BÖLÜM V YANSIMA VE KIRILMA 'Milletimiz din gibi kuvvetli bir fazilete sâhiptir. Bu fazileti hiçbir kuvvet, milletimizin kalp ve vicdânından çekip alamamıştır ve alamaz. M. Kemal Atatürk 1. İKİ ORTAMI AYIRAN YÜZEYE DİK GELEN DALGALAR Şekil 1’de görüldüğü gibi, I ve II ortamlarını ayıran bir engel ele alalım. Lineer polarizeli bir elektromanyetik dalgaya âit E elektrik alan vektörü y doğrultusunda; H manyetik alan vektörü z doğrultusunda olsun ve elektromanyetik dalga, x doğrultusunda yayılsın. Görüldüğü gibi gelen dalga engele dik olarak gelmektedir. Şeklin altında bölgelerin empedans cinsinden hat eşdeğeri görülmektedir. I. Ortam ( 1 , 1 , 1 ) II. Ortam( 1 , 1 , 1 ) y (Z1) Ei y (Z2) Et Gelen Dalga z Hi Geçen Dalga Ht z Yansıyan Dalga x z Hr Er 0 Z1 x Z2 Şekil 1 Bir engel ile ayrılmış iki ortamda gelen, geçen ve yansıyan dalgalar İki ortamı ayıran sınır yüzeyine I ve II ortamında teğet olan alanların eşitliğinden dolayı Ei+Er=Et Hi+Hr=Ht (1) (2) eşitlikleri yazılabilir. Burada alan büyüklükleri fazör oldukları için vektör gibi koyu gösterilmiştir. Eşitliklerdeki alt indislerden i (icident) indisi gelen dalgayı, r (reflected) indisi yansıyan dalgayı, t (transmitted) indisi geçen dalgayı temsil etmektedir. Elektrik ve manyetik büyüklükler arasında , Atatürk SD; II, s. 66-67 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 2 Z1 Z2 o 1r 1 , Z1=Ei/Hi, 1 o 1r (3) o 2r 2 , Z2=Et/Ht, 2 o 2r Z1=-Er/Hr, (4) (5) empedans ilişkilerinin olduğu açıktır. (3)’de tanımlanan Z1 empedansı +x doğrultusunda gelen dalga için tanımlanıştır. (5)’deki Z1 empedansı ise, -x doğrultusunda yansıyan dalga için tanımlanır. Dolayısıyla, (-) işâreti engelden geri dönüşü belirtir. Yânî, (-) işâreti yansıyan dalgayı belirtir. (3),(4) ve (%)’deki empedanslardan manyetik büyüklükler çekilir (2)’de kullanılırlarsa Ei/Z1-Er/Z1=Et/Z2 ya da Et=Ei(Z2/Z1)-Er(Z2/Z1) (6) bulunur. (1)’in her iki tarafı Z2/Z1 ile çarpılırsa (Z2/Z1)Ei+(Z2/Z1)Er=(Z2/Z1)Et (7) elde edilir. (6) ve (7) denklemlerinden Et= 2Z 2 Ei, Z1 Z 2 Et= 2Z 2 Ei= τ Ei, Z1 Z 2 Et= τ eEi (8) olur. Burada τ e büyüklüğü kompleks olduğu için koyu olarak gösterilmiştir. Empedanslar ve îzâfî dielektrik sâbiti ve îzâfî manyetik geçirgenlik sâbitleri reel olurlarsa, o zaman bu sâbit de reel olur ve τ e ile gösterilebilir: 2 τ e= 2r 2r 2Z 2 = , Z1 Z 2 1r 2r 1r 2r 2 τ e= 2r 2r 2Z 2 = Z1 Z 2 1r 2r 1r 2r (9) Buna göre, manyetik alan için de Ht= τ mHi, Ht= mHi (10) yazılabilir. Tanımlanan τ e’ye arayüzeye dik gelen elektrik alan dalgası için Transmisyon (Geçiş) Sâbiti denir. Yânî, Transmisyon (Geçiş) Sâbiti, II. ortama geçen alanın I. ortama gelen alana oranıdır: 3 e=Et/Ei= 2Z 2 Z1 Z 2 (11) Benzer yollardan gidilerek (1) ve (11)’dan Er= Z 2 Z1 Ei Z1 Z 2 , Er= Z 2 Z1 Ei= ρ eEi Z1 Z 2 (12) bulunur. Burada ρ e büyüklüğü karmaşık olduğu için koyu olarak gösterilmiştir. Empedanslar ve îzâfî dielektrik sâbiti ve îzâfî manyetik geçirgenlik sâbitleri reel olurlarsa, o zaman bu sâbit de reel olur ve ρ e ile gösterilebilir. ρ e‘ye arayüzeye dik gelen elektrik alan dalgası için Yansıma Sâbiti denir.. Buna göre yansıma sâbiti ρ e=Er/Ei= 2 1 2 1 2 1 2 1 Z 2 Z1 Z Z1 , ρ e=Er/Ei= 2 Z1 Z 2 Z1 Z 2 2 1 2 1 2 1 2 1 veyâ (13) Er= e Ei (14) Hr= m Hi (15) olur. Benzer şekilde manyetik alan için de yazılabilir. (11) ve (13)’den e = e +1 (16) olduğu da bulunabilir. Diğer taraftan, (4), (11)’den manyetik alan için geçiş sâbiti Ht=Et/Z2= e Ei/Z2= e (Z1Hi)/Z2 = 2Z 2 Z1 2Z1 Hi= Hi= m Hi Z1 Z 2 Z 2 Z1 Z 2 işlemlerinden m= Ht 2Z1 = H i Z1 Z 2 (17) olarak ve böylece II. bölgedeki manyetik alan Ht= mHi (18) olarak bulunur. Benzer şekilde manyetik alan için yansıma sâbiti ve yansıyan manyetik alan da bulunabilir: V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 4 Er Z1 E Z Z2 m =Hr/Hi= r e 1 Ei Ei Z1 Z 2 Z1 Hr= m Hi (19) (20) Ortamların durumuna göre bâzı yaklaşık ifâdeler de elde edilebilir. 1) I. ortam boşluk (hava) ve II. ortam iyi bir iletken olsun. Bu kabul, I. ortamın iyi bir dielektrik ortam olduğu ve empedansının II.ortamın empedansından çok büyük olduğu (Z1 Z2) sonucunu verir. (8)’den 2Z 2 2Z 2 Z1 2Z Et= Ei 2 Ei Z Z1 Z 2 Z1 1 2 Z1 (21) olur. II. ortam iyi bir iletken olduğu için direnci (empedansı) sıfır denecek kadar küçük olur ve dolayısıyla elektrik alanı için geçiş sâbiti (17)’den, e=Et/Ei= 2Z 2 ( 0 ) Z1 (22) olarak alınabilir. Bu, geçiş sâbiti, Z1’in büyüklüğü oranında çok küçük olur. (22)’deki parantez içinin anlamı budur. Manyetik alana âit geçiş sâbiti, (17)’den m= Ht 2Z1 = H i Z1 Z 2 2 2 Z2 1 Z1 (23) elde edilir ki, II. ortama geçen manyetik alan H t 2Hi (24) olur. Yânî, (Z1 Z2) durumunda manyetik alanın geçiş sâbitinin m 2 olduğu ortaya çıkar. Görülmektedir ki, başlangıç noktasında yalıtkan bir ortamdan iletken bir yüzeye dik olarak gelen bir manyetik alan II. ortamın sınırında, iyi bir yaklaşıklıkla I. ortamın sınırındaki değerinin 2 katı ve elektrik alanı yok denecek kadar küçük olmaktadır Elektrik ve manyetik alana âit yansıma sâbiti, (13) ve (19)’dan, sırasıyla, 5 e =Er/Ei= Z 2 Z1 1, Z1 Z 2 Er Z 1 2 Z1 E Z Z2 Z1 m =Hr/Hi= r 1 1 Ei Z2 Ei Z1 Z 2 1 Z1 Z1 (25) ve yansıyan elektrik ve manyetik alanlar, E r E i , H r H i (26) olarak elde edilirler. (16) ve (22)’den e=-1 çıkar ki bu da Er=-Ei (27) olduğunu gösterir. (26) ve (27)’de görüldüğü gibi, iyi bir iletken engeline çarpan bir elektromanyetik alanın elektrik ve manyetik alan vektörleri tamâmen engelden ters yönde geri dönmektedir ve dolayısıyla bu durum, gelen ve yansıyan dalgaların tam başlangıç noktasında birbirlerini engel üzerinde yok ederek sıfır değerinden başlayan ve I. ortam içinde ortaya çıkan hemem hemen saf bir duran dalganın varlığına işâret eder. 2) I.ortam iyi bir iletken ve II. ortam boşluk (hava) olsun. Bu kabul, II. ortamın iyi bir dielektrik ortam olduğu ve empedansının I.ortamın empedansından çok büyük olduğu (Z2 Z1) sonucunu verir. Bu kabul (9) ve (17) kullanılırsa, 2Z 2 2 Z1 Z 2 Z 2 1 H 2Z1 Z2 0 m= t = Z1 H i Z1 Z 2 1 Z2 e= elde edilir. Dolayısıyla Et 2 Ei Ht 0 (28) (29) (30) olur ki bu sonuçlar, II. bölgede manyetik alanın çok küçük ve elektrik alanının çok büyük olduğunu gösterir. Diğer taraftan, Z 1 1 Z Z1 Z2 (31) 1 e =Er/Ei= 2 Z1 Z1 Z 2 1 Z2 E r Z1 E Z Z2 m =Hr/Hi= (32) r 1 1 Ei Ei Z1 Z 2 Z1 6 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ ve Er=Ei Hr=-Hi (33) (34) sonuçlarını verir ki bu durum I. bölgede saf bir duran dalgayı gösterir. 