પ્રકાશ સ્કેટરિંગ

પ્રકાશનું સ્કેટરિંગએ પદાર્થ દ્વારા પ્રકાશના પરિવર્તનની પ્રક્રિયા છે, જે અવકાશી વિતરણ, આવર્તન, ઓપ્ટિકલ રેડિયેશનના ધ્રુવીકરણમાં ફેરફાર સાથે છે અને પદાર્થની અયોગ્ય ગ્લો તરીકે પ્રગટ થાય છે. જો છૂટાછવાયા પ્રકાશની આવર્તન ઘટના પ્રકાશની આવર્તન સાથે સુસંગત હોય, તો સ્કેટરિંગને સ્થિતિસ્થાપક કહેવામાં આવે છે. જો ફ્રીક્વન્સીઝ ભિન્ન હોય, તો તેઓ સ્થિતિસ્થાપક સ્કેટરિંગની વાત કરે છે.

દ્રવ્યના કણો, આકસ્મિક કિરણોત્સર્ગ દ્વારા ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોનના દબાણયુક્ત ઓસિલેશનની પ્રક્રિયામાં, ગૌણ છૂટાછવાયા કિરણોત્સર્ગનો સ્ત્રોત બની જાય છે. આ એ હકીકતને અનુસરે છે કે પ્રવેગક સાથે આગળ વધતું ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ બહાર કાઢે છે (જુઓ § 42). માધ્યમના કણો દ્વારા ફરીથી ઉત્સર્જિત ગૌણ તરંગો દખલ કરે છે, અને દખલગીરીનું પરિણામ નોંધપાત્ર રીતે તરંગલંબાઇ અને કણોના કદના ગુણોત્તર પર આધારિત છે. વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે જો માધ્યમ આદર્શ રીતે સજાતીય હોય, તો પછી ગૌણ તરંગો, દખલગીરીના પરિણામે, મૂળ એક સિવાય તમામ દિશામાં એકબીજાને રદ કરે છે, એટલે કે આદર્શમાં સજાતીય વાતાવરણરેડિયેશન વેરવિખેર નથી. આમ, છૂટાછવાયા માત્ર ઓપ્ટીકલી અસંગત માધ્યમમાં જ થઈ શકે છે, જેનો રીફ્રેક્ટિવ ઈન્ડેક્સ પોઈન્ટથી પોઈન્ટમાં અનિયમિત રીતે બદલાય છે. આવા માધ્યમોના ઉદાહરણો કહેવાતા ટર્બિડ માધ્યમો છે - એરોસોલ્સ (ધુમાડો, ધુમ્મસ), પ્રવાહી મિશ્રણ, હિમાચ્છાદિત ચશ્મા વગેરે, જેમાં નાના કણો હોય છે જેનો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ કરતા અલગ હોય છે. પર્યાવરણ.

જો અસંગત માધ્યમમાં અસંગતતાઓ વચ્ચેનું અંતર કિરણોત્સર્ગ તરંગલંબાઇ કરતાં ઘણું વધારે હોય, તો આ અસંગતતાઓ રેડિયેશનના સ્વતંત્ર ગૌણ સ્ત્રોત તરીકે વર્તે છે. તેમના દ્વારા ઉત્સર્જિત ગૌણ તરંગો અસંગત હોય છે અને જ્યારે સુપરઇમ્પોઝ કરવામાં આવે ત્યારે દખલ કરતા નથી. તેથી, આવા માધ્યમ પ્રકાશને બધી દિશામાં ફેલાવે છે.

0.2 μm કરતાં વધુ ન હોય તેવા અસંગતતાના કદ સાથે ટર્બિડ મીડિયામાં પ્રકાશ સ્કેટરિંગને ટિંડલ ઘટના કહેવામાં આવે છે. તે અવલોકન કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પ્રકાશનો તેજસ્વી કિરણ ધુમાડાના નાના કણો ધરાવતા હવાના સ્તરમાંથી પસાર થાય છે અથવા પાણીના વાસણમાંથી પસાર થાય છે જેમાં ચરબીના નાના ટીપાં ધરાવતું થોડું દૂધ ઉમેરવામાં આવે છે. સફેદ પ્રકાશ સાથે અસ્પષ્ટ માધ્યમ પ્રકાશિત કરતી વખતે, જ્યારે બાજુથી જોવામાં આવે ત્યારે વિખરાયેલા પ્રકાશમાં વાદળી રંગનો રંગ હોય છે. તેનાથી વિપરિત, અસ્પષ્ટ માધ્યમના પૂરતા પ્રમાણમાં જાડા સ્તર દ્વારા પ્રસારિત થતા પ્રકાશમાં, લાંબા-તરંગના કિરણોત્સર્ગનું પ્રભુત્વ શરૂ થાય છે, જેથી પ્રસારિત પ્રકાશમાં માધ્યમ લાલ રંગનું દેખાય છે. ડી. રેલે દ્વારા 1899માં વિકસાવવામાં આવેલા નાના ગોળાકાર કણો દ્વારા પ્રકાશના સ્કેટરિંગના સિદ્ધાંતમાં આ પેટર્ન સમજાવવામાં આવી હતી. તેમણે દર્શાવ્યું હતું કે આવા કણ દ્વારા વિખેરાયેલા પ્રકાશની તીવ્રતા તરંગલંબાઇની ચોથી શક્તિના વિપરિત પ્રમાણમાં છે:

જેમ જેમ અસંગતતાનું કદ વધે છે તેમ, રેલેના કાયદાનું વધુને વધુ ઉલ્લંઘન થાય છે.

