Elektromanyetik Dalga nedir ve nasıl oluşur?

 

Bu yazımızda elektromanyetik dalganın basitçe ne olduğunu ve nasıl oluştuğunu ve de bunun dayandığı teoriyi sizlerle paylaşmak istiyorum. Bunları da olabildiğince basit bir şekilde vermeye çalışacağım.

İlk başta şunu bilmek lazım elektromanyetik dalga kelime olarak elektrik dalgası+manyetik dalga bileşiminden oluşmaktadır. Bunu anladıktan sonra, demek ki bir elektromanyetik dalgayı oluşturmak istiyorsak elektrik dalgası yani elektrik alan ve manyetik dalgayı yani manyetik alanı beraber oluşması gerekiyor. Peki bu beraber nasıl oluşur diye bir soru sorduğumuzda, cevabının bildiğimiz elektrik akımına dayandığını göreceğiz. Ama baştan şunu söylemekte fayda var bu elektrik akımının DC değil zamanla değişen AC olması gerekiyor. Peki bunu nereden çıkardığıma gelecek olursak, cevabı bulmak için elektrik akımının elektromanyetik dalgaya nasıl dönüştüğü konusundaki basit mantığı vermemiz gerekir. İşte bu basit mantık Maxwell Denklemleri dediğimiz, bu alan için oldukça önemli, formüllere dayanıyor. Elektrik akımının elektrik alan ve manyetik alana dönüşerek elektromanyetik dalgayı oluşturmasını bu önemli formüller açıklıyor. Belli başlı dört temel formül ile bilenen Maxwell denklemlerinin ilk ikisi genellikle antenlerde ortaya çıkan elektromanyetik dalganın oluşumunun mantığını anlamamız için yeterli olacaktır. Bu denklemleri aşağıda iki denklem olarak verebiliriz. Bunlardan ilki olan ve Maxwell’in Faraday denklemi olarak da bilinen denklemi şu şekildedir:

$\nabla \times \vec{E}=-\frac{d\vec{B}}{dt}$

Yukarıdaki denklemin Maxwell-Faraday diye anılmasının sebebi, denklemin solundaki ana karakter olan E’nin yani elektrik alanın yüklerle ilgili olması yani yük diyince de akla Faraday’ın gelmesi ile ilgilidir. Maxwell’in ikinci denklemi olan Maxwell Ampere denklemi ise şu şekildedir:

$\nabla \times \vec{H}=\frac{d\vec{D}}{dt}+…$

Yukarıdaki denklemin de Maxwell-Ampere denklemi olarak anılmasının sebebi ise, denklemin solundaki ana karakter olan manyetik alan bileşeni olan H’ın yani manyetik alanın akımla ilgili olmasıdır. Peki bu ne demek? Bu şu demek ki, manyetik alanı oluşturan akım olduğu için ve de akımın birimi de Ampere olduğu için bu denklemin isimlendirilmesi Maxwell-Ampere olarak yapılmıştır. (Not: bu denklemde, kafanız karşımasın diye, kaynaktan çok uzak olan durumlardan denklemi etkilemeyen kısımları yazmadım, o kısmı üç nokta ile gösterdim. Olayın mantığı için şimdilik bu haliyle yeterli.)

 

Bu iki denklemin ortak özelliklerine gelecek olursak, denklemler klasik denklemlere göre bir farklılığı ihtiva etmektedir. Yani, herhangi başka bir denklemde, eşitliğin solunda kalan bileşen denklemin “neden” kısmını, sağında kalan kısmı ise “sonuç” kısmını oluşturur, fakat Maxwell denklemlerimde bu durum tam tersidir. Yani mesela, birinci denklem için konuşacak olursak, denklemde eşitliğin solundaki E’li kısım “sonuç”, sağındaki B’li kısım ise “neden” kısmını oluşturmaktadır. Yani biraz açacak olursak, B’nin yani manyetik akının (manyetik alan olarak da düşünmenizde bir sakınca yok) zamanla değişmesi “neden”iyle, “sonuç” olarak ortaya E yani elektrik alan çıkar. Aynı şekilde bu denklemden ikinci denkleme geçtiğimizde de madem birinci denklemden bir E oluştu yani elektrik alan oluştu, elimizdeki bu E’nin de (ikinci denklemdeki D’yi elektrik alan olarak düşünmenizde bir sakınca yok) zamanla değişmesi “neden”iyle, “sonuç” olarak denklemin solundaki H’yi yani manyetik alanı oluşturur. Bu sonuçla da aynı anda hem elektrik alan hem de manyetik alan elde edilmiş olduğu için elektromanyetik dalga ortaya çıkıyor ve bu dalgalar ideal hava ortamında ışık hızıyla yayılmaya başlıyor. Ve işte size yazının başında akımın DC değil de AC olmalı dememin mantığı da buydu. Yani çoğumuzun bildiği üzere AC akım zamanla sürekli değiştiği için yukarıdaki iki Maxwell denklemindeki d/dt yani zamana göre değişimi karşılamış oluyor ve bu sayede diğer iki alanın yani elektrik ve manyetik alanın oluşmasına zemin hazırlamış oluyor.

 

Böylece bu yazı ile elektromanyetik dalganın nasıl oluştuğunu öğrenmiş olduk.

 

Son olarak şunu da söylemeliyim, elektromanyetik dalganın oluşmasında ilk başlangıcın elektrik alandan mı yoksa manyetik alandan mı tetiklendiğini anlamak için ise anten sistemini az çok bilmemiz gerekiyor. Çünkü orada antenin uç noktalarına kadar olan kısımda akım maksimum, yükler minimum olduğu için ilk başta akımdan kaynaklı bir manyetik alan oluşurken; antenin uç nokta veya noktalarında yükler maksimum akım minimum olduğu için ilk tetiklenme yükten yüke doğru oluşan elektrik alan ile başlar. Bu tetiklenmelerin ardından da yine üstte bahsettiğimiz şekilde Maxwell denklemlerine göre alanlar birbirini oluşturarak elektromanyetik dalgayı oluşturuyor. Buradaki anten konusuna da bir sonraki başka bir yazımızda yine olayın mantığını basit bir şekilde vererek değinmeyi düşünüyoruz. Hoşçakalın!

 

Yorum yapın

nineteen − 2 =