunca rastladığı köşeleri de dönmesi gerektiğini ancak bunun olmadığını ileri sürerek dalga kuramını reddetti. Bu günün bilimiyse ışığın gerçekten köşeleri döndüğünü gösterebiliyor. Ancak dalga boyunun çok küçük olmasından dolayı bu olayın gözle görünmesi olası değil. Dalga kuramı, 1800’lü yıllarda kabul gördü. Parçacık kuramıysa 1800’lü yılların sonlarında tamamen terk edildi.

 

On dokuzuncu yüzyılın sonlarında, James Clerk Maxwell, elektrik, manyetizma ve ışığı bir kuramda birleştirdi. Bu kurama elektromanyetik teori dendi. Maxwell’e göre ışık bir elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalgaların özelliklerini gösterir. Maxwell, elektrik ve manyetik sabitlerden yararlanarak ışık hızını hesapladı. Gerçi bulduğu hız kabul edilebilir değer içinde; ancak Maxwell’in teorisi fotoelektrik etkisini açıklayamıyor. 1887 de Heinrich Hertz, metal üzerine gönderilen belli özellikteki ışığın, elektronları metal yüzeyinden kopardığını buldu. 1900’de Max Planck, ışık ile ilgili başka bir kuram geliştirdi. Buna göre ışık, içinde enerji olan küçük bir paket içinde iletilir ve madde tarafından emilir. Bu küçük pakete “quanta” adını verdi. Quanta içindeki enerji, ışığın frekansıyla doğru orantılı. Albert Einstein, Planck’ın kuramını tamamen kabul ederek ışığın quanta olarak iletilmesinin ve madde tarafından emilmesinin yanında, ışığın quanta olarak yol aldığını ileri sürdü. Einstein, quanta birimi olarak foton’u kabul etti. 1905’te Einstein kuantum kuramını kullanarak fotoelektrik olayını açıkladı. Kuantum kuramı, iki temel kuramın, parçacık ve dalga kuramlarının birleştirilmesiydi. Bu birleştirme zorunluydu; ışık bazen parçacık bazen de dalga özelliği gösterir. Işık, enerji nin bir biçimidir. Fotonlar, ancak bu fotonun hareket halinde olması durumunda var olurlar. Işığın boşluktaki hızı saniyede 3x108 metredir. Fiber optikle ışığın en yakın ilişkisi yansımadır. Newton yasaları ışığın nasıl yansıdığını açıklayabiliyorlar Newton kuramına göre, ışığın bir yüzeye gelme açısıyla yansıma açısı değişmez. Işığın çok önemli bir özelliğiyse kırılma. Kırılma, ışığın değişik ortamlarda yol almasında ortaya çıkıyor. Belli özellikteki bir ortamdan başka özellikteki ortama geçerken ışık kırılır. Işığın hızı, hareket ettiği ortama bağlı olarak bazen artar bazen de azalır. Örneğin, ışık havada camdan daha hızlı gider. Bir ortamdan diğeri. ne geçerken ışık hızının değişmesi onun kırılmasına neden olur. Fiber optik teknolojisi, son bir kaç yüzyıldır geliştirilen ışık kuramının bir sonucu. Gördük ki eski zamanda ateş sinyal aracı olarak kullanılmıştı. Bilim geliştikçe haberleşmede kullanılan sinyalleme şekil değiştirdi ve bu işlem çok daha karışık bir hale geldi. Işıkla ilgili bilim adamlarının çalışmaları çok eskiye dayanmakla birlikte, fiber teknolojilerindeki gelişme oldukça yeni. Fiber Kablolarla İletişim Yukarıdaki şekilde göründüğü gibi herhangi bir bilgi (ses, veri ya da görüntü) önce elektrik sinyaline dönüştürülür. Işık kaynağında bu sinyaller ışık sinyaline çevrilir. Burada önemli bir nokta fiberler hem sayısal hem de analog sinyali taşıyabilir. Birçok kimse fiberlerin sadece sayısal sinyalleri taşıdığını düşünebilir (ışık kaynağının açılıp kapanmasıyla). Sinyal bir kere ışık sinyaline çevrildikten sonra, fiber içinde detektöre gelinceye kadar yol alır. Burada ışık sinyali tekrar elektrik sinyaline dönüştürülür. Son olarak da elektrik sinyalinin şifresi çözülerek bilgiye (ses, veri veya görüntü) dönüştürülür.


Terahertz Dalgaları Daha Çok Kullanılacak


Terahertz Dalgaları Nedir?

Elektromanyetik spektrumun 0.1 ile 10 THz frekans aralığındaki ışımalara Terahertz dalgaları veya T-ışını (T-rays) denir. 1 THz = 1012 Hz dir. Bu frekans aralığı mikrodalga ile uzak kızıl ötesindeki aralığa karşılık gelir. THz dalgaları elektromanyetik spektrumun geniş bir alanını kaplamalarına rağmen çok fazla keşfedilmemiş bir bölgede bulunmaktadır. THz frekanslı ışıma yenilikçi algılama ve görüntüleme yetenekleri ile son yılların üzerinde en çok çalışılan araştırma konularından birisi olmuştur (Ref. 1).