શુદ્ધ માધ્યમોમાં પણ પ્રકાશ સ્કેટરિંગ જોવા મળે છે જેમાં કોઈપણ અશુદ્ધિઓ (ઉદાહરણ તરીકે, વાયુઓ અને પ્રવાહી) હોતી નથી. તેને મોલેક્યુલર સ્કેટરિંગ કહેવામાં આવે છે અને તે કારણ બને છે, જેમ કે એમ. સ્મોલુચોસ્કીએ સૌપ્રથમ સૂચવ્યું હતું, અણુઓની અસ્તવ્યસ્ત થર્મલ હિલચાલ દરમિયાન ઉદ્ભવતા પદાર્થની ઘનતામાં વધઘટને કારણે. 1910 માં, એ. આઈન્સ્ટાઈને મોલેક્યુલર લાઇટ સ્કેટરિંગનો સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો, જેના કારણે રેલેના સિદ્ધાંત જેવા જ પરિણામો આવ્યા. માં મોલેક્યુલર સ્કેટરિંગ પૃથ્વીનું વાતાવરણ સૂર્યપ્રકાશઆકાશના વાદળી રંગને સમજાવે છે. આ જ કારણોસર, સૂર્યોદય અને સૂર્યાસ્ત સમયે, વાતાવરણની નોંધપાત્ર જાડાઈમાંથી પસાર થતો સૂર્યપ્રકાશ લાલ-નારંગી રંગ મેળવે છે.

પ્રકાશ સ્કેટરિંગ

પદાર્થ સાથે તેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન (ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન જુઓ) (પ્રકાશ) ના પ્રવાહની લાક્ષણિકતાઓમાં ફેરફાર. આ લાક્ષણિકતાઓ તીવ્રતાનું અવકાશી વિતરણ હોઈ શકે છે, આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ, પ્રકાશનું ધ્રુવીકરણ. ઘણીવાર આર. એસ. માધ્યમની અવકાશી વિજાતીયતાને કારણે પ્રકાશના પ્રસારની દિશામાં માત્ર ફેરફાર કહેવામાં આવે છે, જે માધ્યમની અયોગ્ય ગ્લો તરીકે માનવામાં આવે છે.

R. s નું સુસંગત વર્ણન. અંદર શક્ય છે ક્વોન્ટમ થિયરીપદાર્થ સાથે રેડિયેશનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ (જુઓ ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ) અને પદાર્થની રચના વિશેના ક્વોન્ટમ વિચારો પર આધારિત છે. આ સિદ્ધાંતમાં, R. s નું એક જ કાર્ય. ઉર્જા સાથે ફોટોન a ઘટનાના પદાર્થના કણ દ્વારા શોષણ તરીકે ગણવામાં આવે છે ħ ω, આવેગ (ગતિનો જથ્થો (ગતિનો જથ્થો જુઓ)) ħkઅને ધ્રુવીકરણ μ, અને પછી ઊર્જા સાથે ફોટોનનું ઉત્સર્જન ħ ω, આવેગ ħk"અને ધ્રુવીકરણ μ ". અહીં ħ - પ્લાન્કનો કોન્સ્ટન્ટ, ω અને ω" એ ફોટોન ફ્રીક્વન્સીઝ છે, દરેક જથ્થા kઅને k"-વેવ વેક્ટર. જો ઉત્સર્જિત ફોટોનની ઉર્જા શોષિત (ω = ω")ની ઉર્જા જેટલી હોય, તો સ્કેટરિંગ સિસ્ટમને રેલે અથવા સ્થિતિસ્થાપક કહેવામાં આવે છે. ω ≠ ω માટે " આર.એસ. કિરણોત્સર્ગ અને દ્રવ્ય વચ્ચે ઊર્જાના પુનઃવિતરણ સાથે છે અને તેને સ્થિતિસ્થાપક કહેવામાં આવે છે.

ઘણા કિસ્સાઓમાં, આર.નું પૃષ્ઠનું વર્ણન પૂરતું છે. અંદર તરંગ સિદ્ધાંતરેડિયેશન (જુઓ રેડિયેશન, ઓપ્ટિક્સ). આ સિદ્ધાંતના દૃષ્ટિકોણથી (જેને શાસ્ત્રીય કહેવાય છે), ઘટી રહ્યું છે પ્રકાશ તરંગમાધ્યમના કણોમાં ફરજિયાત કંપનો ઉત્તેજિત કરે છે ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ("પ્રવાહ"), જે ગૌણ પ્રકાશ તરંગોના સ્ત્રોત બની જાય છે. આ કિસ્સામાં, નિર્ણાયક ભૂમિકા ઘટના અને ગૌણ તરંગો (નીચે જુઓ) વચ્ચે પ્રકાશની દખલ દ્વારા ભજવવામાં આવે છે.

