Maxwell Denklemleri – 2

Maxwell denklemleri birinci bölümde 4 adet denklem takımının neler olduğunu ve neyi ifade ettiklerini siz değerli okuyucular ile konuşmuştuk. Bu makalede ise bu dört denklem takımı gerçekte nedir? ne işe yarıyorlar? gelin beraber inceleyelim. İnternette biraz gezinirsek Maxwell Amcanın Denklemleri’nin bizi Elektromanyetik Dalgalara götüreceğini görürüz. Elektromanyetik dalgalar öncesinde önceki yazıda yazdığım şu cümleyi hatırlayın.

Maxwell Denklemleri BOŞLUK İÇİN YAZILMIŞ DENKLEMLERDİR

Maxwell amca formülleri bilim dünyasına emanet ettikten sonra aradan yaklaşık 20 sene geçer ve Elektromanyetik dalgalar keşfedilir. Heinrich Rudolf Hertz tarafından yapılan bir dizi deneysel çalışma sonrası bu dört denklem takımı TÜM RADYO ve RADAR TEKNOLOJİSİ’nin başlamasına ve yeni nesil teknolojilerin açığa çıkmasına yol açar.

Yukarıda betimlenen fotoğrafta solda yaklaşık 100-110 sene önce kullanılan bir telefon ve sağda yeni nesil son teknolojik yeteneklere sahip bir başka telefon görüyorsunuz. *Birazdan bu fotoğrafa geri dönüyoruz.

Maxwell Amcanın Denklemleri’nin bizi Elektromanyetik Dalgalara götüreceğini görürüz. Haydi inceleyelim.
Elektromanyetik dalgaların oluşum şartı yüklü parçacıkların hareket etmelerini gerektirir. Demek ki hız ya da hızda değişim olmalı. Fakülte Lisans derslerinde sanki çok gizli bir bilgi varmış gibi bazı durumlar hoca tarafından açıklanmaz bunun birçok nedeni olabilir, en azından Hoca’nın liseden gelen öğrenci için buradaki bilgiye ait ön bilgisinin olduğunu düşünmesi ilk akla gelen durumdur.

Lise seviyesinde olan okurlar için bunu biraz açıklayayım. Elektromanyetik Dalgalar için Elektrik ve Manyetik Alan şartı vardır. Elektrik Alan durgun yük etkileşmesi ile, Manyetik Alan ise hareketli yük etkileşmesi ile açığa çıkar.

Yükün İvmeli hareket etmesi şartı ile Elektrik ve manyetik alan arasında;

E=B⋅C

korelasyonu oluşur. Burada E Elektrik Alan, B Manyetik Alan ve C Işık Hızı’nı temsil eder.

Elektrik Alan durgun yük etkileşmesi ile, Manyetik Alan ise hareketli yük etkileşmesi ile açığa çıkar.

 

Telefonlar ile ilgili görsele geri dönelim. Çocukluğumda yani 1980 ler jetonlu telefon kabinleri vardı. Küçük-Orta-Büyük boy sarı renkte metal jetonlar. Küçük jeton ile şehir içi aramalarda: “Annemler müsait iseniz size gelecekler” der ve karşı taraf olur ya da olmaz diyemeden jetonun konuşma için verdiği süre dolardı. Orta boy jeton ile daha uzun süre konuşulurdu. Büyük jeton hiç kullanmadığım için bilgim yok. Zaman içinde teknoloji gelişti, yıl 1996-97 ilk cep telefonu görücüye çıktı. Yıl 1998 internet ile tanışma zamanı, sonra internet üzerinden Hotmail destekli görüntülü konuşma zamanı başladı. Vizontele Filmin de biri soruyor ya Zeki Müren’de bizi görecek mi?

Şimdi iki arkadaşı düşünelim. Bu arkadaşlar tatil köyünde tanışmış olsunlar. Biri Ali öteki Maria isminde iki insan evladı. Ali, Ankara da yaşıyor, Maria bildiğimiz ve Ankara’ya çok uzak olan Yeni Zelanda da yaşıyor olsun. Yeni Zelanda’ya gitmek için uçakla Amerika, oradan aktarma yaparak 8 saat daha uçak yolculuğu ile Yeni Zelanda’ya ulaşılıyor. Bu iki arkadaş işin kolayını bulmuş. Cep telefonu ile Görüntülü konuşma. İşte tam bu noktada Maxwell Amca’nın boşluk için yazdığı ve deneylerle tespit edilen Elektromanyetik Dalgalar karşımıza geliyor. Ali ve Maria arası kilometre cinsinden kuş uçuşu 17bin kilometre mesafe bulunur ama, iki arkadaş telefon marifeti ile görüntülü konuşma yaparlar. İlginç değil mi? Bu görüşmeyi sağlayan teknolojiyi Maxwell denklemleri ile geliştirilen yeni nesil cihazlar ile başarıyoruz.
Peki basitçe burada yatan fizik nedir? Hadi konuşmaya devam edelim. Ali ve Maria görüşmesinde konuşma-görüntü dalgalar ile sağlanıyor. Elektromanyetik dalgaların en önemli özelliği C ışık hızı ile yayılmaları, 1 saniyede 3×108 m yol alması, yani 1 saniyede Dünyanın çevresinde 7 tam tur atan bir hız değeri. İkincisi elektromanyetik dalgalar beraberlerinde YÜK ve ENERJİ TAŞIR’lar. Ses ve görüntü enerji olup elektromanyetik dalgalarda taşınırlar. Karşı telefon ahizesine gelince dalga yoluna devam eder, yük karşı ahizede ses ve görüntü olarak karşılık bulur.
Peki teknoloji sadece bununla mı sınırlı? Değil elbette, mühendislik harikası elektronik cihazlar; Elektrikli otomobiller, Cep telefonları, mAh cinsinden tanımlanan bataryalar ( 5 seneye kalmaz 100bin mAh pile sahip telefonlar gelecek ), Drone ve türevleri, Uçan Taksi, ve elbette 2017 de başlayan Kuantum Bilgisayarlar.
Evet her biri Maxwell Amcanın bilim dünyasına hediye ettiği denklemler sonucu açığa çıktı.

Elektromanyetik dalgalar beraberlerinde YÜK ve ENERJİ taşırlar.
Derslerimde öğrencilere söylediğim bazı cümleler var burada siz okurla da paylaşayım. 20 sene bilemedin 25 sene sonra ehliyet kullanılmayacak çünkü otonom araçlar devreye girecek nasıl ki telefon jetonu nedir diye internette arama yapıyorsanız ehliyet nedir diye de arama yapılacak.
Gelecek çok yakında ve müthiş bir teknolojik çağa gidiyoruz. Ben buna Endüstri 5.5 adını veriyorum.

Sevgi ile kalın.
Dr. Fırat AKBALIK
Fizik Öğretmeni