प्रकाश के प्रकीर्णन -प्राथमिक स्तर
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Scattering of Light-Primary Level
प्रकाश का प्रकीर्णन तब होता है जब प्रकाश किरणें अपने सीधे पथ से भटक जाती हैं। माध्यम में निलंबित कण और अणु विभिन्न दिशाओं में प्रकाश को अवशोषित करते हैं। प्रकाश का प्रकीर्णन हमारे जीवन की सबसे महत्वपूर्ण भौतिक घटनाओं में से एक है। जब प्रकाश की किरण किसी माध्यम से गुजरती है, तो उसका एक हिस्सा घटना की दिशा के अलावा अन्य दिशाओं में दिखाई देता है। इस घटना को प्रकाश का प्रकीर्णन कहा जाता है। माध्यम का कण आकार में प्रकाश की तरंगदैर्घ्य के बराबर होना चाहिए।'
"जब कोई प्रकाश सूक्ष्म कणों या अणुओं पर आपतित होता है तो उसका अवशोषण होने के बाद उसका सभी दिशाओं में उत्सर्जन होता है।"
जब प्रकाश एक माध्यम से दूसरे माध्यम में प्रवेश करता है, जैसे हवा या जल का गिलास, तो इसका एक हिस्सा माध्यम के कणों द्वारा अवशोषित हो जाता है, जिसके बाद एक विशिष्ट दिशा में विकिरण होता है। इस घटना को ही प्रकाश का प्रकीर्णन कहते है।
प्रकाश का प्रकीर्णन वह घटना है जिसमें प्रकाश की किरणें किसी माध्यम में छोटे कणों से टकराने पर अपने मूल पथ से भटक जाती हैं। यह प्रभाव कई प्राकृतिक प्रकाशीय घटनाओं की व्याख्या करता है, जिसमें आकाश का रंग और सूर्योदय और सूर्यास्त के दौरान सूर्य का लाल दिखना शामिल है। जब प्रकाश किसी माध्यम (जैसे हवा) से होकर गुजरता है, तो यह धूल, पानी की बूंदों या गैस के अणुओं जैसे छोटे कणों से संपर्क करता है। ये कण प्रकाश को अवशोषित करते हैं और फिर इसे अलग-अलग दिशाओं में पुनः उत्सर्जित करते हैं, जिससे बिखराव होता है।
उदाहरण
प्रकाश के अपवर्तन और संपूर्ण आंतरिक परावर्तन के कारण, दोपहर में बहुरंगी प्रकाश का झुकाव देखा जा सकता है। सूर्य के प्रकाश की तरंगदैर्घ्य अलग-अलग दिशाओं में अलग-अलग रंग उत्पन्न करती है। रेले का प्रकीर्णन सिद्धांत इस घटना की व्याख्या करता है।
प्रकाश के प्रकीर्णन का कारण
- प्रकाश की प्रकृति
- तरंगदैर्घ्य
- ध्रुवीकरण अवस्था
- माध्यम की संरचना
प्रकाश के प्रकीर्णन के प्रकार
प्रत्यास्थ प्रकीर्णन तब होता है जब आपतित और परिक्षिप्त प्रकाश किरणों की ऊर्जा एक समान होती है।
अप्रत्यास्थ प्रकीर्णन: जब प्रकाश की आपतित और बिखरी हुई किरणों की ऊर्जा में भिन्नता होती है, तो इसे अप्रत्यास्थ प्रकीर्णन कहते हैं।
टिंडल प्रभाव
इसका नाम 19वीं शताब्दी के भौतिक विज्ञानी जॉन टिंडल के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने पहली बार इस घटना का व्यापक अध्ययन किया था। टिंडल प्रभाव कोलॉइड में या बहुत महीन निलंबन में कणों द्वारा प्रकाश का प्रकीर्णन है। इसे टिंडल स्कैटरिंग के रूप में भी जाना जाता है, यह रेले स्कैटरिंग के समान है, जिसमें स्कैटर्ड रोशनी की तीव्रता तरंग दैर्ध्य की चौथी शक्ति के व्युत्क्रमानुपाती होती है, इसलिए