एसए विद्युत चुम्बकीय तरंग। विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पैमाना सेंटीमीटर तरंगों का प्रभाव

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"विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र" - एक कंडक्टर की कल्पना करें जिसके माध्यम से बहता है बिजली... विद्युत चुम्बकीय तरंग क्या है? पदार्थ v में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति हमेशा निर्वात की तुलना में कम होती है: v c। लेकिन चार्ज केवल संदर्भ के एक निश्चित फ्रेम के सापेक्ष है। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में गड़बड़ी होगी। विद्युत चुम्बकीय तरंग की प्रकृति क्या है?

"विद्युत चुम्बकीय तरंगों का भौतिकी" - चुंबकीय क्षेत्र क्या है? ईएम तरंग - अनुप्रस्थ! एक रैखिक रूप से ध्रुवीकृत विद्युत चुम्बकीय तरंग का प्रसार। EM तरंग गति: विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी एम. फैराडे ने 1832 में की थी। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र क्या है? ईएम तरंगों के गुण: जेम्स क्लर्क मैक्सवेल। दोहराव: ईएम तरंगों के उत्सर्जन के लिए त्वरण की उपस्थिति मुख्य शर्त है।

कुल 17 प्रस्तुतियाँ हैं

स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी जेम्स मैक्सवेल 1864 में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की परिकल्पना करने वाले पहले व्यक्ति थे। अपने कार्यों में, उन्होंने दिखाया कि विद्युत आवेश और चुंबकीय क्षेत्र दोनों जो समय के साथ बदलते हैं, विद्युत क्षेत्र के स्रोत हो सकते हैं। समय के साथ चुंबकीय क्षेत्र के प्रेरण में परिवर्तन से आसपास के स्थान में एक भंवर विद्युत क्षेत्र का आभास होता है। मैक्सवेल ने सुझाव दिया कि भंवर विद्युत क्षेत्र की ताकत में कोई भी परिवर्तन एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति के साथ होता है। यह फिर से एक भंवर विद्युत क्षेत्र, आदि की उपस्थिति की ओर जाता है। इस प्रक्रिया को "विज्ञापन इनफिनिटम" दोहराया जा सकता है, क्योंकि फ़ील्ड वैकल्पिक रूप से एक दूसरे को निर्वात में भी पुन: उत्पन्न कर सकते हैं।

• समय-समय पर बदलते विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के परस्पर जुड़े सेट को कहा जाता है विद्युत चुम्बकीय.

मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार, एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र एक सीमित गति के साथ अंतरिक्ष में फैलता है।

• एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र जो समय के साथ निर्वात या किसी माध्यम में परिमित गति से फैलता है, कहलाता है विद्युत चुम्बकीय तरंग.

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विद्युत चुम्बकीय तरंगों की खोज 1887 में जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक रुडोल्फ हर्ट्ज़ ने प्रयोगात्मक रूप से की थी। हर्ट्ज़ का मानना ​​था कि ऐसी तरंगों का उपयोग सूचना प्रसारित करने के लिए नहीं किया जा सकता है। हालाँकि, 7 मई, 1905 को, रूसी वैज्ञानिक अलेक्जेंडर स्टेपानोविच पोपोव ने विद्युत चुम्बकीय तरंगों - रेडियो प्रसारण द्वारा सूचना का दुनिया का पहला प्रसारण किया और रेडियो प्रसारण के युग की शुरुआत को चिह्नित किया।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के गुण

• विद्युतचुम्बकीय तरंगे होती है आड़ा, तरंग प्रसार की गति \ (\ vec (\ upsilon) \) के बाद से, विद्युत क्षेत्र की ताकत \ (\ vec (E) \) और तरंग के चुंबकीय क्षेत्र की प्रेरण \ (\ vec (B) \) परस्पर लंबवत हैं।

• स्पीडनिर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंग (वायु):

\ (सी = \ डीफ़्रैक (1) (\ sqrt (\ varepsilon_ (0) \ cdot \ mu_ (0))), \)

जहां 0 एक विद्युत स्थिरांक है, μ 0 एक चुंबकीय स्थिरांक है।

निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति सी= 3⋅10 8 m / s अधिकतम (सीमित) प्राप्त करने योग्य मान है। किसी भी पदार्थ में इनके प्रसार की गति कम होती है सीऔर इसके विद्युत और चुंबकीय गुणों पर निर्भर करता है:

\ (\ upsilon = \ dfrac (c) (\ sqrt (\ varepsilon \ cdot \ mu)), \)