R. s ની જથ્થાત્મક લાક્ષણિકતાઓ. શાસ્ત્રીય અને સાથે બંને ક્વોન્ટમ વર્ણનવિભેદક સ્કેટરિંગ ક્રોસ વિભાગ છે ડીσ , રેડિયેટિવ ફ્લક્સના રેશિયો તરીકે વ્યાખ્યાયિત (જુઓ રેડિયેટિવ ફ્લક્સ) ડીએલ,નાના ઘન કોણ તત્વમાં વેરવિખેર ડીઅને, ઘટના પ્રવાહ ની તીવ્રતા માટે l 0: ડીσ = ડીએલ/ l 0 કુલ સ્કેટરિંગ ક્રોસ સેક્શન σ એ સરવાળો છે ડીબધા માટે σ ડીΩ (ક્રોસ વિભાગ સામાન્ય રીતે માપવામાં આવે છે સેમી 2). સ્થિતિસ્થાપક સ્કેટરિંગ માટે, આપણે ધારી શકીએ કે σ - વિસ્તારનું કદ જે તેના મૂળ પ્રસારની દિશામાં "પ્રકાશને અવરોધે છે" (જુઓ અસરકારક ક્રોસ-સેક્શન). મુ શાસ્ત્રીય વર્ણનઆર.એસ. સ્કેટરિંગ મેટ્રિક્સનો વારંવાર ઉપયોગ થાય છે, જે ઘટનાના કંપનવિસ્તાર અને તમામ સંભવિત દિશામાં છૂટાછવાયા પ્રકાશ તરંગોને સંબંધિત કરે છે અને વિખરાયેલા પ્રકાશની ધ્રુવીકરણ સ્થિતિમાં ફેરફારને ધ્યાનમાં લેવાની મંજૂરી આપે છે. R. s નું અધૂરું પણ સ્પષ્ટ વર્ણન. સ્કેટરિંગ ઇન્ડિકાટ્રિક્સ તરીકે સેવા આપે છે - એક વળાંક જે ગ્રાફિકલી જુદી જુદી દિશામાં વિખેરાયેલા પ્રકાશની તીવ્રતામાં તફાવત દર્શાવે છે.

R. s. ને નિર્ધારિત કરતા પરિબળોની વિપુલતા અને વિવિધતાને લીધે, તે જ સમયે વિવિધ કેસોમાં તેનું વર્ણન કરવાની એકીકૃત અને વિગતવાર રીત વિકસાવવી ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. તેથી, આદર્શ પરિસ્થિતિઓને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે વિવિધ ડિગ્રીઓ માટેઘટનાની જ પર્યાપ્તતા.

આર.એસ. વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોન એ મહાન ચોકસાઈ સાથે સ્થિતિસ્થાપક પ્રક્રિયા છે. તેનો ક્રોસ સેક્શન આવર્તન પર આધારિત નથી (કહેવાતા થોમસન આર.એસ.) અને σ = (8π/3) ની બરાબર છે. આર 2 0 = 6,65․10 -25 સેમી 2 (આર 0 = ઇ 2 /mc 2 - કહેવાતા ઇલેક્ટ્રોનની શાસ્ત્રીય ત્રિજ્યા, પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતાં ઘણી નાની; ઇઅને m-ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ અને માસ; સાથે -વેક્યૂમમાં પ્રકાશની ગતિ). સ્કેટરિંગ સૂચક નથી ધ્રુવીકૃત પ્રકાશઆ કિસ્સામાં આગળ કે પાછળ (0° અને 180°ના ખૂણા પર) બે વાર વેરવિખેર થાય છે. વધુ પ્રકાશ 90°ના ખૂણા કરતાં. આર.એસ. વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા - એસ્ટ્રોફિઝિકલ પ્લાઝ્મામાં સામાન્ય પ્રક્રિયા (પ્લાઝમા જુઓ); ખાસ કરીને, તે સૌર કોરોના (સૌર કોરોના જુઓ) અને અન્ય તારાઓના કોરોનામાં ઘણી ઘટનાઓ માટે જવાબદાર છે.

R. s નું મુખ્ય લક્ષણ. વ્યક્તિગત અણુ - આવર્તન પર સ્કેટરિંગ ક્રોસ સેક્શનની મજબૂત અવલંબન. જો ઘટના પ્રકાશની આવર્તન ω કુદરતી ઓસિલેશનની આવર્તન ω 0 ની તુલનામાં નાની હોય અણુ ઇલેક્ટ્રોન(અણુ શોષણ રેખા), પછી σ લાઇટ સ્કેટરિંગ ω 4, અથવા λ -4 (λ - પ્રકાશની તરંગલંબાઇ). આ અવલંબન, અણુના વિચારના આધારે જોવા મળે છે ઇલેક્ટ્રિક દ્વિધ્રુવ(જુઓ દ્વિધ્રુવ) પ્રકાશ તરંગના ક્ષેત્રમાં ઓસીલેટીંગને રેલેનો નિયમ કહેવામાં આવે છે. પરમાણુ રેખાઓ (ω ≈ ω 0) ની નજીક, ક્રોસ સેક્શન તીવ્રપણે વધે છે, રેઝોનન્સ (ω = ω 0) સુધી પહોંચે છે. મોટા મૂલ્યોσ ≈ λ 2 પ્રકાશ સ્કેટરિંગ 10 -10 સેમી 2. રેઝોનન્ટ R. s ની સંખ્યાબંધ વિશેષતાઓને કારણે. તે પહેરે છે ખાસ નામરેઝોનન્ટ ફ્લોરોસેન્સ. અણુઓ દ્વારા અધ્રુવીય પ્રકાશના સ્કેટરિંગનું સૂચક તેના માટે વર્ણવેલ સમાન છે મફત ઇલેક્ટ્રોન. આર.એસ. વ્યક્તિગત અણુઓ દુર્લભ વાયુઓમાં જોવા મળે છે.

