प्रकाश को समझना हमें यह समझने की अनुमति देता है कि हम कैसे देखते हैं, रंग को समझते हैं और यहां तक कि लेंस के साथ हमारी दृष्टि को भी ठीक करते हैं। का क्षेत्रप्रकाशिकीप्रकाश के अध्ययन को संदर्भित करता है।
प्रकाश क्या है?
रोजमर्रा के भाषण में, "प्रकाश" शब्द का अक्सर वास्तव में अर्थ होता हैदृश्यमान प्रकाश, जो मानव आँख द्वारा माना जाने वाला प्रकार है। हालाँकि, प्रकाश कई अन्य रूपों में आता है, जिनमें से अधिकांश को मनुष्य नहीं देख सकता है।
सभी प्रकाश का स्रोत विद्युत चुंबकत्व है, जो अंतरिक्ष में प्रवेश करने वाले विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की परस्पर क्रिया है।प्रकाश तरंगोंका एक रूप हैंविद्युत चुम्बकीय विकिरण; शर्तें विनिमेय हैं। विशेष रूप से, विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में स्व-प्रसार दोलन हैं।
दूसरे शब्दों में, प्रकाश विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में एक कंपन है। यह अंतरिक्ष से एक तरंग के रूप में गुजरता है।
टिप्स
निर्वात में प्रकाश की चाल 3×10 है8 एम/एस, ब्रह्मांड में सबसे तेज गति!
यह हमारे अस्तित्व की एक अनूठी और विचित्र विशेषता है कि कोई भी चीज प्रकाश से तेज गति से यात्रा नहीं करती है। और यद्यपि सभी प्रकाश, चाहे दृश्यमान हों या नहीं, एक ही गति से यात्रा करते हैं, जब उनका सामना होता है
पदार्थ के साथ प्रकाश की अन्योन्यक्रिया इसकी अन्य महत्वपूर्ण विशेषताओं की ओर संकेत करती है: इसकी कण प्रकृति। ब्रह्मांड में सबसे अजीब घटनाओं में से एक, प्रकाश वास्तव में एक साथ दो चीजें हैं: एक लहर और एक कण। यहतरंग-कण द्वैतप्रकाश का अध्ययन संदर्भ पर कुछ हद तक निर्भर करता है।
कभी-कभी, भौतिकविदों को प्रकाश को एक तरंग के रूप में सोचने में सबसे अधिक मदद मिलती है, जो कि ध्वनि तरंगों और अन्य यांत्रिक तरंगों का वर्णन करने वाले समान गणित और गुणों पर लागू होती है। अन्य मामलों में, प्रकाश को एक कण के रूप में मॉडलिंग करना अधिक उपयुक्त होता है, उदाहरण के लिए जब परमाणु ऊर्जा स्तरों के साथ इसके संबंध पर विचार किया जाता है या जिस पथ पर यह दर्पण से प्रतिबिंबित होता है।
विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम
यदि सभी प्रकाश, दृश्यमान या नहीं, तकनीकी रूप से एक ही चीज है - विद्युत चुम्बकीय विकिरण - क्या एक प्रकार को दूसरे से अलग करता है? इसके तरंग गुण।
विद्युत चुम्बकीय तरंगें विभिन्न तरंग दैर्ध्य और आवृत्तियों के एक स्पेक्ट्रम में मौजूद होती हैं। एक तरंग के रूप में, प्रकाश की गति तरंग गति समीकरण का अनुसरण करती है, जहां गति तरंगदैर्घ्य और आवृत्ति के गुणनफल के बराबर होती है:
वी-\लैम्ब्डा एफ
इस समीकरण में,वीमीटर प्रति सेकंड (m/s) में तरंग वेग है,λमीटर (एम) में तरंग दैर्ध्य है औरएफहर्ट्ज़ (हर्ट्ज) में आवृत्ति है।
प्रकाश के मामले में, इसे चर के साथ फिर से लिखा जा सकता हैसीनिर्वात में प्रकाश की गति के लिए:
सी=\लैम्ब्डा एफ
टिप्स
सीनिर्वात में प्रकाश की गति का प्रतिनिधित्व करने वाला एक विशेष चर है। अन्य मीडिया (सामग्री) में, प्रकाश की गति को के अंश के रूप में व्यक्त किया जा सकता हैसी।
