विद्युत चुम्बकीय तरंगों द्वारा उत्सर्जित आवृत्तियों की सीमा बहुत बड़ी है। यह आवेशित कणों के दोलनों की सभी संभावित आवृत्तियों द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस तरह के उतार-चढ़ाव बिजली लाइनों, रेडियो और टेलीविजन स्टेशनों के एंटेना, मोबाइल फोन, रडार, लेजर, गरमागरम और फ्लोरोसेंट लैंप, रेडियोधर्मी तत्वों, एक्स-रे मशीनों में प्रत्यावर्ती धारा के साथ होते हैं। वर्तमान समय में दर्ज विद्युत चुम्बकीय तरंगों की आवृत्ति रेंज 0 से 3 * 10 22 हर्ट्ज तक फैली हुई है। यह रेंज विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम (लैटिन स्पेक्ट्रम दृष्टि, छवि से) से मेल खाती है जिसमें तरंग दैर्ध्य 10 - 14 मीटर से अनंत तक भिन्न होता है। तरंग दैर्ध्य λ= c/ν, जहां c=3*10 8 m/s प्रकाश की गति है, और ν आवृत्ति है। अंजीर पर। 1.1 विद्युत चुम्बकीय तरंगों के सुविचारित स्पेक्ट्रम को दर्शाता है।
चावल। 1.1 विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम
विभिन्न आवृत्तियों की रेडियो तरंगें पृथ्वी के भीतर और बाहरी अंतरिक्ष में अलग-अलग तरह से फैलती हैं और इसलिए, रेडियो संचार और वैज्ञानिक अनुसंधान में विभिन्न अनुप्रयोगों का पता लगाती हैं। प्रसार, पीढ़ी की विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए, रेडियो तरंगों की पूरी श्रृंखला को तरंग दैर्ध्य (या आवृत्ति) द्वारा सशर्त रूप से बारह श्रेणियों में विभाजित करने की प्रथा है। रेडियो संचार में रेडियो तरंगों का विभाजन अंतरराष्ट्रीय रेडियो नियमों द्वारा स्थापित किया गया है। प्रत्येक श्रेणी 0.3*10 N से 3*10 N तक आवृत्ति बैंड से मेल खाती है, जहां N श्रेणी संख्या है। किसी दी गई आवृत्ति रेंज N में, केवल एक सीमित संख्या में रेडियो स्टेशन स्थित हो सकते हैं जो एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप नहीं करते हैं। चैनल क्षमता नामक इस संख्या को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:
एम=(3*10एन - 0.3*10एन)/Δf
जहां f रेडियो सिग्नल का फ्रीक्वेंसी बैंड है।
एनालॉग टेलीविजन सिग्नल (टीवी) की बैंडविड्थ 8 मेगाहर्ट्ज होने दें, गार्ड अंतराल को ध्यान में रखते हुए, हम Δf = 10 मेगाहर्ट्ज लेंगे, फिर मीटर बैंड (एन = 8) में टीवी चैनलों की संख्या 27 होगी। के तहत डेसीमीटर बैंड में समान स्थितियां, चैनलों की संख्या बढ़कर 270 हो जाएगी। यह उच्च आवृत्तियों में महारत हासिल करने की इच्छा के मुख्य कारणों में से एक है। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली श्रेणियों और उनके उपयोग के क्षेत्रों को विभाजित करने के उदाहरण तालिका 1.1 में दिखाए गए हैं।
| एन | पद | बैंडविड्थ | तरंग लंबाई, एम | श्रेणी का नाम | आवेदन क्षेत्र |
| 4 | वीएलएफ बहुत कम आवृत्ति | 3…30 किलोहर्ट्ज़ | 10 5 …10 4 | मेरियामेट्रिक | दुनिया भर में और लंबी दूरी पर संचार। रेडियो नेविगेशन। पानी के नीचे संचार |
| 5 | वामो कम आवृत्तियों | 30…300 किलोहर्ट्ज़ | 10 4 …10 3 | किलोमीटर | लंबी दूरी की संचार, आवृत्ति और समय संदर्भ स्टेशन, लंबी तरंग प्रसारण |
| 6 | म्यूचुअल फंड मध्य आवृत्तियों | 300… 3000 kHz | 10 3 …10 2 | हेक्टेमीटर | मध्यम-लहर स्थानीय और क्षेत्रीय प्रसारण। जहाज संचार |
| 7 | एचएफ उच्च आवृत्तियों | 3…30 मेगाहर्ट्ज | 100…10 | दस मीटर | लंबी दूरी पर संचार और शॉर्टवेव प्रसारण |
| 8 | वीएचएफ बहुत उच्च आवृत्तियों | 30…300 मेगाहर्ट्ज | 10…1 | मीटर | दृष्टि की रेखा के भीतर संचार। मोबाइल कनेक्शन। टीवी और एफएम प्रसारण। आरआरएल |
| 9 | यूएचएफ अति उच्च आवृत्तियों | 300…3000 मेगाहर्ट्ज | 1…0,1 | मिटर का दशमांश | वीएचएफ। दृष्टि और मोबाइल संचार की रेखा के भीतर संचार। टीवी प्रसारण। आरआरएल |
| 10 | माइक्रोवेव अल्ट्रा उच्च आवृत्तियों | 3…30 गीगाहर्ट्ज | 0,1…0,01 | सेंटीमीटर | वीएचएफ। आरआरएल. रडार। उपग्रह संचार प्रणाली |
| 11 | ईएचएफ अत्यधिक उच्च आवृत्तियों | 30…300 GHz | 0,01…0,001 | मिलीमीटर | वीएचएफ। अंतर-उपग्रह संचार और माइक्रोसेलुलर रेडियोटेलीफोन संचार |
आइए हम विकिरण आवृत्ति में वृद्धि के क्रम में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम में तरंग दैर्ध्य (आवृत्तियों) की सीमाओं की सीमाओं को संक्षेप में चिह्नित करें, और इसी सीमा में विकिरण के मुख्य स्रोतों को भी इंगित करें।
ध्वनि आवृत्ति तरंगें आवृत्ति रेंज में 0 से 2*10 4 हर्ट्ज (λ = 1.5*10 4 ÷ ∞m) तक होती हैं। ध्वनि आवृत्ति तरंगों का स्रोत संगत आवृत्ति की प्रत्यावर्ती धारा है। यह देखते हुए कि विद्युत चुम्बकीय तरंग विकिरण की तीव्रता आवृत्ति की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है, ऐसी अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों के विकिरण की उपेक्षा की जा सकती है। यही कारण है कि 50 हर्ट्ज एसी लाइन उत्सर्जन को अक्सर उपेक्षित किया जा सकता है।
रेडियो तरंगें आवृत्ति रेंज 2*10 4 - 10 9 हर्ट्ज (λ = 0.3 - 1.5*10 4 मीटर) पर कब्जा कर लेती हैं। रेडियो तरंगों का स्रोत, साथ ही ध्वनि आवृत्तियों की तरंगें, प्रत्यावर्ती धारा है। हालांकि, ध्वनि आवृत्तियों की तरंगों की तुलना में रेडियो तरंगों की उच्च आवृत्ति आसपास के अंतरिक्ष में रेडियो तरंगों के ध्यान देने योग्य विकिरण की ओर ले जाती है। यह उन्हें काफी दूरी (प्रसारण, टेलीविजन (टीवी)), रडार, रेडियो नेविगेशन, रेडियो नियंत्रण प्रणाली, रेडियो रिले लाइन (आरआरएल), सेलुलर संचार प्रणाली, पेशेवर मोबाइल संचार प्रणाली - ट्रंकिंग सिस्टम पर सूचना प्रसारित करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है। मोबाइल उपग्रह संचार प्रणाली, वायरलेस टेलीफोन संचार प्रणाली (रेडियो विस्तारक), आदि।
माइक्रोवेव विकिरण, या माइक्रोवेव विकिरण, आवृत्ति रेंज 10 9 - 3 * 10 एन हर्ट्ज (λ = 1 मिमी - 0.3 मीटर) में होता है। माइक्रोवेव विकिरण का स्रोत किसी परमाणु के संयोजकता इलेक्ट्रॉन के घूमने की दिशा में परिवर्तन या किसी पदार्थ के अणुओं के घूमने की गति है। इस रेंज में वातावरण की पारदर्शिता को देखते हुए अंतरिक्ष संचार के लिए माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, इस विकिरण का उपयोग घरेलू माइक्रोवेव ओवन में किया जाता है।