जहाँ ε माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक है, सारणीबद्ध मान, μ माध्यम की चुंबकीय पारगम्यता है, सारणीबद्ध मान।

• विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार अंतरिक्ष में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ऊर्जा के हस्तांतरण से जुड़ा है। थोक घनत्वस्थानांतरित ऊर्जा है

\ (\ ओमेगा = \ dfrac (\ varepsilon \ cdot \ varepsilon_ (0) \ cdot E ^ (2)) (2) + \ dfrac (B ^ (2)) (2 \ mu \ cdot \ mu_ (0)) , \)

कहां इ- तनाव के वेक्टर का मापांक, बीचुंबकीय प्रेरण वेक्टर का मापांक है।

• अन्य तरंगों की तरह, विद्युत चुम्बकीय तरंगें कर सकती हैं अवशोषित, परावर्तित, अपवर्तित होना, अनुभव करना हस्तक्षेप और विवर्तन.

• विद्युत चुम्बकीय तरंग क्षेत्र स्रोतों के बिना मौजूद हैइस अर्थ में कि इसके उत्सर्जन के बाद, तरंग का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र स्रोत से असंबंधित हो जाता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों का विकिरण विद्युत आवेशों के त्वरित संचलन के साथ होता है।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पैमाना

विद्युत चुम्बकीय तरंगों के गुण उनकी आवृत्ति पर बहुत निर्भर होते हैं। विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम को चित्र 2 में दिखाए गए विद्युत चुम्बकीय तरंग पैमाने का उपयोग करके आसानी से दर्शाया गया है।

आवृत्तियों (तरंग दैर्ध्य) के आधार पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों का वर्गीकरण तालिका 1 में दिया गया है।

तालिका नंबर एक।

विद्युत चुम्बकीय तरंगों का वर्गीकरण

विकिरण के प्रकार	आवृत्ति अंतराल, हर्ट्ज	तरंग दैर्ध्य अंतराल, एम	विकिरण स्रोत
कम आवृत्ति तरंगें	< 3·10 3	> 1⋅10 5	अल्टरनेटर, विद्युत मशीनें
रेडियो तरंगें	3 · 10 3 - 3 · 10 9	1 · 10 5 - 1 · 10 -1	ऑसिलेटरी सर्किट, हर्ट्ज़ वाइब्रेटर
माइक्रोवेव	3 · 10 9 - 1 · 10 12	1 · 10 -1 - 1 · 10 -4	लेजर, अर्धचालक उपकरण
अवरक्त विकिरण	1 10 12 - 4 10 14	1 · 10 -4 - 7 · 10 -7	सूर्य, प्रकाश बल्ब, लेजर, ब्रह्मांडीय विकिरण
दृश्यमान विकिरण	4 10 14 - 8 10 14	7 · 10 -7 - 4 · 10 -7	सूर्य, प्रकाश बल्ब, फ्लोरोसेंट लैंप, लेजर
पराबैंगनी विकिरण	8 10 14 - 1 10 16	4 · 10 -7 - 3 · 10 -8	सूर्य, ब्रह्मांडीय विकिरण, लेजर, विद्युत लैंप
एक्स-रे विकिरण	1 10 16 - 3 10 20	3 · 10 -8 - 1 · 10 -12	बीटाट्रॉन, सौर कोरोना, आकाशीय पिंड, एक्स-रे ट्यूब
गामा विकिरण	3 10 20 - 3 10 29	1 · 10 -12 - 1 · 10 -21	ब्रह्मांडीय विकिरण, रेडियोधर्मी क्षय, बीटाट्रॉन

वर्तमान में, विद्युत चुम्बकीय तरंगें खोजती हैं विस्तृत आवेदनविज्ञान और प्रौद्योगिकी में:

• विद्युत उद्योग में धातुओं को गलाना और सख्त करना, स्थायी चुम्बकों का उत्पादन ( कम आवृत्ति तरंगें);
• टेलीविजन, रेडियो संचार, रडार ( रेडियो तरंगें);
• मोबाइल संचार, रडार ( माइक्रोवेव);
• वेल्डिंग, कटिंग, लेज़रों के साथ धातुओं का पिघलना, नाइट विजन डिवाइस ( अवरक्त विकिरण);
• प्रकाश, होलोग्राफी, लेजर ( दृश्य विकिरण);
• गैस-डिस्चार्ज लैंप में ल्यूमिनेसेंस, जीवित जीवों का सख्त होना, लेजर ( पराबैंगनी विकिरण);
• एक्स-रे थेरेपी, एक्स-रे संरचनात्मक विश्लेषण, लेजर ( एक्स-रे);
• डिफेक्टोस्कोपी, निदान और चिकित्सा में चिकित्सा, परमाणुओं, लेजर, सैन्य मामलों की आंतरिक संरचना का अध्ययन ( गामा विकिरण).