Elektromanyetik Spektrumda T-ışınları

Terahertz ışıması, elektromanyetik spekturumun diğer bölümlerinde bulunmayan benzersiz özelliklere sahiptir. Terahertz ışıması su ve metal haricindeki hemen hemen her maddeye belirli bir derecede nüfus edebilir ve kimyasal, biyolojik moleküllerin büyük bir kısmının titreşim hareketine uyan frekans aralığındadır. T-ışınları plastik, karton, kumaş gibi çoğu malzemeden geçerek su ve su buharında soğrulup metallerden yansır. Bu sayede havaalanı güvenliğinde uygulama alanı bulabilmekle birlikte, THz dalgaboyları çoğu kimyasal ve biyolojik malzemeninde parmak izi spektrumunuda oluşturduğundan, tehlikeli maddelerin tanımlanmasında kullanılabilir. THz dalgaları çok hızlı kablosuz iletişimde, tıbbi görüntülemede, kara mayınlarının uzaktan algılanmasında yeni avantajlar sağlayacaktır. Bütün bunların yanında T-ışınları biyolojik dokuları iyonize etmeme özelliğinden dolayı X-ışınlarına göre zararsızdır. Canlılar üzerinde dozaj sınırı olmadan tıbbi görüntüleme veya başka amaçlarla kullanılabilir.


Havaalanlarındaki güvenlik çemberinden çanta, eşya veya giysiler X-ışını kameralarından geçerken, yolcular üzerininde metal bulunup bulunmadığını manyetik algılayıcılar tespit etmektedir. Dolayısıyla yolcuların taşıdıkları tüm metal nesneleri üzerlerinden çıkarıp, hatta ayakkabılarını, X-ışını cihazına koymaları gerekmektedir ki bu da havaalanlarında uzun kuyrukların oluşmasına neden olmaktadır. Biyolojik dokulara zarar vermeyen T-ışınları ile yolcuların eşyalarını bırakmadan taramadan geçirilmeleri mümkün olacaktır. Aynı zamanda T-ışını yansıma spektroskopisi kullanılarak kara mayınlarının 30 m kadar uzaktan tespitinide yapmanın mümkün olduğunu yapılan araştırmalar göstermiştir.


Bütün bu özelliklerine rağmen bu frekans aralığı küçük boyutlu kompakt, frekansı ayarlanabilir, koherent, sürekli ışıma yapan T-ışınları üreten kaynaklardan yoksundur. THz dalgaları genişbant dalgalar veya dar-bant sürekli dalga olarak çeşitli yöntemlerle üretilebilmektedir. Serbest elektron lazerleri atmalı veya sürekli T-ışınları üretimi için uygun olmasına rağmen çok büyük ve pahalı olmaları laboratuvar dışında kullanımını engellemektedir. Gerikalmış dalga titreştiricilerde (Backward Wave Oscillator) belli frekans aralığında ayarlanabilmekte ve büyük hacim kaplamaktadırlar. Kuantum kademeli lazerlerde (Quantum Cascade Lazer) frekans 2.1 THz'in altına henüz inilememiştir. Genellikle çok pahalı femtosaniye atma üreten lazerlerle atmalı THz dalga üretilebilmekte ve laboratuvar dışında uygulama bulması konusunda araştırmalar devam etmektedir.



Yüksek Sıcaklık Süperiletkenlerinin Terahertz Işıması

Terahertz dalga boylarında ihtiyaç duyulan küçük boyutlu, yüksek güçlü, frekansı ayarlanabilir, koherent, sürekli ışıma yapan bir kaynağa İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü ile Argonne Ulusal Laboratuvarının çözüm önerisi katmanlı süperiletkenlerdir. Tek kristal Bi2Sr2CaCu2O8 (Bi2212) yüksek sıcaklık süperiletkeni c-ekseni boyunca sıralanmış üstüniletken CuO2 katmanları ile yalıtkan Bi-O ve Sr-O katmanlarından oluşur. Bu doğal katmanlı yapı, c-ekseni boyunca tünel eklemler oluşturur ve özgün Josephson eklemleri olarak isimlendirilir. AC Josephson olayı kullanılarak bu tünel eklem dizilerinin terahertz dalga boyunda ışıması uzun yıllardır teorik olarak araştırılmış ama koherent ve şiddetli bir ışıma elde edilememiştir. On yılı aşkın süredir elektron ve cooper çifti tünellemeleri üzerine çalışmamız (Ref. 3) ve tünel eklemlerdeki ısınma olaylarındaki bilgi birikimimiz (Ref. 4) neticesinde yeni bir tasarım yapılarak terahertz ışıma gözlenmesi planlanmıştır. Lazer kavitesine benzeşim yapıldığında, süperiletken dikdörtgen prizması şeklindeki örnek içinde, elektromanyetik kavite rezonansının uyarılması bir makroskopik kuantum durumu oluşturur ki, çok sayıdaki tünel eklem senkronize olarak aynı fazda THz frekansında titreşmeye başlar. Bu prensip doğrultusunda Bi2212 tek kristalleri üzerine fotolitografi ve iyon demeti aşındırma yöntemleri ile çeşitli boyutlarda mesa yapılar şeklinde hazırlanarak, düşük sıcaklıklarda akım-gerilim ve bolometreden gerilime bağlı olarak terahertz ışımaları incelenmiştir.


THz ışıma yapan ilk örnek, 6x6 mm2 safir üzerinde 1x1 mm süperiletken kristal.