इस संबंध का तात्पर्य है कि प्रकाश में तरंग दैर्ध्य या आवृत्ति का कोई भी संयोजन हो सकता है, जब तक कि मान व्युत्क्रमानुपाती हों और उनका उत्पाद बराबर होसी. दूसरे शब्दों में, प्रकाश हो सकता है aविशालआवृत्ति और एछोटातरंग दैर्ध्य, या इसके विपरीत।
विभिन्न तरंग दैर्ध्य और आवृत्तियों पर, प्रकाश के अलग-अलग गुण होते हैं। इसलिए, वैज्ञानिकों ने विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम को इन गुणों का प्रतिनिधित्व करने वाले खंडों में विभाजित किया है। उदाहरण के लिए, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की बहुत उच्च आवृत्तियाँ, जैसे पराबैंगनी किरणें, एक्स-रे या गामा किरणें, बहुत ऊर्जावान होती हैं - शरीर के ऊतकों में घुसने और उन्हें नुकसान पहुँचाने के लिए पर्याप्त होती हैं। अन्य, रेडियो तरंगों की तरह, बहुत कम आवृत्तियाँ होती हैं लेकिन उच्च तरंग दैर्ध्य होती हैं, और वे हर समय बिना रुके पिंडों से गुजरती हैं। (हां, हवा के माध्यम से आपके पसंदीदा डीजे के ट्रैक को आपके डिवाइस तक ले जाने वाला रेडियो सिग्नल विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप है - प्रकाश!)
लंबी तरंग दैर्ध्य/निम्न आवृत्तियों/निम्न ऊर्जा से लघु तरंगदैर्घ्य/उच्च आवृत्तियों/उच्च ऊर्जा तक विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप हैं:
- रेडियो तरंगें
- माइक्रोवेव
- इन्फ्रारेड तरंगें
- दृश्यमान प्रकाश
- पराबैगनी प्रकाश
- एक्स-रे
- गामा किरणें
[EM स्पेक्ट्रम का आरेख डालें]
दृश्यमान स्पेक्ट्रम
दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम 380-750 नैनोमीटर (1 नैनोमीटर बराबर 10 equal) से तरंग दैर्ध्य फैलाता है-9 मीटर - मीटर का एक अरबवां हिस्सा, या हाइड्रोजन परमाणु के व्यास के बारे में)। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम के इस हिस्से में इंद्रधनुष के सभी रंग शामिल हैं - लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, इंडिगो और वायलेट - जो आंखों को दिखाई देता है।
[दृश्यमान स्पेक्ट्रम के एक ब्लोआउट के साथ एक आरेख शामिल करें]
चूंकि लाल रंग में दृश्यमान रंगों की सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य होती है, इसलिए इसकी सबसे छोटी आवृत्ति भी होती है और इस प्रकार सबसे कम ऊर्जा होती है। ब्लूज़ और वायलेट्स के लिए विपरीत सच है। क्योंकि रंगों की ऊर्जा समान नहीं होती और न ही उनका तापमान। वास्तव में, दृश्य प्रकाश में इन तापमान अंतरों के मापन से अन्य प्रकाश के अस्तित्व की खोज हुईअदृश्यमनुष्यों को।
1800 में, सर फ्रेडरिक विलियम हर्शल ने सूर्य के प्रकाश के विभिन्न रंगों के तापमान में अंतर को मापने के लिए एक प्रयोग तैयार किया, जिसे उन्होंने एक प्रिज्म का उपयोग करके अलग किया। जबकि उसने वास्तव में अलग-अलग रंग क्षेत्रों में अलग-अलग तापमान पाया, वह सबसे गर्म देखकर हैरान था सभी का तापमान थर्मामीटर पर लाल रंग से परे दर्ज किया गया, जहां पर कोई प्रकाश नहीं दिखाई दिया सब। यह पहला सबूत था कि इंसानों की तुलना में अधिक प्रकाश मौजूद था। उन्होंने इस क्षेत्र में प्रकाश का नाम दियाअवरक्त, जो सीधे "लाल के नीचे" में अनुवाद करता है।
सफेद रोशनी, आमतौर पर एक मानक प्रकाश बल्ब जो देता है, वह सभी रंगों का एक संयोजन है। इसके विपरीत, काला हैअभावकिसी भी प्रकाश का - वास्तव में कोई रंग नहीं!
