विद्युत चुंबकीय तरंगें और स्पेक्ट्रम: परीक्षा नोट्स

विद्युत चुंबकीय तरंग विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की वह तरंग है जो पदार्थ ले जाए बिना ऊर्जा ले जाती है। जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने उन्नीसवीं सदी के छठे दशक में दिखाया कि बदलता विद्युत क्षेत्र चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है और बदलता चुंबकीय क्षेत्र विद्युत क्षेत्र, इसलिए दोनों एक दूसरे को बनाए रखते हुए आगे बढ़ सकते हैं; लगभग बीस वर्ष बाद हाइनरिख हर्ट्ज ने ऐसी तरंगें प्रयोगशाला में उत्पन्न कर उनका पता लगाया। बस में बजते रेडियो से लेकर अस्पताल की एक्स किरण प्लेट तक, सब इसी एक परिवार के भिन्न बैंड हैं, और परीक्षक ठीक इसी तरह अध्याय की जांच करता है: बैंडों का क्रम, प्रत्येक से जुड़ा अंक, उसका खोजकर्ता और उसका उपयोग।

विद्युत चुंबकीय तरंगें कैसे उत्पन्न होती हैं

विरामावस्था में आवेश के पास केवल विद्युत क्षेत्र होता है और समान चाल से चलता आवेश स्थिर धारा देता है, परंतु त्वरित या दोलन करता आवेश विकिरण करता है। इसीलिए एंटीना में बहती प्रत्यावर्ती धारा रेडियो तरंगें भेजती है, धातु के लक्ष्य पर अचानक रुकता इलेक्ट्रॉन एक्स किरणें देता है और गर्म वस्तु चमकती है। गामा किरणों का उद्गम भिन्न है: वे नाभिक के भीतर से, रेडियोसक्रिय क्षय से आती हैं, इसीलिए वे सबसे अधिक भेदन क्षमता वाली होती हैं।

याद रखने योग्य गुण

• ये अनुप्रस्थ तरंगें हैं: विद्युत क्षेत्र, चुंबकीय क्षेत्र और संचरण की दिशा तीनों परस्पर लंबवत होते हैं।
• इन्हें किसी भौतिक माध्यम की आवश्यकता नहीं, ये निर्वात से भी गुजरती हैं, इसीलिए सूर्य का प्रकाश पृथ्वी तक पहुंचता है पर ध्वनि नहीं।
• निर्वात में प्रत्येक बैंड की चाल समान होती है, लगभग तीन लाख किलोमीटर प्रति सेकंड, अर्थात 3 गुणा 10 की घात 8 मीटर प्रति सेकंड; मैक्सवेल ने दिखाया कि यह चाल निर्वात के विद्युत और चुंबकीय नियतांकों से तय होती है।
• सभी के लिए चाल आवृत्ति और तरंगदैर्घ्य के गुणनफल के बराबर होती है, इसलिए अधिक आवृत्ति का अर्थ सदा कम तरंगदैर्घ्य है।
• ये ऊर्जा और संवेग ले जाती हैं और इसलिए थोड़ा विकिरण दबाव डालती हैं, जो सौर पाल का सिद्धांत है।
• आवेशरहित होने के कारण इन्हें विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र विचलित नहीं करते, जबकि इलेक्ट्रॉन या अल्फा कणों की धारा विचलित हो जाती है।

विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम क्रम से

सारणी को ऊपर से नीचे पढ़ें तो तरंगदैर्घ्य घटता है और आवृत्ति, ऊर्जा तथा भेदन क्षमता बढ़ती है; नीचे से ऊपर पढ़ें तो उलटा होता है। दृश्य प्रकाश के भीतर भी यही नियम रंगों का क्रम तय करता है: बैंगनी का तरंगदैर्घ्य सबसे कम और आवृत्ति सबसे अधिक, लाल का तरंगदैर्घ्य सबसे अधिक और आवृत्ति सबसे कम, और बीच के सात रंग बैंगनी से लाल तक याद रखे जाते हैं।

दैनिक जीवन में प्रत्येक बैंड

लंबी रेडियो तरंगें पृथ्वी की गोलाई के साथ मुड़ती हैं और आयनमंडल से परावर्तित होती हैं, इसीलिए लघु तरंग प्रसारण महाद्वीपों के बीच पहुंचता है। माइक्रो तरंगें जल के अणुओं द्वारा प्रबल रूप से अवशोषित होती हैं, इसलिए माइक्रोवेव ओवन भोजन के भीतर के जल को गर्म करता है, आसपास की थाली को नहीं, और यही छोटा तरंगदैर्घ्य उन्हें रडार तथा उपग्रह संचार के लिए स्वाभाविक चुनाव बनाता है। अवरक्त गर्म वस्तुओं का ताप विकिरण है; वायुमंडल की ग्रीनहाउस गैसें पृथ्वी की सतह से लौटते अवरक्त को अवशोषित करती हैं, जो ग्रीनहाउस प्रभाव है, और तापीय कैमरा मानव शरीर को इसी विकिरण से देखता है। सूर्य की पराबैंगनी किरणें समतापमंडल की ओजोन परत बहुत हद तक रोक लेती है, और जो भाग हम तक पहुंचता है वह त्वचा में विटामिन डी बनाता है पर धूप से जलन और आंखों को क्षति भी पहुंचाता है, इसीलिए वेल्डिंग करने वाले छानने वाले चश्मे पहनते हैं। एक्स किरणें मांस से निकल जाती हैं पर हड्डी और धातु से नहीं, जिससे रेडियोग्राफ संभव होता है, और सबसे ऊर्जावान गामा किरणें ट्यूमर कोशिकाओं को नष्ट करने तथा शल्य उपकरणों के विसंक्रमण में प्रयुक्त होती हैं।

प्रकाश वर्ष और खगोलीय दूरियां

चूंकि विद्युत चुंबकीय तरंगों की चाल निश्चित है, खगोलविद दूरी को यात्रा के समय से मापते हैं। प्रकाश वर्ष वह दूरी है जो प्रकाश निर्वात में एक वर्ष में तय करता है, लगभग 9.46 गुणा 10 की घात 12 किलोमीटर; यह दूरी का मात्रक है, समय का नहीं, और यही सबसे प्रिय जाल है। खगोलीय इकाई पृथ्वी से सूर्य की औसत दूरी है, और एक पारसेक लगभग 3.26 प्रकाश वर्ष के बराबर होता है।