3) II. ortam tam bir iletken ve I. ortam boşluk (hava) olsun. Bu kabûle göre Z2=0 demektir. (22), (23) ve (24)’den, e=Et/Ei=0 (35) (36) Et=0 Ht 2Z1 = 2 H i Z1 Z 2 H t 2Hi m= (36) (37) elde edilir. Yansıma sâbiti, (25)’den m =1, m =Hr/Hi=1 (38) ve yansıyan elektrik ve manyetik alanlar e =-1, Er=-Ei Hr=Hi (39) (40) sonuçlarını verir ki bu durum I. bölgede saf bir duran dalgayı gösterir. 4) I.ortam tam bir iletken ortam ve II. ortam boşluk (hava) olsun. Bu kabûle göre Z1=0 demektir. (9) ve (8), (13) ve (14)’den, 2Z 2 =2 Z1 Z 2 Et=2Ei Z Z1 =1 e =Er/Ei= 2 Z1 Z 2 Er=Ei e= (41) (42) (43) Ve (17-20)’den m= Ht =0 Hi (44) Ht=0 m =Hr/Hi= (45) Er 1 Ei (46) 7 Hr=-Hi (47) bulunur. Görüldüğü gibi, elektrik alanı sınırın II. tarafında 2 kat olmaktadır. Bu durumda I. ortamdan engele dik olarak gelen dalga tamamen sol tarafa doğru yayılır. Bu durum, açık devre transmisyon hattı gibidir. 5) He iki Ortam Kayıplı olsun. Çoğu malzemelerde olduğu gibi, 1 2 0 alınırsa, (9), (13), (17) ve (19)’dan, 2 e= 2r 2r 2Z 2 2 = Z1 Z 2 1r 2r 1 2 1r 2r 1 e =Er/Ei= 2 1 2 1 Z 2 Z1 Z1 Z 2 2 1 2 1 m= Ht 2Z1 = H i Z1 Z 2 (48) 1 1 2 2 (50) 1 1 2 Er 1 Z1 Er Z1 Z 2 m =Hr/Hi= e Ei Ei Z1 Z 2 1 Z1 (49) 1 1 2 1 2 1 2 (51) sonuçları elde edilir. Görüldüğü gibi, her iki ortamın kayıplı olması hâlinde sâbitler iki ortama âit dielektrik sâbitlerine bağlı olurlar. Sorular: 1) Şekil 2’de birinci ortam hava, ikinci ortam iletkenliği 5.8x107 S/m olan bir iletken olduğuna göre, bakır malzemesi içinde f=1 MHz frekansında elektrik ve manyetik alana âit yansıma sâbitlerini bulunuz. 2) Büyüklüğü 1 V/m olan bir elektrik alanı serbest uzaydan empedansının değeri 188.3 olan bir ortama dik olarak gelmektedir. a) Transmisyon (geçiş) sâbitini, b) İkinci ortama geçen elektrik alanının değerini, c) Yansıma sâbitini, d) Yansıyan elektrik alanının değerini bulunuz. V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 8 Cevaplar: 1) 1 o 2 o 1 o 1 o 1 0 1 5.8x107 S / m 1 o 4x107 Z1 377 1 o 8..85x1012 Bir iletken ortamdaki empedans frekansa bağlı olarak Z 2 j o ile verilir. j o Elektrik alanına âit yansıma sâbiti: Z2 o o j o j 2x106 x4x107 0.000369e j 45 4x104 e j 45 7 6 12 j o 5.8x10 j 2x10 x8.85x10 e =Er/Ei= Z 2 Z1 3.69x104 377 0000079o 8o x105 0 . 999999 e 0 . 999999 e Z1 Z 2 3.69x104 377 Manyetik alanına âit yansıma sâbiti: o x105 m =Hr/Hi= e = 0.999999e 8 olur. İkinci ortama geçen alanın (izâfî şiddeti) transmisyon sâbiti: o Et 2Z 2 2x3.69x104 e j45 j45o 6 j45o e 0 . 000002 e 2 x 10 e E i Z1 Z 2 377 3.69x104 e j45o 5 H 2Z1 2x377 2e j4x10 m= t = o H i Z1 Z 2 377 3.69x104 e j45 Elektrik alanının şiddeti, iletkenin hemen içinde ilk değerinden yaklaşık 2x10-6 kadar zayıftır. Manyetik alanın şiddeti, iletkenin hemen içinde ilk değerinin yaklaşık 2 katı olur. 2) Ei=1 V/m, Z2=188.3 , Zo=377 Et 2Z 2 2x188.3 2/3 E i Z1 Z 2 377 188.3 b) E t e E i =(2/3)= 2/3 V/m Z Z1 188.3 377 1 / 3 =-0.3338 c) e =Er/Ei= 2 Z1 Z 2 188.3 377 d) E r e E i 1 / 3 =-0.3338 V/m a) e 9 Eğitim ve Moral Köşesi: OKUMA PARÇASI Günümüzde Kıymetli Bilim Adamlarımızdan Prof. Dr. Oktay Sinanoğlu Prof. Dr. Oktay Sinanoğlu, babası İtalya’da büyükelçilik yaparken, 1935 târihinde İtalya-Bari’de doğmuştur. 1953 yılında Ankara’da-TED’in Yenişehir Lisesi’ni bitirmiş, burslu olarak Amerika’ya gönderilmiş, 1956 yılında ABD Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley Kimyâ Mühendisliği’nden birincilikle mezun olmuştur. 1957’de ABD’de Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.)’de birincilikle yüksek lisansını tamamlamış, “Alfred Sloan ödülünü” almıştır. 1959’da Kalforniya Üniversitesi, Berkeley Kimyâ Mühendisliği’nde Kuramsal Kimyâ doktorası yapmış, iki ödül kazanmıştır. 1959-60’da ABD Atom Enerji Merkezi’nde araştırmalar yapmış, 1961’de hem Harward Üniversitesi ve hem de Yale Üniversitesi’nde kendi teorileri olan Yeni Kuantum Kimyâsı ve Fiziği konularında üst düzey dersler vermiştir. 1962 yılında Yale’de 26 yaşında Prof. olmuştur. ODTÜ Mütevellî Heyeti, Kuramsal Kimyâ Sinanoğlu’na, danışman prof. unvanını vermiştir. Bölümü’nü Türkiye’de kuran Oktay 1964 yılında Yale’de Moleküler Biyoloji konusunda ikinci kürsüsüne atanmıştır. 1973’de Almanya’nın en yüksek Alexander von Humbolt Bilim Ödülü’nü kazanan ilk bilim adamı olmuştur. 1975’de Japonya’nın “Uluslararası Seçkin Bilim Ödülü’nü almış olan Sinanoğlu’na Türkiye Cumhuriyeti, çıkardığı özel bir kânunla ilk ve tek “Türkiye Cumhuriyeti Profesörü Ünvanı’nı vermiştir. 1976 yılında Türkiye Cumhuriyeti Özel Elçisi olarak Japonya’ya gönderilmiş, Türk-Japon Kültür, Eğitim ve Bilim ilişkilerinin temelini atmıştır. Amerika Bilim ve Sanat Akedemisi’nin ilk ve tek Türk üyesidir. Hindistan Devleti’nce çağrılarak Hindistan Cumhurbaşkanı ve görüştürülmüş, Meksika’da 3. Dünyâ ülkelerinin bağımsızlıkları için yapmıştır. bakanlarla çalışmalar 1962’de ilk TÜBİTAK Bilim Ödülü’nü, ilk Sedat Simâvî Ödülü’nü alan Sinanolu, 1992’de Bilgi Çağı Ödülü’nü, 1995’de İLESAM Üstün Hizmet Ödülü’’nü, Yılın Fikir Adamı Ödülü’nü, ve Yılın Bilim Adamı Ödülü’nü almıştır. Yıldız Teknik Üniversitesi, Kazakistan Hoca Ahmet Yesevî Üniversitesi gibi birçok kuruluşlarda profesörlük, mütevelli heyeti üyeliği görevlerinde bulunan Oktay Sinanoğlu, Atatürk Kültür Kurumu aslî üyesidir. 250 kadar uluslaraerası bilimsel yayını, bilimsel kuramları ve çeşitli dillere çevrilmiş kitapları vardır. NOT: Daha fazla benzer yazılar için Her Zaman Güncel (Diri) Kalan Yazılar, http://gayalo.net/yazilar.html ya da http://mtemiz.com/bilim/bilimkosesi.htm 1. DOĞRULTU KOSİNÜSLERİ Bâzı hallerde sâbit bir eksen takımına göre keyfî bir doğrultuda yayılan bir dalganın denkleminin yazılması gerekebilir. O zaman dik kartezyen koordinat sistemine göre doğrultu kosinüsleri denen V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 10 parametreler tanımlanır ve bunlar yardımıyla dalga denklemi ifâde edilebilir. Doğrultu kosinüsleri, yayılan düzlem dalgaya dik olan doğrultunun açılarının kosinüsleridir. Üniform bir düzlem dalganın tanımına göre, dalganın eş faz yüzeyleri düzlemlerden oluşur. Meselâ, genliği E0 olan ve x doğrultusunda yayılan, E( x ) E s e jx (52) üniform bir elektrik alan düzlem dalgasına âit sâbit faz yüzeyleri x=K=sâbit olarak verilebilir. Bu, eş faz yüzeyleri, x doğrultusunda birbirlerine paralel kalacak şekilde kayan düzlemleri temsil eder (şekil 1). E(x) Eş faz yüzeyleri 0 