साहित्य

झिल्को, वी.वी. भौतिकी: पाठ्यपुस्तक। कक्षा 11 के लिए सामान्य शिक्षा भत्ता। शक रूस से। लैंग प्रशिक्षण / वी.वी. झिल्को, एल.जी. मार्कोविच। - मिन्स्क: नर। अस्वेता, 2009 .-- एस 57-58।

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विद्युतचुंबकीय तरंगों को तरंगदैर्घ्य या संबद्ध तरंग आवृत्ति . द्वारा वर्गीकृत किया जाता है एफ... यह भी ध्यान दें कि ये पैरामीटर न केवल तरंग की विशेषता रखते हैं, बल्कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्वांटम गुण भी हैं। तदनुसार, पहले मामले में, इस पाठ्यक्रम में अध्ययन किए गए शास्त्रीय कानूनों द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंग का वर्णन किया गया है।

आइए विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम की अवधारणा पर विचार करें। विद्युत चुम्बकीय तरंगों का स्पेक्ट्रमप्रकृति में विद्यमान विद्युत चुम्बकीय तरंगों का आवृत्ति बैंड कहलाता है।

बढ़ती आवृत्ति के क्रम में विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम है:

विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न भाग स्पेक्ट्रम के एक या दूसरे भाग से संबंधित तरंगों को उत्सर्जित करने और प्राप्त करने के तरीके में भिन्न होते हैं। इस कारण से, विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न भागों के बीच कोई तीक्ष्ण सीमाएँ नहीं होती हैं, लेकिन प्रत्येक श्रेणी अपनी विशेषताओं और अपने कानूनों की व्यापकता के कारण होती है, जो रैखिक तराजू के अनुपात द्वारा निर्धारित होती है।

रेडियो तरंगों का अध्ययन शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स द्वारा किया जाता है। इन्फ्रारेड प्रकाश और पराबैंगनी विकिरण का अध्ययन शास्त्रीय प्रकाशिकी और क्वांटम भौतिकी दोनों द्वारा किया जाता है। क्वांटम और परमाणु भौतिकी में एक्स-रे और गामा विकिरण का अध्ययन किया जाता है।

आइए विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम पर अधिक विस्तार से विचार करें।

कम आवृत्ति तरंगें

निम्न-आवृत्ति तरंगें विद्युत चुम्बकीय तरंगें होती हैं जिनकी दोलन आवृत्ति 100 KHz से अधिक नहीं होती है)। यह आवृत्ति रेंज है जो परंपरागत रूप से इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में उपयोग की जाती है। औद्योगिक बिजली उद्योग में, 50 हर्ट्ज की आवृत्ति का उपयोग किया जाता है, जिस पर विद्युत ऊर्जा का संचरण लाइनों के माध्यम से होता है और ट्रांसफार्मर उपकरणों द्वारा वोल्टेज का रूपांतरण होता है। 400 हर्ट्ज की आवृत्ति का उपयोग अक्सर विमानन और जमीनी परिवहन में किया जाता है, जो 50 हर्ट्ज की आवृत्ति की तुलना में विद्युत मशीनों और ट्रांसफार्मर के वजन का 8 गुना लाभ देता है। बिजली की आपूर्ति स्विच करने में पिछली पीढ़ीइकाई के प्रत्यावर्ती धारा के परिवर्तन की आवृत्ति और दसियों kHz का उपयोग किया जाता है, जो उन्हें कॉम्पैक्ट, ऊर्जा-समृद्ध बनाता है।
निम्न-आवृत्ति रेंज और उच्च आवृत्तियों के बीच मूलभूत अंतर विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति में उनकी आवृत्ति के वर्गमूल के अनुपात में 300 हजार किमी / सेकंड से 100 kHz पर लगभग 7 हजार किमी / सेकंड 50 हर्ट्ज पर गिरावट है।

रेडियो तरंगें

रेडियो तरंगें विद्युत चुम्बकीय तरंगें होती हैं जिनकी तरंग दैर्ध्य 1 मिमी (आवृत्ति 3 10 11 हर्ट्ज = 300 गीगाहर्ट्ज़ से कम) और 3 किमी से कम (100 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर) होती है।