लहर मोर्चे और किरणें
प्रकाशिकी इंजीनियर और वैज्ञानिक यह निर्धारित करते समय दो अलग-अलग तरीकों से प्रकाश पर विचार करते हैं कि यह कैसे उछलेगा, गठबंधन करेगा और फोकस करेगा। अंतिम तीव्रता और प्रकाश की स्थिति की भविष्यवाणी करने के लिए दोनों विवरणों की आवश्यकता होती है क्योंकि यह लेंस या दर्पण के माध्यम से केंद्रित होता है।
एक मामले में, ऑप्टिशियंस प्रकाश को की श्रृंखला के रूप में देखते हैंअनुप्रस्थ तरंग मोर्चों, जो शिखाओं और कुंडों के साथ साइनसॉइडल या एस-आकार की तरंगों को दोहरा रहे हैं। यह हैभौतिक प्रकाशिकीदृष्टिकोण, क्योंकि यह प्रकाश की तरंग प्रकृति का उपयोग यह समझने के लिए करता है कि प्रकाश स्वयं के साथ कैसे संपर्क करता है और हस्तक्षेप के पैटर्न की ओर जाता है, उसी तरह जैसे पानी में लहरें तेज या रद्द कर सकती हैं एक और बाहर।
भौतिक प्रकाशिकी 1801 के बाद शुरू हुई जब थॉमस यंग ने प्रकाश की तरंग गुणों की खोज की। यह ऐसे ऑप्टिकल उपकरणों के कामकाज को विवर्तन झंझरी के रूप में समझाने में मदद करता है, जो अलग करते हैं इसके घटक तरंग दैर्ध्य में प्रकाश का स्पेक्ट्रम, और ध्रुवीकरण लेंस, जो निश्चित रूप से अवरुद्ध करते हैं तरंग दैर्ध्य।
प्रकाश के बारे में सोचने का दूसरा तरीका इस प्रकार है:रे, एक सीधी रेखा पथ का अनुसरण करने वाला एक बीम। एक किरण एक प्रकाश स्रोत से निकलने वाली एक सीधी रेखा के रूप में खींची जाती है और उस दिशा को इंगित करती है जिसमें प्रकाश यात्रा करता है। प्रकाश को किरण के रूप में व्यक्त करना उपयोगी होता हैज्यामितीय प्रकाशिकी, जो प्रकाश की कण प्रकृति से अधिक संबंधित है।
लेंस, प्रिज्म, सूक्ष्मदर्शी, दूरबीन और कैमरे जैसे प्रकाश-केंद्रित उपकरणों को डिजाइन करने के लिए प्रकाश के मार्ग को दर्शाने वाले किरण आरेख बनाना महत्वपूर्ण है। भौतिक प्रकाशिकी की तुलना में ज्यामितीय प्रकाशिकी लगभग लंबे समय से है - 1600 तक, सर आइजैक न्यूटन का युग, दृष्टि के लिए सुधारात्मक लेंस आम थे।