y s x Şekil 1 Üniform düzlem dalgasının x doğrultusundaki eş faz yüzeyleri Diyelim ki, Şekil 2’de görüldüğü gibi, bir dik koordinat sistemine göre x ekseni ile x0M açısı yapan bir bir s doğrultusu olsun. O zaman s’in doğrultusunun x’in doğrultusuna göre belirlenmesi şartı altında, düzlem dalganın ifâdesi E( x ) E s e js (53) olur. Şekildeki MN doğrusu, s doğrultusunda yayılan dalganın eş faz yüzeyinin kesitini gösterir. Bu düzlem 0M=r yer vektörünün ucu tarafından çizilmektedir. Dolayısıyla, belli bir faz yüzeyi r yer vektörünün 0M üzerindeki izdüşümü sâbit olur. Yânî, n.r=sâbit yazılabilir. Burada n vektörü eş faz yüzeyinin birim normal vektörünü gösterir ki, buna Dalga Normali denir. r vektörü, her hangi bir değişken yer vektörü olarak düşünüldüğünde, n.r=sâbit ifâdesinin s doğrultusunda yayılan bütün eş faz yüzeylerinin denklemini verdiğine dikkat edilmelidir. Alınan bu s doğrultusunun yönü x ekseni ile çakışması hâlinde (52)’nin (51)’ri vereceğine dikkat ediniz. 11 y S M r N n 0 x y z Şekil 2 Üniform düzlem dalgasının s doğrultusundaki eş faz yüzeyleri Bundan sonra s doğrultusunun eksenlerle yaptığı açı cinsinden belirlenmesi gerekir. Bu da n.r=sâbit ifâdesinden bulunabilir: n.r=(ax+ax+ax).(xax+xax+xax)=xcosA+ycosB+zcosC (54) yazılırsa, burada A açısı dalga normalinin x ekseni ile yaptığı x0M açını, B açısı dalga normalinin y ekseni ile yaptığı y0M açını, C açısı dalga normalinin z ekseni ile yaptığı z0M açını gösterir. Başka bir ifâdeyle, A, B, C açıları dalga normalinin, sırasıyla, x, y, z eksenleriyle yaptığı açılardır. Bunların cosA, ycosB, zcosC olarak verilen kosinüslerine dalga normalinin doğrultu bileşenleri veyâ doğrultu kosinüsleri denir. 3. VERİLEN BİR DOĞRULTUDAKİ DALGAİFÂDESİNİN DALGA BOYU VE FAZ HIZI Verilen (53) dalgasında s doğrultusunun x eksenlerle yaptığı açı cinsinden belirlenmesi gerekir. Bunun için(54)’ün (53) kullanılması yeter: E(x) Ese jβn.r Ese jβ(xcosA ycosB zcosC) (55) Bu fazör büyüklüğü zamanla ilişkilendirilebilir ve bunun reel kısmı da alınabilir: e(x, t) ReE(x) Re Ese j(βn.r-ωt) (56) Burada Es genliği reel olabileceği gibi, kompleks bir büyüklük de olabilir. Eğer Es, Es=Er+jEi şeklinde kompleks bir büyüklük ise bunun (56)’de kullanılmasıyla reel kısmın e(x, t) E r cos(βn.r - ωt) E i cos(βn.r - ωt) (57) 12 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ olarak elde edilebileceği açıktır. Genliği 1 olan ve herhangi bir u doğrultusunda yayılan üniform bir düzlem dalganın ifâdesi, şimdiye kadarki bilgilerin ışığı altında e iHu şeklinde olacağı açıktır. Eğer u=s, H= alınırsa, e is olarak genliği 1 olan ve s doğrultusunda yayılan (53)’deki üniform düzlem dalanın elde edileceği de açıktır. Genel olarak e iHu şeklinde verilen bir düzlem dalganın dalga boyu ve faz hızı sırasıyla ile 2 u vu , ile bellidir. Burada özel olarak u doğrultusu s doğrultusu alınırsa, o zaman (53) H H düzlem dalgası için 2 , (58) s vs bulunur. Burada s=n.r alınırsa, 2 (ax+ay+az) axvxcosA+ayvycosB+axvzcosC (ax+ay+ax λ n.r ax xcosA+ay ycosB+az zcosC v n.r ya da buradan 2 2 x cos A 2 2 ycosB y cos B 2 2 zcosC z cos C xcosA ve vx cos A v ycosB v y cos B v zcosC v z cos C v xcosA (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) elde edilir. Dalganın sırf x ekseni doğrultusunda yayıldığı farz edilirse, o zaman A açısının sıfır ve diğer açıların 900 düşünülürse, 2 2 (67) x x (68) vz vz olacağı hemen görülebilir. 13 Eğitim ve Moral Köşesi: OKUMA PARÇASI Asrımızda Kıymetli Bilim Adamlarımızdan Prof. Dr. Behram Kurşunoğlu Aslen Trabzon'un Çaykara ilçesinden olan Dr. Behram Kurşunoğlu (1922-2003), Orbitron Teorisi adını verdiği “Genelleştirilmiş İzâfiyet Teorisi” adıyla yeni bir teori ortaya atan bir bilim adamımızdır. Kendisiyle Einstein görüşme talebinde bulunduğu zaman o 31 yaşındaydı. Kurşunoğlu, Einstein ile bilim konusunda 4 saat görüşerek tartışmıştır. Einstein, derin bir düşünceden sonra şöyle demiştir: “İkimizden biri muhtemelen doğru... Senin teorin benimkinden daha geniş kapsamlı... Fakat zaman gösterecek...” Diğer bilim adamları, Kurşunoğlu'nun teorisi hakkında şöyle demektedirler: “Prof. Kurşunoğlu'nun teorisine kimse karşı çıkamıyor ama Einstein'i çiğneyip açıkça kabûle de yanaşmıyorlar. Fakat kabul edildiğinde Kurşunoğlu, Newton ve Einstein ayarında bir fizikçi olarak ilim târihine geçecek…” Kaynaklar: 1. Döven, Ş., Müslüman İlim Öncüleri Ansiklopedisi, Yeni Asya Yayınları, 1984. NOT: Daha fazla benzer yazılar için Her Zaman Güncel (Diri) Kalan Yazılar, http://gayalo.net/yazilar.html ya da http://mtemiz.com/bilim/bilimkosesi.htm 4. İLETKEN BİR ARAYÜZEYE BİR AÇI İLE GELEN ELEKTROMANETİK DALGADA POLARİZAYON TİPLERİ İki ortamı ayıran iyi bir iletken yüzeye eğik olarak gelen bir düzlem elektromanyetik dalgayı ele alalım. Bu düzlem elektromanyetik dalganın, birbirine ve yayılma doğrusuna dâimâ dik kalan, elektrik alan ve manyetik alan bileşenlerinin olduğu bilinmektedir. Elektromanyetik dalganın elektrik alan bileşeninin ara yüzeye göre pozisyonu, iki durumun ortaya çıkmasına sebep olur: 1) Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, ara yüzeye paralel olabilir. 2) Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, ara yüzeye dik olabilir. İyi bir iletken olan ara yüzeye eğik olarak gelen elektromanyetik dalgayı, şimdi bu iki kabule göre incelemek istiyoruz. 1)Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, gelme düzlemine dik olsun. Şekil 3’de görüldüğü gibi, iki ortamı ayıran ara yüzeyin normalinin gelen ışınla yaptığı düzleme Gelme Düzlemi, yansıyan ışınla yaptığı düzleme Yansıma Düzlemi ve kırılan ışınla yaptığı düzleme Kırılma Düzlemi denir. Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, ara yüzeye paralel olduğunda gelme düzlemine dik olur. Elektrik alan vektörünün durumu ara yüzeye göre söylendiğinde elektrik alanın bu polarizasyonuna Yatay (Ufkî) Polarizayon denir. Şâyet elektrik alan vektörünün durumu geliş düzlemine göre söylendiğinde, elektrik alanın bu polarizasyonuna Dik Polarizayon denir. Elektrik alanının Yatay (Ufkî) Polarizayon- Dik Polarizayon durumunda manyetik alan vektörü gelme düzlemine paralel olur. V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 14 Şekil 3’de 1 ve 2 ortamlarını ayıran ara yüzeye gelen bir elektrik alan dalgası yansıyarak iki kısma ayrılır. Er yansıyan elektrik alanı ve Et kırılan elektrik alanını göstermektedir. Elektrik alanının bu tipine spolarizeli dalga da denir. Gelen Işın s-Polarizeli Dalga Yansıyan Işın z Ei Gelme Düzlemi 1 Hi Yansıma Düzlemi Er i Hr r y 2 t Et Ht Kırılma Düzlemi Geçen Işın (Kırılan Işın) Şekil 3 Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, ara yüzeye paralel, manyetik alan vektörü gelme düzlemine paraleldir. 