Dikdörtgenler prizması şeklinde hazırlanmış özgün Josephson eklemlerinden 0.85 THz’e kadar sürekli, koherent ve polarize ışıma ilk defa elde edilmiş ve bolometre ve spektrometre ile dedekte edilmiştir. Işıma gücünün Josephson eklemlerinin sayısının karesi ile arttığı ve 0.5 mikrowatt’a kadar ulaştığı bulunmuştur. Mesa boyutlarına bağlı olarak ışımanın frekansının değiştirilebildiği ve 50 K’e kadar sıcaklıklarda ışıma yaptığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar üstüniletken kompakt THz kaynaklarının geliştirilmesine ve bu frekans aralığının daha etkin kullanılmasına öncülük edecektir (Ref. 5). Doç. Dr. Lütfi Özyüzer yürütücülüğünde İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümünde gerçekleştirilen, TÜBİTAK tarafından da desteklenen Süperiletkenlerden T-ışını eldesi projesi, ABD de Argonne Ulusal Laboratuvarında Cihan Kurter, Ulrich Welp, Ken Gray ve Alex Koshelev, Japonyada Kazuo Kadowaki gruplarının ortak projesidir. Terahertz ışınımın ucuz ve küçük bir aygıttan üretimi, bilinen uygulama alanlarının yanında bilinmeyen uygulama alanlarınıda ortaya çıkarıp, çok farklı disiplinlerde çığır açacaktır. 23 Kasım 2007 de Science'da yayınlanan çalışma, süperiletkenler kullanarak daha da güçlü T-ışınımı eldesine olanak sağlayacak çalışmaların ilk adımıdır. Kim istemezki kara mayınları havadan helikopterle tespit edilmesin?
 

Işınım oluşumu....

EM wave in Real life

I have read many articles about EM wave to find what I'm searching for and nothing still. I have seen many pictures, animations and videos about EM wave, and about oscillating charge, but still nothing. What I am really curious about is why there is no animation or picture about electric and magnetic field together ftom the point of an oscillating charge, but there is only electric field shown. e.g.

 

It tells me that is something like this  and that these circles are magnetic field of moving charge, but they are actually showing crest or trough of an electric field, i.e. electric wave, right?

So another question follows, is electromagnetic wave really how it looks like in many pictures and animations? e.g.

ELEKTROMANYETİK DALGALAR


İlk önce radyo dalgaları ile tanıştık, daha sonra televizyon dalgaları geldi. Ardından mikrodalga fırınlar , cep telefonu, baz istasyonları, bluetooth derken EM dalgalar farklı dalga boylarında hayatımızın içine doluştu. Fakat biz hep EM dalgalarla iç içeydik. Gözlerimizin aldığı ışığın sadece dalga boyu farklı, ama o da diğerleri gibi elektromanyetik dalga. O zaman nedir bu EM , nasıl oluşur ve insan sağlığına bir zarar verir mi?

Işığın elektromanyetik dalga olduğunu öğrenmek için 19. yüzyılın ikinci yarısını, James Clerk Maxwell’i beklememiz gerekecekti. Maxwell klasik elektromanyetik kuramı formüle ederek o zamana kadar birbiriyle ilgisiz görünen elektrik, manyetizma ve optik gibi dalları bir araya getirdi. Daha önce Gauss, Faraday ve Ampère tarafından formüle edilmiş birbirinden bağımsız gibi görünen denklemlerin, Ampère yasasındaki ufak bir düzeltmeden sonra bir araya geldiklerinde bütün elektromanyetik olguları açıklayabileceğini ilk kez Maxwell gördü ve formüle etti. Şu an Maxwell denklemleri olarak adlandırılan bu formüller ışığın, elektriğin ve manyetik alanların aslında sadece madalyonun farklı yüzleri olduğunu gösteriyor. Bu formüller aynı zamanda elektrik yüklerin ve akımların, elektrik ve manyetik alanlara nasıl kaynaklık ettiğini ve zamanla değişen elektrik ve manyetik alanların nasıl bir diğerini oluşturduğunu açıklıyor. Bu formüllerin sonucu olarak, elektrik ve manyetik alanların dalga formunda, boşlukta ışık hızı sabitiyle yayıldığı da Maxwell tarafından gösterilmiş oldu. Elektromanyetik kuramı tek bir çatı altında birleştiren bu çalışma, Maxwell’i Newton ve Einstein’ın ardından tarihin en büyük fizikçileri arasına yerleştiriyordu.


Elektromanyetik kuvvet evrende var olduğunu bildiğimiz dört temel kuvvetten biri. Kütle çekim kuvveti temel kuvvetlerin ikincisi. Sadece atom altı düzeyde etkin olan güçlü kuvvet ve zayıf kuvvet temel kuvvetlerin son ikisi. Çevremizdeki diğer tüm kuvvetler, örneğin sürtünme, bu temel kuvvetlerle açıklanır. Moleküler ölçeğin üzerindeki tüm olaylarsa genelde sadece elektromanyetik kuvvetle açıklanır, çünkü kütle çekim kuvveti elektromanyetik kuvvetten çok çok daha küçüktür. Günlük hayatımızdaki olayların fiziğini anlamamıza yardımcı olan elektromanyetik kuramıyla Maxwell, 20.yüzyıl fiziğini en çok etkileyen 19. yüzyıl fizikçisidir.