इन्फ्रारेड (आईआर) विकिरण आवृत्ति रेंज 3 * 10 11 - 3.85 * 10 14 हर्ट्ज (λ = 780 एनएम - 1 मिमी) पर कब्जा कर लेता है। IR विकिरण की खोज 1800 में अंग्रेजी खगोलशास्त्री विलियम हर्शल ने की थी। दृश्यमान प्रकाश द्वारा गर्म किए गए थर्मामीटर के तापमान में वृद्धि का अध्ययन करते हुए, हर्शेल ने दृश्यमान प्रकाश क्षेत्र (लाल क्षेत्र से परे) के बाहर थर्मामीटर का सबसे बड़ा ताप पाया। अदृश्य विकिरण, जिसे स्पेक्ट्रम में अपना स्थान दिया गया, को अवरक्त कहा गया।
अवरक्त विकिरण का स्रोत पदार्थ के अणुओं का दोलन और घूमना है, इसलिए, IR विद्युत चुम्बकीय तरंगें गर्म पिंडों को विकीर्ण करती हैं, जिनमें से अणु विशेष रूप से तीव्रता से चलते हैं। आईआर विकिरण को अक्सर थर्मल विकिरण के रूप में जाना जाता है। सूर्य की लगभग 50% ऊर्जा इन्फ्रारेड में उत्सर्जित होती है। मानव शरीर की अधिकतम विकिरण तीव्रता 10 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर पड़ती है। तापमान पर आईआर विकिरण की तीव्रता की निर्भरता विभिन्न वस्तुओं के तापमान को मापना संभव बनाती है, जिसका उपयोग नाइट विजन उपकरणों में किया जाता है, साथ ही चिकित्सा में विदेशी संरचनाओं का पता लगाने में भी किया जाता है। इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग करके टीवी और वीसीआर का रिमोट कंट्रोल किया जाता है।
इस श्रेणी का उपयोग ऑप्टिकल क्वार्ट्ज फाइबर पर सूचना प्रसारित करने के लिए किया जाता है। आइए हम अनुमान लगाते हैं, रेडियो तरंगों के लिए, ऑप्टिकल रेंज की चौड़ाई।
ऑप्टिकल रेंज को λ1 = 1200 एनएम से λ2 = 1620 एनएम में बदलने दें। निर्वात में प्रकाश की गति का मान ज्ञात करना c \u003d 2.997 * 10 8 m / s, (गोल 3 * 10 8 m / s) सूत्र से एफ = सी / λ, 1 और λ2 के लिए हम क्रमशः f1 = 250 THz और f2 = 185 THz प्राप्त करते हैं। इसलिए, आवृत्तियों ΔF = f1 - f2 = 65 THz के बीच का अंतराल। तुलना के लिए: ऑडियो रेंज से लेकर माइक्रोवेव रेंज की ऊपरी आवृत्ति तक की पूरी फ़्रीक्वेंसी रेंज केवल 30 गीगाहर्ट्ज़ है, और अल्ट्रा माइक्रोवेव 300 गीगाहर्ट्ज़ है, यानी। 2000 - ऑप्टिकल वाले से 200 गुना छोटा।
दृश्यमान प्रकाश मानव आंख द्वारा देखी जाने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एकमात्र सीमा है। प्रकाश तरंगें काफी संकीर्ण सीमा पर होती हैं: 380-780 एनएम (λ = 3.85 * 10 14 - 7.89 * 10 14 हर्ट्ज)।
दृश्य प्रकाश का स्रोत परमाणुओं और अणुओं में वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं जो अंतरिक्ष में अपनी स्थिति बदलते हैं, साथ ही साथ मुक्त शुल्क त्वरित दर से चलते हैं। स्पेक्ट्रम का यह हिस्सा एक व्यक्ति को उसके आसपास की दुनिया के बारे में अधिकतम जानकारी देता है। अपने भौतिक गुणों के संदर्भ में, यह स्पेक्ट्रम की अन्य श्रेणियों के समान है, विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम का केवल एक छोटा सा हिस्सा है। मानव आँख की अधिकतम संवेदनशीलता तरंगदैर्घ्य =560 nm पर पड़ती है। यह तरंग दैर्ध्य सौर विकिरण की अधिकतम तीव्रता और साथ ही पृथ्वी के वायुमंडल की अधिकतम पारदर्शिता के लिए भी जिम्मेदार है।
पहली बार एक कृत्रिम प्रकाश स्रोत रूसी वैज्ञानिक ए.एन. 1872 में लॉडगिन ने एक बंद बर्तन में रखी कार्बन रॉड के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया, जिसमें से हवा निकाली गई थी, और 1879 में अमेरिकी आविष्कारक टी.ए. एडिसन ने काफी टिकाऊ और सुविधाजनक गरमागरम लैंप डिजाइन बनाया।
रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणों तक कई प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं। सभी प्रकार की विद्युत चुम्बकीय किरणें प्रकाश की गति से निर्वात में फैलती हैं और एक दूसरे से केवल उनकी तरंग दैर्ध्य में भिन्न होती हैं।
1859 स्पेक्ट्रोस्कोपी
1864 मैक्सवेल के समीकरण
1864 श्रेणी
विद्युत चुम्बकीय विकिरण
1900 विकिरण
काला शरीर
मैक्सवेल के समीकरणों के आगमन के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि वे विज्ञान के लिए अज्ञात एक प्राकृतिक घटना के अस्तित्व की भविष्यवाणी करते हैं - अनुप्रस्थ विद्युत चुम्बकीय तरंगें, जो प्रकाश की गति से अंतरिक्ष में फैलने वाले परस्पर विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के दोलन हैं। जेम्स क्लार्क मैक्सवेल स्वयं वैज्ञानिक समुदाय को इस परिणाम की ओर इशारा करने वाले समीकरणों की प्रणाली से इंगित करने वाले पहले व्यक्ति थे। इस अपवर्तन में, निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति इतनी महत्वपूर्ण और मौलिक सार्वभौमिक स्थिरांक थी कि इसे अन्य सभी गति के विपरीत एक अलग अक्षर c द्वारा नामित किया गया था, जिसे आमतौर पर अक्षर v द्वारा दर्शाया जाता है।
इस खोज को करने के बाद, मैक्सवेल ने तुरंत निर्धारित किया कि दृश्य प्रकाश "केवल" विद्युत चुम्बकीय तरंगों की एक किस्म है। उस समय तक, स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में प्रकाश की तरंग दैर्ध्य ज्ञात थे - 400 एनएम (बैंगनी किरण) से 800 एनएम (लाल किरण) तक। (एक नैनोमीटर मीटर के एक अरबवें हिस्से के बराबर लंबाई की एक इकाई है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से परमाणु और किरण भौतिकी में किया जाता है; 1 एनएम = 10 -9 मीटर।) इंद्रधनुष के सभी रंग अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होते हैं जो इन्हीं के भीतर स्थित होते हैं। संकीर्ण सीमाएं। हालांकि, मैक्सवेल के समीकरणों में विद्युत चुम्बकीय तरंग दैर्ध्य की संभावित सीमा पर कोई प्रतिबंध नहीं था। जब यह स्पष्ट हो गया कि बहुत अलग-अलग लंबाई की विद्युत चुम्बकीय तरंगें मौजूद होनी चाहिए, वास्तव में, इस तथ्य के बारे में तुरंत तुलना की गई कि मानव आंख उनकी लंबाई और आवृत्तियों के इतने संकीर्ण बैंड को अलग करती है: एक व्यक्ति की तुलना एक श्रोता से की जाती थी सिम्फनी कॉन्सर्ट, जिसकी सुनवाई केवल एक वायलिन भाग लेने में सक्षम है, अन्य सभी ध्वनियों को अलग नहीं करती है।
मैक्सवेल द्वारा स्पेक्ट्रम की अन्य श्रेणियों में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की भविष्यवाणी के कुछ ही समय बाद, खोजों की एक श्रृंखला का पालन किया गया, जिससे उनकी शुद्धता की पुष्टि हुई। रेडियो तरंगों की खोज सबसे पहले 1888 में जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक हर्ट्ज़ (1857-1894) ने की थी। रेडियो तरंगों और प्रकाश के बीच एकमात्र अंतर यह है कि रेडियो तरंगों की लंबाई कुछ डेसीमीटर से लेकर हजारों किलोमीटर तक हो सकती है। मैक्सवेल के सिद्धांत के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का कारण विद्युत आवेशों की त्वरित गति है। एक रेडियो ट्रांसमीटर के एंटीना में एक वैकल्पिक विद्युत वोल्टेज के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों के दोलन पृथ्वी के वायुमंडल में फैलने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगें पैदा करते हैं। अन्य सभी प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंगें भी विद्युत आवेशों के विभिन्न प्रकार के त्वरित संचलन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती हैं।