સાથે આર. એસ. પરમાણુઓ, સ્કેટરિંગ સ્પેક્ટ્રમમાં રેલે (અનશિફ્ટેડ) રેખાઓ સાથે, અણુ સ્કેટરિંગના કિસ્સામાં વિપરીત, અસ્થિર સ્કેટરિંગની રેખાઓ દેખાય છે. (આવર્તન સ્થાનાંતરિત). સંબંધ. વિસ્થાપન)ω - ω"|/ω પ્રકાશ સ્કેટરિંગ 10 -3 -10 -5 છે, અને વિસ્થાપિત રેખાઓની તીવ્રતા માત્ર 10 -3 -10 -6 રેલેની તીવ્રતા છે. પરમાણુઓ દ્વારા અસ્થિર સ્કેટરિંગ માટે, રમન પ્રકાશનું વિખેરવું જુઓ .

આર.એસ. નાના કણો અસાધારણ ઘટનાનું કારણ બને છે જેનું વર્ણન ડાઇલેક્ટ્રિક કણો પર પ્રકાશના વિવર્તનના સિદ્ધાંત (પ્રકાશનું વિવર્તન જુઓ)ના આધારે કરી શકાય છે. ઘણા લાક્ષણિક લક્ષણોઆર.એસ. અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિક એ. લવ (1889) અને જર્મન વૈજ્ઞાનિક જી. મીએ (1908, મી થિયરી) દ્વારા ગોળાકાર કણો માટે વિકસિત કડક સિદ્ધાંતના માળખામાં કણો શોધી શકાય છે. જ્યારે બોલની ત્રિજ્યા આરપ્રકાશ તરંગલંબાઇ કરતાં ઘણી ઓછી λ nતેના પદાર્થમાં, આર. એસ. તેના પર બિન-રેઝોનન્ટ R.s જેવું જ છે. અણુ ક્રોસ સેક્શન (અને તીવ્રતા) આર. એસ. આ કિસ્સામાં તે મોટા પ્રમાણમાં આધાર રાખે છે આરઅને ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકોમાં તફાવત પર (જુઓ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક) ε અને ε 0 દડાના પદાર્થ અને પર્યાવરણ: σ પ્રકાશ સ્કેટરિંગ λ n -4 આર 6 (ε - ε 0) (રેલે, 1871). વધારો સાથે આરથી r પ્રકાશ સ્કેટરિંગλ nઅને વધુ (જો ε > 1) તીક્ષ્ણ મેક્સિમા અને મિનિમા સ્કેટરિંગ ઇન્ડિકાટ્રિક્સમાં દેખાય છે - કહેવાતા નજીક. મી રેઝોનન્સ (2 આર =mλ n, m= 1, 2, 3,...) ક્રોસ સેક્શન મોટા પ્રમાણમાં વધે છે અને 6π ની બરાબર બને છે r2,ફોરવર્ડ સ્કેટરિંગ વધે છે, પાછળનું સ્કેટરિંગ નબળું પડે છે; સ્કેટરિંગ એંગલ પર પ્રકાશ ધ્રુવીકરણની અવલંબન વધુ જટિલ બની જાય છે.

આર.એસ. મોટા કણો ( આર>> λ n) કણોની સપાટી પર પ્રતિબિંબિત અને રીફ્રેક્ટેડ કિરણોના દખલને ધ્યાનમાં લેતા ભૌમિતિક ઓપ્ટિક્સ (ભૌમિતિક ઓપ્ટિક્સ જુઓ) ના નિયમોના આધારે ગણવામાં આવે છે. મહત્વપૂર્ણ લક્ષણઆ કિસ્સામાં - સ્કેટરિંગ ઇન્ડિકાટ્રિક્સની સામયિક (કોણમાં) પ્રકૃતિ અને સામયિક અવલંબનપરિમાણમાંથી ક્રોસ વિભાગો આર/λ nઆર.એસ. મોટા કણો પર પ્રભામંડળનું કારણ બને છે, મેઘધનુષ્ય (મેઘધનુષ જુઓ), એરોસોલ્સ (એરોસોલ્સ જુઓ), ધુમ્મસ વગેરેમાં બનતી પ્રભામંડળ અને અન્ય ઘટનાઓ.

આર.એસ. વાતાવરણનો સમાવેશ થાય છે મોટી સંખ્યામાંકણો, R. s થી નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે. વ્યક્તિગત કણો. આ, સૌ પ્રથમ, વ્યક્તિગત કણો દ્વારા એકબીજા સાથે અને ઘટના તરંગો સાથે વિખેરાયેલા તરંગોના દખલને કારણે છે. બીજું, ઘણા કિસ્સાઓમાં બહુવિધ છૂટાછવાયા (ફરીથી ઉત્સર્જન) ની અસરો મહત્વપૂર્ણ હોય છે, જ્યારે એક કણ દ્વારા વિખરાયેલો પ્રકાશ અન્ય લોકો દ્વારા ફરીથી વિખેરાય છે. ત્રીજે સ્થાને, કણોની એકબીજા સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા આપણને તેમની હિલચાલને સ્વતંત્ર ગણવાની મંજૂરી આપતી નથી.