Elektromanyetik dalgalar (ışıma) yüklü parçacıkların hareketi sonucu meydana gelir. Sabit duran yüklü bir parçacık sadece elektrik alan oluşturur. Hareket eden yüklü parçacıklarsa bir elektrik alan ve bir manyetik alan meydana getirir. Bu alanların birbirlerine oranı sabittir ve birbirlerine dik bir şekilde uzayda salınarak yol alırlar. Elektromanyetik dalgalar diğer dalgaların tersine, bir ortama ihtiyaç duymadan yayılabilir. Bu dalgaların frekansı ve dalga boyu birbiriyle ilişkilidir, örneğin frekans artarken dalga boyu azalır. Eğer “buradaki fizik beni aşıyor, dalga boyu ve frekans da ne, biri artarken öbürü niye azalsın?” diyorsanız, derin bir nefes alın ve kendinizi okyanustaki bir tropikal adanın sahilinde hayal edin. Şimdi dikkatinizi okyanusa verin. İki dalga tepesinin arasındaki uzaklık her zaman aynıdır. Fizikçiler bu uzaklığa dalga boyu demeyi uygun görmüş. Bir dalganın frekansı ise, basitçe bir saniyede önünüzden geçen dalgaların sayısıdır. Bu tropikal adada dalgaları sayacak kadar sıkıldıysanız, gelin bir saniyede önünüzden geçen dalgaları sayalım. Eğer dalgalar arasındaki mesafe artarsa (dalgaların hızı sabit kalmak koşuluyla), önümüzden geçen dalga sayısı yani frekans azalacaktır. Tabii ki bunun tersi de doğrudur, dalga boyu azalırsa da frekans artacaktır.Şimdi tropikal dalgalardan elektromanyetik dalgalara geri dönersek, dalgaları genelde frekanstan veya dalga boyundan birine bakarak ayırırız. Radyo dalgası ile gördüğümüz ışık arasında özdeki tek fiziksel fark, dalga boyu veya frekanstır. Görünür ışığın rengi de yine dalga boyuna (veya frekansına) bağlıdır. Örneğin gördüğümüz ışığın dalga boyu ortalama 1 mm’ nin binde birinin yarısı kadardır.Radyo dalgalarının büyüklüğü 1 mm’den başlayıp onlarca metreyi bulabilir. X-ışınlarının dalga boyu ise 1 mm’nin milyonda biri kadardır. Artan frekans ve azalan dalga boyuna göre elektromanyetik dalgaların başlıcaları şunlardır: Radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi dalgalar, görünür ışık, morötesi dalgalar, X-ışınları ve gama ışınları.


Elektromanyetik dalgaların biyolojik ve kimyasal sistemler veya herhangi bir malzeme üzerindeki etkisi, dalgayı oluşturan alanların şiddetine ve frekansına bağlıdır. Mikrodalga fırınların, radyo ve TV haberleşmesine ek olarak cep telefonlarının ve baz istasyonları arasında kullanılan düşük frekanslı dalgaların yapabileceği hasar, sadece bu dalgaların söz konusu malzeme üzerinde oluşturacağı ısınma etkisine bağlıdır. O yüzden düşük frekanslı dalgaların verebileceği hasar sadece maruz kalınan elektromanyetik dalgaların şiddetine ve maruz kalınan süreye bağlıdır. Satın aldığımız cep telefonları ve benzeri elektronik araçlar için sağlık örgütlerince belirlenmiş limitler vardır ve ticari ürünler o limitlerin altında olmak zorundadır.


X-ışınları ve gama ışınları gibi yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar içinse durum biraz daha farklı. Bu dalgalar hücrelerle etkileştiklerinde dokularda ve genetik malzemede değişiklik yapabilir. Bu değişikliklere yol açacak kadar yüksek frekanslı ışımalara iyonlaştırıcı ışıma adı verilir. Örneğin bir tek gama ışını fotonu, etkileştiği bir DNA molekülünde bozunma meydana getirebilir.


Elektromanyetik dalgalar hayatımızın ayrılmaz bir parçası, artık hep onlarla yaşıyoruz. Yeryüzündeki hayatın kaynağı Güneş, ihtiyacımız olan enerjiyi elektromanyetik dalgalar halinde gönderiyor. Vücudumuz D vitamini sentezi için düzenli olarak belli dalga boyundaki elektromanyetik ışımaya, yani ışığa muhtaç. Umarız bu yazıyı okumak için ihtiyaç duyduğunuz elektromanyetik dalgaları, bu yazı sayesinde biraz daha tanımış olursunuz.
 

EM dalgalar hakkında başka bir makale..

 Elektromanyetik dalgalar teorisi, James Clark Maxwell’ in doğanın dört temel elektriksel etkileşim denklemini bir araya toplaması ile oluşturuldu. Teorik olarak yaptığı hesaplamalar ile elektromanyetik ışınımın hızının bir c1 sabitine eşit olduğunu buldu. Daha sonra Heinrich Hertz’in elektromanyetik dalgaları üretmek ve saptamak için yaptığı deneyler Maxwell’ in teorik çalışmalarını doğrular nitelikteydi. Elektromanyetik dalgalar böylece uygulamalı olarakta kanıtlanmış oldu.

Elektromanyetik dalgalar birbirine dik elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. İlerleme doğrultusu ise bu iki bileşene de dik bir yöndedir. Örneğin; düzlem bir elektromanyetik dalgada elektrik alan +x yönünde, manyetik alan +y ekseni üzerinde salınım yapıyorsa, dalganın ilerleme yönü bu iki eksene dik olan +z ekseni yönünde olacaktır. Elektromanyetik dalgaların, Maxwell’ in denklemlerinden yararlanarak elektrik alanın manyetik alanı, manyetik alanında elektrik alanı doğurması ile bir döngü şeklinde ilerlediğini söyleyebiliriz.