प्रकाश तरंगों की तरह, रेडियो तरंगें पृथ्वी के वायुमंडल में बिना किसी नुकसान के लंबी दूरी तय कर सकती हैं, जिससे वे कोडित सूचनाओं का सबसे उपयोगी वाहक बन जाते हैं। पहले से ही 1894 की शुरुआत में - रेडियो तरंगों की खोज के ठीक पांच साल बाद - इतालवी भौतिक विज्ञानी गुल-एल्मो मार्कोनी (1874-1937) ने डिजाइन किया
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गामा किरणें
विद्युत चुम्बकीय तरंगें तरंग दैर्ध्य और ऊर्जा (आवृत्तियों) का एक सतत स्पेक्ट्रम बनाती हैं, जो सशर्त श्रेणियों में विभाजित होती हैं - रेडियो तरंगों से गामा किरणों तक
पहला काम करने वाला वायरलेस टेलीग्राफ - आधुनिक रेडियो का प्रोटोटाइप - जिसके लिए उन्हें 1909 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा भविष्यवाणी की गई दृश्यमान स्पेक्ट्रम के बाहर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व के बाद, पहले प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी, स्पेक्ट्रम के शेष निशान बहुत जल्दी भर गए थे। आज, बिना किसी अपवाद के सभी श्रेणियों की विद्युत चुम्बकीय तरंगों की खोज की जाती है, और उनमें से लगभग सभी विज्ञान और प्रौद्योगिकी में व्यापक और उपयोगी अनुप्रयोग पाते हैं। तरंगों की आवृत्ति और विद्युत चुम्बकीय विकिरण के संबंधित क्वांटा की ऊर्जा (बार स्थिरांक देखें) घटती तरंग दैर्ध्य के साथ बढ़ती है। सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगों की समग्रता विद्युत चुम्बकीय विकिरण के तथाकथित निरंतर स्पेक्ट्रम का निर्माण करती है। इसे निम्नलिखित श्रेणियों में विभाजित किया गया है (बढ़ती आवृत्ति और घटती तरंग दैर्ध्य के क्रम में):
रेडियो तरंगें
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, रेडियो तरंगें लंबाई में काफी भिन्न हो सकती हैं - कुछ सेंटीमीटर से लेकर सैकड़ों और हजारों किलोमीटर तक, जो कि ग्लोब की त्रिज्या (लगभग 6400 किमी) के बराबर है। सभी रेडियो बैंड की तरंगों का व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है - डेसीमीटर और अल्ट्राशॉर्ट मीटर तरंगों का उपयोग टेलीविजन और रेडियो प्रसारण के लिए आवृत्ति मॉड्यूलेटेड अल्ट्राशॉर्ट तरंगों (वीएचएफ / बीवाईयू) में किया जाता है, जो प्रत्यक्ष तरंग प्रसार के क्षेत्र के भीतर उच्च गुणवत्ता वाले सिग्नल रिसेप्शन प्रदान करते हैं। मीटर और किलोमीटर रेंज की रेडियो तरंगों का उपयोग आयाम मॉड्यूलेशन (एएम) का उपयोग करके लंबी दूरी पर प्रसारण और रेडियो संचार के लिए किया जाता है, जो कि सिग्नल की गुणवत्ता की कीमत पर, पृथ्वी के भीतर मनमाने ढंग से लंबी दूरी पर इसके प्रसारण को सुनिश्चित करता है। ग्रह के आयनमंडल से तरंगें। हालाँकि, आज इस प्रकार का संचार उपग्रह संचार के विकास के कारण अतीत की बात होता जा रहा है। डेसीमीटर रेंज की तरंगें मीटर तरंगों की तरह पृथ्वी के क्षितिज के चारों ओर नहीं जा सकती हैं, जो रिसेप्शन क्षेत्र को सीधे प्रसार क्षेत्र तक सीमित करती है, जो एंटीना की ऊंचाई और ट्रांसमीटर की शक्ति के आधार पर कई से लेकर कई दसियों किलोमीटर तक होती है। . और यहां उपग्रह पुनरावर्तक रेडियो तरंग परावर्तकों की भूमिका निभाते हुए बचाव के लिए आते हैं, जो आयनोस्फीयर मीटर तरंगों के संबंध में निभाता है।
माइक्रोवेव
माइक्रोवेव रेंज (SHF) में माइक्रोवेव और रेडियो तरंगों की लंबाई 300 मिमी से 1 मिमी तक होती है। सेंटीमीटर तरंगें, जैसे डेसीमीटर और मीटर रेडियो तरंगें, व्यावहारिक रूप से वायुमंडल द्वारा अवशोषित नहीं होती हैं और इसलिए उपग्रहों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं।
कोवॉय और सेलुलर संचार और अन्य दूरसंचार प्रणाली। एक विशिष्ट उपग्रह डिश का आकार ऐसी तरंगों के कई तरंग दैर्ध्य के बराबर होता है।
छोटे माइक्रोवेव में उद्योग और घर में भी कई अनुप्रयोग होते हैं। माइक्रोवेव ओवन का उल्लेख करने के लिए पर्याप्त है, जो आज औद्योगिक बेकरी और घरेलू रसोई दोनों से सुसज्जित हैं। माइक्रोवेव ओवन का संचालन क्लिस्ट्रॉन नामक उपकरण में इलेक्ट्रॉनों के तेजी से घूमने पर आधारित होता है। नतीजतन, इलेक्ट्रॉन एक निश्चित आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय माइक्रोवेव का उत्सर्जन करते हैं, जिस पर वे पानी के अणुओं द्वारा आसानी से अवशोषित हो जाते हैं। जब आप भोजन को माइक्रोवेव में रखते हैं, तो भोजन में पानी के अणु माइक्रोवेव की ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, तेजी से आगे बढ़ते हैं, और इस प्रकार भोजन को गर्म करते हैं। दूसरे शब्दों में, एक पारंपरिक ओवन या ओवन के विपरीत, जहां भोजन को बाहर से गर्म किया जाता है, एक माइक्रोवेव ओवन इसे अंदर से गर्म करता है।
अवरक्त किरणों
विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के इस हिस्से में 1 मिलीमीटर से आठ हजार परमाणु व्यास (लगभग 800 एनएम) की तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण शामिल है। एक व्यक्ति स्पेक्ट्रम के इस हिस्से की किरणों को सीधे त्वचा के साथ - गर्मी के रूप में महसूस करता है। यदि आप अपना हाथ आग या लाल-गर्म वस्तु की दिशा में बढ़ाते हैं और उससे निकलने वाली गर्मी को महसूस करते हैं, तो आप अवरक्त विकिरण को गर्मी के रूप में देखते हैं। कुछ जानवरों (उदाहरण के लिए, बिलिंग वाइपर) में संवेदी अंग भी होते हैं जो उन्हें अपने शरीर से अवरक्त विकिरण द्वारा गर्म रक्त वाले शिकार का पता लगाने की अनुमति देते हैं।
चूंकि पृथ्वी की सतह पर अधिकांश वस्तुएं अवरक्त तरंग दैर्ध्य रेंज में ऊर्जा का उत्सर्जन करती हैं, इसलिए इन्फ्रारेड डिटेक्टर आधुनिक पहचान तकनीकों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। रात्रि दृष्टि उपकरणों के इन्फ्रारेड ऐपिस लोगों को "अंधेरे में देखने" की अनुमति देते हैं, और उनकी मदद से न केवल लोगों का पता लगाना संभव है, बल्कि उपकरण और संरचनाएं जो दिन के दौरान गर्म हो जाती हैं और पर्यावरण को अपनी गर्मी छोड़ देती हैं रात में इन्फ्रारेड किरणों के रूप में। इन्फ्रारेड डिटेक्टरों का व्यापक रूप से बचाव सेवाओं द्वारा उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, भूकंप या अन्य प्राकृतिक और मानव निर्मित आपदाओं के बाद मलबे के नीचे जीवित लोगों का पता लगाने के लिए।
