आज हम प्रकाश की तरंग प्रकृति का सार और इस तथ्य से संबंधित घटना "ध्रुवीकरण की डिग्री" को प्रकट करेंगे।
देखने और प्रकाश करने की क्षमता
प्रकाश की प्रकृति और उससे जुड़ी देखने की क्षमता ने लंबे समय से मानव मन को चिंतित किया है। प्राचीन यूनानियों ने दृष्टि की व्याख्या करने की कोशिश करते हुए, मान लिया: या तो आंख कुछ "किरणों" का उत्सर्जन करती है जो आसपास की वस्तुओं को "महसूस" करती हैं और इस तरह व्यक्ति को उनकी उपस्थिति और आकार के बारे में सूचित करती हैं, या चीजें खुद कुछ ऐसा उत्सर्जित करती हैं जिसे लोग पकड़ते हैं और न्याय करते हैं कि सब कुछ कैसे होता है काम करता है। सिद्धांत सत्य से दूर हो गए: जीवित प्राणी प्रतिबिंबित प्रकाश के लिए धन्यवाद देखते हैं। इस तथ्य को समझने से लेकर ध्रुवीकरण की डिग्री की गणना करने में सक्षम होने तक, एक कदम बाकी था - यह समझने के लिए कि प्रकाश एक लहर है।
प्रकाश एक लहर है
प्रकाश के अधिक विस्तृत अध्ययन से पता चला कि व्यतिकरण के अभाव में यह एक सीधी रेखा में फैलता है और कहीं मुड़ता नहीं है। अगर किरण के रास्ते में कोई अपारदर्शी बाधा आती है, तो छाया बनती है, और जहां रोशनी जाती है, वहां लोगों की दिलचस्पी नहीं होती। लेकिन जैसे ही विकिरण एक पारदर्शी माध्यम से टकराया, आश्चर्यजनक चीजें हुईं: किरण ने दिशा बदल दीफैल गया और धुंधला हो गया। 1678 में, एच. ह्यूजेंस ने सुझाव दिया कि इसे एक तथ्य द्वारा समझाया जा सकता है: प्रकाश एक तरंग है। वैज्ञानिक ने ह्यूजेंस सिद्धांत का गठन किया, जिसे बाद में फ्रेस्नेल द्वारा पूरक किया गया। आज लोग जो जानते हैं उसके लिए धन्यवाद कि ध्रुवीकरण की डिग्री कैसे निर्धारित की जाती है।
ह्यूजेंस-फ्रेस्नेल सिद्धांत
इस सिद्धांत के अनुसार, तरंगाग्र द्वारा प्राप्त माध्यम का कोई भी बिंदु सुसंगत विकिरण का द्वितीयक स्रोत होता है, और इन बिंदुओं के सभी अग्रभागों का लिफाफा समय के अगले क्षण में तरंगाग्र के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार, यदि प्रकाश बिना किसी हस्तक्षेप के फैलता है, तो प्रत्येक अगले क्षण तरंग मोर्चा पिछले एक जैसा ही होगा। लेकिन जैसे ही बीम एक बाधा से मिलता है, एक और कारक खेल में आता है: भिन्न मीडिया में, प्रकाश अलग-अलग गति से फैलता है। इस प्रकार, जो फोटॉन पहले दूसरे माध्यम तक पहुंचने में कामयाब रहा, वह बीम से अंतिम फोटॉन की तुलना में तेजी से उसमें फैलेगा। इसलिए, लहर का मोर्चा झुक जाएगा। ध्रुवीकरण की डिग्री का इससे अभी कोई लेना-देना नहीं है, लेकिन इस घटना को पूरी तरह से समझना आवश्यक है।
प्रक्रिया का समय
यह अलग से कहा जाना चाहिए कि ये सभी परिवर्तन अविश्वसनीय रूप से तेजी से हो रहे हैं। निर्वात में प्रकाश की गति तीन लाख किलोमीटर प्रति सेकंड होती है। कोई भी माध्यम प्रकाश को धीमा कर देता है, लेकिन ज्यादा नहीं। वह समय जिसके दौरान एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर (उदाहरण के लिए, हवा से पानी में) तरंग मोर्चा विकृत हो जाता है, बहुत कम होता है। मानव आँख इसे नोटिस नहीं कर सकती है, और कुछ उपकरण ऐसे शॉर्ट को ठीक करने में सक्षम हैंप्रक्रियाएं। तो यह पूरी तरह से सैद्धांतिक रूप से घटना को समझने लायक है। अब, पूरी तरह से जानते हुए कि विकिरण क्या है, पाठक यह समझना चाहेंगे कि प्रकाश के ध्रुवीकरण की डिग्री कैसे प्राप्त करें? आइए उसकी उम्मीदों को धोखा न दें।
प्रकाश का ध्रुवीकरण
