Elektromanyetizma Nedir? Elektromanyetik Aletler Zararlı Mı?

Elektromanyetik alanlar (veya radyasyon), günümüz teknolojisinin en önemli kaynaklarından birisi. Önce radyo iletişimi için yaygın olarak kullanmaya başladık; sonra TV, kablosuz telefon, GSM ve Wi-Fi derken kendimizi yapay elektromanyetik alanlar içinde bulduk. Peki, bu alanlar bizim için ne kadar zararlı? Elektromanyetik alanlardan kaçınmalı mıyız? Bunu anlayabilmek için en baştan almamız gerekiyor...

Elektrik… Yalnızca çağımızın değil yaşamımızın da temel gerekliliklerinden birisi… Atlar elektrik olmadan hareket edemezler, çünkü bacak kaslarının kasılabilmesi için elektriğe ihtiyaçları vardır. Elektrik olmadan kalbimiz çalışmaz, gözlerimiz görmez, sinir sistemimiz hiçbir işe yaramaz! Peki, nedir bu elektrik?

Elektrik, doğada elektrik yüklerinin birbirleri ve çevreleri ile etkileşime geçmeleri nedeniyle ortaya çıkan fiziksel bir olaydır. Doğanın en önemli kuvvetlerinden birisini yani elektromanyetizmayı oluşturur. Doğanın temel yasalarıyla ortaya çıktığından, elektriğin doğrudan hayatın içindeki örneklerini görebiliriz. Örneğin insan vücudunda hücrenin metabolik etkileşimleri elektrokimyasal yollarla gerçekleşir ya da sinir hücrelerindeki uyarımların iletimi elektriksel sinyallerle sağlanır.

Pozitif ve Negatif Yükler

Modern atom çizimlerine baktığımızda, atomun pozitif yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluştuğunu görürüz. Bu, atomun çekirdeğini oluşturan formüldür! Atomun çevresinde ise olasılıklar bulutu içinde dönen negatif yüklü elektron(lar) bulunur. Olasılıklar diyoruz çünkü elektronun aynı anda konumunu ve hızını tespit etmemiz mümkün değil!

Atomdaki proton sayısı ve elektron sayısı birbirine eşit ise atom nötrdür. Eğer elektronlardan birini çıkarırsanız bu defa pozitif bir iyon elde edersiniz; eğer ona bir elektron eklerseniz de bu sefer negatif bir iyonunuz olur. Bir maddenin en tehlikeli hali iyonize halidir; çünkü örneğin pozitif bir iyon (elektronu çıkartılmış bir atom) çevresindeki atomlardan elektron çalmaya çalışacaktır. Bu durumda elektronu çalınmış olan atom da hemen yanındaki bir başka atomdan elektron çalacaktır. Bu durum ise zincirleme bir reaksiyona ve kararsız bir yapıya (örneğin güçlü bir patlamaya) neden olur!

Elektriği İletmek: İletkenler ve Yalıtkanlar

Metaller gibi iletken maddelerin ortak özelliği, içlerinde atomlara bağlı olmayan bir miktar serbest elektronu barındırıyor olmalarıdır. Bu nedenle bir iletkenin ucundan elektrik verdiğinizde, içerisindeki serbest elektronlar harekete geçerek elektron yani elektrik iletimini sağlarlar.

Yalıtkanlarda ise durum farklıdır; yalıtkanlar içindeki elektronların tümü bir atoma bağlıdır ve bu nedenle elektrik iletimini gerçekleştiremezler.

Elektromanyetizma Nedir?

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel bir kuvvettir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten birinin elektromanyetizma olduğunu belirtmiştik. Diğer üç kuvvet; güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve kütle çekim kuvvetidir.

Maddenin temel özelliği elektrik yükü taşımasıdır. Eğer madde sabit duruyorsa bu elektrik alan yaratır; hareket halindeyse elektrik alanın yanı sıra manyetik alan da yaratır. Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcı parçacığı ise fotonlardır; yani bildiğimiz ışık.