रेडियो तरंगों में विभाजित हैं:

1. 3 किमी से 300 मीटर तक की लंबाई की लंबी तरंगें (आवृत्ति 10 5 हर्ट्ज - 10 6 हर्ट्ज = 1 मेगाहर्ट्ज);

2. 300 मीटर से 100 मीटर तक की लंबाई की मध्यम तरंगें (आवृत्ति 10 6 हर्ट्ज -3 * 10 6 हर्ट्ज = 3 मेगाहर्ट्ज);

3. तरंग दैर्ध्य में लघु तरंगें 100 मीटर से 10 मीटर तक होती हैं (रेंज में आवृत्ति 310 6 हर्ट्ज-310 7 हर्ट्ज = 30 मेगाहर्ट्ज);

4. 10 मीटर से कम तरंग दैर्ध्य वाली अल्ट्राशॉर्ट तरंगें (आवृत्ति 310 7 हर्ट्ज = 30 मेगाहर्ट्ज से अधिक)।

अल्ट्राशॉर्ट तरंगें, बदले में, विभाजित हैं:

ए) मीटर तरंगें;

बी) सेंटीमीटर तरंगें;

बी) मिलीमीटर तरंगें;

1 मीटर से कम तरंग दैर्ध्य (300 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्ति) वाली तरंगों को माइक्रोवेव या माइक्रोवेव तरंगें कहा जाता है।

परमाणुओं के आकार की तुलना में रेडियो तरंग दैर्ध्य के बड़े मूल्यों के कारण, माध्यम की परमाणु संरचना को ध्यान में रखे बिना रेडियो तरंगों के प्रसार पर विचार किया जा सकता है, अर्थात। असाधारण रूप से, जैसा कि मैक्सवेल के सिद्धांत के निर्माण में प्रथागत है। रेडियो तरंगों के क्वांटम गुण केवल स्पेक्ट्रम के अवरक्त क्षेत्र से सटे सबसे छोटी तरंगों के लिए और तथाकथित के प्रसार के दौरान प्रकट होते हैं। 10 -12 सेकंड -10 -15 सेकंड के क्रम की अवधि के साथ अल्ट्राशॉर्ट दालें, परमाणुओं और अणुओं के अंदर इलेक्ट्रॉनों के दोलन समय के बराबर।
रेडियो तरंगों और उच्च आवृत्तियों के बीच मूलभूत अंतर तरंग वाहक (ईथर) की तरंग दैर्ध्य के बीच एक अलग थर्मोडायनामिक संबंध है, जो 1 मिमी (2.7 ° K) के बराबर है, और इस माध्यम में विद्युत चुम्बकीय तरंग का प्रसार होता है।

रेडियो तरंगों का जैविक प्रभाव

रडार तकनीक में शक्तिशाली रेडियो तरंग विकिरण का उपयोग करने के भयानक बलिदान अनुभव ने तरंग दैर्ध्य (आवृत्ति) के आधार पर रेडियो तरंगों के विशिष्ट प्रभाव को दिखाया।

मानव शरीर पर विनाशकारी प्रभाव औसत से इतना अधिक नहीं है जितना कि चरम विकिरण शक्ति जिस पर प्रोटीन संरचनाओं में अपरिवर्तनीय घटनाएं होती हैं। उदाहरण के लिए, माइक्रोवेव ओवन (माइक्रोवेव ओवन) के मैग्नेट्रोन की निरंतर विकिरण की शक्ति, जो कि 1 किलोवाट है, ओवन के एक छोटे से बंद (परिरक्षित) मात्रा में केवल भोजन को प्रभावित करती है, और आस-पास के व्यक्ति के लिए लगभग सुरक्षित है। एक राडार स्टेशन (रडार, राडार) की शक्ति 1 kW की औसत शक्ति में 1000: 1 के कर्तव्य चक्र के साथ छोटी दालों द्वारा उत्सर्जित होती है (पुनरावृत्ति अवधि का पल्स अवधि का अनुपात) और, तदनुसार, 1 की एक पल्स शक्ति MW, उत्सर्जक से सैकड़ों मीटर की दूरी पर मानव स्वास्थ्य और जीवन के लिए बहुत खतरनाक है। उत्तरार्द्ध में, निश्चित रूप से, रडार विकिरण की दिशात्मकता भी एक भूमिका निभाती है, जो औसत शक्ति के बजाय स्पंदित के विनाशकारी प्रभाव पर जोर देती है।