Deneysel olarak tarihçe Hertz’ in radyo dalgalarını bulması ile başladı. Nikola Tesla, bu radyo dalgalarını mors alfabesi ile harmanlayarak telsizi icat etti. 1923 yılında John Logie Baird ilk televizyonu icat etti, 1937’ de yine Tesla’ nın öngörüleriyle Manyetik Rezonans Görüntüleme(MR) icat edildi. Daha sonra ise günlük hayatta kimi insanın olmazsa olmaz olarak gördüğü cep telefonu 1973 yılında Martin Cooper tarafından icat edildi.

Elektromanyetik dalgaların kullanım alanlarından önce elektromanyetik spektrumdan biraz bahsedelim. Bu spektrum bize ışınımların sahip olduğu özellikler hakkında bilgi verir. Bir ışınımın dalga boyu arttıkça ters orantıdan ötürü frekansı azalır, frekansın azalması ise enerjinin azalmasına neden olur. Görünür bölge dediğimiz gözümüzün algılayabildiği ışınımların dalga boyu 400 ile 700 nanometre arasındadır 2. Dalgaboyu en yüksek olan ışınım kırmızı renkte, en düşük olan ise mor renktedir. Dalgaboyu-frekans eşitliğini tekrar hatırlarsak en enerjili ışınım mor renktedir diyebiliriz. Gözümüzün en rahat algıladığı renk ise sarı renktir.

Görünür bölge renklerini, beyaz ışığı bir prizma yardımıyla kırılmaya uğratarak gözlemleyebiliriz. Kırmızı renk, görünür bölgedeki dalga boyu en yüksek renk olduğundan mor renge göre daha az kırılmaya uğrayacaktır. Aynı şekilde yağmur yağdığı zaman beyaz ışığın yağmur damlacıklarında kırılmaya uğraması ile gökkuşağı oluşturduğunu da söyleyebiliriz.

 

Elektromanyetik İndükleme

Günlük hayatta kullandığımız elektrik akımının nasıl üretildiğini hiç merak etmiyor musunuz? Elektrik akımının manyetik alan ürettiğini biliyoruz. Bu bölümde de manyetik alan değişiminin bir elektrik akımı ürettiğini göreceğiz.

Bilindiği gibi durgun yükler elektrik alan oluşturur . Yük hareket ederse akımı, akımda manyetik alanı oluşturur. Bir yüzeyden geçen manyetik alanın çizgi sayısına akı denir. Akı değişimi elektrik akımını oluşturur. Bizim için olmazsa olmazların başında gelen elektrik akımı işte bu akı değişimi ile elde edilir.

Fizikteki temel bağıntılarından biri Faraday yasasıdır. Faraday ve arkadaşları; manyetik alanın, alan içine konan bir iletkende elektrik akımının doğması­na neden olup olamayacağını araştırmışlar ve elektromanyetik indüksiyon olayını açıklamışlardır.

Faraday yasasına göre, indüksiyon elektromotor kuvveti (emk) farklı iki yol­la oluşturulabilmektedir;

1. Kapalı bir devreden geçen manyetik akının değişmesiyle,

2. İletken bir çubuğun manyetik alanda hareket etmesiyle.

Bu işlemler günümüzde elektrik santrallerinde ve transformatörlerde kullanılmaktadır. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerden oluşan bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üre­ten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duy­duğumuz elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndü­recek büyük güç santrallerine ihtiyaç duyarız. Fosil yakıtlar, nükleer yakıt­lar ve barajlarda biriktirilen su, rüzgar, güneş ve jeotermal enerji bu güç santrallerinin enerji kaynağı olabilir. Kısacası indükleme ile saydığımız bu enerji kaynaklarından birisi elektrik enerjisine dönüştürülür.

Üretilen enerjinin uzak mesafelere iletilmesi ilk zamanlar ciddi bir problem oluşturmaktaydı. George W estinghouse, transformatör diye adlandırılan bir alet geliştirdi. Transformatör, üretilen elektriğin gerilimini artırıp akım değerini azaltarak, uzun mesafeler iletken teller üzerinden verimli bir şekilde iletilmesi­ni sağlar. Böylece elektriğin üretildiği santrallerden çok uzaklardaki ev ve iş­yerlerinde kullanılması mümkün olur. Transformatörlerin de çalışmasında elektromanyetik indükleme vardır. Elektriğin hayatımızdaki önemini düşündü­ğümüzde bu konunun ne kadar önemli olduğu anlaşılır. Faraday ve Lenz ya­salarına göre, indüksiyon e.m.k. ları sadece bobinlerde değil manyetik alanda hareket eden herhangi bir sistem içinde de oluşabilir. Bu akımlara Girdap ve­ya Foucault akımları denilmektedir. Bu oluşan akımlar, ısı kaybına sebep olur. Girdap akımlarından, elektrikli vasıtaların frenlerinde ve küçük çaplı demir çe­lik işletmelerindeki indüksiyon fırınlarında faydalanılmaktadır.