2)Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, gelme düzlemine paralel olsun. Şekil 4’de görüldüğü gibi, elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, gelme düzlemine paralel olur. Dikkat ediniz ki, manyetik alan vektörü bu durumda gelme düzlemine dik olmaktadır. Gelme düzlemi göz önüne alındığında elektrik alanının pozisyonuna göre bu polarizasyona Palalel Polarizasyon; ara yüzeye göre aldığı pozisyondan dolayı, Düşey Polarizasyon denir. Düşey polarizasyonda manyetik alan vektörü ara yüzey düzlemine ve elektrik alan vektörü gelme düzlemine paraleldir. Yatay polarizasyon yatay antenlerle, düşey polarizsyon düşey antenlerle yakından ilgilidir. Bu ”yatay” ve “düşey” terimleri sırasıyla dünyâ yüzeyine çarpan dalgalardaki elektrik ve manyetik alan vektörlerinin yönlenmesini karakterize ederler. Yatay polarizasyonda elektrik alanı gelme düzlemine dik olduğu için bu polarizasyon TE modu (Transverse Electric) ve düşey polarizasyonda manyetik alan gelme düzlemine dik olduğu için bu polarizasyon TM (Transverse Magnetic) modu olarak da bilinirler. Bâzen, TM modlu dalgaya p-polarizeli dalga da denir. 15 Gelen Işın Yansıyan Işın p-Polarizeli Dalga z Ey Hi 1 i Hr r Et t 2 Yansıma Düzlemi Er Ei Gelme Düzlemi Kırılma Düzlemi Ht Geçen Işın (Kırılan Işın) Şekil 4 Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, gelme düzlemine paralel, manyetik alan vektörü diktir 5. İLETKEN BİR ARAYÜZEYE BİR AÇI İLE GELEN ELEKTROMANETİK ALANDA DİK POLARİZASYONLU [UFKÎ POLARİZASYONLU-YATAY POLARİZASYONLU-TE MODLU] DALGAYA ÂİT YANSIMA VE GELEN DALGA İLE GİRİŞİM İki ortamı ayıran iyi bir iletken yüzeye eğik olarak gelen bir düzlem elektromanyetik dalgayı ele alalım. Şekil 3’de iki ortamı ayıran iyi bir iletken yüzeye eğik olarak gelen elektromanyetik dalga Gelen Işın olarak temsil edilmektedir. Bu Ufkî Polarizayonlu elektromanyetik dalganın büyüklüklerindeki alt indislerden i, (i-input), gelen büyüklüğü, r, (r-reflection), yansıyan büyüklüğü ve t, (t-transfer) ise geçen büyüklüğü gösterir. Buna göre θ i , θ r ve θ t açıları sırasıyla gelen ışının, yansıyan ışının ve geçen ışının ara yüzey normali ile yaptığı açılar olmak üzere, i r olduğu ve bu iki açının aynı düzlem içinde bulunduğu İbnül Heyzem zamanından beri bilinmektedir. Gelen dalga yansıdıktan sonra aynı dalga boyuna ve aynı frekansa sâhiptir ve z doğrultusu ile bir açı yapacak şekildedir. Dolayısıyla, yansıyan dalga gelen dalga ile bir girişime uğrayarak, aynı zamanda y doğrultusunda da yayılır. Yansıyan dalga her “hangi bir doğrultuda yayılan dalga” kavramına göre (53)’den faydalanarak, genel olarak, E(x, y, z) E o e jn.r E o e j( x cos A y cos B z cos C) (69) şeklinde ifâde edilebilir. Bundan sonra gelen ve yansıyan dalganın dalga normalleri belirlenebilir: Şekil 3’den görüldüğü gibi, A açısı gelen dalganın x ekseni ile yaptığı açı olup 900’dir. Gelen dalganın z ekseni ile yaptığı C açı (180- θ i ); y ekseni ile yaptığı B açısı ise ( kullanılırsa, 2 θ i ) olur. Bu açılar (54)’te V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 16 n.r=xcos ya da +ycos( θ i )+zcos(180o- θ i 2 2 n.r=ysin 1 )-zcos 1 (70) (71) ve dolayısıyla (66)’dan E gelen (y, z) E oie jβ(ysinθi zcosθi ) (72) bulunur. Burada Eoi gelen dalganın genliğidir. Benzer şekilde yansıyan dalganın dalga normali de belirlenir. Şekil 3’e göre, A açısı yansıyan dalganın x ekseni ile yaptığı açı olup 900’dir. Yansıyan dalganın z ekseni ile yaptığı C açı θ r ; y ekseni ile yaptığı B açısı ise (900- θ r ) olur. Bu açılar (54)’te kullanılırsa, n.r=xcos +ycos( θ r )+zcos θ r 2 2 (73) ya da n.r=ysin θ r +zcos θ r (74) E yans. (y, z) E or e jβ(ysinθr zcosθr ) (75) ve dolayısıyla bulunur. Burada Eor, koordinat başlangıcından yansıyan dalganın genliğidir. Sınır şartından Eor=-Eoi elde edilir ve θ i θ r olduğu için E yans.(y, z) E oie jβ(ysinsθi zcosθ i ) (76) olur. Görüldüğü gibi, iletken yüzeye gelen elektrik alanı ve yansıma sonunda ortaya çıkan yansıyan elektrik alanı y ve z parametrelerinin bir fonksiyonudurlar. Sonuç olarak (72) ve (76) süperpoze olur: e(y,z) Egelen (y, z) + E yans. ( y, z) Eoie jβ(ysinθi zcosθi ) Eoie jβ(ysinθ zcosθ ) Eoi e jβ(ysinθ zcosθ ) e jβ(ysinθ zcosθ ) i i i =2Eoisin( zcos θ i ) 2jEoi sin(zβz )e β z βcosθi , i i i jyβy β y βsinθi , (77) β ω 2π v λ (78) Burada β z , z ekseni doğrultusundaki faz kayması ve β y , y ekseni doğrultusundaki faz kaymasıdır. (77), gelen ve yansıyan dalgaların girişimi sonunda z doğrultusunda oluşan duran dalga dağılımını gösterir. Bu duran dalganın y ve z doğrultularındaki dalga boyları, 17 2π 2π λ β y βsinθi sinθi 2π 2π λ λz β z βcosθi cosθi λy (79) (80) olur ki burada , gelen dalganın dalga boyudur. Girişim sonunda, elektrik alanı bâzı noktalarda birbirini yok ederek sıfır değerine ulaşır; bâzı noktalarda birbirine eklenerek pozitif ve negatif doğrultularda maksimum olur. Sıfır noktaları, yansıma yüzeyinden z z mesâfesin ve katlarında ve maksimum noktalari ise, yansıma yüzeyinden mesâfesin 4 2 ve katlarında oluşur. Duran dalganın y ve z doğrultularındaki faz hızları da kolayca bulunabilir: ω ω v β y βsinθi sinθi ω ω v vz β z βcosθi cosθi vy (81) (82) 5. İLETKEN BİR ARAYÜZEYE BİR AÇI İLE GELEN ELEKTROMANETİK ALANDA PARALEL POLARİZASYONLU (DÜŞEY POLARİZASYONLU)-TM MODLU) DALGAYA ÂİT YANSIMA VE GELEN DALGA İLE GİRİŞİM Şekil 4’te görüldüğü gibi, paralel polarizasyon’da (düşey polarizasyon’da) elektrik alan vektörü gelme düzlemine paralel ve manyetik alan vektörü ise diktir. Şekil 4’te elektrik alanının gelen ve yansıyan genliklerinin anî bir duruma âit doğrultuları görülmektedir. Bu genliklerin ara yüzeye paralel olan yatay bileşenleri şekilde görüldüğü gibi, eşit ve zıt yönlüdür. Bu modda manyetik alanının rolü, TE-modlu durumundaki elektrik alanının rolü gibi olduğu için, (72), (75) ve (77)’de benzer şekilde yazılabilir: Hgelen (y, z) Hoie jβ(ysinθi zcosθ i ) (83) H yans.