दृश्यमान प्रकाश
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, दृश्यमान प्रकाश सीमा में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरंग दैर्ध्य आठ से चार हजार परमाणु व्यास (800-400 एनएम) तक होती है। इस श्रेणी में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को रिकॉर्ड करने और उनका विश्लेषण करने के लिए मानव आंख एक आदर्श उपकरण है। यह दो कारणों से है। सबसे पहले, जैसा कि उल्लेख किया गया है, स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग की तरंगें एक ऐसे वातावरण में व्यावहारिक रूप से बिना रुके फैलती हैं जो उनके लिए पारदर्शी है। दूसरे, सूर्य की सतह का तापमान (लगभग 5000°C) ऐसा होता है कि सौर ऊर्जा का शिखर स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में होता है। इस प्रकार, हमारी ऊर्जा का मुख्य स्रोत दृश्य प्रकाश रेंज में भारी मात्रा में ऊर्जा का उत्सर्जन करता है, और हमारे आसपास का वातावरण इस विकिरण के लिए काफी हद तक पारदर्शी है। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि विकास की प्रक्रिया में मानव आंख इस तरह से बनाई गई थी कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों के स्पेक्ट्रम के इस विशेष हिस्से को पकड़ने और पहचानने के लिए।
मैं एक बार फिर इस बात पर जोर देना चाहता हूं कि दृश्यमान विद्युत चुम्बकीय किरणों की सीमा में भौतिक दृष्टिकोण से कुछ खास नहीं है। यह उत्सर्जित तरंगों के विस्तृत स्पेक्ट्रम में केवल एक संकीर्ण पट्टी है (चित्र देखें)। हमारे लिए, यह केवल इतना महत्वपूर्ण है क्योंकि मानव मस्तिष्क स्पेक्ट्रम के इस विशेष भाग में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पता लगाने और उनका विश्लेषण करने के लिए एक उपकरण से लैस है।
पराबैंगनी किरण
पराबैंगनी किरणों में कई हजार से कई परमाणु व्यास (400-10 एनएम) की तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण शामिल हैं। स्पेक्ट्रम के इस हिस्से में, विकिरण जीवित जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि को प्रभावित करना शुरू कर देता है। सौर स्पेक्ट्रम में नरम पराबैंगनी किरणें (स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग के निकट तरंग दैर्ध्य के साथ), उदाहरण के लिए, मध्यम खुराक में कमाना, और अधिक मात्रा में गंभीर जलन होती है। कठोर (लघु-तरंग) पराबैंगनी जैविक कोशिकाओं के लिए हानिकारक है और इसलिए इसका उपयोग विशेष रूप से चिकित्सा में शल्य चिकित्सा उपकरणों और चिकित्सा उपकरणों को निष्फल करने के लिए किया जाता है, जिससे उनकी सतह पर सभी सूक्ष्मजीवों को मार दिया जाता है।
पृथ्वी पर सभी जीवन पृथ्वी के वायुमंडल की ओजोन परत द्वारा कठोर पराबैंगनी विकिरण के हानिकारक प्रभावों से सुरक्षित है, जो सौर विकिरण स्पेक्ट्रम में अधिकांश कठोर पराबैंगनी किरणों को अवशोषित करता है (ओजोन छिद्र देखें)। यदि इस प्राकृतिक ढाल के लिए नहीं, तो पृथ्वी पर जीवन शायद ही महासागरों के पानी से उतरता। हालांकि, सुरक्षात्मक ओजोन परत के बावजूद, कुछ कठोर पराबैंगनी किरणें पृथ्वी की सतह तक पहुंचती हैं और त्वचा कैंसर का कारण बन सकती हैं, खासकर उन लोगों में जो स्वाभाविक रूप से पीलापन से ग्रस्त हैं और धूप में अच्छी तरह से तन नहीं हैं।
एक्स-रे
कई परमाणु व्यास से लेकर परमाणु नाभिक के कई सौ व्यास तक तरंग दैर्ध्य रेंज में विकिरण को एक्स-रे कहा जाता है। एक्स-रे शरीर के कोमल ऊतकों में प्रवेश करते हैं और इसलिए चिकित्सा निदान में अपरिहार्य हैं।
सही का निशान लगाना। जैसा कि रेडियो तरंगों के मामले में, 1895 में उनकी खोज और व्यावहारिक अनुप्रयोग की शुरुआत के बीच का समय अंतराल, पेरिस के एक अस्पताल में पहली एक्स-रे की प्राप्ति द्वारा चिह्नित, वर्षों की बात थी। (यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि उस समय के पेरिस के समाचार पत्र इस विचार में इतने तल्लीन थे कि एक्स-रे कपड़ों में प्रवेश कर सकते थे कि उन्होंने अपने अद्वितीय चिकित्सा अनुप्रयोगों के बारे में लगभग कुछ भी नहीं बताया।)
गामा किरणें
तरंगदैर्घ्य में सबसे छोटा और विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम में आवृत्ति और ऊर्जा किरणों में उच्चतम y-किरणें (गामा किरणें) हैं। इनमें अल्ट्राहाई-एनर्जी फोटॉन होते हैं और आज कैंसर के ट्यूमर (या बल्कि, कैंसर कोशिकाओं को मारने के लिए) के इलाज के लिए ऑन्कोलॉजी में उपयोग किए जाते हैं। हालांकि, जीवित कोशिकाओं पर उनका प्रभाव इतना विनाशकारी होता है कि अत्यधिक देखभाल की जानी चाहिए ताकि आसपास के स्वस्थ ऊतकों और अंगों को नुकसान न पहुंचे।
अंत में, एक बार फिर इस बात पर जोर देना महत्वपूर्ण है कि, हालांकि ऊपर वर्णित सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण बाहरी रूप से अलग-अलग तरीकों से प्रकट होते हैं, संक्षेप में वे जुड़वां हैं। स्पेक्ट्रम के किसी भी हिस्से में सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के अनुप्रस्थ दोलन हैं जो निर्वात में या एक माध्यम में फैलते हैं, वे सभी निर्वात में प्रकाश c की गति से फैलते हैं और एक दूसरे से केवल उनकी तरंग दैर्ध्य में भिन्न होते हैं और परिणामस्वरूप , ऊर्जा में वे ले जाते हैं। यह केवल जोड़ने के लिए बनी हुई है कि मैंने जिन श्रेणियों का नाम दिया है, वे एक मनमाना प्रकृति की हैं (और अन्य पुस्तकों में आप सीमा तरंग दैर्ध्य के थोड़े अलग मूल्यों के साथ आएंगे)। विशेष रूप से, लंबी तरंग दैर्ध्य वाले माइक्रोवेव विकिरण को अक्सर माइक्रोवेव रेडियो तरंगों के रूप में संदर्भित किया जाता है। कठोर पराबैंगनी और नरम एक्स-रे के बीच और कठोर एक्स-रे और नरम गामा विकिरण के बीच कोई स्पष्ट सीमा नहीं है।
स्पेक्ट्रोस्कोपी
किसी पदार्थ में रासायनिक तत्वों के परमाणुओं की उपस्थिति को उत्सर्जन या अवशोषण स्पेक्ट्रम में विशिष्ट रेखाओं की उपस्थिति से पहचाना जा सकता है
विद्युत चुम्बकीय विकिरण के गुण। विभिन्न तरंग दैर्ध्य वाले विद्युतचुंबकीय विकिरणों में काफी अंतर होता है, लेकिन वे सभी, रेडियो तरंगों से लेकर गामा विकिरण तक, एक ही भौतिक प्रकृति के होते हैं। सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण, अधिक या कम हद तक, तरंगों के हस्तक्षेप, विवर्तन और ध्रुवीकरण विशेषता के गुणों को प्रदर्शित करते हैं। साथ ही, सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटम गुणों को अधिक या कम हद तक प्रदर्शित करते हैं।
सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए सामान्य उनकी घटना के तंत्र हैं: किसी भी तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत आवेशों के त्वरित संचलन के दौरान या अणुओं, परमाणुओं या परमाणु नाभिक के एक क्वांटम अवस्था से दूसरे में संक्रमण के दौरान हो सकती हैं। विद्युत आवेशों के हार्मोनिक दोलन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ होते हैं जिनकी आवृत्ति आवेश दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है।
रेडियो तरंगें। 10 5 से 10 12 हर्ट्ज की आवृत्तियों पर होने वाले दोलनों के साथ, विद्युत चुम्बकीय विकिरण होता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य कई किलोमीटर से लेकर कई मिलीमीटर तक होती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन स्केल का यह सेक्शन रेडियो वेव रेंज को संदर्भित करता है। रेडियो तरंगों का उपयोग रेडियो संचार, टेलीविजन और रडार के लिए किया जाता है।
अवरक्त विकिरण। 1-2 मिमी से कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण, लेकिन 8 * 10 -7 मीटर से अधिक, अर्थात। रेडियो तरंगों की सीमा और दृश्य प्रकाश की सीमा के बीच स्थित इन्फ्रारेड विकिरण कहलाता है।
इसके लाल किनारे से परे स्पेक्ट्रम के क्षेत्र की पहली बार 1800 में प्रयोगात्मक रूप से जांच की गई थी। अंग्रेजी खगोलशास्त्री विलियम हर्शल (1738-1822)। हर्शल ने ब्लैक बल्ब थर्मामीटर को स्पेक्ट्रम के लाल सिरे से परे रखा और तापमान में वृद्धि का पता लगाया। थर्मामीटर बल्ब को विकिरण द्वारा गर्म किया गया था, जो आंख के लिए अदृश्य था। इस विकिरण को अवरक्त किरणें कहते हैं।
इन्फ्रारेड विकिरण किसी भी गर्म शरीर द्वारा उत्सर्जित होता है। अवरक्त विकिरण के स्रोत स्टोव, वॉटर हीटर, विद्युत तापदीप्त लैंप हैं।
विशेष उपकरणों की मदद से, अवरक्त विकिरण को दृश्य प्रकाश में परिवर्तित किया जा सकता है और गर्म वस्तुओं की छवियों को पूर्ण अंधेरे में प्राप्त किया जा सकता है। इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग चित्रित उत्पादों को सुखाने, दीवारों, लकड़ी के निर्माण के लिए किया जाता है।
दृश्यमान प्रकाश। दृश्यमान प्रकाश (या केवल प्रकाश) में लाल से बैंगनी प्रकाश तक लगभग 8*10-7 से 4*10-7 मीटर की तरंग दैर्ध्य वाला विकिरण शामिल होता है।
मानव जीवन में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम के इस हिस्से का महत्व बहुत अधिक है, क्योंकि एक व्यक्ति अपने आसपास की दुनिया के बारे में लगभग सभी जानकारी दृष्टि की मदद से प्राप्त करता है।
हरे पौधों के विकास के लिए प्रकाश एक पूर्वापेक्षा है और इसलिए पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए एक आवश्यक शर्त है।
पराबैंगनी विकिरण. 1801 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी जोहान रिटर (1776 - 1810) ने स्पेक्ट्रम का अध्ययन करते हुए पाया कि इसके बैंगनी किनारे से परे आंखों के लिए अदृश्य किरणों द्वारा निर्मित एक क्षेत्र है। ये किरणें कुछ रासायनिक यौगिकों को प्रभावित करती हैं। इन अदृश्य किरणों की क्रिया के तहत सिल्वर क्लोराइड का अपघटन होता है, जिंक सल्फाइड क्रिस्टल और कुछ अन्य क्रिस्टल की चमक होती है।
विद्युतचुंबकीय विकिरण जो आंखों के लिए अदृश्य होता है और जिसकी तरंगदैर्घ्य बैंगनी प्रकाश से कम होती है, पराबैंगनी विकिरण कहलाती है। पराबैंगनी विकिरण में 4 * 10 -7 से 1 * 10 -8 मीटर की तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण शामिल हैं।
पराबैंगनी विकिरण रोगजनक बैक्टीरिया को मारने में सक्षम है, इसलिए इसका व्यापक रूप से चिकित्सा में उपयोग किया जाता है। सूर्य के प्रकाश की संरचना में पराबैंगनी विकिरण जैविक प्रक्रियाओं का कारण बनता है जो मानव त्वचा को काला कर देता है - सनबर्न।
डिस्चार्ज लैंप का उपयोग चिकित्सा में पराबैंगनी विकिरण के स्रोतों के रूप में किया जाता है। ऐसे लैंप के ट्यूब क्वार्ट्ज से बने होते हैं, जो पराबैंगनी किरणों के लिए पारदर्शी होते हैं; इसलिए इन लैंपों को क्वार्ट्ज लैंप कहा जाता है।
एक्स-रे. यदि एक इलेक्ट्रॉन और एक एनोड का उत्सर्जन करने वाले गर्म कैथोड के बीच एक वैक्यूम ट्यूब में कई दसियों हज़ार वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को पहले विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाएगा और फिर एनोड पदार्थ में तेजी से कम किया जाएगा। इसके परमाणु। पदार्थ में तेजी से इलेक्ट्रॉनों के मंदी के दौरान या परमाणुओं के आंतरिक गोले पर इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान, विद्युत चुम्बकीय तरंगें पराबैंगनी विकिरण से कम तरंग दैर्ध्य के साथ उत्पन्न होती हैं। इस विकिरण की खोज 1895 में जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम रेंटजेन (1845-1923) ने की थी। तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण 10 -14 से 10 -7 मीटर तक एक्स-रे कहलाते हैं।
एक्स-रे आंखों के लिए अदृश्य हैं। वे सामग्री की महत्वपूर्ण परतों के माध्यम से महत्वपूर्ण अवशोषण के बिना गुजरते हैं जो दृश्य प्रकाश के लिए अपारदर्शी है। एक्स-रे का पता कुछ क्रिस्टल की एक निश्चित चमक पैदा करने और फोटोग्राफिक फिल्म पर कार्य करने की उनकी क्षमता से लगाया जाता है।
पदार्थ की मोटी परतों के माध्यम से प्रवेश करने के लिए एक्स-रे की क्षमता का उपयोग मानव आंतरिक अंगों के रोगों के निदान के लिए किया जाता है। इंजीनियरिंग में, विभिन्न उत्पादों, वेल्ड की आंतरिक संरचना को नियंत्रित करने के लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे विकिरण का एक मजबूत जैविक प्रभाव होता है और इसका उपयोग कुछ बीमारियों के इलाज के लिए किया जाता है।
गामा विकिरण. गामा विकिरण को विद्युत चुम्बकीय विकिरण कहा जाता है जो उत्तेजित परमाणु नाभिक द्वारा उत्सर्जित होता है और प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है।
गामा विकिरण सबसे कम तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण है (l < 10 -10 मीटर)। इसकी विशेषता स्पष्ट corpuscular गुण है। इसलिए, गामा विकिरण को आमतौर पर कणों की एक धारा के रूप में माना जाता है - गामा किरणें। तरंग दैर्ध्य के क्षेत्र में 10 -10 से 10 -14 तक और एक्स-रे और गामा विकिरण की श्रेणियां ओवरलैप होती हैं, इस क्षेत्र में, एक्स-रे और गामा किरणें प्रकृति में समान होती हैं और केवल मूल में भिन्न होती हैं।