R. s ની ઘટના. ભૌતિકશાસ્ત્ર, રસાયણશાસ્ત્ર, વિવિધ વિસ્તારોટેકનોલોજી સ્પેક્ટ્રા આર. એસ. પદાર્થોની પરમાણુ અને પરમાણુ લાક્ષણિકતાઓ, તેમની સ્થિતિસ્થાપકતા, છૂટછાટ અને અન્ય સ્થિરાંકો નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે. સંખ્યાબંધ કેસોમાં, આ સ્પેક્ટ્રા એ અણુઓમાં પ્રતિબંધિત સંક્રમણો (નિષિદ્ધ રેખાઓ જુઓ) વિશેની માહિતીનો એકમાત્ર સ્ત્રોત છે. પર આર. એસ. કદ અને ક્યારેક આકાર નક્કી કરવા માટેની ઘણી પદ્ધતિઓ પર આધારિત છે બારીક કણો, જે ખાસ કરીને મહત્વનું છે, ઉદાહરણ તરીકે, વાતાવરણીય દૃશ્યતા માપતી વખતે (વાતાવરણની દૃશ્યતા જુઓ) અને પોલિમર સોલ્યુશનનો અભ્યાસ કરતી વખતે (જુઓ નેફેલોમેટ્રી, ટર્બિડીમેટ્રી). ફરજિયાત R. s ની પ્રક્રિયાઓ. કહેવાતા આધાર છે સક્રિય સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી અને ટ્યુનેબલ લેસરોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

લિટ.:લેન્ડ્સબર્ગ જી.એસ., ઓપ્ટિક્સ, ચોથી આવૃત્તિ, એમ., 1957 ( સામાન્ય અભ્યાસક્રમભૌતિકશાસ્ત્ર, વોલ્યુમ 3); Volkeshtein M.V., મોલેક્યુલર ઓપ્ટિક્સ, M. - L., 1951; હલ્સ્ટ જી., નાના કણો દ્વારા પ્રકાશનું સ્કેટરિંગ, ટ્રાન્સ. અંગ્રેજીમાંથી, એમ., 1961; ફેબેલિન્સ્કી આઇ.એલ., મોલેક્યુલર સ્કેટરિંગ ઓફ લાઇટ, એમ., 1965; પેન્ટેલ આર., પુટખોવ જી., ક્વોન્ટમ ઈલેક્ટ્રોનિક્સના ફંડામેન્ટલ્સ, ટ્રાન્સ. અંગ્રેજીમાંથી, એમ., 1972.

એસ. જી. પ્રઝિબેલ્સ્કી.

મોટા સોવિયેત જ્ઞાનકોશ. - એમ.: સોવિયેત જ્ઞાનકોશ. 1969-1978 .

અન્ય શબ્દકોશોમાં "લાઇટ સ્કેટરિંગ" શું છે તે જુઓ:

k.l નો ફેરફાર ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન (પ્રકાશ) ના પ્રવાહની લાક્ષણિકતાઓ જ્યારે તે પ્રકાશ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. આ લાક્ષણિકતાઓ જગ્યાઓ હોઈ શકે છે. તીવ્રતા વિતરણ, આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ, પ્રકાશ ધ્રુવીકરણ. ઘણીવાર આર. એસ. કહેવાય છે માત્ર અયોગ્યતાની ઘટના. ચમક... ભૌતિક જ્ઞાનકોશ

ઓપ્ટિકલ ફાઇબરમાં, પ્રકાશ સ્કેટરિંગ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનું દ્રવ્ય સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં સ્કેટરિંગ છે. આવું થાય છે... વિકિપીડિયા

તમામ સંભવિત દિશાઓમાં માધ્યમમાં પ્રસરી રહેલા પ્રકાશ કિરણના વિચલનો. પ્રકાશ સ્કેટરિંગ માધ્યમની અસંગતતા અને પદાર્થના કણો સાથે પ્રકાશની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને કારણે થાય છે, જેમાં તીવ્રતાના અવકાશી વિતરણમાં ફેરફાર થાય છે... મોટા જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશ

આધુનિક જ્ઞાનકોશ

પ્રકાશ સ્કેટરિંગ- લાઇટ સ્કેટરિંગ, તમામ સંભવિત દિશાઓમાં માધ્યમમાં પ્રસરી રહેલા પ્રકાશ કિરણનું વિચલન. પ્રકાશ કણો અને પરમાણુઓ પર, માધ્યમની અસંગતતાઓ અને તીવ્રતા અને આવર્તન ફેરફારોના અવકાશી વિતરણ દ્વારા વેરવિખેર થાય છે... ... સચિત્ર જ્ઞાનકોશીય શબ્દકોશ

પ્રકાશ સ્કેટરિંગ- એક એવી ઘટના કે જેમાં માધ્યમમાં પ્રસારિત નિર્દેશિત પ્રકાશ કિરણ તમામ સંભવિત દિશાઓમાં વિચલિત થાય છે. [ભલામણ કરેલ શરતોનો સંગ્રહ. અંક 79. ભૌતિક ઓપ્ટિક્સ. યુએસએસઆરની એકેડેમી ઓફ સાયન્સ. વૈજ્ઞાનિક અને તકનીકી પરિભાષાની સમિતિ. 1970… ટેકનિકલ અનુવાદકની માર્ગદર્શિકા