(y, z) Hor e jβ(ysinθi zcosθ i ) (84) h( y, z) Hgelen ( y, z) + H yans. ( y, z) Hoie jβ(ysinθi zcosθ i ) Hoie jβ(ysinθi zcosθ i ) Hoi e jβ(ysinθi zcosθi ) e jβ(ysinθi zcosθ i ) =2Hoicos( zcos θ i )e-j βysinθi ==2Hoicos(z z)e-jy y β z βcosθi , β y βsinθi , β ω 2π v λ (85) (86) Girişim sonunda, manyetik alan da bâzı noktalarda birbirini yok ederek sıfır değerine ulaşır; bâzı noktalarda birbirine eklenerek pozitif ve negatif doğrultularda maksimum olur. Yansıma yüzeyinde V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 18 maksimum olan manyetik alanın bu maksimumları, yansıma yüzeyinden Diğer taraftan yansıma yüzeyinden z ’nin katlarında tekrarlanır. 2 z mesâfesi ve katlarında sıfır noktaları oluşur. Bu maksimum ve 4 sıfır noktalarının meydana getirdiği düzlemler z doğrultusundadır. Yansımadan sonra manyetik alanın şiddet ve yönünde bir değişme yoktur. Diğer taraftan elektrik ve manyetik alan arasında, E oi E o r Z (87) H oi H or şeklindeki empedans ilişkisi devam etmektedir. Elektrik alanı, Ei (87)’den, Eoi=ZHoi (88) olarak elde edilir ve Şekil 4’ten bulunan gelen elektrik alanının Ez ve Ey bileşenlerinde kullanılırsa, Ezgelen=Eoisin 1 =ZHoisin θ i , Eygelen=Eoicos 1 =ZHoicos θ i , (89) (90) bulunur. Bu ifâdeler, TM modunda iyi bir iletken ara yüzeyine eğik gelen elektrik alanının ifâdeleridir. Yansıyan dalganın genliği gelen dalganın genliğine eşit, Hr=Hi, olduğu için, Ezyans.=Eorsin 1 =ZHorsin 1 , Ey-yans.=Eorcos 1 =-ZHorcos 1 , (91) (92) yazılabilir. Girişime uğrayan elektrik alanının toplam z bileşeni ezg(z,y)=Zh(y,z)sin θ i =2ZHoisin θ i cos( zcos θ i )e-j βysinθi =2Zsin θ i Hoicos(z z)e-jy y (93) ve toplam y bileşeni, eyg(z,y)=Zh(y,z)cos θ i =2ZHoicos θ i sin( zcos 1 )e-j βysinθi =2jZcos 1 Hoisin(z z)e-jy y (94) Elektrik alanının her iki bileşeni TM modunda da de yansımadan sonra duran dalga oluşturur. 19 Eğitim ve Moral Köşesi: OKUMA PARÇASI Bilinmeyenler Üzerine Kurulan Bilim ve Teknoloji Prof. Dr. Mustafa TEMİZ Günümüz ilim ve teknolojisi hızla ilerlemektedir. Günlük gelişmelerin dahî tâkip edilemediği bir dünyâdayız. Daha düne kadar bir kaç cm2’lik bir çip’e (elektronik yonga), 15-20 yıl evvel bir çekirge büyüklüğünde olan tranzistörlerden 10-1000 âdet sığdırılabiliyorken, bugün aynı çip’e 450 bin civârında yerleştirilebilmekte ve yakın bir gelecekte bunun 10 milyon civârında olması planlanmaktadır. Diğer taraftan, sâniyede 400-500 milyon işlem yapan bilgisayar teknolojiyi ve dünyâyı yeni bir değişime zorlamaktadır. Hayretle müşâhede ettiğimiz ilmin her sahâsındaki îcat ve gelişmelerin temelinde, hiç şüphesiz, maddenin derin bir şekilde incelenmesi yatmaktadır. Bu inkişaf, asrımızda maddeci bir hayat görüşünün hâkimiyeti neticesini vermiştir. İnsanoğlu bir yandan akılları sarsacak şeyler yapmış olmanın sevincini yaşarken, diğer taraftan hayâtın kördüğüm olmuş iplerinden, belki daha iyi bir eser meydana getiririm diye, devamlı olarak bir şeyler örmeye çalışmakta ve ortaya çıkan yeni problemlerle yüz yüze gelmektedir. Gerçeği bulma yarışında âdetâ tek kanatlı bir kuş olmuştur. Zirâ bu günkü teknolojinin en mükemmel misal olarak aldığı otomatik kontrol ve sibernetiği cem eden insanoğlunun ruhî cephesi göz ardı edilmiş ve dolayısıyla model eksik uygulanmıştır. Bu gerçekleri Akif’in kaleminden dökülen şu terennümler ne güzel özetlemektedir. Yarının ilmi nedir? Gayet müthiş... Maddenin kudreti zerriyesi uğraştığı iş. O yaman kudrete hâkim olsam diyerek Sarf edip durmadan birçok kafa, binlerce emek. Çünkü bir damla kömürden edecektir temin, Öyle milyonla değil nâmütenâhî kudret... İbret al kendi sözünden aman oğlum gayret... İlmî araştırmaların bildirdiğine göre, kâinattaki bütün maddeler yüzü aşkın elementten meydana gelmiştir. Canlı ve cansız her şey, bu elementlerin hârikûlâde terkiplerinin bir neticesidir. Varlıkların bâzılarına canlılık hassası kazandırılmış, canlılar âlemi ortaya çıkmıştır. Canlı ve cansız bütün varlıklar, birbirlerine muhtaç kılınmışlardır. Canlılar, bu münâsebetler sonunda zevk, haz veyâ ıstırap, keder duymaktadırlar. Özet olarak söylemek gerekirse, Yaratıcı, maddeyi maddeye muhtaç kılmakta, sonunda da onları birbirleri ile zevklendirmektedir. Bugün bildiğimiz kadarıyla madde enerjinin yoğunluk kazanmış bir hâlidir. Demek ki, canlı ve cansız bütün varlıkların esâsı enerjiden ibârettir. Yeri gelmişken hemen soralım, nedir bu enerji? Kendisine su ve hava kadar ve belki onlardan daha fazla muhtaç olduğumuz bu öz’ün kaynağı nedir? Evet! Modern ilim bu soruları henüz cevaplandıramamıştır. Bunlara tatmin edici cevaplar verildiği gün, gerçekler ortaya çıkacaktır. Maddenin hemen hemen bütün kütlesini, 1014 g/cm3 civârında olan bir yoğunlukla, atomun çekirdeğini meydana getirir. İki ayrı cismin kütleleri arasında bir çekim kuvveti vardır. Bu kuvvetin hangi faktörlere bağlı olduğunu biliyor ve bunu Bu makâle 1987 yılında yayımlanmıştır. Bu gün 10 milyon sayısı yakalanmış bulunmaktadır. 20 hesaplayabiliyoruz. Fakat bu kuvvetin nasıl meydana bilememekteyiz. Fizik ilmi, henüz bunu izah edememiştir. V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ geldiğini şimdilik Maddenin temel elemanlarından bir tânesi elektrondur. Elektron, bugün hayat ve medeniyetimizde büyük bir rol oynamaktadır. Elektrik ampulünden saçılan ışık, uyarılan veyâ iyonlaşan bir atomda, elektronlar tarafından serbest bırakılan enerji değil midir? Uygun kumanda metotları ile elektrik ve elektroniğin vazgeçilmez bir parçası olan, kontrol altına alınamadığında bir yıldırım olup canavarlaşan da elektronlardır. Bunlar atom çekirdeği etrafında dönen 9.1095x10-31 kg ağırlığında elektrikle yüklenmiş parçacıklardır. Maddenin yapı taşlarından olan bu küçük parçacığın bir an yok olması, kâinât dengesini sarsacak mâhiyettedir. Atomun çekirdeğinde de elektrik yüklü parçacıklar vardır. Bu iki tip elektrik yükünü birbirinden ayırabilmek için elektronun elektrik yüküne “negatif”, çekirdekteki parçacıkların yüküne de “pozitif” ismi verilmiştir. Tecrübeler, farklı elektrik yüklü cisimlerin birbirini çektiklerini, aynı elektrik yüklü cisimlerin birbirlerini ittiklerini göstermektedir. Bu itme/çekme kuvvetlerinin nelere bağlı ve nasıl değiştiği bilinmektedir. Ancak bu olayın sebebi de açıklanamamıştır. Ama elektrik yüklerinin bu husûsiyetleri maddenin ve bugünkü teknolojinin vazgeçilmez birer unsurudurlar. Çekirdeğin pozitif elektriği ile elektronun negatif elektriğinin meydana getirdiği çekim kuvvetini dengelemek için elektron çekirdek etrafında 50 000 km/s’lik gibi bir