विकिरण के प्रकार
ऊष्मीय विकिरण – विकिरण, जिसमें प्रकाश के उत्सर्जन के लिए परमाणुओं द्वारा ऊर्जा के नुकसान की भरपाई विकिरण करने वाले शरीर के परमाणुओं (या अणुओं) की तापीय गति की ऊर्जा द्वारा की जाती है। ऊष्मा का स्रोत सूर्य, एक गरमागरम दीपक आदि है।
इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस(लैटिन ल्यूमिनेसेंस से - "चमक") - एक चमक के साथ एक गैस में एक निर्वहन। उत्तरी रोशनी इलेक्ट्रोल्यूमिनेशन की अभिव्यक्ति है। विज्ञापन शिलालेखों के लिए ट्यूबों में उपयोग किया जाता है।
कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस– इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी के कारण ठोस पदार्थों की चमक। उसके लिए धन्यवाद, टीवी के कैथोड रे ट्यूबों की स्क्रीन चमकती है।
chemiluminescence– ऊर्जा की रिहाई के साथ कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रकाश का उत्सर्जन। इसे जुगनू और अन्य जीवित जीवों के उदाहरण पर देखा जा सकता है जिनमें चमकने का गुण होता है।
फोटोलुमिनेसेंस– सीधे उन पर पड़ने वाले विकिरण की क्रिया के तहत पिंडों की चमक। एक उदाहरण चमकदार पेंट हैं जो क्रिसमस की सजावट को कवर करते हैं, वे विकिरण के बाद प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इस घटना का व्यापक रूप से दिन के उजाले लैंप में उपयोग किया जाता है।
एक परमाणु को विकिरण शुरू करने के लिए, उसे एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। विकिरण करने से, एक परमाणु अपनी प्राप्त ऊर्जा को खो देता है, और किसी पदार्थ की निरंतर चमक के लिए, उसके परमाणुओं को बाहर से ऊर्जा का प्रवाह आवश्यक होता है।
स्पेक्ट्रा
धारीदार स्पेक्ट्रा
धारीदार स्पेक्ट्रम में अलग-अलग बैंड होते हैं जो अंधेरे अंतराल से अलग होते हैं। एक बहुत अच्छे की मदद से वर्णक्रमीय उपकरण, यह पाया जा सकता है कि प्रत्येक बैंड बड़ी संख्या में बहुत निकट दूरी वाली रेखाओं का एक संग्रह है। लाइन स्पेक्ट्रा के विपरीत, धारीदार स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा नहीं, बल्कि अणुओं द्वारा निर्मित होते हैं जो एक दूसरे से बंधे या कमजोर रूप से बंधे नहीं होते हैं।
आणविक स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, साथ ही लाइन स्पेक्ट्रा का निरीक्षण करने के लिए, आमतौर पर एक लौ में वाष्प की चमक या गैस के निर्वहन की चमक का उपयोग किया जाता है।
वर्णक्रमीय विश्लेषण
वर्णक्रमीय विश्लेषण किसी वस्तु की संरचना के गुणात्मक और मात्रात्मक निर्धारण के तरीकों का एक समूह है, जो विकिरण के साथ पदार्थ की बातचीत के स्पेक्ट्रा के अध्ययन पर आधारित है, जिसमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रा, ध्वनिक तरंगें, प्राथमिक के द्रव्यमान और ऊर्जा वितरण शामिल हैं। कण, आदि। विश्लेषण के लक्ष्यों और स्पेक्ट्रा के प्रकारों के आधार पर, कई तरीकों को प्रतिष्ठित किया जाता है वर्णक्रमीय विश्लेषण। परमाणु और आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण क्रमशः किसी पदार्थ की तात्विक और आणविक संरचना को निर्धारित करना संभव बनाते हैं। उत्सर्जन और अवशोषण विधियों में, संरचना उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा से निर्धारित होती है। मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक विश्लेषण परमाणु या आणविक आयनों के द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का उपयोग करके किया जाता है और किसी वस्तु की समस्थानिक संरचना को निर्धारित करना संभव बनाता है। सबसे सरल वर्णक्रमीय उपकरण एक स्पेक्ट्रोग्राफ है।
प्रिज्म स्पेक्ट्रोग्राफ के उपकरण की योजना
कहानी
वर्णक्रमीय धारियों पर गहरी रेखाएँ बहुत पहले देखी गई थीं (उदाहरण के लिए, उन्हें वोलास्टन द्वारा नोट किया गया था), लेकिन इन पंक्तियों का पहला गंभीर अध्ययन केवल 1814 में जोसेफ फ्राउनहोफर द्वारा किया गया था। उनके सम्मान में प्रभाव को फ्रौनहोफर लाइन्स नाम दिया गया था। फ्रौनहोफर ने लाइनों की स्थिति की स्थिरता की स्थापना की, उनकी तालिका संकलित की (उन्होंने कुल 574 पंक्तियों की गणना की), प्रत्येक को एक अल्फ़ान्यूमेरिक कोड सौंपा। उनका यह निष्कर्ष भी कम महत्वपूर्ण नहीं था कि रेखाएं न तो प्रकाशीय सामग्री या पृथ्वी के वायुमंडल से जुड़ी हैं, बल्कि सूर्य के प्रकाश की एक प्राकृतिक विशेषता हैं। उन्होंने कृत्रिम प्रकाश स्रोतों के साथ-साथ शुक्र और सीरियस के स्पेक्ट्रा में समान रेखाएँ पाईं।
फ्रौनहोफर लाइन्स
1868 में विधि का परीक्षण करने के लिए, पेरिस विज्ञान अकादमी ने भारत के लिए एक अभियान का आयोजन किया, जहां पूर्ण सूर्य ग्रहण आ रहा था। वहां, वैज्ञानिकों ने पाया कि ग्रहण के समय सभी अंधेरे रेखाएं, जब उत्सर्जन स्पेक्ट्रम ने सौर कोरोना के अवशोषण स्पेक्ट्रम को बदल दिया, भविष्यवाणी के अनुसार, एक अंधेरे पृष्ठभूमि के खिलाफ उज्ज्वल बन गया।
प्रत्येक रेखा की प्रकृति, रासायनिक तत्वों के साथ उनका संबंध धीरे-धीरे स्पष्ट किया गया। 1860 में, Kirchhoff और Bunsen ने वर्णक्रमीय विश्लेषण का उपयोग करते हुए, सीज़ियम की खोज की, और 1861 में, रूबिडियम। और हीलियम की खोज पृथ्वी की तुलना में 27 साल पहले (क्रमशः 1868 और 1895) सूर्य पर हुई थी।
संचालन का सिद्धांत
प्रत्येक रासायनिक तत्व के परमाणुओं ने गुंजयमान आवृत्तियों को कड़ाई से परिभाषित किया है, जिसके परिणामस्वरूप यह इन आवृत्तियों पर है कि वे प्रकाश का उत्सर्जन या अवशोषण करते हैं। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि स्पेक्ट्रोस्कोप में, प्रत्येक पदार्थ की विशेषता वाले कुछ स्थानों पर स्पेक्ट्रा पर रेखाएं (अंधेरे या प्रकाश) दिखाई देती हैं। रेखाओं की तीव्रता पदार्थ की मात्रा और उसकी अवस्था पर निर्भर करती है। मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण में, परीक्षण पदार्थ की सामग्री स्पेक्ट्रा में लाइनों या बैंड की सापेक्ष या पूर्ण तीव्रता से निर्धारित होती है।
