सफेद प्रकाश का स्पेक्ट्रम

परिचय

भौतिकी के क्षेत्र में प्रकाश का अध्ययन एक आकर्षक विषय है। प्रकाश से जुड़े कई घटनाओं में से, दो सबसे दिलचस्प घटनाएं विवर्तन और प्रकीर्णन हैं। ये घटनाएं हमें सफेद प्रकाश के स्पेक्ट्रम को समझने में मदद करती हैं, जिसमें मानव आंख से दिखाई देने वाले रंगों की सीमा होती है। इस पाठ में, हम जानेंगे कि सफेद प्रकाश का स्पेक्ट्रम कैसे बनता है, और इस प्रक्रिया में विवर्तन और प्रकीर्णन की क्या भूमिका होती है।

सफेद प्रकाश क्या है?

सफेद प्रकाश को आमतौर पर रंगहीन या बस "सफेद" समझा जाता है, लेकिन वास्तव में यह कई रंगों के मिश्रण से बना होता है। जब हम सूरज की रोशनी या एक सफेद एलईडी बल्ब से प्रकाश देखते हैं, तो हम वास्तव में इन रंगों का मिश्रण देखते हैं। सफेद प्रकाश लाल से लेकर बैंगनी तक विभिन्न तरंग दैर्ध्य के दृश्यमान रंगों से बना होता है।

सफेद प्रकाश के स्पेक्ट्रम को समझना

सफेद प्रकाश के स्पेक्ट्रम को अक्सर प्रकाश के विवर्तन के माध्यम से वर्णित किया जाता है। विवर्तन प्रकाश के घटक रंगों को अपवर्तन द्वारा अलग करने की प्रक्रिया है। यह तब देखा जा सकता है जब प्रकाश एक प्रिज्म से गुजरता है। प्रिज्म प्रकाश को अलग-अलग कोणों पर मोड़ता है जो तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है, जिसके परिणामस्वरूप रंगों का एक स्पेक्ट्रम बनता है।

सामग्री की अपवर्तन सूचकांक:

• लाल: 1.520
• नारंगी: 1.526
• पीला: 1.530
• हरा: 1.540
• नीला: 1.550
• जामुनी: 1.560
• बैंगनी: 1.570

दृश्य उदाहरण: एक साधारण प्रिज्म प्रयोग

कांच के प्रिज्म पर सफेद प्रकाश की एक किरण प्रवेश कर रही है:

प्रिज्म की प्रत्येक सतह पर सफेद प्रकाश अपवर्तित होता है। प्रकाश के स्पेक्ट्रम में प्रत्येक रंग अलग अपवर्तन सूचकांक के कारण अलग कोणों पर मुड़ता है। इस प्रिज्म के भीतर का अपवर्तन प्रकाश को रंगों के एक स्पेक्ट्रम में फैलाता है।

अपवर्तन और विवर्तन की भूमिका

प्रकाश विभिन्न सामग्रियों के माध्यम से अलग-अलग गति से यात्रा करता है। इस गति का भिन्नता इसलिए होती है क्योंकि सामग्रियों की ऑप्टिकल घनत्व अलग होती हैं। एक माध्यम का अपवर्तन सूचकांक निर्धारित करता है कि यह कितना प्रकाश को मोड़ देगा या अपवर्तित करेगा जब यह उनके माध्यम से गुजरता है। प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य, जिन्हें हम विभिन्न रंगों के रूप में देखते हैं, प्रत्येक को भिन्न मात्रा में अपवर्तित किया जाता है। यही वो कारण है जिससे विवर्तन होता है।

स्नेल का नियम: n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)

जहाँ n1 और n2 दो माध्यमों के अपवर्तन सूचकांक हैं, और θ1 और θ2 क्रमशः आपतन और अपवर्तन के कोण हैं।

दृश्य स्पेक्ट्रम

दृश्य स्पेक्ट्रम विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम का एक संकीर्ण बैंड है जिसे मानव आंख से देखा जा सकता है। मुख्य रंग लाल से बैंगनी तक होते हैं:

• लाल: सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य (लगभग 700 एनएम)
• नारंगी: (लगभग 620 एनएम)
• पीला: (लगभग 580 एनएम)
• हरा: (लगभग 530 एनएम)
• नीला: (लगभग 470 एनएम)
• जामुनी: (लगभग 425 एनएम)
• बैंगनी: सबसे छोटी तरंग दैर्ध्य (लगभग 400 एनएम)

प्रकाश का प्रकीर्णन

प्रकीर्णन सफेद प्रकाश के स्पेक्ट्रम से संबंधित एक अन्य महत्वपूर्ण घटना है। यह तब होता है जब प्रकाश किसी माध्यम से गुजरते समय पुनर्निर्देशित होता है। यह विशेष रूप से वातावरण में ध्यान देने योग्य होता है और कणों और गैसों द्वारा विभिन्न दिशाओं में प्रकाश का प्रकीर्णन करने के कारण होता है।