मीटर तरंगों का प्रभाव

एक मेगावाट से अधिक (जैसे, उदाहरण के लिए, P-16 प्रारंभिक चेतावनी स्टेशन) की पल्स शक्ति के साथ मीटर रडार स्टेशनों (रडार) के पल्स जनरेटर द्वारा उत्सर्जित उच्च-तीव्रता मीटर तरंगें और लंबाई के बराबर मेरुदण्डमनुष्यों और जानवरों के साथ-साथ अक्षतंतु की लंबाई, इन संरचनाओं के संचालन को बाधित करती है, जिससे डाइएनसेफेलिक सिंड्रोम (माइक्रोवेव रोग) होता है। उत्तरार्द्ध तेजी से विकास (कई महीनों से कई वर्षों के दौरान), पूर्ण या आंशिक (विकिरण की प्राप्त स्पंदित खुराक के आधार पर), मानव अंगों के अपरिवर्तनीय पक्षाघात, साथ ही आंतों के संक्रमण में व्यवधान की ओर जाता है। और अन्य आंतरिक अंग।

डेसीमीटर तरंगों के संपर्क में

डेसीमीटर तरंगें रक्त वाहिकाओं के साथ तरंग दैर्ध्य में तुलनीय होती हैं, जो मनुष्यों और जानवरों के ऐसे अंगों को कवर करती हैं जैसे फेफड़े, यकृत और गुर्दे। यह एक कारण है कि वे इन अंगों में "सौम्य" ट्यूमर (सिस्ट) के विकास का कारण बनते हैं। रक्त वाहिकाओं की सतह पर विकसित होने से, ये ट्यूमर सामान्य रक्त परिसंचरण की समाप्ति और अंगों के कामकाज में व्यवधान की ओर ले जाते हैं। यदि ऐसे ट्यूमर को सर्जरी द्वारा समय पर नहीं हटाया जाता है, तो शरीर की मृत्यु हो जाती है। खतरनाक तीव्रता के स्तर की डेसीमीटर तरंगें P-15 मोबाइल वायु रक्षा रडार, साथ ही कुछ विमानों के रडार जैसे रडार के मैग्नेट्रोन द्वारा उत्सर्जित होती हैं।

सेंटीमीटर तरंगों के संपर्क में

शक्तिशाली सेंटीमीटर तरंगें ल्यूकेमिया जैसे रोगों का कारण बनती हैं - "ल्यूकेमिया", साथ ही अन्य रूप घातक ट्यूमरमनुष्य और जानवर। इन रोगों की घटना के लिए पर्याप्त तीव्रता की लहरें सेंटीमीटर रेंज P-35, P-37 और व्यावहारिक रूप से विमान के सभी राडार के रडार द्वारा उत्पन्न होती हैं।

इन्फ्रारेड, प्रकाश और पराबैंगनी विकिरण

इन्फ्रारेड, प्रकाश, पराबैंगनीविकिरण श्रृंगार विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम का ऑप्टिकल क्षेत्रशब्द के व्यापक अर्थ में। यह स्पेक्ट्रम 2 · 10 -6 मीटर = 2 माइक्रोन से 10 -8 मीटर = 10 एनएम (1.5 · 10 14 हर्ट्ज से 3 · 10 16 हर्ट्ज तक आवृत्ति में) के अंतराल में विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य की सीमा को कवर करता है। ऑप्टिकल रेंज की ऊपरी सीमा इन्फ्रारेड रेंज की लंबी-तरंग दैर्ध्य सीमा और लघु-तरंग दैर्ध्य पराबैंगनी (चित्रा 2.14) की निचली सीमा द्वारा निर्धारित की जाती है।

सूचीबद्ध तरंगों के वर्णक्रमीय क्षेत्रों की निकटता ने उनके अध्ययन और व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों और उपकरणों की समानता निर्धारित की। ऐतिहासिक रूप से, लेंस, विवर्तन झंझरी, प्रिज्म, डायाफ्राम, वैकल्पिक रूप से सक्रिय पदार्थ जो विभिन्न ऑप्टिकल उपकरणों (इंटरफेरोमीटर, पोलराइज़र, मॉड्यूलेटर, आदि) का हिस्सा हैं, इन उद्देश्यों के लिए उपयोग किए गए हैं।