 

Mikrodalga

Mikrodalga, 1 metre ile 1 milimetre arasında değişen dalga boyları ile bir elektromanyetik radyasyon biçimidir. 300 MHz (100 cm) ve 300 GHz (0,1 cm) arasındaki frekansları kapsar. Mikrodalgalar elektromanyetik dalga olarak yayılırlar, radarlarda, mikrodalga fırınlarında, cep telefonlarında, kablosuz İnternet erişiminde, bluetooth kulaklıklarında, mağaza güvenlik sistemlerinde mikrodalga frekansları kullanılır. "Mikrodalga" sözü elektromanyetik dalga boyunun 1 metreden kısa olduğu frekansları tanımlar. Dalga boyunun 1 cm'den kısa olduğu frekanslara (30-300 GHz aralığı) "milimetrik" dalga ismi de verilir. Dalga boyunun 1 mm'den kısa olduğu frekanslara (300-3.000 GHz) "submilimetrik" dalga ismi verilir.

Mikrodalgalar da iletken üzerinde ivmelendirilen yükler tarafından meydana getirilirler. Radyo dalgalarının en kısa dalga boyuna sahip olanlarıdır. Bugün yaygın olarak mikrodalga fırınları kullanılmaktadır.

 

 

Morötesi

Morötesi ya da ultraviyole (kısaca UV) ışınım, dalga boyu 100 ile 400 nm arasındaki ışınıma denir. Gözümüz, 400 ile 700 nm dalga boyları arasına duyarlıdır ve bunun dışındaki ışınımı algılayamaz. Görebildiğimiz en küçük dalga boylu ışınımı mor olarak algıladığımızdan, bundan daha küçük dalgaboyuna sahip olan ışınıma "morötesi ışınım" adı verilir.

Ultraviyole (UV) Işınlarının Sınıflandırılması

Bilim adamları UV ışınlarını; aynı karakteristiklere sahip olmadıkları ve canlılar üzerindeki etkilerinin farklı olması sebebiyle UV-A, UV-B ve UV-C olmak üzere üç kategoriye ayırmışlardır. UV-A:En yaygın ışınlardır UV ışınlarının %95 ile en yaygın olanıdır. Ozon tabakası bu ışınların geçmesine izin verir. UV-B:Oldukça tehlikelidir. Bu ışınların büyük bir kısmı, ozon tabakası tarafından engellenir. UV ışınlarının %5'ini oluşturur. UV-C:Sağlık için en tehlikeli ışınlardır. Ozon tabakası bu ışınların bizlere ulaşmasını önler.

Işıkta olduğu gibi, mor ve ötesi ışımada da, dalga boyu nanometre (nm) olarak tanımlanır. Metrenin milyarda biridir.

 


ELEKTROMANYETİK RADYASYON VE ZARARLARI
Elektromanyetik Radyasyon Nedir?

Elektromanyetik radyasyonun oluşmasına sebep olan yeni teknolojik ürünleri günlük yaşamımızda yoğun olarak kullanmaktayız. Sağlık alanında, güvenlik sistemlerinde ve yaşamımızı kolaylaştırıp konfor sağlamaları için elektromanyetik dalga yayan ürünlere bağlı duruma geldik.


Yüksek Gerilim Hatları, TV ve bilgisayarlar, FM ve TV vericileri, mikrodalga fırınlar, mobil telefonlar, mobil telefon baz istasyonları ,kablosuz telefonlar, uydu antenleri ve verici antenler, radar antenleri, bluetooth, kablosuz internet, kablosuz ses ve görüntü sistemleri vb.). Fakat, hayat standartımızı yükseltirken, elektromanyetik radyasyonun canlı organizmayı etkilemesi gibi bir faturayı da ödemekteyiz. Elektromanyetik enerjinin kullanımı hızla artarken bizler de her geçen gün daha fazla Elektro-manyetik radyasyona maruz kalıyoruz, yani Elektromanyetik kirlilik artıyor.


Radyasyon (ışıma) nedir?

Radyasyon (ışıma) genel anlamda enerjinin uzayda dalgalar ya da tanecikler (fotonlar) halinde yayılmasıdır. Isı, ışık ve radyo dalgaları günlük yaşamdan bildiğimiz ışıma yoluyla yayılma örnekleridir. Evlerde ısınma amacıyla kullanılan radyatörler de isimlerini ısı yayıcı anlamına gelmek üzere aynı kökten alırlar.

İyonlaştırıcı radyasyon nedir? İyonlaştırıcı olmayan radyasyon nedir?

İyonlaşma, atomlardan ve moleküllerden elektron koparılmasıdır . Enerji yüklü
fotonlardan oluşan elektromanyetik dalgalar, çarptıkları cisimlerden elektron kopararak
iyonlaşmalarına yol açabilirler. Yüksek frekanslı ve dolayısıyla yüksek enerjili olan xışınları
ve gama ışınları iyonlaştırıcı radyasyonlardır. Daha düşük frekanslı, bir başka
deyişle düşük enerjili elektromanyetik dalgalar RF gibi ise iyonlaştırıcı olmayan
radyasyon olarak adlandırılırlar. Mobil iletişim sistemlerinin neden oldukları ışınım,
iyonlaştırıcı olmayan radyasyon bölgesi içinde yer almaktadır.

Bir noktadaki elektromanyetik enerji miktarı nelere bağlıdır?

Bir noktadaki elektromanyetik enerji miktarı, kaynağından olan uzaklığa, kaynağın etkin çıkış gücüne ve yayılım ortamına bağlıdır.

Elektromanyetik dalgalar binaların içine girebilir mi? Binaların herhangi bir zayıflatıcı etkisi var mıdır?

Elektromanyetik dalgalar binaların içine girebilirler. Bütün cisimler elektriksel iletkenliklerine bağlı olarak elektromanyetik dalgaları yansıtma ya da geçirme özelliğine sahiptir. Elektromanyetik dalgalar, bina duvarından geçerken havada yayılmalarına göre enerjilerinin daha büyük bir kısmını kaybederek zayıflarlar.

