The charge is suddenly accelerated for a very short time interval δt and after that the acceleration is removed. So the charge then moves with a uniform speed for let's say some time t. 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 c. 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

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.

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 

 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.

• Current generation

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.

• The major families of radio -requency heating

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.

c) heating by radio-frequency wave

• Heating at the ion cyclotron frequency (FCI)  

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).

c) heating by radio-frequency wave

• Heating at the hybrid frequency

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.

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.

c) heating by radio-frequency wave

• Heating at the electron cyclotron frequency

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.
 

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.

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.
 

Tablo 1 Anten çeşitlerinin kullanım frekans aralıkları

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.

Derleyen ve yazan : Talat Turgay (TA4BS)

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.

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.

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.

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.

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

1 Hz = 1 s^-1

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

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 (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-2

Sufizm: Elektromanyetik Dalgalar Ve Biz

Back to Contents

[ Ana Sayfa (Home) |  UFO Technology |  UFO's Galleri | Kuantum Fiziği | Roket bilimi   | 
                                            [ Astronomy |  E-Mail   |  Index |