विद्युतचुंबकीय विकिरण

भौतिकी में, विद्युच्चुम्बकीय विकिरण में विद्युच्चुम्बकीय क्षेत्र की तरंगें होती हैं, जो अन्तरिक्ष के माध्यम से फैलती हैं और संवेग और विद्युतचुंबकीय विकिरण ऊर्जा ले जाती हैं। विभिन्न आवृत्ति की विद्युतचुंबकीय तरंगों को विभिन्न नामों से पुकारा जाता है क्योंकि उनके विभिन्न स्रोत और पदार्थ पर प्रभाव होते हैं। बढ़ती आवृत्ति और घटती तरंगदैर्घ्य के क्रम में ये हैं: रेडियो तरंगें, सूक्ष्मतरंगें, अवलाल, दृश्यमान प्रकाश, पराबैंगनी, X-किरणें और गामा किरणें शामिल हैं, ये सभी विद्युच्चुम्बकीय वर्णक्रम का भाग हैं।

विद्युतचुंबकीय तरंगों का दृष्यात्मक निरूपण

चिरसम्मत रूप से, विद्युतचुंबकीय विकिरण में विद्युच्चुम्बकीय तरंगें होती हैं, जो वैद्युतिक और चुम्बकीय क्षेत्रों के समक्रमित दोलन हैं। दोलन की आवृत्ति के आधार पर, विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम के विभिन्न तरंगदैर्घ्य उत्पन्न होते हैं। एक निर्वात में, विद्युतचुंबकीय तरंगें प्रकाश की गति से यात्रा करती हैं, जिसे प्रायः c से निरूपित किया जाता है। सजातीय, समदैशिक माध्यमों में, दो क्षेत्रों के दोलन एक दूसरे के लम्बवत् होते हैं और ऊर्जा और तरंग प्रसार की दिशा के लम्बवत् होते हैं, जिससे एक अनुप्रस्थ तरंग बनती है। विद्युतचुंबकीय वर्णक्रम के भीतर एक विद्युतचुंबकीय तरंग की स्थिति को इसके दोलन की आवृत्ति या इसकी तरंगदैर्घ्य द्वारा चित्रित किया जा सकता है।

विद्युतचुंबकीय तरंगें त्वरण से गुजरने वाले विद्युत आवेशित कणों द्वारा उत्सर्जित होती हैं, और ये तरंगें बाद में अन्य आवेशित कणों के साथ अन्तःक्रिया कर सकती हैं, उन पर बल लगा सकती हैं। विद्युतचुंबकीय तरंगें ऊर्जा, संवेग और कोणीय संवेग को अपने स्रोत कण से दूर ले जाती हैं और उन मात्राओं को उस पदार्थ को प्रदान कर सकती हैं जिसके साथ वे अन्तःक्रिया करते हैं। विद्युतचुंबकीय विकिरण उन विद्युतचुंबकीय तरंगों से जुड़ा हुआ है जो स्वयं को फैलाने के लिए स्वतंत्र हैं जो उन्हें उत्पन्न करने वाले गतिमान आवेशों के निरन्तर प्रभाव के बिना हैं, क्योंकि उन्होंने उन आवेशों से पर्याप्त दूरी प्राप्त कर ली है। इस प्रकार, विद्युच्चुम्बकीय विकिरण को कभी-कभी दूर क्षेत्र कहा जाता है। इस भाषा में, निकट क्षेत्र विद्युच्चुम्बकीय क्षेत्रों को उन आवेशों और धारा के पास संदर्भित करता है जो उन्हें सीधे उत्पन्न करते हैं, विशेष रूप से विद्युच्चुम्बकीय प्रेरण और स्थिरवैद्युतिक प्रेरण घटना।