Günlük yaşamımızda kullandığımız cihazlar elektromanyetik enerji yayar mı?

Elektrikle çalışan bütün cihazlar elektromanyetik enerji yayar. Günlük yaşamda sıkça kullanılan bazı ev aletlerinin ortamda neden oldukları elekrik alan şiddetleri Tablo 1’te örnek olarak verilmiştir.

Çalışma gerilimi = 110 V , çalışma frekansı = 60 Hz, uzaklık = 30 cm [6]

 


Tablo 1. Bazı ev aletlerinin neden oldukları elektrik alan şiddetleri

ELEKTROMANYETİK ALAN NEDİR ?

Elektrik ve elektromanyetik alanlar doğada kendiliğinden ortaya çıkmaktadır. Doğal elektromanyetik alan, yer küre etrafında kuzey-güney doğrultusunda mevcut olup kuslar ve balıkların yön bulmalarına yardımcı olan ancak gözle görülemeyen dalgalardan olusmaktadır. Doğal elektrik alan ise atmosferde meydana gelen yıldırım, simsek olusumları ile lokal olarak ortaya çıkmaktadır. Doğal elektrik ve elektromanyetik alanların yanı sıra insan yapımı kaynaklardan yayılan elektrik ve elektromanyetik alanlar günlük hayatımızda tüm çevremizi kaplamıs bulunmaktadır. İnsan yapısı kaynaklar arasında X ısınlarının kaynağı olan röntgen cihazları, düsük frekanslı elektromanyetik dalga kaynağı olan elektrik soketleri, yüksek frekanslı radyo dalgaları yayan TV anteni, radyo istasyonu veya mobil telefon istasyonları gibi veri iletim hatları yer almaktadır.

Bir iletken üzerinden geçen akım siddeti ve gerilim seviyesine bağlı olarak, bu iletkenin bulunduğu ortama elektrik alan ve manyetik alan yayılmaktadır. Ev ve isyerlerinde yasamı kolaylastırıcı olarak kullanılan elektrikli cihazların tümü birer elektromanyetik (EM) alan kaynağıdır. Elektromanyetik alanlar hassas elektronik cihazlar üzerinde etki yaparak bu cihazların doğru çalısmasını engellemekte, parazit olusturup göstergeleri bozarak hatalı değer okunmasına neden olabilmektedir Bu olumsuz etkileri önlemek için
elektrik ve manyetik alan ekranlama veya kalkanlama isleminin yapılması gerekmektedir.

Elektrik Alan ve Elektro Manyetik Alan

Elektrik enerjisi çağımızın en önemli enerji kaynaklarından birisini olusturmaktadır. Teknolojik gelismeler ve ekonomik kalkınmıslık düzeyine bağlı olarak, elektrikli araç ve gereçlerden yararlanma da her gün biraz daha artmaktadır. Bu ihtiyaçların karsılanması amacı ile yasam alanlarındaki elektrik ve elektromanyetik alan yoğunlukları da artmaktadır. Elektrik alan ortamdaki voltaj farklılıklarının sonucunda ortaya çıkmakta ve voltaj yüksekliğine bağlı olarak artmaktadır. Manyetik alan ise ortamdaki elektrik akımının varlığına bağlı olarak ortaya çıkmakta ve akım değerine bağlı olarak artmaktadır. Ortamda elektrik akımı olmaksızın voltaj varlığı elektrik alan olusumu için yeterli olup akımın varlığı ile elektrik alanın büyüklüğü değismezken ortamdaki manyetik alanın büyüklüğü güç harcamasına bağlı olarak artmaktadır. Tablo2 ’de elektrik alan ile elektromanyetik alan özellikleri karsılastırmalı olarak verilmektedir.


Tablo 2. Elektrik alan ile elektromanyetik alan özellikleri karsılastırması

Elektromanyetik dalgalar dalganın; dalga boyu, frekansı ve hızı ile tanımlanır. Dalga boslukta ve madde içinde yayılabilen ritmik bir olaydır. Bir iple yaratılan dalga, bir tepe ve bir vadiye sahiptir. (Sekil 1). Her dalga belli bir dalga boyuna sahiptir. Bir tepeden bir tepeye veya bir vadiden bir vadiye olan toplam mesafeye bir dalga boyu adı verilir.


Sekil 1. Dalga yapısı ve özellikleri

Genlik, bir dalganın normal konumundan yükselme ve alçalma mesafesidir. Uzanımın en büyük ve en küçük olduğu konumlar diye de tarif edilebilir. Genlik, dalgayı ortaya çıkaran enerjinin miktarına bağlıdır. Dalganın enerjisi arttığında genliği de artmaktadır. Tüm dalgalar belli bir frekansa sahiptir. Frekans, bir saniyede belli bir noktadan geçen dalgaların sayısı olarak tanımlanır. Maddenin ileri geri hareketine titresim hareketi denir. Bir titresimin frekansı, hertz birimi ile ölçülür. Bir hertz (Hz), bir dalganın her saniyede bir devir veya bir titresim yapmasıdır. Bir dalganın frekansı ve dalga boyu arasında bir iliski vardır. Bir dalganın boyu arttığında frekansı azalmaktadır. Uzun dalgalar düsük frekansa, kısa dalgalar ise yüksek frekansa sahiptir.