दूसरी ओर, स्पेक्ट्रम के ऑप्टिकल क्षेत्र में विकिरण में विभिन्न मीडिया के पारित होने को नियंत्रित करने वाले सामान्य कानून होते हैं, जिन्हें ज्यामितीय प्रकाशिकी की सहायता से प्राप्त किया जा सकता है, जिसका व्यापक रूप से ऑप्टिकल उपकरणों और ऑप्टिकल सिग्नल दोनों की गणना और निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है। प्रसार चैनल। अवरक्त विकिरण है कई आर्थ्रोपोड्स (कीड़े, मकड़ियों, आदि) और सरीसृप (सांप, छिपकली, आदि) को दिखाई देता है। , सेमीकंडक्टर सेंसर (इन्फ्रारेड फोटो मैट्रिसेस) के लिए उपलब्ध है, लेकिन पृथ्वी के वायुमंडल की मोटाई के कारण इसकी अनुमति नहीं है, जो अनुमति नहीं देता है पृथ्वी की सतह से अवरक्त तारों का निरीक्षण करें - "भूरे रंग के बौने", जो आकाशगंगा के सभी सितारों का 90% से अधिक बनाते हैं।

ऑप्टिकल रेंज की आवृत्ति चौड़ाई लगभग 18 सप्तक है, जिनमें से लगभग एक सप्तक () ऑप्टिकल रेंज पर पड़ता है; पराबैंगनी प्रकाश के लिए - 5 सप्तक ( ), अवरक्त विकिरण - 11 सप्तक (

स्पेक्ट्रम के प्रकाशिक भाग में पदार्थ की परमाणु संरचना के कारण होने वाली घटनाएँ महत्वपूर्ण हो जाती हैं। इस कारण से, ऑप्टिकल विकिरण के तरंग गुणों के साथ, क्वांटम गुण प्रकट होते हैं।

रोशनी

प्रकाश, प्रकाश, दृश्य विकिरण - आँखों से देखा जा सकता हैमनुष्यों और प्राइमेट्स में, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम का एक हिस्सा 400 नैनोमीटर से 780 नैनोमीटर तक विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य की सीमा में रहता है, यानी एक सप्तक से कम - आवृत्ति में दो गुना परिवर्तन। चावल। 1.14. विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पैमाना प्रकाश स्पेक्ट्रम में रंगों के क्रम का मौखिक संस्मरण: "प्रतिहर एक हेबेज्याना एफचाहता हे जेडनेट जीलवनी साथगुप्त एफइसिकी "- "लाल , संतरा , पीला , हरा , नीला , नीला , बैंगनी ".

एक्स-रे और गामा विकिरण

एक्स-रे और गामा विकिरण के क्षेत्र में, विकिरण के क्वांटम गुण सामने आते हैं।

एक्स-रे विकिरणतेजी से चार्ज कणों (इलेक्ट्रॉनों, प्रोटॉन, आदि) के मंदी के साथ-साथ परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन गोले के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है।

गामा विकिरण परमाणु नाभिक के अंदर होने वाली घटनाओं के साथ-साथ परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप होता है। एक्स-रे और गामा विकिरण के बीच की सीमा पारंपरिक रूप से दी गई विकिरण आवृत्ति के अनुरूप ऊर्जा क्वांटम के परिमाण द्वारा निर्धारित की जाती है।

एक्स-रे विकिरण 50 एनएम से 10 -3 एनएम की लंबाई के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों से बना है, जो 20 ईवी से 1 मेव तक एक फोटॉन ऊर्जा से मेल खाती है।

गामा विकिरण 10 -2 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों से बना होता है, जो 0.1 MeV से अधिक की फोटॉन ऊर्जा से मेल खाती है।

प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय प्रकृति

प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम का एक दृश्य भाग है, जिसकी तरंग दैर्ध्य 0.4 माइक्रोन से 0.76 माइक्रोन तक के अंतराल पर कब्जा कर लेती है। ऑप्टिकल विकिरण के प्रत्येक वर्णक्रमीय घटक को एक विशिष्ट रंग सौंपा जा सकता है। ऑप्टिकल विकिरण के वर्णक्रमीय घटकों का रंग उनकी तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित किया जाता है। विकिरण का रंग बदलता है क्योंकि इसकी तरंग दैर्ध्य निम्न प्रकार से घटती है: लाल, नारंगी, पीला, हरा, सियान, नीला, बैंगनी।

सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य के अनुरूप लाल बत्ती स्पेक्ट्रम के लाल किनारे को परिभाषित करती है। बैंगनी प्रकाश - बैंगनी सीमा से मेल खाती है।