ઉપરોક્ત ઉદાહરણો અમને એક ઘટના સમજવામાં મદદ કરશે જે અણુઓની અવ્યવસ્થિત ગોઠવણીના પરિણામે હવામાં થાય છે. રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ પરના પ્રકરણમાં, અમે જણાવ્યું હતું કે ઘટના પ્રકાશ અણુઓને કિરણોત્સર્ગનું ઉત્સર્જન કરે છે. ઘટના બીમનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોનને ઉપર અને નીચે સ્વિંગ કરે છે, અને તેઓ, પ્રવેગકતા સાથે આગળ વધીને, ઉત્સર્જન કરવાનું શરૂ કરે છે. આ છૂટાછવાયા કિરણોત્સર્ગ ઘટનાના કિરણની જેમ જ દિશામાં આગળ વધતા પ્રકાશનો કિરણ બનાવે છે, પરંતુ તબક્કામાં તેનાથી અલગ છે, જેના કારણે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ દેખાય છે.

પરંતુ અન્ય દિશામાં છૂટાછવાયા પ્રકાશની તીવ્રતા વિશે શું? જો અણુઓ ખૂબ જ નિયમિત રીતે વૈકલ્પિક રીતે એક સુંદર ભૌમિતિક પેટર્ન બનાવે છે, તો અન્ય તમામ દિશામાં તીવ્રતા શૂન્ય છે, કારણ કે બદલાતા તબક્કાઓ સાથે ઘણા વેક્ટર ઉમેરવાનું પરિણામ શૂન્ય થઈ જાય છે. પરંતુ જો અણુઓની ગોઠવણી અવ્યવસ્થિત હોય, તો કોઈપણ દિશામાં તીવ્રતા, જેમ કે આપણે પહેલેથી જ કહ્યું છે, દરેક અણુમાંથી અલગથી તીવ્રતાના સરવાળા જેટલી હોય છે. તદુપરાંત, ગેસ પરમાણુ સતત ફરતા હોય છે, અને બે અણુઓ વચ્ચેનો તબક્કો તફાવત, જે સમયની ચોક્કસ ક્ષણે ચોક્કસ મૂલ્ય લે છે, તે પછીની ક્ષણે બદલાશે, તેથી, જ્યારે સમય જતાં સરેરાશ, દરેક વ્યક્તિગત ક્રોસ ટર્મ અદૃશ્ય થઈ જાય છે. તેથી, ગેસ દ્વારા છૂટાછવાયા પ્રકાશની તીવ્રતા નક્કી કરવા માટે, કોઈ એક અણુ દ્વારા છૂટાછવાયાને લઈ શકે છે અને અણુઓની સંખ્યા દ્વારા તીવ્રતાને ગુણાકાર કરી શકે છે.

પહેલેથી જ નોંધ્યું છે તેમ, આકાશના વાદળી રંગને હવામાં પ્રકાશના છૂટાછવાયા દ્વારા ચોક્કસપણે સમજાવવામાં આવે છે. સૂર્યપ્રકાશ હવામાંથી પસાર થાય છે, અને જ્યારે આપણે સૂર્યથી દૂર જોઈએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, ઘટના કિરણને લંબરૂપ છે, ત્યારે આપણને વાદળી રંગનો પ્રકાશ દેખાય છે; ચાલો હવે વિખરાયેલા પ્રકાશની તીવ્રતાની ગણતરી કરવાનો પ્રયાસ કરીએ અને તે શા માટે વાદળી છે તે સમજીએ.

તીવ્રતા સાથે પ્રકાશની ઘટના બીમ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રઅણુના સ્થાન પર ઇલેક્ટ્રોન ઉપર અને નીચે વાઇબ્રેટ કરવા માટે જાણીતું છે (ફિગ. 32.2). સમીકરણ (23.8) નો ઉપયોગ કરીને આપણે ઓસિલેશનનું કંપનવિસ્તાર શોધીએ છીએ

(32.15)

આકૃતિ 32.2. અણુ પર બીમની ઘટનાથી અણુના ચાર્જ (ઇલેક્ટ્રોન) વાઇબ્રેટ થાય છે. ફરતા ઇલેક્ટ્રોન, બદલામાં, બધી દિશામાં પ્રસારિત થાય છે

સૈદ્ધાંતિક રીતે, કોઈ વ્યક્તિ ભીનાશને ધ્યાનમાં લઈ શકે છે અને ફ્રીક્વન્સીઝ પરનો સરવાળો રજૂ કરી શકે છે, એમ ધારીને કે અણુ વિવિધ ફ્રીક્વન્સી સાથે ઓસિલેટરના સંગ્રહ તરીકે કાર્ય કરે છે. જો કે, સરળતા માટે, અમે અમારી જાતને એક ઓસિલેટરના કિસ્સામાં મર્યાદિત કરીશું અને ભીનાશની ઉપેક્ષા કરીશું. પછી કંપનવિસ્તાર માટેની અભિવ્યક્તિ તે સ્વરૂપ લે છે જેનો આપણે પ્રત્યાવર્તન સૂચકાંકની ગણતરી કરતી વખતે પહેલેથી જ ઉપયોગ કર્યો છે:

(32.16)

આ ફોર્મ્યુલા ફોર અને સમાનતા (32.2)માંથી આપેલ દિશામાં સ્કેટરિંગની તીવ્રતા મેળવવી સરળ છે.