हम पहले ही ऊपर बता चुके हैं कि अलग-अलग मीडिया में प्रकाश के फोटॉन की गति अलग-अलग होती है। चूँकि प्रकाश एक अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय तरंग है (यह माध्यम का संघनन और विरलण नहीं है), इसकी दो मुख्य विशेषताएं हैं:
- लहर वेक्टर;
- आयाम (एक सदिश राशि भी)।
पहली विशेषता इंगित करती है कि प्रकाश किरण कहाँ निर्देशित है, और ध्रुवीकरण वेक्टर उत्पन्न होता है, अर्थात विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर किस दिशा में निर्देशित होता है। यह तरंग वेक्टर के चारों ओर घूमना संभव बनाता है। प्राकृतिक प्रकाश, जैसे कि सूर्य द्वारा उत्सर्जित, का कोई ध्रुवीकरण नहीं होता है। दोलनों को सभी दिशाओं में समान संभावना के साथ वितरित किया जाता है, कोई ऐसी दिशा या पैटर्न नहीं है जिसके साथ तरंग वेक्टर का अंत दोलन करता है।
ध्रुवीकृत प्रकाश के प्रकार
इससे पहले कि आप ध्रुवीकरण की डिग्री के लिए सूत्र की गणना करना सीखें और गणना करें, आपको यह समझना चाहिए कि ध्रुवीकृत प्रकाश किस प्रकार के होते हैं।
- अण्डाकार ध्रुवीकरण। ऐसे प्रकाश के तरंग सदिश का अंत एक दीर्घवृत्त का वर्णन करता है।
- रैखिक ध्रुवीकरण। यह पहले विकल्प का एक विशेष मामला है। जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है कि चित्र एक दिशा है।
- सर्कुलर ध्रुवीकरण। दूसरे तरीके से इसे वृत्ताकार भी कहते हैं।
किसी भी प्राकृतिक प्रकाश को दो परस्पर लंबवत ध्रुवीकृत तत्वों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है। यह याद रखने योग्य है कि दो लंबवत ध्रुवीकृत तरंगें परस्पर क्रिया नहीं करती हैं। उनका हस्तक्षेप असंभव है, क्योंकि आयामों की बातचीत के दृष्टिकोण से, वे एक दूसरे के लिए मौजूद नहीं लगते हैं। जब वे मिलते हैं, तो वे बिना बदले बस चले जाते हैं।
आंशिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश
ध्रुवीकरण प्रभाव का अनुप्रयोग बहुत बड़ा है। किसी वस्तु पर प्राकृतिक प्रकाश को निर्देशित करके, और आंशिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश प्राप्त करके, वैज्ञानिक सतह के गुणों का न्याय कर सकते हैं। लेकिन आप आंशिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश के ध्रुवीकरण की डिग्री कैसे निर्धारित करते हैं?
एन.ए. का एक फॉर्मूला है। उमोव:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), जहां Itrans ध्रुवीकरण या परावर्तक सतह के तल के लंबवत दिशा में प्रकाश की तीव्रता है, और I बराबर- समानांतर। P मान 0 (किसी भी ध्रुवीकरण से रहित प्राकृतिक प्रकाश के लिए) से 1 (समान ध्रुवीकृत विकिरण के लिए) मान ले सकता है।
क्या प्राकृतिक प्रकाश का ध्रुवीकरण हो सकता है?
पहली नज़र में सवाल अजीब है। आखिरकार, विकिरण जिसमें कोई विशिष्ट दिशा नहीं होती है, आमतौर पर प्राकृतिक कहलाती है। हालाँकि, पृथ्वी की सतह के निवासियों के लिए, यह कुछ अर्थों में एक सन्निकटन है। सूर्य विभिन्न लंबाई की विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एक धारा देता है। यह विकिरण ध्रुवीकृत नहीं है। लेकिन गुजर रहा हैवायुमंडल की एक मोटी परत के माध्यम से, विकिरण एक मामूली ध्रुवीकरण प्राप्त करता है। तो प्राकृतिक प्रकाश के ध्रुवीकरण की डिग्री आमतौर पर शून्य नहीं होती है। लेकिन मूल्य इतना छोटा है कि इसे अक्सर उपेक्षित किया जाता है। इसे केवल सटीक खगोलीय गणना के मामले में ही ध्यान में रखा जाता है, जहां थोड़ी सी भी त्रुटि हमारे सिस्टम में तारे या दूरी में वर्ष जोड़ सकती है।
प्रकाश का ध्रुवीकरण क्यों होता है?