hızla dönmektedir. Bu saatte 40 000 km olan fezâ araçlarının hızlarına göre, korkunç bir sür’attir. Bu dönüş, elektronun çekirdeğin üzerine düşmesini engelleyen bir merkezkaç kuvveti meydana getirir. Nedir bu merkezkaç kuvveti? Cisim sükûnette iken olmayan bu kuvvet, hangi sebepten dolayı dönme başlayınca ortaya çıkmaktadır? Bu kuvvet de kâinat düzeninin ve teknolojinin vazgeçemediği mühim bir unsurdur. Gravitasyon adı verilen kütle çekimi en zayıf kuvvettir. Bununla berâber, kâinâtta tesir sahâsı en uzaklara kadar erişmekte ve astronomik ölçülerde hissedilebilen yegâne kuvvet olmaktadır. Ayı Dünyâ etrafında, Dünyâ’yı Güneş çevresinde tutan; yıldızları galaksiler hâlinde bir araya getiren ve galaksileri küme küme toplayan, merkezkaç kuvveti ile birlikte bu kuvvettir. Elektrikî çekim kuvvetinden 1040 defâ daha zayıf olan bu çekim kuvveti, mikroskopik sahâda, meselâ atom içinde, ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Aksine, burada elektrik ve manyetik kuvvetler hâkimdir. İlmin izâhından âciz kaldığı bu kuvvetlerin, acabâ, hiç bir izâhı yok mudur? Bunların cevâbını bulmadan bilinmeyenleri “maddenin temel özellikleri” deyip geçiştirmekle aklı rahatlığa kavuşturmak mümkün müdür? Elbette mümkün değildir. Kâinât denkleminin bu bilinmeyenlerini çözmeden ilim ve teknolojiyi bunların üzerine inşa etmeye çalışanlar, huzursuz kalmaya mahkumdurlar. Aklı rahatlatmak ve huzûra kavuşturmak için dar fikir kalıplarını yırtmalı ve gerçeği serbestçe haykırmalıdır. Nitekim, bakınız Sokrat’ın sözlerine: “Kâinâtta bulunan her şey, bir gâyeye doğru yönelmektedir. Bu gâye de daha üstün hedeflere mâtuftur. En sonunda varılacak olan gâye bir ve tektir. “ Spencer ise: “Biz kâinâtta meydana gelen hâdiseleri idrak üstü mutlak bir kudretin tezâhürüne bağlamak mecbûriyetinde olduğumuzu itiraf etmek zorundayız..” demekte, Abraham Lincoln ise, konuyu daha da berraklaştırarak: “Ben göklere bakıp varlıkların azâmetini seyredip sonra Allah’a inanmayanlara hayret ediyorum.” demektedir. İnsan inanmanın yanında şükretmeyi de bilmelidir. Yanılmıyorsam, rahmetli Ayhan Songar’ın söylediğini zannettiğim şu söze bir bakınız: 21 “İnanmayanların en büyük bahtsızlığı, şükretme ihtiyacını duyup da şükredecek bir yer bulamamalarında ortaya çıkmaktadır.” Allah’ın “ilim” sıfatının bir tecellisi olan ilim ve teknolojideki bu gelişmeler ancak bir başlangıçtır. Gerçeğe daha çok yaklaşmak maddî ve mânevî ilimlerin kemâliyle mümkün olacaktır. Psikoloji konusunda büyük ilerlemeler kaydeden meşhur bilim adamı Dr. Charles Stamimities, ilmin en sonunda ne gibi gelişmeler yapacağı şeklindeki bir soruya: “İleride meydana gelecek en büyük keşifler rûhî yönden olacaktır. İnsanlar bir gün maddî şeylerin saâdete vesile olamayacağını anlayacaklardır. İşte o zaman dünyâda âlimlerin laboratuvarları Allah’a yönelecek ve rûhî hakîkatler araştırılmaya başlanacaktır. O gün geldiği zaman âlem geçmiş asırlarda görmediği ilerlemelerin en hızlısına şâhit olacaktır.” Bugün ilim, laboratuvarlarını rûhî gerçeklere yönelterek, onunla bütünleşeceği gelecek günlerin hasretini duymaktadır. NOT: Daha fazla benzer yazılar için Her Zaman Güncel (Diri) Kalan Yazılar, http://gayalo.net/yazilar.html ya da http://mtemiz.com/bilim/bilimkosesi.htm 7. TAM BİR DİELEKTRİK ARAYÜZEYİNDE EĞİK YANSIMA Geometrik optikte bir elektromanyetik dalga bir ışın ile gösterilebilir. Işın, eş potansiyel yüzeyin normaline (dalga normali) paralel olarak çizilen yönlü bir hattır. Işın kavramında elektrik ve manyetik alanlara âit genlik söz konusu olmaz. Şekilde görüldüğü gibi, 1. ortamda dielektrik sınır yüzeyine eğik olarak gelen bir düzlem dalgaya âit paralel ışınların bir kısmı 1. ortama geri yansır, bir kısmı da kırılarak 2. ortama geçer. Şekil 5’te dieletrik sınır yüzeyine gelen bir düzlem elektromanyetik dalgaya âit gelen yansıyan ve kırılan ışınların bir çifti görülmektedir. 1 Gelen Işınlar, 2 Yansıma Düzlemi 1 Yansıyan Işınlar z 1 Gelme Düzlemi C K 1 Sınır Yüzeyi 1 A 2 2 E 2 D 2 n B Kırılma Düzlemi T Geçen Işınlar (Kırılan Işın) Şekil 5 Dielektrik sınır yüzeyine gelen bir düzlem elektromanyetik dalgaya âit gelen yansıyan ve kırılan ışınlar 22 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ Şekil 5’te 1. ortamda gelen 2. ışın CB mesâfesini alırken, A noktasında kırılan 1. ışının bir kısmı AE mesâfesini, 2. ortamda AD mesâfesini kat eder. Eğer dalganın 1. ortamdaki faz hızı v1, 2. ortamdaki v2 ise, o zaman bu alınan yolların oranı, hızların oranı ile aynı demektir: CB v1 AD v 2 (95) ACB dik üçgeninde CB=ABsin 1 ve ADB dik üçgeninde AD=ABsin 2 olduğunu görmek kolaydır. CB ve AD eşitlikleri (95)’de kullanılırsa, CB sin 1 v1 (96) AD sin 2 v 2 elde edilir. Diğer taraftan 1 1 v1 , v2 (97) 1 1 2 2 olduğu hatırlanır ve ifâdede yerlerine yazılır ve optik malzemelerin çoğunda 1 2 = μ 0 olduğu göz önüne alınırsa, (86)’ten, CB sin 1 v1 2 (98) AD sin 2 v 2 1 bulunur ki, bu eşitliğe Snell Kânunu denir. Ayrıca, ABE açısı ile KAE açısı kenarları birbirlerine dik oldukları için, birbirine eşittir. Aynı sebepten dolayı CAE açısı ile CBE açısı birbirlerine eşit olur. Dolayısıyla, CB ve AB kenarları birbirine eşit olduğu için, ACB ve AEB üçgenleri birbirlerine eşittir. ABE= 1 ve dolayısıyla ile KAE= 1 elde edilir ki buradan şu sonuç çıkar: Yansıyan ışının yansıma düzleminin normali ile yaptığı açı, gelen ışının yansıma düzleminin normali ile yaptığı açıya eşittir. Bu eşit açılar aynı düzlem içindedir. Bir düzlem elektromanyetik dalgada metre kare başına nakledilen gücün Poyntig Vektörü ile hesap edildiği bilindiğine göre, P=E H yazılabilir. Düzlem dalgada elektrik alan vektörü dâima manyetik alan vektörüne dik kaldığı için, P= E H sin 90o , EiHi=Ei2/Z1 elde edilir. Buna göre AB yüzeyine çarpan gelen dalganın taşıdığı güç cos 1 ile orantıdır. Yâni, AB yüzeyine gelen güç (E2/Z) cos 1 olur. Bu gücün bir kısmı geri yansır bir kısmı 2. bölgeye geçer. Enerji korunumundan dolayı (Ei2/Z1)cos 1 =(Er2/Z1)cos 1 +(Et2/Z2)cos 2 (99) eşitliği yazılabilir. Bu eşitliğin her iki tarafı Z1 ile çarpılırsa elde edilen, Ei2cos 1 =Er2cos 1 +(Z1Et2/Z2)cos 2 (100) ifâdesinin her iki tarafı Ei2cos 1 ile bölünürse, 1=Er2/Ei2+(Z1/Z2Et2)cos 2 (101) 23 1 Er 2 Ei 2 Z1E t 2 cos 2 (102) Z 2 E i 2 cos 1 veyâ Er 2 Ei 2 1 Z1E t 2 cos 2 Z 2 E i 2 cos 1 1 2 E t 2 cos 2 1 E i 2 cos 1 (103) sonuna varılır. Bunun karekökü yansıma sâbitini verir: 2 2 ε E cosθ2 Z E cosθ2 E ρ r 1 1 t 2 1 2 t2 Ei Z 2 E i cosθ1 ε1 E i cosθ1 (104) Eğitim ve Moral Köşesi: OKUMA PARÇASI Asrımızda Kıymetli Bilim Adamlarımızdan Fezâ Gürsey Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 1976 yılında Nobel Ödülü'nden sonra gelen ve en önemli ödüller arasında sayılan Openhimer Ödülü'nü kazanan Üçüncü Dünyâ İlimler Akademisi'nin de üyesi bulunan diğer bir bilim adamımız merhum Fezâ Gürsey, 1950'lerde İngiltere'de doktorasını yaptığı sıralarda Elementer Parçacıklar Fiziği'nde önemli buluşlar olmaktaydı. Gürsey, partikül fiziğine daha o sıralarda gönül vermişti. 