જો કે, સમય બચાવવા માટે, અમે સૌ પ્રથમ તમામ દિશાઓમાં કુલ સ્કેટરિંગ તીવ્રતાની ગણતરી કરીએ છીએ. અણુ દ્વારા બધી દિશામાં વિખરાયેલી કુલ ઊર્જા સૂત્ર (32.7)માંથી મેળવી શકાય છે. શરતોને ફરીથી ગોઠવ્યા પછી, ઊર્જા માટેની અભિવ્યક્તિ સ્વરૂપ લે છે

(32.17)

અમે પરિણામને આ સ્વરૂપમાં રજૂ કરીએ છીએ કારણ કે તે યાદ રાખવા માટે અનુકૂળ છે: સૌ પ્રથમ, વિખરાયેલી ઊર્જા ઘટના ક્ષેત્રના વર્ગના પ્રમાણમાં છે. આનો અર્થ શું છે? દેખીતી રીતે, ક્ષેત્રનો ચોરસ એમાંથી પસાર થતી ઘટના બીમની ઊર્જાના પ્રમાણસર છે. (હકીકતમાં, 1 સેકન્ડમાં પડતી ઉર્જા વિદ્યુત ક્ષેત્રના સરેરાશ ચોરસના ગુણાંક જેટલી હોય છે; જો મહત્તમ મૂલ્યછે, તો પછી.) બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, વિખરાયેલી ઊર્જા ઘટના ઊર્જા ઘનતાના પ્રમાણસર છે; સૂર્યપ્રકાશ જેટલો મજબૂત હોય છે, તેટલું આકાશ તેજસ્વી દેખાય છે.

ઘટના પ્રકાશનો કયો અંશ ઈલેક્ટ્રોન દ્વારા વેરવિખેર થાય છે? ચાલો બીમના માર્ગમાં મૂકવામાં આવેલ વિસ્તાર o સાથેના લક્ષ્યની કલ્પના કરીએ (કોઈ પદાર્થથી બનેલું વાસ્તવિક લક્ષ્ય નહીં, કારણ કે તે પ્રકાશના વિવર્તન વગેરે તરફ દોરી જશે, પરંતુ અવકાશમાં દોરવામાં આવેલ કાલ્પનિક લક્ષ્ય). સપાટી aમાંથી પસાર થતી ઊર્જાની માત્રા ઘટનાની તીવ્રતા અને લક્ષ્ય વિસ્તારના પ્રમાણસર છે:

(32.18)

હવે ચાલો સંમત થઈએ: આપણે અણુ દ્વારા વિખરાયેલી ઊર્જાના કુલ જથ્થાને ચોક્કસ વિસ્તારમાંથી પસાર થતી ઘટના બીમની ઊર્જા સાથે સરખાવીશું; વિસ્તારના કદને નિર્દિષ્ટ કરીને, આપણે ત્યાં વિખરાયેલી ઊર્જા નક્કી કરીએ છીએ. આ સ્વરૂપમાં, જવાબ ઘટના બીમની તીવ્રતા પર આધાર રાખતો નથી; તે વિખરાયેલી ઉર્જાનો ગુણોત્તર અને ઉર્જા ઘટના પર દર્શાવે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો,

આ વિસ્તારનો મુદ્દો એ છે કે જો તેને અથડાતી બધી ઉર્જા એક બાજુ ફેંકી દેવામાં આવે, તો તે અણુ જેટલી ઉર્જા વિખેરી નાખશે.

આ વિસ્તારને અસરકારક સ્કેટરિંગ ક્રોસ સેક્શન કહેવામાં આવે છે. જ્યારે પણ અસર ઘટના બીમની તીવ્રતાના પ્રમાણસર હોય ત્યારે અસરકારક ક્રોસ સેક્શનની વિભાવનાનો ઉપયોગ થાય છે. આવા કિસ્સાઓમાં, અસરનું માત્રાત્મક આઉટપુટ અસરકારક ક્ષેત્રના ક્ષેત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જે બીમમાંથી આવા ભાગને છીનવી લે છે કે તે આઉટપુટની બરાબર છે. આનો કોઈ અર્થ એ નથી કે આપણું ઓસિલેટર ખરેખર એક સમાન વિસ્તાર ધરાવે છે. જો મુક્ત ઈલેક્ટ્રોન આગળ પાછળ ઉછળે છે, તો તેની સાથે કોઈ ક્ષેત્ર સંકળાયેલું નથી. ચોક્કસ જથ્થા દ્વારા પરિણામ વ્યક્ત કરવાની આ માત્ર એક રીત છે; અમે તે વિસ્તાર સૂચવીએ છીએ કે જેના પર બીમ મેળવવા માટે પડવું આવશ્યક છે જાણીતી ઊર્જાછૂટાછવાયા તેથી, અમારા કિસ્સામાં

(32.19)

(- સ્કેટરિંગ).

ચાલો થોડા ઉદાહરણો જોઈએ. સૌ પ્રથમ, જ્યારે કુદરતી આવર્તન ખૂબ જ નાની હોય અથવા ઈલેક્ટ્રોન સામાન્ય રીતે મુક્ત હોય, જે અનુલક્ષે હોય, તો આવર્તન ઘટી જાય છે અને ક્રોસ સેક્શન a સતત બની જાય છે. આ મર્યાદામાં, ક્રોસ સેક્શનને થોમ્પસન સ્કેટરિંગ ક્રોસ સેક્શન કહેવામાં આવે છે. તે લગભગ ની બાજુવાળા ચોરસના ક્ષેત્રફળ જેટલું છે, એટલે કે ક્ષેત્રફળ, અને આ બહુ નાનું છે!