हमने ऊपर अक्सर कहा है कि असमान मीडिया में फोटॉन अलग तरह से व्यवहार करते हैं। लेकिन उन्होंने इसका जिक्र नहीं किया। इसका उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि हम किस प्रकार के वातावरण की बात कर रहे हैं, दूसरे शब्दों में, यह किस समग्र अवस्था में है।
- माध्यम एक क्रिस्टलीय पिंड है जिसकी सख्त आवधिक संरचना है। आमतौर पर ऐसे पदार्थ की संरचना को निश्चित गेंदों - आयनों के साथ जाली के रूप में दर्शाया जाता है। लेकिन सामान्य तौर पर, यह पूरी तरह से सटीक नहीं है। इस तरह के अनुमान को अक्सर उचित ठहराया जाता है, लेकिन क्रिस्टल और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की बातचीत के मामले में नहीं। वास्तव में, प्रत्येक आयन अपनी संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करता है, और बेतरतीब ढंग से नहीं, बल्कि उसके पड़ोसियों के अनुसार, कितनी दूरी पर और उनमें से कितने हैं। चूंकि ये सभी कंपन कठोर माध्यम द्वारा कड़ाई से क्रमादेशित होते हैं, यह आयन एक अवशोषित फोटान को केवल कड़ाई से परिभाषित रूप में उत्सर्जित करने में सक्षम है। यह तथ्य दूसरे को जन्म देता है: निवर्तमान फोटॉन का ध्रुवीकरण क्या होगा यह उस दिशा पर निर्भर करता है जिसमें यह क्रिस्टल में प्रवेश करता है। इसे संपत्ति अनिसोट्रॉपी कहा जाता है।
- बुधवार - तरल। यहां उत्तर अधिक जटिल है, क्योंकि दो कारक काम कर रहे हैं - अणुओं की जटिलता औरघनत्व का उतार-चढ़ाव (संघनन-दुर्लभता)। अपने आप में, जटिल लंबे कार्बनिक अणुओं की एक निश्चित संरचना होती है। सल्फ्यूरिक एसिड के सबसे सरल अणु भी एक अराजक गोलाकार थक्का नहीं होते हैं, बल्कि एक बहुत ही विशिष्ट क्रूसिफ़ॉर्म आकार होते हैं। एक और बात यह है कि सामान्य परिस्थितियों में वे सभी बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं। हालांकि, दूसरा कारक (उतार-चढ़ाव) ऐसी स्थितियां पैदा करने में सक्षम है जिसके तहत एक छोटी मात्रा में अणुओं की एक छोटी संख्या एक अस्थायी संरचना की तरह बनती है। इस मामले में, या तो सभी अणु सह-निर्देशित होंगे, या वे कुछ विशिष्ट कोणों पर एक दूसरे के सापेक्ष स्थित होंगे। यदि इस समय प्रकाश तरल के ऐसे हिस्से से होकर गुजरता है, तो यह आंशिक ध्रुवीकरण प्राप्त कर लेगा। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि तापमान तरल के ध्रुवीकरण को दृढ़ता से प्रभावित करता है: तापमान जितना अधिक होगा, अशांति उतनी ही गंभीर होगी, और ऐसे ही अधिक क्षेत्र बनेंगे। अंतिम निष्कर्ष स्व-संगठन के सिद्धांत के लिए धन्यवाद मौजूद है।
- बुधवार - गैस। सजातीय गैस के मामले में, उतार-चढ़ाव के कारण ध्रुवीकरण होता है। इसीलिए सूर्य का प्राकृतिक प्रकाश वायुमंडल से गुजरते हुए एक छोटा सा ध्रुवीकरण प्राप्त कर लेता है। और इसीलिए आकाश का रंग नीला है: संघनित तत्वों का औसत आकार ऐसा है कि नीला और बैंगनी विद्युत चुम्बकीय विकिरण बिखरा हुआ है। लेकिन अगर हम गैसों के मिश्रण से निपट रहे हैं, तो ध्रुवीकरण की डिग्री की गणना करना अधिक कठिन है। इन समस्याओं को अक्सर खगोलविदों द्वारा हल किया जाता है जो एक तारे के प्रकाश का अध्ययन करते हैं जो गैस के घने आणविक बादल से होकर गुजरा है। इसलिए, दूर की आकाशगंगाओं और समूहों का अध्ययन करना इतना कठिन और दिलचस्प है। लेकिनखगोलविद इसका मुकाबला कर रहे हैं और लोगों को गहरे अंतरिक्ष की अद्भुत तस्वीरें दे रहे हैं।