ऑप्टिकल वर्णक्रमीय विश्लेषण को कार्यान्वयन की सापेक्ष आसानी, विश्लेषण के लिए नमूनों की जटिल तैयारी की अनुपस्थिति और बड़ी संख्या में तत्वों के विश्लेषण के लिए आवश्यक पदार्थ (10-30 मिलीग्राम) की एक छोटी मात्रा की विशेषता है। परमाणु स्पेक्ट्रा (अवशोषण या उत्सर्जन) एक पदार्थ को वाष्प अवस्था में स्थानांतरित करके नमूने को 1000-10000 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके प्राप्त किया जाता है। प्रवाहकीय सामग्रियों के उत्सर्जन विश्लेषण में परमाणुओं के उत्तेजना के स्रोतों के रूप में, एक चिंगारी, एक प्रत्यावर्ती धारा चाप का उपयोग किया जाता है; जबकि नमूना कार्बन इलेक्ट्रोड में से एक के क्रेटर में रखा गया है। विभिन्न गैसों की लपटों या प्लाज़्मा का व्यापक रूप से समाधानों का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किया जाता है।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम
विद्युत चुम्बकीय विकिरण के गुण। विभिन्न तरंग दैर्ध्य वाले विद्युतचुंबकीय विकिरणों में काफी अंतर होता है, लेकिन वे सभी, रेडियो तरंगों से लेकर गामा विकिरण तक, एक ही भौतिक प्रकृति के होते हैं। सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण, अधिक या कम हद तक, तरंगों के हस्तक्षेप, विवर्तन और ध्रुवीकरण विशेषता के गुणों को प्रदर्शित करते हैं। साथ ही, सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण क्वांटम गुणों को अधिक या कम हद तक प्रदर्शित करते हैं।
सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण के लिए सामान्य उनकी घटना के तंत्र हैं: किसी भी तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें विद्युत आवेशों के त्वरित संचलन के दौरान या अणुओं, परमाणुओं या परमाणु नाभिक के एक क्वांटम अवस्था से दूसरे में संक्रमण के दौरान हो सकती हैं। विद्युत आवेशों के हार्मोनिक दोलन विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ होते हैं जिनकी आवृत्ति आवेश दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है।
रेडियो तरंगें. 10 5 से 10 12 हर्ट्ज की आवृत्तियों पर होने वाले दोलनों के साथ, विद्युत चुम्बकीय विकिरण होता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य कई किलोमीटर से लेकर कई मिलीमीटर तक होती है। इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन स्केल का यह सेक्शन रेडियो वेव रेंज को संदर्भित करता है। रेडियो तरंगों का उपयोग रेडियो संचार, टेलीविजन और रडार के लिए किया जाता है।
अवरक्त विकिरण। 1-2 मिमी से कम तरंग दैर्ध्य के साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण, लेकिन 8 * 10 -7 मीटर से अधिक, अर्थात। रेडियो तरंगों की सीमा और दृश्य प्रकाश की सीमा के बीच स्थित इन्फ्रारेड विकिरण कहलाता है।
इन्फ्रारेड विकिरण किसी भी गर्म शरीर द्वारा उत्सर्जित होता है। अवरक्त विकिरण के स्रोत स्टोव, वॉटर हीटर, विद्युत तापदीप्त लैंप हैं।
विशेष उपकरणों की मदद से, अवरक्त विकिरण को दृश्य प्रकाश में परिवर्तित किया जा सकता है और गर्म वस्तुओं की छवियों को पूर्ण अंधेरे में प्राप्त किया जा सकता है। इन्फ्रारेड विकिरण का उपयोग चित्रित उत्पादों को सुखाने, दीवारों के निर्माण, लकड़ी के लिए किया जाता है।
दृश्यमान प्रकाश।दृश्यमान प्रकाश (या केवल प्रकाश) में लाल से बैंगनी प्रकाश तक लगभग 8*10 -7 से 4*10 -7 मीटर की तरंग दैर्ध्य वाला विकिरण शामिल होता है।
मानव जीवन में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के स्पेक्ट्रम के इस हिस्से का महत्व बहुत अधिक है, क्योंकि एक व्यक्ति अपने आसपास की दुनिया के बारे में लगभग सभी जानकारी दृष्टि की मदद से प्राप्त करता है। हरे पौधों के विकास के लिए प्रकाश एक पूर्वापेक्षा है और इसलिए पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए एक आवश्यक शर्त है।
पराबैंगनी विकिरण. 1801 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी जोहान रिटर (1776 - 1810) ने स्पेक्ट्रम का अध्ययन करते हुए पाया कि
विद्युतचुंबकीय विकिरण जो आंखों के लिए अदृश्य होता है और जिसकी तरंगदैर्घ्य बैंगनी प्रकाश से कम होती है, पराबैंगनी विकिरण कहलाती है। पराबैंगनी विकिरण में 4 * 10 -7 से 1 * 10 -8 मीटर की तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण शामिल हैं।
पराबैंगनी विकिरण रोगजनक बैक्टीरिया को मारने में सक्षम है, इसलिए इसका व्यापक रूप से चिकित्सा में उपयोग किया जाता है। सूर्य के प्रकाश की संरचना में पराबैंगनी विकिरण जैविक प्रक्रियाओं का कारण बनता है जो मानव त्वचा को काला कर देता है - सनबर्न।
डिस्चार्ज लैंप का उपयोग चिकित्सा में पराबैंगनी विकिरण के स्रोतों के रूप में किया जाता है। ऐसे लैंप के ट्यूब क्वार्ट्ज से बने होते हैं, जो पराबैंगनी किरणों के लिए पारदर्शी होते हैं; इसलिए इन लैंपों को क्वार्ट्ज लैंप कहा जाता है।
एक्स-रे। यदि एक इलेक्ट्रॉन और एक एनोड का उत्सर्जन करने वाले गर्म कैथोड के बीच एक वैक्यूम ट्यूब में कई दसियों हज़ार वोल्ट का एक निरंतर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को पहले विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाएगा और फिर एनोड पदार्थ में तेजी से कम किया जाएगा। इसके परमाणु। पदार्थ में तेजी से इलेक्ट्रॉनों के मंदी के दौरान या परमाणुओं के आंतरिक गोले पर इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान, विद्युत चुम्बकीय तरंगें पराबैंगनी विकिरण से कम तरंग दैर्ध्य के साथ उत्पन्न होती हैं। इस विकिरण की खोज 1895 में जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम रेंटजेन (1845-1923) ने की थी। तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण 10 -14 से 10 -7 मीटर तक एक्स-रे कहलाते हैं।
पदार्थ की मोटी परतों के माध्यम से प्रवेश करने के लिए एक्स-रे की क्षमता का उपयोग मानव आंतरिक अंगों के रोगों के निदान के लिए किया जाता है। इंजीनियरिंग में, विभिन्न उत्पादों, वेल्ड की आंतरिक संरचना को नियंत्रित करने के लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। एक्स-रे विकिरण का एक मजबूत जैविक प्रभाव होता है और इसका उपयोग कुछ बीमारियों के इलाज के लिए किया जाता है। गामा विकिरण। गामा विकिरण को विद्युत चुम्बकीय विकिरण कहा जाता है जो उत्तेजित परमाणु नाभिक द्वारा उत्सर्जित होता है और प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होता है।
गामा विकिरण- सबसे कम तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण (<10 -10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц - гамма-квантов. В области длин волн от 10 -10 до 10 -14 и диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.