प्राकृतिक (दिन के उजाले, सूरज की रोशनी) प्रकाश रंगीन नहीं होता है और मानव को दिखाई देने वाले पूरे स्पेक्ट्रम से विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एक सुपरपोजिशन का प्रतिनिधित्व करता है। प्राकृतिक प्रकाश उत्तेजित परमाणुओं से विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्सर्जन से आता है। उत्तेजना की प्रकृति भिन्न हो सकती है: थर्मल, रासायनिक, विद्युत चुम्बकीय, आदि। उत्तेजना के परिणामस्वरूप, परमाणु लगभग 10 -8 सेकंड के लिए अराजक तरीके से विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण करते हैं। चूंकि परमाणु उत्तेजना का ऊर्जा स्पेक्ट्रम काफी व्यापक है, इसलिए पूरे दृश्यमान स्पेक्ट्रम से विद्युत चुम्बकीय तरंगें निकलती हैं, प्रारंभिक चरण, जिसकी दिशा और ध्रुवीकरण यादृच्छिक है। इस कारण से, प्राकृतिक प्रकाश का ध्रुवीकरण नहीं होता है। इसका मतलब यह है कि प्राकृतिक प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय तरंगों के वर्णक्रमीय घटकों का "घनत्व", परस्पर लंबवत ध्रुवीकरण वाले समान है।

प्रकाश रेंज में हार्मोनिक विद्युत चुम्बकीय तरंगों को कहा जाता है एकरंगा... एक मोनोक्रोमैटिक प्रकाश तरंग के लिए, मुख्य विशेषताओं में से एक तीव्रता है। प्रकाश तरंग तीव्रतातरंग द्वारा किए गए ऊर्जा प्रवाह घनत्व (1.25) का औसत मूल्य है:

Poynting वेक्टर कहाँ है।

ढांकता हुआ और चुंबकीय पारगम्यता के साथ एक सजातीय माध्यम में एक विद्युत क्षेत्र आयाम के साथ एक प्रकाश, विमान, मोनोक्रोमैटिक तरंग की तीव्रता की गणना सूत्र (1.35) के अनुसार (1.30) और (1.32) को ध्यान में रखते हुए देती है:

परंपरागत रूप से, ऑप्टिकल घटनाओं को किरणों का उपयोग करके देखा जाता है। किरणों का प्रयोग करते हुए प्रकाशिक परिघटनाओं के विवरण को कहते हैं ज्यामितीय-प्रकाशिकी... ज्यामितीय प्रकाशिकी में विकसित किरण प्रक्षेपवक्र खोजने के नियमों का व्यापक रूप से ऑप्टिकल घटनाओं के विश्लेषण और विभिन्न ऑप्टिकल उपकरणों के निर्माण में उपयोग किया जाता है।

आइए हम प्रकाश तरंगों के विद्युत चुम्बकीय निरूपण के आधार पर एक किरण की परिभाषा दें। सबसे पहले, किरणें वे रेखाएँ होती हैं जिनके साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें फैलती हैं। इस कारण से, एक किरण प्रत्येक बिंदु पर एक रेखा होती है जिसमें विद्युत चुम्बकीय तरंग का औसत पॉयंटिंग वेक्टर इस रेखा पर स्पर्शरेखा रूप से निर्देशित होता है।

सजातीय आइसोट्रोपिक मीडिया में, औसत पोयंटिंग वेक्टर की दिशा सामान्य से तरंग सतह (इक्विफ़ेज़ सतह) के साथ मेल खाती है, अर्थात। लहर वेक्टर के साथ।

इस प्रकार, सजातीय आइसोट्रोपिक मीडिया में, किरणें विद्युत चुम्बकीय तरंग के संबंधित तरंग के लंबवत होती हैं।

एक उदाहरण के रूप में, एक बिंदु मोनोक्रोमैटिक प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित किरणों पर विचार करें। ज्यामितीय प्रकाशिकी की दृष्टि से, स्रोत बिंदु से रेडियल दिशा में कई किरणें निकलती हैं। प्रकाश के विद्युत चुम्बकीय सार की दृष्टि से, एक गोलाकार विद्युत चुम्बकीय तरंग स्रोत के बिंदु से फैलती है। स्रोत से पर्याप्त बड़ी दूरी पर, स्थानीय गोलाकार तरंग को समतल मानकर, तरंगाग्र की वक्रता की उपेक्षा की जा सकती है। वेवफ्रंट सतह को बड़ी संख्या में स्थानीय रूप से समतल खंडों में विभाजित करते हुए, प्रत्येक खंड के केंद्र के माध्यम से एक सामान्य खींचना संभव है जिसके साथ एक समतल तरंग का प्रसार होता है, अर्थात। ज्यामितीय-ऑप्टिकल व्याख्या में, बीम। इस प्रकार, दोनों दृष्टिकोण विचार किए गए उदाहरण का समान विवरण देते हैं।