नीला प्रकाश लाल प्रकाश की तुलना में बहुत अधिक तीव्रता से स्कैटर्ड होता है। रोजमर्रा की जिंदगी में एक उदाहरण है मोटरसाइकिलों से निकलने वाले धुएं में कभी-कभी नीले रंग का प्रकाश देखा जाता है, विशेष रूप से दो-स्ट्रोक मशीनों में जहां इंजन का जले हुआ तेल इन कणों को प्रदान करता है। टिंडल प्रभाव के तहत, लंबी तरंग दैर्ध्य अधिक संचरित होती हैं, जबकि छोटी तरंग दैर्ध्य स्कैटर्ड माध्यम से अधिक व्यापक रूप से परिलक्षित होती हैं।
1860 के दशक में, टिंडल ने प्रकाश के साथ कई प्रयोग किए, विभिन्न गैसों और द्रव पदार्थों के माध्यम से चमकते बीम और परिणामों को रिकॉर्ड किया। ऐसा करने में, टिंडल ने पाया कि जब धीरे-धीरे ट्यूब को धुएँ से भरते हैं और फिर इसके माध्यम से प्रकाश की एक किरण को चमकाते हैं, तो बीम ट्यूब के किनारों से नीली लेकिन दूर के सिरे से लाल दिखाई देती है। इस अवलोकन ने टिंडल को पहले उस घटना का प्रस्ताव करने में सक्षम बनाया जो बाद में उसका नाम होगा।
यदि एक विषमांगी विलयन को अंधेरे में रखा जाए और उसे प्रकाश की दिशा में देखा जाए तो यह स्पष्ट दिखाई देता है और यदि इसे प्रकाश पुंज की दिशा के समकोण पर एक दिशा से देखा जाए तो यह पूरी तरह से अंधेरा दिखाई देता है। कोलॉइडल विलयन प्रकाश के पथ के समकोण पर देखे जाने पर हल्के से मजबूत अपारदर्शिता दिखाते हैं, यानी किरणपुंज का मार्ग एक नीले रंग के प्रकाश से प्रकाशित होता है। यह प्रभाव पहले फैराडे द्वारा देखा गया था और बाद में टिंडल द्वारा इसका अध्ययन किया गया और इसे टिंडल प्रभाव कहा जाता है। प्रकाश के चमकीले शंकु को टिंडल शंकु कहा जाता है। टिंडल प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि कोलॉइडल कण प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और फिर अंतरिक्ष में सभी दिशाओं में बिखर जाते हैं। प्रकाश का प्रकीर्णन अंतरिक्ष में सभी दिशाओं में बिखरता है। प्रकाश का यह प्रकीर्णन कोलॉइडी परिक्षेपण में किरणपुंज के पथ को प्रकाशित करता है।
सिनेमा हॉल में उपस्थित धूल और धुएं के कणों द्वारा प्रकाश के प्रकीर्णन के कारण टिन्डल प्रभाव को सिनेमा हॉल में चित्र के प्रक्षेपण के दौरान देखा जा सकता है। टिंडल प्रभाव तभी देखा जाता है जब निम्नलिखित दो शर्तें पूरी होती हैं:
- स्कैटर्ड हुए कणों का व्यास प्रयुक्त प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा नहीं है; और
- परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम के अपवर्तक सूचक परिमाण में काफी भिन्न होने चाहिए। यह स्थिति लियोफोबिक सॉल से संतुष्ट होती है। लियोफिलिक सॉल बहुत कम या कोई टिंडल प्रभाव नहीं दिखाते हैं क्योंकि परिक्षिप्त प्रावस्था और परिक्षेपण माध्यम के अपवर्तक सूचकांकों में बहुत कम अंतर होता है।
उदाहरण
टिंडल प्रभाव के कुछ उदाहरण हैं:
आकाश और समुद्र के पानी का नीला रंग
धूमकेतु की पूंछ की दृश्यता
सितारों की जगमगाहट।