Fotonların enerjileri ve momentumları vardır. İki elektromanyetik alan birbirleriyle etkileşime geçtiklerinde protonlarını değiştirirler. Yani fotonlar, yüklü nesneler arasındaki elektromanyetik kuvveti taşırlar.

Elektromanyetik dalga nedir?

Etrafımızda olan biten şeyleri görebilmemizin sebebi elektromanyetik dalganın gözümüze düşmesi ve bunun beyinde yorumlanmasıdır. Elektromanyetik dalgaların bir dalga boyu ve frekansı vardır. Frekans, elektromanyetik dalganın saniyede kaç kere değiştiğidir. Dalga boyu ise dalganın iki tepe noktası arasındaki mesafeye karşılık gelmektedir.

Işık ışınlarının frekanslarına ya da dalga boylarına göre sıralanmasıyla ışık tayfı elde edilir. İnsan gözü tarafından algılanabilen görünür ışık, bu tayfın ortalarında yer alır. Görünür ışığın dalga boyu 400 ile 800 nanometre (nanometre = metrenin milyarda biri) arasındadır. Bu aralığın en altında, dalga boyu yaklaşık 800 nanometre olan kırmızı ışık yer aldığı için ışık tayfının bu aralığın hemen altında kalan kısmına kızılötesi denir. Kızılötesi ışık ışınlarının dalga boyu görünür ışıktan daha uzundur, dolayısıyla enerjileri daha azdır. Mikrodalgalar ve radyo dalgaları ise kızılötesi ışıktan daha uzun dalga boylarına sahiptir. Bu ışınlar, ışık tayfında kızılötesi ışığın da altında yer alır.

Dalga boyu yaklaşık 400 nanometre olan mavi ışığın hemen üstünde kalan kısım ise morötesi olarak adlandırılır. Tayfın bu kısmındaki ışık ışınlarının dalga boyu görünür ışıktan daha kısadır, dolayısıyla enerjileri daha fazladır. X-ışınları ve gamma ışınlarının dalga boyu ise morötesi ışıktan daha kısadır. Dolayısıyla, ışık tayfında morötesi ışığın üstünde yer alan bu ışınlar daha yüksek enerjilidir.

Elektromanyetik radyasyon nedir?

Elektromanyetik radyasyon, fizikte elektromanyetik dalgadır. Radius Latince ışın demektir. Radyasyon kelimesi genelde radyasyon zehirlenmesi ve kanser gibi sağlık sorunlarıyla yan yana kullanılsa da kelime anlamı olarak enerjinin dalgalar ve/veya parçacıklar yolu ile transferidir. Yaşadığımız ortam her zaman elektromanyetik radyasyonla doludur. Evimizdeki elektrik kabloları radyo dalgaları üretir. Yaktığımız mum veya ampul görünür ışık üretir. Sıcak bir cisim olan vücudumuz kızılaltı radyasyon yayar.

Radyo dalgaları, görünür ışık, mikrodalga vb. tüm ışık türleri elektromanyetik radyasyondur. Peki radyo dalgası ile görünür ışığın farkı nedir? Radyo dalgasının dalga boyu kilometrelerce uzanır ve bu sayede binaların arasından geçebilir, dağların üzerini aşabilir ancak görünür ışığın dalga boyu daha düşük olduğu için binaların içinden geçemez.

Parlak bir ışık huzmesinde, zayıf ışığa göre daha fazla foton vardır, ama fotonların enerjileri ikisinde de aynıdır. Önemli olan ışığın parlaklığından ziyade ışınımın türüdür.

Elektromanyetizmada genel prensip, ışığın dalga boyu ne kadar küçükse enerjisinin o kadar yüksek olacağını söyler. Bunu şöyle örneklendirebiliriz; denizin ortasında bir sandaldasınız ve denizin üzerindeki dalgalar sizi sallıyor. Dalganın gücü (sarsma gücü) ne kadar fazla ise dalganın boyu o denli kısa olur; ancak tam tersi olarak deniz ne kadar durgun olursa dalgaların boyu da o kadar uzun olur.