1968'de TÜBİTAK Bilim Ödülü'nü kazandığı zaman, ödül töreninde yaptığı heyecanlı konuşmasında, yüksek enerji fiziğinin geleceğe dönük önemini belirterek aklî ve naklî ilimleri karşılaştırdıktan, yânî ilmi madde ve mânâsı ile ele almanın önemini vurguladıktan sonra sözlerini şu konuşma ile bitirmiştir: “Bir taraftan temel bilim derin bir gerçeği aksettirdiği için güzel... Mâcerâ açısından bakılırsa, sürprizli yollardan beklenmedik netice ve kavramlara sürüklediği, araştırma heyecânı dolu anlar yaşattığı için güzel... Böyle yaratıcı güzelliğin ne zararı olabilir? Bir avuç insan, eski dervişler misâli, tabiatın sınırlarında dolaşır dururlar. Şâir Muhyiddin Abdal'ın dediği gibi, “Muhyiddinem dervişem, Hak yoluna girmişem, On sekiz bin âlemi, Bir zerrede görmişem.” KAYNAKLAR: 1. Anonim, 1986 Bilim Ödülü Töreni, Bilim ve Teknik, , Sayfa 4, Sayfa 16. NOT: Daha fazla benzer yazılar için Her Zaman Güncel (Diri) Kalan Yazılar, http://gayalo.net/yazilar.html ya da http://mtemiz.com/bilim/bilimkosesi.htm 24 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 8. YALITKAN BİR ARAYÜZEYE BİR AÇI İLE GELEN ELEKTROMANETİK ALANDA DİK POLARİZASYONLU (UFKÎ POLARİZASYONLU)-TE MODLU) DALGAYA ÂİT YANSIMA SÂBİTİ Ara yüzeye eğik olarak gelen TE modunda elektrik alan vektörünün gelme düzlemine dik ve ara yüzeye paralel olduğu bilinmektedir. Şekil 6’da görüldüğü gibi, Ei, Er ve Et alanları tahtadan (sayfa düzleminden) bize doğru gelecek şekilde polarizelidir. Bu durumda elektrik alanının bu bileşenleri, görüldüğü gibi, ara yüzeye teğet bileşenlerdir. Elektrik alanının teğet bileşenleri, ara yüzeyde sürekli olduğu için, Et=Ei+Er (105) eşitliği yazılabilir. Bunun her iki tarafı Et ile bölünürse, E t Ei E r Ei Ei Ei (106) Et E 1 r Ei Ei (107) ya da bulunur. Bu sonuç (103)’de kullanılırsa, Er 2 Ei 2 1 1 E cos 2 (1 r ) 2 2 E i cos 1 (108) elde edilir. Burada ara işlemler yapılırsa yansıma sâbiti, 1 Er 2 Ei 2 1 E cos 2 (1 r ) 2 2 E i cos 1 (1 Er E E cos 2 )(1 r ) 1 (1 r ) 2 Ei Ei 2 E i cos 1 (1 Er E cos 2 ) 1 (1 r ) Ei 2 E i cos 1 cos 1 2 cos 2 Er 1 Ei 1 cos 1 2 cos 2 veyâ (109) olarak ortaya çıkar. Snell Kânunu’ndan hareketle bulunan 2 cos 2 1 cos 1 (110) ifâdesindeki 2 cos 2 2 1 sin 2 2 2 (1 sin 2 2 ) 2 2 sin 2 2 ) 2 1 sin 2 1 ) (111) 25 eşitlik dikkate alındığında 1 cos 1 2 1 sin 2 1 Er Ei 1 cos 1 2 1 sin 2 1 (112) ya da 2 1 sin 2 1 1 cos 1 cos 1 2 1 sin 1 Er 1 2 Ei 1 cos 1 2 1 sin 1 cos 2 sin 2 1 1 1 1 2 (113) sonucuna varılır. Bu ifâde dielektrik bir ara yüzeye eğik olarak gelen bir TE modlu bir düzlem elektromanyetik alanın elektrik alan bileşenine âit yansıma sâbitini verir. 9. YALITKAN BİR ARAYÜZEYE BİR AÇI İLE GELEN ELEKTROMANETİK ALANDA TM MODLU DÜZLEM ELEKTROMANYETİK DALGAYA ÂİT YANSIMA SÂBİTİ Paralel polarizasyon (Düşey Polarizasyon) da denilen bu TM modunda manyetik alan, yansıtıcı yüzeye paralel ve gelme düzlemine diktir. Bu modda manyetik alanının rolü, TE-modlu durumundaki elektrik alanının rolü gibidir. Şekil 6‘da görüldüğü gibi, 1. ortamda elektrik alanları birbirlerinin etkilerini azaltacak yönde olduğu için bunların farkı vektör olarak Eir=Ei-Er ile gösterilirse, ara yüzeyde 1. ve 2. ortamlardaki teğet bileşenlerin eşitliğinden dolayı, Eircos 1 =(Ei-Er)cos 1 =Etcos 2 (114) yazılabilir. Gelen Işın Yansıyan Işın p-Polarizeli Dalga z Ey Hi 1 Yansıma Düzlemi Er Ei Gelme Düzlemi 1 Ei- Er Hr 1 y Er Ei Et 2 2 Kırılma Düzlemi Ht Geçen Işın (Kırılan Işın) Şekil 6 Elektromanyetik dalganın elektrik alan vektörü, gelme düzlemine paralel, manyetik alan vektörü diktir V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 26 (101) eşitliğinin her iki tarafı Ei ile bölünür ve buradan çekilen Et E cos 1 (1 r ) E i cos 2 Ei (115) ifâdesinin karesinde Ei 2 E r 2 1 cos2 1 (1 ) Ei 2 cos 2 Er 2 1 Et 2 (116) (103)’den çekilen Ei 2 2 E cos 1 (1 r ) 2 ] 1 E i cos 2 (117) kullanılırsa, bulunan 1 Er 2 Ei 2 2 E cos 1 (1 r ) 2 ] 1 E i cos 2 (118) ifâdesinden 1 Er Ei 2 E cos 1 (1 r ) ] 1 E i cos 2 (119) veyâ 2 cos 1 1 cos 2 2 cos 1 1 (1 sin 2 2 ) Er ] 2 Ei 2 cos 1 1 cos 2 2 cos 1 1 (1 sin 2 ) 2 (120) elde edilir. Snell Kanunu’ndan hareket edilerek bulunan sin 2 2 1 sin 2 1 olduğu dikkate alınırsa (120) 2 2 cos 1 1 (1 sin 2 2 ) ( 2 / 1 ) cos 1 ( 2 / 1 ) sin 2 1 Er Ei 2 cos 1 1 (1 sin 2 2 ) 2 ( 2 / 1 ) cos 1 ( 2 / 1 ) sin 2 1 (121) olur ki bu ifâde, bir dielektrik ara yüzeye eğik olarak gelen TM modundaki bir elektromanyetik alanda elektrik alanına âit yansıma sâbitini verir. 10. BREWESTER AÇISI TE modunda meydana gelen elektrik dipolü kendi radyasyonunu yansıyan dalgadan üretmektedir. Elektrik dipol antenin radyasyonu kendi eksenine diktir. Bu yüzden, TE modunda yansıyan dalganın üretilmesinde bir problem meydana gelmez. Hâlbuki TM modu ve özel bir geliş açısı için yansıyan dalga dipolün uçlarını yoketmeye çalışır (Şekil 7). Böylece, yansıyan dalga ile kırılan dalga arasındaki açı tam 90o olduğunda, 1+2=90o, yansıyan dalga ortadan kalkar. Bu sûretle optik güç tamamen kırılan dalgaya yönelir. 27 Brewester açısında yansıyan ışındaki p-polarizeli bileşen tamamen ortadan kalkar. Dipol radyasyonu tamamen ikinci ortama transfer edilir. Başka bir ifâdeyle, bir dielektrik ara yüzeye eğik olarak gelen TM modundaki bir elektromanyetik alanda elektrik alanına âit yansıma sâbiti, ancak özel bir açıda sıfır olur, yansıyan dalga ortadan kalkar. Bu özel açıda (121) yansıma sabiti sıfır olur ki, bu özel açının bulunmasını kolaylaştırır. 