Elektromanyetik Spektrum

Elektromanyetik spektrum gama ısınlarından radyo dalgalarına kadar bilinen tüm elektromanyetik dalgaları içeren dizilimdir. Sekil 2’de görüldüğü gibi elektro manyetik spektrum içinde dalga boyları 1010 ile (elektrik dalgaları) 10-16 metre (kozmik ısınlar) arasında değismektedir. Bundan dolayı, çok düsük elektromanyetik dalga frekansları ile çok yüksek kozmik ısınların frekansları arasında frekanslar değisme gösterirler. En yüksek frekanslı dalgalar, en büyük enerjiye sahiptirler.


Sekil 2. Elektromanyetik spektrum

Spektrum üzerinde yer alan ısınlara ait genel tanımlar asağıda verilmektedir. Gamma ısınları: 0,01 nanometreden daha küçük dalga boylu ısınlar olup bir atom çekirdeğinin çapından daha küçük dalga boylu dalgalar içerirler. Elektromanyetik spektrum içinde en yüksek enerjili ve frekanslı bölgede yer alırlar. X ısınları: 0.01 ile 10 nanometre arasında dalga boyuna sahip ısınlardır (bir atomun boyu kadar).Morötesi (UV) radyasyon: 10 ile 310 nanometre arasında dalga boyuna sahip ısınlardır (yaklasık olarak bir virüs boyutunda). A, B ve C olmak üzere üç kısımda incelenirler. Kısa dalga boylu morötesi ısınlar zararlı olabilirler. Görünür ısık: 400 ile 700 nanometre dalga boyları arasındaki ısınları kapsar (bir molekül ile tek hücreli arası boydadırlar). Isık olarak tanımlanmakta olan elektromanyetik spektrumun bu küçük bölümü insan gözü ile görülebilir. Bu bölümde mor ile baslayan ve kırmızıyla biten renkler vardır. Kızılötesi (IR) radyasyon: 710 nanometreden 1 milimetre arası dalga boylarına sahip ısınları kapsar (iğne ucu ile küçük bir tohum kadar boyları vardır). Mikrodalga radyasyonu: 1 mm ile 1 metre arası dalga boylarına sahip ısınları kapsar. Radarlarda kullanılan çok kısa dalga boyuna sahip radyo dalgalarıdır. Aynı zamanda mikrodalga fırınlarda ve kablo gerektirmeyen uzak mesafe iletisimlerde kullanılır. Radyo dalgaları: 1 milimetreden uzun dalgalardır. En uzun dalga boyuna sahip olduklarından en düsük enerjiye ve sıcaklığa da sahipler. Radyo dalgaları her yerde bulunabilir: Bu dalgaların kaynakları elektrik titresimleridir. Telefon, televizyon ve radyoda bağlantı kablosu gerektirmeden kullanımı sağlar.

 

 

Sürekli kullanılan bazı cihazlardan yayılan Elektrik ve Manyetik Alan değerleri




SAR Değeri Nedir?
Günlük hayatımızda kullandığımız; radyo, TV, telsizler, GSM sistemleri, radarlar, mikrodalga fırınları vb. elektromanyetik radyasyonun canlı doku ile etkileşimi birimidir. Kısaca dokularda soğurulan ve ısıya dönüşen güçle ilgilidir.

Bu değeri aslına bakarsanız tüm cep telefonları kullanıcılarının en az 1 kez duymaları gerekmektedir. Ama büyük ihtimalle büyük çoğunluğumuz ilk kez duyuyorda olabilir. Aslına bakarsanız, ilginç olanı sağlığımız için önemli olan bu değer nedense ülkemizde satış yaparken ürün özellikleri kısmında yer almaması. Bunun 2 nedenini net olarak söyleyebiliriz: Birincisi bilinçsiziz, ikinci bu değerler bizden saklanıyor. Birincisinde hem fikirsek ikincisi için biraz bilgi sunayım. Dünya Sağlık Örgütü’ nün cep telefonları için belirlediği bir değer var uygulamada olan "Elektromanyetik Alanlar Projes" nde yer alan max. değer 0.1 W/kg SAR olarak belirlenmiştir. Buna rağmen ülkemizde satılan telefonlarda bu değerler 1.11 w/kg SAR' a kadar yükselmektedir.

 

 Elektromanyetik dalgalar elektromanyetik güç taşırlar. Elektromayetik dalgaların taşıdığı bu güç yine maxwell’in elektromanyetik dalgaları tanımlayan denklemleri ile ifade edilir.  Buna göre gerekli vektör operasyonları yapıldığında karşımıza şu sonuç çıkıyor;

  Elektromanyetik güç; elektrik ve manyetik alanların curl ünün alan integraline eşittir. Eşitliğin sağ tarafındaki ilk ifade elektrik ve manyetik alanların depoladığı enerjiyi ikici ifade ise ohmic power density olarak bilinir ve elektromanyetik dalganın ortamda ilerlerken kaybettiği enerjiyi ifade eder.   

   Poyinting vektör birim alana düşen güç akısını temsil eder ve yukarıda da gördüğünüz gibi formülü şudur;

 

 

Elektromanyetik Dalgalar-2

 

 

Sufizm: Elektromanyetik Dalgalar Ve Biz

 

Back to Contents

 

[ Ana Sayfa (Home) UFO Technology UFO's GalleriKuantum Fiziği Roket bilimi   | 
                                            [ 
Astronomy E-Mail   |  Index