Radyasyon, iyonize (iyonlaştırıcı) ve iyonize olmayan radyasyon olarak ikiye ayrılır. İyonize radyasyon, kozmik ışınlar, gamma ve X ışınları gibi, atomları iyonlaştırabilecek enerjiye sahip olan radyasyon biçimleriyken; iyonize olmayan radyasyon, görünür ışık, kızılötesi, mikrodalga ve radyo ışınları gibi ışınları belirtir.

Radyoaktivite Nedir?

Radyoaktivite, uranyum gibi atom numarası büyük ve stabil olmayan elementlerin iyonlaştırıcı radyasyon yayarak kütle kaybedip enerji saçmasıdır. Temel olarak alfa, beta ve gamma bozunumu olarak üç başlıkta toplanır.

Bu bozunumlar sonucu radyoaktif madde enerji ve ısı saçarak kütlesinin bir kısmını yeni bir izotopa dönüştürür. Belli miktardaki bir radyoaktif maddenin kütlesinin yarısını dönüştürme süresine yarı-ömür denir. Örneğin uranyum-238 4,5 milyar yıllık bir yarı ömre sahipken, uranyum-234, 245.500 yılda yarılanır. Yarı ömrü çok kısa olan böylesi elementler daha yüksek kütleli başka radyoaktif maddelerin bozunup, dönüştükleri izotoplardır.

İyonize Radyasyon

İyonlaştırıcı radyasyon, yukarıda bahsettiğimiz radyoaktif bozunum sonucu ve uzaydan gelen kozmik ışınlar ile onların atmosferde etkileşimi sonucu oluşan, atom ve moleküllerden elektronlarını kopararak onları iyonize edecek kadar yüksek enerji taşıyan radyasyon türlerine denir. Bu durum, biyolojik canlılara çok ciddi zararlar verebilir çünkü bu ışınlar canlı hücrelere geldiği zaman bu hücreler içindeki bazı moleküllerin elektronlarını kırparak bozulmaya yol açarlar. Eğer molekülleri bozulan bu madde DNA’nın bir parçası olursa, zincirleme mutasyonlara ve dolayısıyla kansere neden olabilir.

İyonize Olmayan Radyasyon

Görünür ışık tayfı, Güneş ışığı, siyah UV ışığı, termal radyasyon, mikrodalgalar, radyo dalgaları gibi her an her yerde maruz kaldığımız, enerji yayılımı türleri iyonize olmayan radyasyona örnektir. Her şeyde olduğu gibi çoğu zarardır; yoğun ışık gözlerde körlük yaratabilir, mikrodalga ve radyo dalgaları doku ve vücut sıcaklığını arttırabilir, yüksek miktarda mikrodalga deride veya deri altında yanığa sebep olabilir, düşük frekanslı radyo dalgaları sinir sisteminde ve kaslarda düzensizliğe sebep olabilir vb. Ancak, uranyumdan yayılan radyoaktivite kaynaklı yüksek enerjili iyonlaştırıcı radyasyon gibi etkileri yoktur.

Gamma ışınları, X ışınları, görünür ışık ya da mikrodalga ışınlarının tümü, vakumlu ortamda (uzayda) aynı hızla ilerler. Yani dalga boyu ya da frekansı (enerjisi) ne olursa olsun, tüm ışınlar ışık hızında hareket ederler

Mikrodalga Fırınlar veya Cep Telefonları Zararlı Mıdır?

Mikrodalgalar telefon ve televizyon gibi elektronik cihazlarda kullanılan radyo dalgalarıdır. Mikrodalga fırınlar ise bu radyo dalgalarını ısı enerjisine dönüştürerek besinleri çok kısa sürede ısıtmamızı ve pişirmemizi sağlarlar. Yukarıda da bahsettiğimiz gibi mikrodalga, radyo dalgaları, görünür ışık ve kızılötesi ışık gibi ışık türlerinin frekansı yani sarsma gücü oldukça düşüktür. Bu düşük enerjili fotonların iyonize (atom yapısına zarar verici) etkileri yoktur.