दृश्य उदाहरण: रेले प्रकीर्णन

रेले प्रकीर्णन बताता है कि आकाश नीला क्यों दिखाई देता है। वातावरण में अणु छोटे (नीले) तरंग दैर्ध्य वाले प्रकाश को लंबे (लाल) तरंग दैर्ध्य की तुलना में अधिक प्रकीर्णित करते हैं। क्योंकि इस प्रकीर्णन प्रभाव के कारण, हम एक नीले आकाश को दिन के दौरान सफेद के बजाय देखते हैं।

प्रतिदिन के उदाहरण

सफेद प्रकाश का स्पेक्ट्रम केवल एक सैद्धांतिक संकल्पना नहीं है, बल्कि इसे दैनिक जीवन में भी देखा जा सकता है।

इंद्रधनुष

इंद्रधनुष तब बनते हैं जब सूरज की रोशनी बूंदों के भीतर अपवर्तन और परावर्तन करती है, जिससे विवर्तन होता है। बूंदे छोटे प्रिज्मों की तरह कार्य करती हैं। जैसे ही सूरज की रोशनी बूंद में प्रवेश करती है, यह अपवर्तित होती है, जिससे प्रकाश अपने घटक रंगों में विभाजित हो जाता है। बूंद की पीछे की सतह से प्रकाश का कुछ भाग परावर्तित होता है और बाहर जाते समय दोबारा अपवर्तित होता है, जिससे आकाश में एक सुंदर स्पेक्ट्रम चाप बनता है।

इंद्रधनुष के लिए शर्तें: 
1. सूरज की रोशनी 
2. हवा में जल बूंदे 
3. दर्शक सूरज की रोशनी और बूंदों के बीच

साबुन के बुलबुले

साबुन के बुलबुले पर चमकते रंग पतली साबुन फिल्म से परावर्तित प्रकाश तरंगों के हस्तक्षेप के कारण होते हैं। कुछ प्रकाश फिल्म की बाहरी सतह से परावर्तित होता है, जबकि कुछ प्रकाश फिल्म के भीतर प्रवेश करता है और आंतरिक सतह से परावर्तित होता है। इन प्रकाश तरंगों द्वारा लिए गए रास्तों में हुए अंतरांतर के कारण वे एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते हैं, जिससे कुछ रंग अधिक उन्नत होते हैं और कुछ रद्द हो जाते हैं।

सूर्यास्त और सूर्योदय

आकाश का रंग सूर्यास्त और सूर्योदय के समय बदल जाता है क्योंकि वातावरण के माध्यम से प्रकाश का लंबा रास्ता होता है। जैसे ही सूर्य आकाश में नीचा होता है, लाल और नारंगी तरंग दैर्ध्य हावी होती हैं क्योंकि नीली तरंग दैर्ध्य छोटी और दृष्टि से बाहर प्रकीर्णित हो जाती हैं। यह घटना वातावरण के कणों द्वारा बढ़ाई जाती है, जिससे क्षितिज पर चमकीले रंग होते हैं।

विवर्तन बनाम प्रकीर्णन: मुख्य भेद

हालांकि वे दोनों प्रकाश के संचरण में शामिल होते हैं, विवर्तन और प्रकीर्णन के विभिन्न तंत्र और प्रभाव होते हैं:

• विवर्तन विशेष रूप से विभिन्न तरंग दैर्ध्य के विभिन्न कोणों पर मुड़ने के कारण होता है, मुख्य रूप से अपवर्तन के माध्यम से।
• प्रकीर्णन तब होता है जब प्रकाश कणों या अणुओं द्वारा बगैर तरंग दैर्ध्य को बदले दिशानिर्देशित होता है, जिसे रेले प्रकीर्णन में स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है।

निष्कर्ष

सफेद प्रकाश का स्पेक्ट्रम रंगों की एक दुनिया और भौतिकी के आकर्षक सिद्धांतों को प्रकट करता है। यह समझना कि प्रकाश प्रिज्मों के माध्यम से कैसे संचालित होता है और वातावरण के माध्यम से कैसे प्रकीर्णित होता है, हमारी रोजमर्रा की दृश्य घटनाओं के बारे में हमारी समझ को समृद्ध करता है। जैसे ही हम अपवर्तन, विवर्तन, और प्रकीर्णन का अन्वेषण करते हैं, हम प्रकाश के भौतिक विज्ञान और इसके द्वारा प्राकृतिक दुनिया में उत्पन्न की गई दृश्य सुंदरता के बारे में जानकारी प्राप्त करते हैं।

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