स्नातक → विद्युत-चुंबकत्व → मैक्सवेल के समीकरण ↓
विद्युतचुम्बकीय तरंगें
विद्युतचुम्बकीय तरंगें वे तरंगें होती हैं जो एक विद्युत क्षेत्र और एक चुम्बकीय क्षेत्र के बीच कंपन से उत्पन्न होती हैं। दूसरे शब्दों में, विद्युतचुम्बकीय तरंगों में कंपन हो रहे विद्युत और चुम्बकीय क्षेत्र होते हैं। विद्युतचुम्बकीय तरंगों का मुख्य पहलू यह है कि उन्हें यात्रा करने के लिए किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती; वे अंतरिक्ष के शून्य में भी यात्रा कर सकती हैं।
मैक्सवेल समीकरणों का परिचय
मैक्सवेल के समीकरण चार मौलिक समीकरणों का सेट है जो यह वर्णन करता है कि विद्युत क्षेत्र और चुम्बकीय क्षेत्र कैसे अंतर्क्रिया करते हैं। वे शास्त्रीय विद्युतगतिकी, प्रकाशिकी, और विद्युत परिपथों की नींव बनाते हैं। जेम्स क्लार्क मैक्सवेल ने 19वीं शताब्दी में इन समीकरणों को गाउस, फैराडे, और एम्पियर के पूर्व कार्य को मिलाकर संकल्पित किया।
चार मैक्सवेल समीकरण
मैक्सवेल के समीकरण निम्नलिखित हैं:
1. गाउस का विद्युत नियम: ∇ • E = ρ/ε₀यह समीकरण कहता है कि बन्द सतह से गुजरने वाला विद्युत फ्लक्स उसमें निहित आवेश के अनुपाती होता है।
2. गाउस का चुम्बकत्व नियम: ∇ • B = 0यह समीकरण यह संकेत करता है कि कोई चुम्बकीय मोनोपोल नहीं होते; किसी भी बन्द सतह से गुजरने वाला कुल चुम्बकीय फ्लक्स शून्य होता है।
3. फैराडे का प्रेरण नियम: ∇ x E = -∂B/∂tयह नियम कहता है कि बदलता हुआ चुम्बकीय क्षेत्र एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है।
4. एम्पियर का नियम (मैक्सवेल के जोड़ के साथ): ∇ x B = μ₀(J + ε₀ ∂E/∂t)यह समीकरण कहता है कि चुम्बकीय क्षेत्र चल रहे आवेशों या धाराओं और बदलने वाले विद्युत क्षेत्रों से उत्पन्न होते हैं।
विद्युतचुम्बकीय तरंगों का निर्माण
विद्युतचुम्बकीय तरंगें मैक्सवेल के समीकरणों के समाधान से उत्पन्न होती हैं। विद्युतचुम्बकीय तरंगों को समझने के लिए, एक आवेश को विचार करें जो गति कर रहा है। जब एक आवेश गति करता है, तो यह उसके चारों ओर विद्युत और चुम्बकीय क्षेत्र को बाधित करता है। मैक्सवेल के समीकरणों के अनुसार, एक बदलता हुआ विद्युत क्षेत्र एक चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है और इसके विपरीत।
आइए देखें कैसे विद्युतचुम्बकीय तरंगें बनती हैं:
- एक कंपन कर रहा या गति कर रहा आवेश एक कंपन कर रहा विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है।
- फैराडे के प्रेरण नियम के अनुसार, यह कंपन करता हुआ विद्युत क्षेत्र एक कंपन करता हुआ चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है।
- विस्तारित एम्पियर के नियम के अनुसार, यह कंपन करता हुआ चुम्बकीय क्षेत्र एक नया विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है।
परिणाम स्वरूप एक तरंग स्थान में प्रवाहित होती है। ये कंपन एक-दूसरे को मजबूती प्रदान करते हैं और बाहर की ओर चलते हैं, विद्युतचुम्बकीय तरंगें बनाते हैं।
विद्युतचुम्बकीय तरंगों की विशेषताएं
विद्युतचुम्बकीय तरंगों की कई आवश्यक विशेषताएं होती हैं:
- अनुप्रस्थ तरंगे: विद्युत और चुम्बकीय क्षेत्र दोनों की कम्पन तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत होती है।
- प्रकाश की गति: अंतरिक्ष में विद्युतचुम्बकीय तरंगें प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं, जिसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा प्रदर्शित किया जाता है:
c = 1 / √(μ₀ε₀)c प्रकाश की गति है, μ₀ मुक्त अंतरिक्ष का प्रत्यास्थता है, और ε₀ मुक्त अंतरिक्ष का प्रत्यास्थता है।विद्युतचुम्बकीय तरंगों का दृश्यावलोकन
ऊपर के दृश्यावलोकन में, लाल रेखा कंपन करता हुआ विद्युत क्षेत्र (E-क्षेत्र) और नीली रेखा कंपन करता हुआ चुम्बकीय क्षेत्र (B-क्षेत्र) दर्शाती है। दोनों क्षेत्र एक-दूसरे के लंबवत और तरंग की यात्रा की दिशा के लंबवत होते हैं।
आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य
सभी तरंगों की तरह, विद्युतचुम्बकीय तरंगों की विशेषता उनकी आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य होती है। तरंगदैर्ध्य क्रमिक शिखरों (या गर्तों) के बीच की दूरी होती है, और आवृत्ति प्रति सेकंड एक बिंदु से गुजरने वाली तरंगों की संख्या होती है। विद्युतचुम्बकीय तरंग की गति (c), आवृत्ति (f), और तरंगदैर्ध्य (λ) के बीच संबंध निम्नलिखित है:
c = λfविद्युतचुम्बकीय तरंग आवृत्तियों के उदाहरण:
- रेडियो तरंगें: इनका तरंगदैर्ध्य लंबा होता है और आवृत्ति कम होती है, और ये प्रसारण और संचार में उपयोग की जाती हैं।
- माइक्रोवेव: भोजन को गर्म करने और कुछ संचार प्रौद्योगिकियों में उपयोग की जाती हैं।
- अवरक्त विकिरण: गर्मी के रूप में महसूस होने वाली और रिमोट कंट्रोल्स में उपयोग की जाती है।
- दृश्य प्रकाश: विद्युतचुम्बकीय तरंगों की वह श्रेणी जो मानव आंख द्वारा देखी जा सकती है।
- अल्ट्रावायलेट विकिरण: यह उच्च ऊर्जा विकिरण है और हानिकारक हो सकता है, लेकिन यह उपकरण को स्टरलाइज करने में भी उपयोग किया जाता है।
- एक्स-किरण: इनका उपयोग चिकित्सा इमेजिंग में होता है क्योंकि यह मुलायम ऊतकों के माध्यम से गुजर सकती हैं लेकिन हाड़ जैसे घने पदार्थों द्वारा अवशोषित होती हैं।
- गामा किरणें: सबसे छोटी तरंगदैर्ध्य और सबसे अधिक ऊर्जा वाली, ये परमाणु प्रतिक्रियाओं और रेडियोधर्मी क्षय से उत्पन्न होती हैं।
विद्युतचुम्बकीय तरंगों के निर्माण का उदाहरण
एक सरल ऑसिलेटिंग परिपथ को विचार करें जिसे एक डिपोल एंटीना कहा जाता है। डिपोल एंटीना में दो धातु की छड़ें होती हैं जिनके बीच में एक छोटा अंतर होता है। जब प्रत्यावर्ती धारा लागू होती है, तो इलेक्ट्रॉन छड़ों के साथ आगे-पीछे कंपन करते हैं। यह कंपन एक बदलता हुआ विद्युत क्षेत्र और एक विवरणीचुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। परिणामस्वरूप, विद्युतचुम्बकीय तरंगें उत्सर्जित होती हैं।
इन तरंगों का उपयोग जानकारी प्रसारित करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि रेडियो और टेलीविजन प्रसारण में। कंपन की आवृत्ति द्वारा उत्सर्जित विद्युतचुम्बकीय तरंग की आवृत्ति निर्धारित होती है।
निष्कर्ष
विद्युतचुम्बकीय तरंगें प्रकृति और प्रौद्योगिकी दोनों का एक मौलिक पहलू हैं। हमें हमारे चारों ओर की दुनिया को देखने से लेकर, विश्वभर में जानकारी के प्रसारण का सक्षम बनाने तक, विद्युतचुम्बकीय तरंगों को समझना आवश्यक है। जेम्स क्लार्क मैक्सवेल की समीकरणों के सेट के माध्यम से दिए गए उनके सिद्धांतों ने यह समझने के लिए एक मार्ग प्रदान किया कि विद्युत और चुम्बकत्व कैसे एकीकृत होते हैं। विद्युतचुम्बकीय तरंगें, विद्युत और चुम्बकीय क्षेत्रों के बीच संवाद का खुलासा करते हुए, अविश्वसनीय गति से स्थान में यात्रा करती हैं ताकि माध्यम की आवश्यकता के बिना विशाल दूरियों को पुल किया जा सके। इंद्रधनुष के रंगों से लेकर एक्स-किरणों तक, हमारे भीतर की छिपी संरचनाओं का खुलासा करने वाली, विद्युतचुम्बकीय तरंगें हमारे ब्रह्मांडीय ज्ञान में प्रेरणा और क्रांति ला रही हैं।
टिप्पणियाँ