Mikrodalga fırınlar, besindeki su moleküllerini sallamak için özel olarak belirlenmiş bir titreşim sıklığındaki radyo dalgalarını kullanır. Bu su molekülleri artan bir şekilde sallandığı zaman, atomsal seviyede titreşmeye başlar ve ısı üretirler. Fırındaki besini pişiren şey aslında bu ısıdır. Besindeki tüm moleküller aynı anda titreşip ısı ürettiği için mikrodalga fırındaki besin, ısının besinin dış yüzeyinden yavaşça içine doğru seyahat etmesi gerektiği geleneksel fırındaki besinden daha hızlı pişer.

Telefon şebekeleri de “mikrodalga” olarak tabir edilen frekans aralığını kullanmaktadır ancak mikrodalga fırınlar yiyecekleri ısıtırlarken cep telefonları beynimizi ısıtmazlar. Bunun sebebi cep telefonu sinyalinin gücünün 1 Watt’dan az olmasıdır (Bu oran mikrodalga fırınlarda 1000 Watt’dır). Ayrıca mikrodalga fırınların içindeki metal duvarlardan yansıyan mikrodalga ışınları yiyeceğe her yandan eşit olarak çarparak etkileşimi artırırlar. Zaten bu sebeple, yani mikrodalgalar metal kaplamadan dışarı geçemediği için mutfağınız ‘radyasyon’ ile dolmaz.

Zararsız Radyasyon Türevleri Zamanla ‘Birikerek’ Vücudumuza Zarar Verebilir Mi?

Işın, foton denilen taneciklerden oluşur ve bu fotonlar, hareket halinde salınırken atomlara çarparlar. Bu çarpışma sırasında, foton uygun enerjideyse atomlarla etkileşime geçerler ancak uygun enerjide değilse hiçbir etkileşime geçmeden yollarına devam ederler. Bu nedenle uygun enerjide olmayan fotonların, kimyasal bağları kırmaları mümkün değildir. Dolayısıyla baz istasyonu, cep telefonu, kablosuz bağlantılar veya mikrodalga fırınlar tarafından yayılan radyasyonun (ışının) birikmesi, ilerlemesi, zamanla zarar vermesi mümkün değildir.

Sonuç

Dünyada, cep telefonu, kablosuz ağlar ve mikrodalga fırınlar gibi ışınım yayarak çalışan (aslında tüm elektronik aletler az ya da çok ışınım yayarlar) sistemler üzerinde pek çok araştırma yapılmış ve yapılmaya devam etmektedir. Şimdiye dek bu tür aletler ile kanser ya da başka hastalıklar arasında doğrudan bir bağlantı bulunamamıştır. Bu nedenle, uzman kuruluşlar ya da topluluklar tarafından yapılan araştırmalar olumsuz yönde bir sonuç bulana kadar herhangi bir haber sitesinde, ‘tık almak’ için yapılan ve bilim dışı olan haber ve metinlere itibar edilmemelidir.

Şu durumda yapabileceğimiz en iyi şey, elektronik cihazlara çok uzun süreler maruz kalmamak ve kullanım kılavuzlarında belirtilen şekilde kullanmaya devam etmektir.

Kaynaklar

Elektrik Nedir: https://www.elektrikport.com/makale-detay/elektrik-nedir-1-bolum/4222#ad-image-0

Manyetizma, Ders 1 (Video Ders): https://www.youtube.com/watch?v=gxmc3r2t744

Fotoelektrik: https://www.turkcebilgi.com/fotoelektrik

Foton ve Fiziksel Özellikleri: http://www.kuark.org/2012/08/foton-ve-fiziksel-ozellikleri/

Dünyanın Manyetik Alanı: https://www.bilim.org/dunyanin-manyetik-alani/

Mikrodalga Fırın Nasıl Çalışır: https://bilimfili.com/mikrodalga-firin-nasil-calisir/

Elektromanyetizma Podcast: https://yalansavar.org/2016/05/09/podcast-7-elektromanyetizma/

10 Soruda Elektromanyetizma: https://yalansavar.org/2015/05/27/10-soruda-elektromanyetik-alanlar-cep-telefonlari-ve-saglik/

Bu yazı MMO İstanbul Şubesi tarafından her ay yayınlanan Makina Bülten'in Şubat 2019 sayısı için hazırlanmıştır.