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प्रकाश एवं प्रकाशिकी
3.1 प्रकाश के गुण
प्रकाश एक विद्युतचुंबकीय तरंग है जिसकी तरंगदैर्ध्य 400–700 nm (दृश्य स्पेक्ट्रम) होती है। निर्वात में गति: c = 3 × 10⁸ m/s (सटीक मान: 299,792,458 m/s)।
परावर्तन: आपतन कोण (i) = परावर्तन कोण (r)। दोनों सतह के अभिलम्ब से मापे जाते हैं।
दर्पण:
- समतल दर्पण: आभासी, सीधा, समान आकार का प्रतिबिम्ब; प्रतिबिम्ब दर्पण के पीछे उतनी ही दूरी पर जितनी वस्तु सामने से है।
- अवतल दर्पण (अभिसारी): फोकस से परे की वस्तुओं के लिए वास्तविक, उल्टा प्रतिबिम्ब; दूरबीनों, शेविंग दर्पणों (नजदीक से), कार की हेडलाइटों में उपयोग।
- उत्तल दर्पण (अपसारी): आभासी, सीधा, छोटा प्रतिबिम्ब; हमेशा F और P के बीच प्रतिबिम्ब बनाता है; पश्च-दृश्य दर्पणों (व्यापक दृष्टि क्षेत्र) में उपयोग।
3.2 अपवर्तन और लेंस
अपवर्तन: एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाने पर प्रकाश झुकता है।
स्नेल का नियम: n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂।
अपवर्तनांक (n) = c/v = (निर्वात में गति)/(माध्यम में गति)। काँच के लिए n ≈ 1.5; पानी के लिए n ≈ 1.33।
पूर्ण आंतरिक परावर्तन (TIR): जब प्रकाश सघन से विरल माध्यम में क्रांतिक कोण (θc) से अधिक कोण पर जाता है, तो कोई अपवर्तन नहीं होता — सारा प्रकाश आंतरिक रूप से परावर्तित हो जाता है। काँच के लिए क्रांतिक कोण ≈ 42°।
TIR के अनुप्रयोग:
- ऑप्टिकल फाइबर: न्यूनतम क्षति के साथ प्रकाश लंबी दूरी तय करता है — ब्रॉडबैंड इंटरनेट, एंडोस्कोपी, दूरसंचार का आधार।
- हीरे की चमक: हीरे का n = 2.42 → θc = 24.4° — अधिकांश प्रकाश कई बार TIR से गुजरता है, जिससे चमक उत्पन्न होती है।
- पेरिस्कोप और दूरबीन: प्रिज्म दर्पणों के बजाय TIR का उपयोग करते हैं।
लेंस:
- उत्तल (अभिसारी): कैमरे, प्रोजेक्टर, आवर्धक लेंस, पढ़ने के चश्मे (दूरदृष्टि/हाइपरमेट्रोपिया सुधार) में उपयोग।
- अवतल (अपसारी): निकट दृष्टि दोष (मायोपिया) के सुधार में उपयोग।
- लेंस की क्षमता (D) = 1/f (मीटर में): डायोप्टर (D) में मापी जाती है; उत्तल के लिए धनात्मक, अवतल के लिए ऋणात्मक।
3.3 वर्ण-विक्षेपण और स्पेक्ट्रम
प्रिज्म से श्वेत प्रकाश का वर्ण-विक्षेपण: श्वेत प्रकाश VIBGYOR (बैंगनी, जामुनी, नीला, हरा, पीला, नारंगी, लाल) में विभाजित होता है।
- बैंगनी प्रकाश सर्वाधिक विचलित होता है (उच्चतम अपवर्तनांक); लाल प्रकाश सबसे कम।
- इंद्रधनुष निर्माण: पानी की बूँदों के अंदर वर्ण-विक्षेपण + TIR।
- प्राथमिक इंद्रधनुष: 42° ऊँचाई पर; द्वितीयक: 51° (रंग उल्टे)।