2 cos 1 1 (1 sin 2 2 ) ( 2 / 1 ) cos 1 ( 2 / 1 ) sin 2 1 Er 0 Ei 2 cos 1 1 (1 sin 2 2 ) 2 ( 2 / 1 ) cos 1 ( 2 / 1 ) sin 2 1 (122) veyâ Er=0 için ( 2 / 1 ) cos 1 ( 2 / 1 ) sin 2 1 0 olmalıdır. Bu şartı sağlayan açı (123) cos2 1 2 cos2 B 1 2 (124) tan 1 2 tan B 1 (125) ya da bulunur ki, burada B açısına Brewester Açısı denir. TE veya s Polarizeli Dalga H 1 E k 1 p V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ 28 Dipol ve Radyasyonu p, p=Dipol Moment Vektörü k Radyasyon Deseni TM veya p Polarizeli Dalga E 1 H 1 p k Yansıyan Işın p-Polarizeli Dalga Gelme Düzlemi Gelen Işın Ei Dipolün Radyasyon Şekli (Deseni) Hi Er z Eksik p-Polarizeli Yanıyan Işın Dipolün Ekseni 1 1 Hr 1 2 Et 2 Ht Kırılma Düzlemi Geçen Işın (Kırılan Işın) Şekil 7 TM modu ve özel bir geliş açısı için yansıyan dalga dipolün uçlarını yoketmeye çalışır. Böylece, yanıyan dalga ile kırılan dalga arasındaki açı tam 90o olduğunda, 1+2=90o, yansıyan dalga ortadan kalkar. Bu sûretle optik güç tamamen kırılan dalgaya yönelir. Sorular: 1) Elektromanyetik spektrumu araştırınız. 2) Optik dalgaların dalga boyu sınırı nedir? 3) Suyun izafi dielektrik sâbiti 81 olduğuna göre, Brewester açısı nedir? Cevaplar: 1) Elektromanyetik spektrum aşağıdaki şekilde sıralanabilir: 29 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) Elektrik Dalgaları Radyo Dalgaları Kızılötesi Dalgalar Optik Dalgalar Morötesi Dalgalar X-Işınları Gama Işınları Sekonder Kozmik Işınlar 2) Optik dalgalar 4000-7600 Ao arasındaki dalga boyunu kapsar. 2000-4000 Ao aralığına Yakın Kızılötesi, 7600-10 000 Ao dalga boyu aralığına Yakın Morötesi denir. 2000 Ao 4000 Ao Yakın Kızılötesi 7600 Ao Görünen Işık 10 000 Ao Yakın Morötesi 3) B arctan 2 81 arctan arctan 9 1.4601 1 1 Eğitim ve Moral Köşesi: OKUMA PARÇASI Bilim, Sevgi ve mâneviyat Prof. Dr. Mustafa TEMİZ Bâzı bilim adamları “ilim” kelimesinin, “bilim” kelimesinden daha kapsamlı olduğu görüşündedirler. Bu günkü anlamıyla teknolojiyi çağrıştıran bilim, dînî kaynakların "hikmet", "beceri" ya da "mahâret" olarak bahsettikleri kelimeleri anımsatmaktadır. İlim, hikmeti kapsadığı gibi, mâneviyâtı da içerir. Ama bu, bilimin veyâ hikmetin mâneviyâttan tecrit edilmiş olduğu anlamına gelmez. Çünkü mâneviyât, ilmin bütün şûbelerine gravitasyona (yerçekimine) benzer bir şekilde nüfûz etmiştir. Bu bakımdan mâneviyât, evrendeki güçlerin, belki, en büyüğüdür. İnsanoğlunu uzaya taşıyan, Ay'a götüren beceri, teknoloji denen bilimin bir zaferidir. Nitekim, Ay'da ilk yürüyen astronotlardan Jamer Irwing'in, "Tanrı bizim için çok özel bir gezegen yaratmış. Bizim için özel bir sevgisi var. Bunu özellikle Ay'da hissettim..." şeklindeki sözleriyle, ilmin ulaştığı o heyecanlı anda bile ilk defâ sevgiyi dile getirmesi mâneviyâttan vaz geçilemeyeceğine bir işârettir. Çünkü, sevgi mâneviyatsız olmaz. Jamer Irwing'in, bu sözlerde sevgi ile birlikte tek tanrı olan Allah'ı da zikretmesi ve O'nun birisi de "ilim" olan ismi ile sevginin iç içe olduğunu, her ilmî başarının sevgiyi berâberinde sürüklediğini îmâ etmesi bakımından da oldukça anlamlıdır. Ne ile meşgul olursa olsun, sevgiden mahrum olan, sevgiden nasibi olmayan bir kimseyi ve hattâ bir hayvanı tahayyül bile etmek sun'i bir davranış olsa gerektir. Dolayısıyla, sevgisiz ve mâneviyatsız hayat olmaz. 30 V. BÖLÜM YANSIMA VE KIRILMA Prof. Dr. Mustafa TEMİZ Fizik kitapları, her tâneciğe bir dalganın eşlik ettiğini söyler. Bunun gibi, ilim kapsamına giren her bilime, her işe, her gâyrete de bir sevgi eşlik etmelidir. Acabâ ediyor mu? Acabâ her bilim adamı, her sanatkâr, her iş erbâbı görevini yaparken sevgi ve hoşgörü antenlerini çalıştırıyor mu? Bu günkü uzay ve bilgisayar çağında insanlığın hak ve hukûku, düşünce, din ve vicdan özgürlükleri konusunda yeri geldiğinde kraldan daha kralcı kesilenlerin, bâzen çok basit ve seviyesiz konularla uğraştıklarını gördükçe şaşırmamak elden gelmiyor. Bu çifte standart, ya da poli standart sergiliyenlerin, şu modern dünyâmızda bile temel haklar ve bilim seviyeleri konusunda gerekli olgunluğa sâhip olamadıklarını düşünmek bize zor geliyor. Bu tür tutarsız, samîmiyetsiz, akla ve bilime ters düşen olguları, özlenen özgürlük ve bilimsel olgunluk atmosferinin çok uzaklarda kaldığını gösteren üzücü Orta Çağ kalıntılarından öteye geçemediğini sık sık vukûbulan olaylarda gözlemenin üzüntüsünü taşıyoruz. Sevgi ve hoşgörüden daha anlamlı olarak mâneviyattan yoksun davranış ve olgular, demokrâsi ve insan haklarını sırf kendi ve kendi yandaşları için düşündüklerini delillendiren akla, mantığa ve bilime ters düşen davranışlar, olgunluğa ulaşamamış, modern ve hür düşünceye şeklen adapte olmuş, medeniyet yoluna düşmüş engeller olarak algılanmalıdırlar. Kişilerin şusuyla-busuyla uğraşanlar, mantık ve bilimin ışığından mahrum olanlar, bilime atfedilen değer ve kıymeti insafsızca tahrip etmekte, sevgi ve mâneviyat kavramlarından yoksun soğuk bir ortamın tiksindirici atmosferini hazırlamaktadırlar. Bu tipler, herkesin kendi seviyelerine inmesini istedikleri halde, kimsenin kendi seviyelerine çıkmasını istemezler; kendi ve yandaşlarının temel hak ve hürriyetlerden faydalanmasını istedikleri halde, kendilerine karşı gördükleri kimselerin bu temel hak ve demokratik özgürlüklerden faydalanmasına tahammül edemezler. Bütün bunların temelinde bilimsel bir cehâlet ve insanlık sevgisinin noksanlığı yatmaktadır. Sevgi ve hoşgörünün en çok bilim yuvalarında arz-ı endam etmesini beklerken, bâzen bunun tam tersi ile karşılaşmanın, bu kutsal bilim unvânını kullanan olay kahramanlarının, bilimin bir nevî gıdâsı sayılan sevgi ve hoşgörüyü dinamitlemeleriyle, onların aslında ilmin giriş kapısına bile yaklaşamadıklarının açık ve sarih olarak belgelerini sergilemesi, sevginin mâneviyatın bir şekilde gönüllerden kazınışının ifâdesidir. Sevgi ve mâneviyat, ilmî ruhûnun gıdasıdır. Gıdasını Sevgi ve mâneviyattan alamayan ne bilim, ne hikmet ve ne de sanat, tam ve noksansız bir tanıma kavuşamaz. Sevgi ve mâneviyatı dışlayan her bilim, ruhsuz, kuru ve soğuk bir kavramdan öteye geçemez. Sevgi ve mâneviyat, ilkbaharda yeşeren ağaçların kılcal damarlarında yürüyen su gibidir. Bu su, ağaçta nasıl yaprak ve rengârenk çiçeklerin açma sebebi ise, sevgi ve mâneviyat da bilim çiçeklerinin, bilim hârikalarının sebebidir. İlimde ve teknolojide geri kalışımız, belki de, sevgi ve sevmeyi ve daha anlamlı olarak mâneviyatı henüz tam mânâsıyla beceremeyişimizdendir. sevgi ve mâneviyatı bilimden sıyırarak, bilim ve sanatı kuru çevirmenin dehşetini idrak edememek ne bedbahtlıktır, bir bilseniz!.. bir ağaca NOT: Daha fazla benzer yazılar için Her Zaman Güncel (Diri) Kalan Yazılar, http://gayalo.net/yazilar.html ya da http://mtemiz.com/bilim/bilimkosesi.htm