सिद्धांत से पता चलता है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण तब बनता है जब विद्युत आवेश असमान रूप से गति करते हैं, त्वरित होते हैं। विद्युत आवेशों का एक समान गतिमान (मुक्त) प्रवाह विकीर्ण नहीं होता है। एक स्थिर बल की क्रिया के तहत गतिमान आवेशों के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का कोई विकिरण नहीं होता है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्र में एक वृत्त का वर्णन करने वाले आवेशों के लिए।
ऑसिलेटरी मूवमेंट में, त्वरण लगातार बदल रहा है, इसलिए विद्युत आवेशों के दोलन विद्युत चुम्बकीय विकिरण छोड़ते हैं। इसके अलावा, विद्युत चुम्बकीय विकिरण आवेशों के तेज गैर-समान मंदी के दौरान होगा, उदाहरण के लिए, जब एक इलेक्ट्रॉन बीम एक बाधा (एक्स-रे बीम का गठन) से टकराता है। कणों की अराजक तापीय गति में, विद्युत चुम्बकीय विकिरण (थर्मल विकिरण) भी पैदा होता है। लहर
परमाणु आवेश से विद्युत चुम्बकीय विकिरण का निर्माण होता है, जिसे y-किरणों के रूप में जाना जाता है। पराबैंगनी किरणें और दृश्य प्रकाश परमाणु इलेक्ट्रॉनों की गति से उत्पन्न होते हैं। ब्रह्मांडीय पैमाने पर विद्युत आवेश के उतार-चढ़ाव से आकाशीय पिंडों से रेडियो उत्सर्जन होता है।
विभिन्न गुणों के विद्युत चुम्बकीय विकिरण बनाने वाली प्राकृतिक प्रक्रियाओं के साथ-साथ विद्युत चुम्बकीय विकिरण बनाने के लिए विभिन्न प्रयोगात्मक संभावनाएं हैं।
विद्युत चुम्बकीय विकिरण की मुख्य विशेषता इसकी आवृत्ति (यदि हम हार्मोनिक दोलन के बारे में बात कर रहे हैं) या आवृत्ति बैंड है। बेशक, संबंध का उपयोग करके निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंग की लंबाई से विकिरण की आवृत्ति की पुनर्गणना करना गलत है।
विकिरण की तीव्रता आवृत्ति की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है। इसलिए, सैकड़ों किलोमीटर के क्रम के तरंग दैर्ध्य के साथ बहुत कम आवृत्तियों के विकिरण का पता नहीं लगाया जाता है। व्यावहारिक रेडियो रेंज शुरू होती है, जैसा कि ज्ञात है, परिमाण के क्रम की तरंग दैर्ध्य के साथ, जो मध्य सीमा को संदर्भित क्रम के तरंग दैर्ध्य के क्रम की आवृत्तियों से मेल खाती है, दसियों मीटर पहले से ही छोटी तरंगें हैं। अल्ट्राशॉर्ट तरंगें (वीएचएफ) हमें सामान्य रेडियो रेंज से बाहर ले जाती हैं; कई मीटर के क्रम की तरंग दैर्ध्य और एक सेंटीमीटर तक मीटर के अंश (यानी, क्रम की आवृत्तियों का उपयोग टेलीविजन और रडार में किया जाता है।
1924 में Glagoleva-Arkadyeva द्वारा भी छोटी विद्युत चुम्बकीय तरंगें प्राप्त की गईं। वह एक जनरेटर के रूप में तेल में निलंबित लोहे के बुरादे के बीच बिजली की चिंगारी का इस्तेमाल करती थी, और 1000 तक की तरंगें प्राप्त करती थी। यहां, थर्मल विकिरण की तरंग दैर्ध्य के साथ ओवरलैप पहले ही हासिल किया जा चुका है।
दृश्यमान प्रकाश का क्षेत्र बहुत छोटा है: यह केवल सेमी से सेमी तक तरंग दैर्ध्य पर कब्जा कर लेता है। इसके बाद पराबैंगनी किरणें होती हैं, जो आंखों के लिए अदृश्य होती हैं, लेकिन भौतिक उपकरणों द्वारा बहुत अच्छी तरह से तय की जाती हैं। यह सेमी से सेमी तक तरंग दैर्ध्य है।
अल्ट्रावाइलेट के बाद एक्स-रे होते हैं। उनकी तरंग दैर्ध्य सेमी से सेमी तक होती है। तरंग दैर्ध्य जितना छोटा होता है, एक्स-रे उतना ही कमजोर होता है जो पदार्थों द्वारा अवशोषित होता है। सबसे कम तरंगदैर्ध्य और मर्मज्ञ विद्युत चुम्बकीय विकिरण को y-किरणें (सेमी और नीचे से तरंगदैर्ध्य) कहा जाता है।
निम्नलिखित माप किए जाने पर किसी भी प्रकार के सूचीबद्ध विद्युत चुम्बकीय विकिरणों की विशेषता संपूर्ण होगी। सबसे पहले, एक विधि या किसी अन्य द्वारा, विद्युत चुम्बकीय विकिरण को एक स्पेक्ट्रम में विघटित किया जाना चाहिए। प्रकाश, पराबैंगनी किरणों और अवरक्त विकिरण के मामले में, यह एक प्रिज्म द्वारा अपवर्तन द्वारा या विवर्तन झंझरी के माध्यम से विकिरण को पारित करके किया जा सकता है (नीचे देखें)। एक्स-रे और गामा किरणों के मामले में, स्पेक्ट्रम में विस्तार क्रिस्टल से परावर्तन द्वारा प्राप्त किया जाता है (पृष्ठ 351 देखें)। लहर की
अनुनाद की घटना का उपयोग करके रेडियो रेंज को एक स्पेक्ट्रम में विघटित कर दिया जाता है।
परिणामी उत्सर्जन स्पेक्ट्रम निरंतर या पंक्तिबद्ध हो सकता है, अर्थात, एक निश्चित आवृत्ति बैंड को लगातार भर सकता है, और इसमें एक अत्यंत संकीर्ण आवृत्ति अंतराल के अनुरूप व्यक्तिगत तेज रेखाएं भी शामिल हो सकती हैं। पहले मामले में, स्पेक्ट्रम को चिह्नित करने के लिए, आवृत्ति (तरंग दैर्ध्य) के एक समारोह के रूप में तीव्रता वक्र को सेट करना आवश्यक है, दूसरे मामले में, स्पेक्ट्रम का वर्णन इसमें मौजूद सभी लाइनों को सेट करके किया जाएगा, जो उनकी आवृत्तियों को दर्शाता है और तीव्रता
अनुभव से पता चलता है कि किसी दी गई आवृत्ति और तीव्रता का विद्युत चुम्बकीय विकिरण इसकी ध्रुवीकरण अवस्था में भिन्न हो सकता है। तरंगों के साथ जिसमें विद्युत वेक्टर एक निश्चित रेखा (रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगों) के साथ दोलन करता है, किसी को विकिरण से निपटना पड़ता है जिसमें बीम अक्ष के बारे में एक दूसरे के संबंध में घुमाए गए रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगें एक दूसरे पर आरोपित होती हैं। विकिरण के संपूर्ण लक्षण वर्णन के साथ, इसके ध्रुवीकरण को इंगित करना आवश्यक है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सबसे धीमी विद्युत चुम्बकीय दोलनों के लिए भी, हम तरंग के विद्युत और चुंबकीय वैक्टर को मापने में असमर्थ हैं। ऊपर खींचे गए क्षेत्र चित्र प्रकृति में सैद्धांतिक हैं। फिर भी, पूरे विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत की निरंतरता और अखंडता को ध्यान में रखते हुए, उनकी सच्चाई के बारे में कोई संदेह नहीं है।
यह दावा कि एक या दूसरे प्रकार का विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों से संबंधित है, हमेशा अप्रत्यक्ष होता है। हालांकि, परिकल्पनाओं से उत्पन्न होने वाले परिणामों की संख्या इतनी बड़ी है और वे एक-दूसरे के साथ इतने घनिष्ठ समझौते में हैं कि विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम की परिकल्पना ने तत्काल वास्तविकता की सभी विशेषताओं को प्राप्त कर लिया है।
