Işık Nedir? Özellikleri ve Enerjisi

Işık Nedir?

• Işık, elektromanyetik bir dalgadır ve yayılmak için bir ortama ihtiyaç duymaz.
• Elektromanyetik dalgaların uzay boşluğundaki hızı yaklaşık 300 bin km/s'dir (299.792,458 km/s).
• Işık hızı, elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızıdır.
• 1 atmosfer basınç altında ışık hızı 299700 km/s'ye düşer, bu da boşluğa göre onbinde 3 oranında bir yavaşlama demektir.
• Dünya'nın ekvator uzunluğu 40075 km olduğundan ışık, bir saniyede dünyayı yaklaşık 7,5 defa dolaşabilir.
• Güneş ile Dünya arasındaki mesafe yaklaşık 150 milyon km'dir ve güneşten çıkan ışınlar Dünya'ya 8 dakika 20 saniyede ulaşır.
• Elektromanyetik dalgalarda frekans ile dalga boyu arasında bir ilişki vardır.
• İnsan gözü, 380 nm (mor ışık) ile 750 nm (kırmızı ışık) arasındaki dalga boylarını algılayabilir.
• Görülebilir ışık, elektromanyetik spektrumda 430 THz ila 770 THz frekans aralığına karşılık gelir.

Işık ve Enerji

• Işığın renkleri, frekans farklarından kaynaklanır.
• Işığın frekansı arttıkça enerjisi de artar.
• Yüksek enerjili parçacıklar (iyonize edici radyasyon), moleküllerden elektron kopararak iyonlaşmaya neden olabilir.
• Morötesi radyasyon, yüksek enerjisi nedeniyle kanser gibi hastalıklara yol açabilir.
• Işığın enerjisi (Ef), frekansı (f) ile doğru orantılıdır: Ef = h. f (h, Planck sabiti: 6,626x10-34).
• Işığın dalga boyu (λ) biliniyorsa, enerjisi Ef = (h.c) / λ formülüyle hesaplanabilir.
• Sabit değerler kullanılarak Ef = (1979.10-9) / λ joule olarak ifade edilebilir.

İyonize Edici ve Edici Olmayan Radyasyon

• İyonize edici ve edici olmayan radyasyon arasındaki ayrım, sağlık ve özellikle kanser açısından önemlidir.
• Kanser, hücre büyümesini kontrol eden genlerin mutasyona uğraması sonucu hücrelerin kontrolsüz çoğalmasıyla ortaya çıkar.
• İyonize edici radyasyon, DNA'ya doğrudan zarar vererek veya su ve organik molekülleri iyonlaştırarak serbest radikaller oluşturup DNA'ya zarar vererek kansere neden olabilir.
• Radyo dalgaları, mikrodalga ve görünür ışık gibi radyasyon türleri, elektron koparmaya yetecek enerjiye sahip olmadıkları için kansere yol açmaları pek olası değildir.
• Ancak, yeterince şiddetli olduklarında dokuların ısınmasına neden olabilir ve bu durumun dolaylı etkileri kansere yol açabilir.
• Tıpta MR ve röntgen cihazları farklı teknolojilere sahiptir.
• Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) cihazları, hidrojen protonlarının Larmor frekansında (radyo dalgaları bandında) uyarılması prensibiyle çalışır.
• MR cihazları farklı güçlerde üretilebilir ve cihazın gücü arttıkça kullanım alanı ile çözünürlüğü değişir. Kullandıkları frekanslar 63 MHz ile 300 MHz arasında değişir ve genellikle düşüktür.
• Röntgen cihazları, X-ışınları adı verilen iyonize edici elektromanyetik radyasyon kullanır.
• X-ışınları vücuttan geçerken farklı dokular tarafından farklı oranlarda soğurulur ve kemik gibi yoğun dokular X-ışınlarını daha çok soğurarak görüntüde beyaz veya açık tonlarda görünür. Röntgen cihazlarının çalışma frekansı 10^18 - 10^19 Hz arasındadır.

Renk Algısı

• Işığın farklı dalga boylarındaki yayılımı, farklı renklerin oluşmasını sağlar.
• Gözde çubuk ve koni hücreleri olmak üzere iki tip fotoreseptör bulunur.
• Çubuk hücreleri renk ayrımı yapamaz ve siyah-beyaz tonlarını algılar. Düşük ışıkta cisimleri seçmeyi sağlar.
• Koni hücreleri kırmızı, yeşil ve mavi renkleri algılayan üç tiptedir.
• Bu hücrelerin farklı dalga boylarına gösterdiği tepkilerin beyin tarafından işlenmesiyle renkler algılanır.
• Bitkilerin yeşil görünmesinin nedeni, klorofilin yeşil dışındaki diğer renkleri kullanması ve yeşili yansıtmasıdır.
• Güneşin rengi 5800 Kelvin olup aslında beyazdır.
• Atmosfere giren güneş ışığında kısa dalga boylu mavi ve mor ışık daha fazla saçıldığı için gökyüzü mavi görünür. Bu olaya Rayleigh saçılması.
• Mavi ışığın azalmasıyla kırmızı ve yeşil renklerin birleşimi sarı rengini verir.
• Aydınlatmada ışığın rengi Kelvin ile ifade edilir.

Işık Akısı

• Işık akısı (Φ), bir ışık kaynağından yayılan görünür ışığın toplam gücünü ifade eder ve lümen (lm) ile ölçülür.
• Işık akısı, bir ışık kaynağının insan gözü tarafından algılanan toplam ışık miktarını ölçer.
• Watt değeri, lambanın ne kadar enerji harcadığını gösterir; ancak ışık şiddeti hakkında bilgi vermez.
• UV lambaları ve LED ampuller karşılaştırıldığında, ikisi de yaklaşık 15 Watt gücünde olmasına rağmen farklı özelliklere sahiptir.
• UV lambası UV-C ışığı yayar, dalga boyu 254 nm'dir (görünmez) ve sterilizasyon amacıyla kullanılır.
• LED ampul sıcak beyaz ışık yayar, dalga boyu 830 nm'dir ve aydınlatma amacıyla kullanılır. Işık akısı 1000 lümendir.
• Işık akısı, Φ = F. V(λ). Ko formülüyle hesaplanır.
• F, ışık kaynağının yaydığı toplam optik güçtür (watt cinsinden).
• Şebekeden çekilen enerji P değeriyle karıştırılmamalıdır, çünkü F değeri kayıplar nedeniyle daima daha düşüktür.
• Ko değeri, 555 nm için 683 lm/W'dir.
• Akkor filament lamba 5 Watt optik güce sahipken LED lamba 8 Watt güce sahiptir, ancak yine de çok az enerji tüketir.
• LED lambanın optik gücü daha yüksek olmasına rağmen ışık akısı daha düşüktür çünkü gözün farklı dalga boylarındaki ışığa olan duyarlılığı farklıdır ve V(λ) değeri dalga boyuna göre değişir.