मुख्य बिंदु

न्यूटन के गति के नियम

• पहला नियम (जड़त्व का नियम): विराम या एकसमान गति में स्थित वस्तु तब तक उसी अवस्था में रहती है जब तक कोई बाह्य बल न लगे
• दूसरा नियम: F = ma (बल = द्रव्यमान × त्वरण)
• तीसरा नियम: प्रत्येक क्रिया की समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है

ऊर्जा संरक्षण का नियम

• ऊर्जा न तो बनाई जा सकती है, न नष्ट की जा सकती है — वह केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होती है
• असंरक्षी बलों की अनुपस्थिति में कुल यांत्रिक ऊर्जा (KE + PE) संरक्षित रहती है

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का नियम

• F = Gm₁m₂/r² जहाँ G = 6.674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²
• पृथ्वी से पलायन वेग = 11.2 km/s; चंद्रमा से = 2.4 km/s
• चंद्रमा पर वायुमंडल नहीं है क्योंकि उसका पलायन वेग गैस अणुओं को रोकने के लिए पर्याप्त नहीं

प्रकाश और उसकी घटनाएँ

• प्रकाश निर्वात में 3 × 10⁸ m/s की गति से चलता है
• परावर्तन: आपतन कोण = परावर्तन कोण
• अपवर्तन: माध्यम की सीमा पर झुकना; अपवर्तनांक n = c/v
• पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR): ऑप्टिकल फाइबर और हीरे की चमक का आधार; काँच के लिए क्रांतिक कोण ≈ 42°

ऊष्मागतिकी के नियम

• शून्यवें नियम: ऊष्मीय साम्यावस्था की अवधारणा — तापमान को परिभाषित करता है
• पहला नियम: ऊर्जा संरक्षण; Q = ΔU + W
• दूसरा नियम: ऊष्मा स्वाभाविक रूप से गर्म से ठंडे की ओर बहती है; एन्ट्रॉपी बढ़ती है; कोई भी ताप इंजन 100% दक्ष नहीं होता

ओम का नियम और विद्युत ऊर्जा

• ओम का नियम: V = IR (वोल्टेज = धारा × प्रतिरोध)
• शक्ति: P = VI = I²R = V²/R
• जूल का तापन नियम: H = I²Rt
• विद्युत ऊर्जा का SI मात्रक: किलोवाट-घंटा (kWh); 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J (बिजली बिल पर एक "यूनिट")

विद्युतचुंबकीय प्रेरण

• फैराडे (1831): किसी परिपथ से गुजरने वाले चुंबकीय फ्लक्स में परिवर्तन से EMF प्रेरित होता है
• जनरेटर, ट्रांसफार्मर और प्रेरण मोटर का आधार
• लेंज़ का नियम: प्रेरित धारा उस परिवर्तन का विरोध करती है जो उसे उत्पन्न करता है (फैराडे के नियम में ऋण चिह्न)

ध्वनि तरंगें

• ध्वनि एक यांत्रिक अनुदैर्ध्य तरंग है जिसे भौतिक माध्यम की आवश्यकता होती है
• वायु में गति: 0°C पर 332 m/s; 25°C पर ≈ 346 m/s
• पराश्रव्य (> 20,000 Hz): सोनार, चिकित्सा इमेजिंग, औद्योगिक दोष पहचान में उपयोग
• अवश्रव्य (< 20 Hz): हाथियों द्वारा महसूस किया जाता है; भूकंप निगरानी में उपयोग

विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम

• बढ़ती आवृत्ति के क्रम में: रेडियो → माइक्रोवेव → अवरक्त → दृश्य (VIBGYOR) → पराबैंगनी → X-किरणें → गामा किरणें
• सभी EM तरंगें निर्वात में c = 3 × 10⁸ m/s की गति से चलती हैं
• वे आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य में भिन्न होती हैं; संबंध: c = fλ

चिकित्सा इमेजिंग — X-ray, CT, MRI

• X-rays (Röntgen, 1895): मुलायम ऊतक से गुजरती हैं किन्तु हड्डियों और धातु से अवशोषित होती हैं; कंकाल इमेजिंग के लिए उपयोग
• CT Scan: विभिन्न कोणों से ली गई कई X-ray छवियों को 3D अनुप्रस्थ काट में पुनर्निर्मित किया जाता है
• MRI: मजबूत चुंबकीय क्षेत्र (1.5–3 Tesla) और रेडियो तरंगों का उपयोग; बिना किसी विकिरण के मुलायम ऊतकों की इमेजिंग

PET Scan और अल्ट्रासाउंड

• PET Scan: F-18 फ्लोरोडीऑक्सीग्लूकोज (FDG) का उपयोग; कैंसर कोशिकाएँ अधिक ग्लूकोज लेती हैं → "हॉट स्पॉट" के रूप में दिखती हैं
• F-18 से उत्सर्जित पॉज़िट्रॉन इलेक्ट्रॉन के साथ विनाश करता है → दो गामा फोटोन का पता चलता है
• अल्ट्रासाउंड (USG): 2–15 MHz ध्वनि तरंगें आंतरिक अंगों से परावर्तित होती हैं; प्रसूति और हृदय इमेजिंग में सुरक्षित

विकिरण सुरक्षा — ALARA

• ALARA सिद्धांत: यथासंभव न्यूनतम (As Low As Reasonably Achievable)
• समय: एक्सपोजर की अवधि कम करें
• दूरी: तीव्रता ∝ 1/d²
• परिरक्षण: X-rays के लिए लेड एप्रन, परमाणु रिएक्टरों के लिए कंक्रीट
• विकिरण कर्मियों के लिए वार्षिक अनुमेय खुराक = 20 mSv/वर्ष (ICRP)

केप्लर के ग्रहीय गति के नियम

• पहला नियम: ग्रह दीर्घवृत्तीय कक्षाओं में सूर्य को एक नाभि पर रखकर परिक्रमा करते हैं
• दूसरा नियम: सूर्य से ग्रह को जोड़ने वाली रेखा समान समय में समान क्षेत्रफल क्षेत्र को स्वीप करती है (कोणीय संवेग का संरक्षण)
• तीसरा नियम: T² ∝ r³ (आवर्तकाल का वर्ग अर्ध-दीर्घ अक्ष के घन के समानुपाती)

अर्धचालक भौतिकी और बैंड सिद्धांत

• चालक: संयोजकता और चालन बैंड ओवरलैप (शून्य बैंड गैप)
• विद्युत रोधी (Insulators): बड़ा बैंड गैप (> 3 eV)
• अर्धचालक (Si, Ge): छोटा बैंड गैप (~1 eV); तापमान के साथ चालकता बढ़ती है
• p-n जंक्शन डायोड: केवल एक दिशा में धारा प्रवाहित होने देता है (दिष्टकरण)
• LED: p-n जंक्शन पर विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करता है