ज्यामितीय प्रकाशिकी का मुख्य कार्य बीम (प्रक्षेपवक्र) की दिशा का पता लगाना है। तथाकथित के न्यूनतम को खोजने की परिवर्तनशील समस्या को हल करने के बाद प्रक्षेपवक्र समीकरण पाया जाता है। आवश्यक पथों पर कार्रवाई। इस समस्या के कठोर सूत्रीकरण और समाधान के विवरण में जाने के बिना, हम मान सकते हैं कि किरणें सबसे छोटी कुल ऑप्टिकल लंबाई के साथ प्रक्षेपवक्र हैं। यह कथन फर्मेट के सिद्धांत का परिणाम है।

किरणों के प्रक्षेपवक्र को निर्धारित करने के लिए परिवर्तनशील दृष्टिकोण को अमानवीय मीडिया पर लागू किया जा सकता है, अर्थात। ऐसा माध्यम जिसके लिए अपवर्तनांक माध्यम के बिंदुओं के निर्देशांकों का एक फलन होता है। यदि कोई फ़ंक्शन एक अमानवीय माध्यम में वेवफ्रंट सतह के आकार का वर्णन करता है, तो इसे आंशिक अंतर समीकरण के समाधान से आगे बढ़ते हुए पाया जा सकता है, जिसे ईकोनल समीकरण के रूप में जाना जाता है, और विश्लेषणात्मक यांत्रिकी में हैमिल्टन - जैकोबी समीकरण के रूप में:

इस प्रकार, विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत के ज्यामितीय-ऑप्टिकल सन्निकटन का गणितीय आधार किरणों पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के क्षेत्र को निर्धारित करने के लिए विभिन्न तरीकों से बनता है, जो ईकोनल समीकरण से या किसी अन्य तरीके से आगे बढ़ता है। तथाकथित की गणना के लिए रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स में जियोमेट्रो-ऑप्टिकल सन्निकटन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अर्ध-ऑप्टिकल सिस्टम।

निष्कर्ष में, हम ध्यान दें कि मैक्सवेल के समीकरणों को हल करके और किरणों का उपयोग करके तरंग स्थितियों से एक साथ प्रकाश का वर्णन करने की क्षमता, जिसकी दिशा कणों की गति का वर्णन करने वाले हैमिल्टन-जैकोबी समीकरणों से निर्धारित होती है, स्पष्ट द्वैतवाद की अभिव्यक्तियों में से एक है। प्रकाश की, जिसने क्वांटम यांत्रिकी के तार्किक रूप से विरोधाभासी सिद्धांतों के निर्माण के लिए नेतृत्व किया।

वास्तव में, विद्युत चुम्बकीय तरंगों की प्रकृति में कोई द्वैतवाद नहीं है। जैसा कि मैक्स प्लैंक ने 1900 में अपने क्लासिक काम "ऑन द नॉर्मल स्पेक्ट्रम ऑफ रेडिएशन" में दिखाया था, विद्युत चुम्बकीय तरंगें आवृत्ति के व्यक्तिगत मात्रात्मक दोलन हैं वीऔर ऊर्जा ई = एचवी, कहाँ पे एच = कॉन्स्ट, हवा में। उत्तरार्द्ध एक सुपरफ्लुइड माध्यम है जिसमें माप द्वारा असंतुलन की एक स्थिर संपत्ति होती है एचप्लैंक स्थिरांक है। जब ईथर ऊर्जा से अधिक के संपर्क में आता है एचवीविकिरण के दौरान, एक परिमाणित "भंवर" बनता है। बिल्कुल वही घटना सभी सुपरफ्लुइड्स में देखी जाती है और उनमें फोनन का निर्माण होता है - ध्वनि विकिरण का क्वांटा।

"कॉपी-एंड-पेस्ट" के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ मैक्स प्लैंक की 1900 की खोज का संयोजन 1887 में हेनरिक हर्ट्ज़ द्वारा खोजा गया, 1921 में नोबेल समिति ने पुरस्कार से सम्मानित किया