प्रमात्रा यान्त्रिकी में, विद्युच्चुम्बकीय विकिरण को देखने का एक वैकल्पिक तरीका यह है कि इसमें फोटॉन, शून्य विराम द्रव्यमान वाले अपरिवर्तित मूलकण होते हैं जो विद्युच्चुम्बकीय क्षेत्र के प्रमात्रा होते हैं, जो सभी विद्युच्चुम्बकीय अन्तःक्रिया हेतु जिम्मेदार होते हैं। प्रमात्रा विद्युद्गतिकी यह सिद्धान्त है कि विद्युच्चुम्बकीय विकिरण परमाणु स्तर पर पदार्थ के साथ कैसे सम्पर्क करता है। प्रमात्रा प्रभाव विद्युच्चुम्बकीय विकिरण के अतिरिक्त स्रोत प्रदान करते हैं, जैसे परमाणु और कृष्णिका विकिरण में इलेक्ट्रॉनों का निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण। एक व्यक्तिगत फोटॉन की ऊर्जा परिमाणित होती है और उच्चावृत्ति के फोटॉन हेतु अधिक होती है। यह सम्बन्ध प्लांक का समीकरण E = hf द्वारा दिया गया है, जहां E प्रति फोटॉन ऊर्जा है, f फोटॉन की आवृत्ति है, और h प्लांक स्थिरांक है। उदाहरणार्थ, एक एकल गामा किरण फोटॉन दृश्य प्रकाश के एक फोटॉन की ऊर्जा का ~100,000 गुणाधिक ले सकता है।

रासायनिक यौगिकों और जीवों पर विद्युच्चुम्बकीय विकिरण का प्रभाव विकिरण की शक्ति और इसकी आवृत्ति दोनों पर निर्भर करता है। दृश्यमान या निम्नावृत्तियों के विद्युच्चुम्बकीय विकिरण (अर्थात्, दृश्य प्रकाश, अवलाल, सूक्ष्मतरंगें और रेडियो तरंगें) को अनायनकारी विकिरण कहा जाता है, क्योंकि इसके फोटॉनों में व्यक्तिगत रूप से परमाण्वों या अण्वों को आयनित करने या रासायनिक बन्धनों को तोड़ने हेतु पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। रासायनिक प्रणालियों और जीवित ऊतकों पर इन विकिरणों के प्रभाव मुख्य रूप से कई फोटोन के संयुक्त ऊर्जा स्थानान्तरण से ताप प्रभाव के कारण होते हैं। इसके विपरीत, उच्चावृत्ति पराबैंगनी, X-किरणों और गामा किरणों को आयनकारी विकिरण कहा जाता है, क्योंकि ऐसी उच्चावृत्ति के विभिन्न फोटॉनों में अणुओं को आयनित करने या रासायनिक बंधनों को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इन विकिरणों में रासायनिक अभिक्रियाओं को उत्पन्न करने और जीवित कोशिकाओं को क्षति पहुंचाने की क्षमता होती है, जो साधारण ताप से उत्पन्न होती है, और यह स्वास्थ्य हेतु संकट हो सकता है।

ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य में भौतिकविदों ने गरम वस्त्वों से अवशोषित एवं उत्सर्जित होने वाले विकिरणों का सक्रियता से अध्ययन किया। इन विकिरणों को तापीय विकिरण कहा जाता है। उन्होंने यह जानने की चेष्टा की कि तापीय विकिरण किससे बने होते हैं। अब यह भली भाँति ज्ञात है कि तापीय विकिरण विभिन्न आवृत्तियों अथवा तरंगदैर्घ्यों वाली विद्युच्चुम्बकीय तरंगों से बने होते हैं यह अनेको आधुनिक अवधारणाओं पर आधारित हैं जो कि उन्नीसवीं शताब्दी के मध्य तक ज्ञात नहीं थी। तापीय विकिरण के नियमों का सर्वप्रथम सक्रियता से अध्ययन 1850 में हुआ। 1870 के आरम्भ में जेम्स क्लर्क मैक्स्वेल ने यह सिद्धान्त विकसित किया कि विद्युच्चुम्बकीय तरंगें आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न होती है। इस सिद्धान्त का प्रायोगिक सत्यापन बाद में हाइन्रिश हॅर्त्स ने किया।

विद्युच्चुम्बकीय तरंग के विद्युत् तथा चुम्बकीय क्षेत्र घटक। वे घटक समान तरंगदैर्घ्य, आवृत्ति, गति तथा आयाम वाले होते हैं, किन्तु वं एक दूसरे के लम्बवत् तलों में कम्पन करते हैं।

प्रकाश भी विकिरण का एक रूप है, जिसकी जानकारी वर्षों पूर्व से है और पुरातन काल से इसकी प्रकृति के बारे में समझने को चेष्टा की गई। पूर्व में न्यूटन प्रकाश को कणों का बना हुआ माना जाता था। 19वीं शताब्दी में प्रकाश की तरंग प्रकृति प्रतिपादित हुई।

मैक्स्वेल ने सर्वप्रथम आवेशित पिण्डों के मध्य अन्योन्यक्रियाओं और स्थूल स्तर पर विद्युत् तथा चुम्बकीय क्षेत्रों के व्यवहार की व्याख्या की। उन्होंने यह परामर्श दिया कि वैद्युतिक आवेशित कणों को जब त्वरित किया जाता है, तो एकान्तर विद्युत् एवं चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न होते हैं, यह क्षेत्र विद्युत् एवं चुम्बकीय तरंगों के रूप में संचरित होते हैं, जिन्हें उन्होंने विद्युच्चुम्बकीय तरंग अथवा विद्युच्चुम्बकीय विकिरण नाम दिया।

विद्युतचुम्बकीय विकिरण की विशेषताएँ

यह एक अनुप्रस्थ तरंग (transverse wave) है। (जबकि ध्वनि एक अनुदैर्घ्य यांत्रिक तरंग है।)

इसका अस्तित्व विद्युत क्षेत्र एवं चुंबकीय क्षेत्र के दोलन के कारण होता है।

इसके संचरण के लिये किसी माध्यम का होना आवश्यक नहीं है। यह शून्य या निर्वात में भी चल सकता है। (जबकि ध्वनि के लिये माध्यम आवश्यक है।)

इसमें विद्युत क्षेत्र एवं चुंबकीय क्षेत्र परस्पर लम्बवत दोलन करते हैं; तथा विद्युत चुंबकीय तरंग के संचरण की दिशा विद्युत एवं चुंबकीय क्षेत्र के लम्बवत होती है।

शून्य या निर्वात में प्रकाश का वेग लगभग ३ लाख किमी/से (299,800 किमी/सेकेण्ड) होता है जो एक नियतांक है। कोई भी वस्तु इससे अधिक वेग से गति नहीं कर सकती।

अन्य माध्यमों में इसकी चाल शून्य में इसकी चाल से कम होती है।

मानव की आँखें, विद्युतचुंबकीय विकिरण के जिस भाग के प्रति संवेदनशील होती हैं उसे दृष्य प्रकाश (visible light) कहा जाता है। दृष्य प्रकाश की तरंगदैर्घ्य (wavelength) ४००० एंगस्ट्राम से ८००० एंगस्ट्राम तक होती है।

विद्युत और चुंबकत्व दोनो ही विद्युतचुंबकीय प्रभाव हैं।

विद्युतचुंबकीय विकिरण में ऊर्जा एवं संवेग (momentum) भी होते हैं। जब ये तरंगे किसी पदार्थ से अनुक्रिया (इन्टरैक्शन) करती हैं तो पदार्थ के अणुओं (परमाणुओं या एलेक्ट्रान) को यह उर्जा और संवेग प्रदान करती हैं।

विद्युत्चुंबकीय विकिरण के दृष्य प्रकाश के अतिरिक्त अन्य विकिरणों का उपयोग कुछ ही दशकों से आरम्भ हुआ है। मानव जब भी किसी नये विकिरण का पता लगाता है, सभ्यता में एक क्रान्ति आ जाती है।

वर्गीकरण

विद्युतचुम्बकीय वर्णक्रम - इसमें दृष्य प्रकाश के भाग को बड़ा करके दिखाया गया है।

विद्युतचुंबकीय विकिरण का वर्गीकरण आवृत्ति के आधार पर होता है ; क्योंकि आवृति के आधार पर इनके कुछ गुण प्रभावित होते हैं। आवृति के आधार पर निम्न प्रकार के वर्ग होते हैं :-

सन्दर्भ

बाह्य कड़ियाँ

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