બીજી બાજુ, જ્યારે પ્રકાશ હવામાં વિખેરાય છે, ત્યારે ઓસિલેટરની કુદરતી ફ્રીક્વન્સીઝ, જેમ કે આપણે પહેલેથી જ કહ્યું છે, સામાન્ય પ્રકાશની ફ્રીક્વન્સી કરતાં વધારે હોય છે. તે અનુસરે છે કે છેદમાં મૂલ્યની અવગણના કરી શકાય છે અને ક્રોસ વિભાગ આવર્તનની ચોથી શક્તિના પ્રમાણસર હોવાનું બહાર આવ્યું છે. આનો અર્થ એ છે કે બમણી આવર્તન સાથેનો પ્રકાશ સોળ ગણો વધુ તીવ્રતાથી ફેલાય છે, અને આ પહેલેથી જ નોંધપાત્ર તફાવત છે. આમ, વાદળી પ્રકાશ, જે સ્પેક્ટ્રમના લાલ છેડે પ્રકાશની આવર્તન કરતાં લગભગ બમણી હોય છે, તે લાલ પ્રકાશ કરતાં ઘણી વધુ તીવ્રતાથી ફેલાય છે. અને, આકાશ તરફ જોતાં, આપણે ફક્ત અદ્ભુત વાદળી જ જોઈએ છીએ!

પ્રાપ્ત પરિણામો વિશે થોડા વધુ શબ્દો કહેવા યોગ્ય છે. જવાબ આપો, સૌ પ્રથમ, આપણે વાદળો કેમ જોઈએ છીએ? તેઓ ક્યાંથી આવે છે? દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે તે પાણીની વરાળના ઘનીકરણને કારણે ઉદ્ભવે છે. પરંતુ પાણીની વરાળ, અલબત્ત, ઘનીકરણ પહેલાં પણ વાતાવરણમાં હતી. અમે તેમને કેમ જોયા નહીં? પરંતુ ઘનીકરણ પછી તેઓ સ્પષ્ટ રીતે દેખાય છે. તેઓ દેખાતા ન હતા - અને અચાનક તેઓ દેખાયા. જેમ તમે જોઈ શકો છો, વાદળોની ઉત્પત્તિનું રહસ્ય બિલકુલ નથી બાળકોનો પ્રશ્ન, જેમ કે "પપ્પા, પાણી ક્યાંથી આવ્યું?", અને તેને સમજાવવાની જરૂર છે.

અમે હમણાં જ કહ્યું કે દરેક અણુ પ્રકાશને વિખેરી નાખે છે, અને, કુદરતી રીતે, પાણીની વરાળ પણ પ્રકાશને વિખેરી નાખે છે. રહસ્ય એ છે કે વાદળોમાં ઘટ્ટ પાણી શા માટે પ્રકાશને વધુ મજબૂત રીતે વિખેરી નાખે છે મોટી સંખ્યાએકવાર?

ચાલો જોઈએ કે જો એક અણુને બદલે, આપણે અણુઓનું ક્લસ્ટર લઈએ, કહો કે બે અણુઓ, જે તરંગલંબાઈની તુલનામાં એકબીજાની ખૂબ નજીક સ્થિત છે. ચાલો આપણે યાદ રાખીએ કે અણુઓના કદ ક્રમના હોય છે, અને પ્રકાશની તરંગલંબાઇ ક્રમની હોય છે, જેથી ઘણા અણુઓ એક સમૂહ બનાવી શકે, જ્યાં તેમની વચ્ચેનું અંતર તરંગલંબાઈ કરતા ઘણું ઓછું હશે. વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, બંને અણુઓ સંપૂર્ણ રીતે એકસાથે વાઇબ્રેટ થશે. છૂટાછવાયા વિદ્યુત ક્ષેત્ર એક જ તબક્કા સાથેના બે ક્ષેત્રોના સરવાળા સમાન બનશે, એટલે કે, એક અણુના કંપનવિસ્તારથી બમણું થશે, અને ઉર્જામાંથી રેડિયેશન ઊર્જાની તુલનામાં ચાર નહીં પણ બે વાર વધારો થશે. વ્યક્તિગત અણુ! આમ, અણુઓના ઝુંડ વ્યક્તિગત રીતે સમાન સંખ્યાના અણુઓ કરતાં વધુ ઊર્જા ઉત્સર્જન કરે છે અથવા વિખેરી નાખે છે. બે અણુઓના તબક્કાઓ કોઈ પણ રીતે સંબંધિત નથી તે અમારું જૂનું નિવેદન એ ધારણા પર આધારિત હતું કે બે અણુઓના તબક્કાઓ ખૂબ જ અલગ છે, જે માત્ર ત્યારે જ સાચું છે જ્યારે તેમની વચ્ચેનું અંતર અનેક તરંગલંબાઇના ક્રમનું હોય અથવા જ્યારે તેઓ ખસેડી રહ્યા છે. જો અણુઓ ખૂબ જ નજીક હોય, તો તેઓ આવશ્યકપણે સમાન તબક્કા સાથે ઉત્સર્જન કરે છે, અને વધતી જતી દખલગીરી થાય છે, જે વધતા વેરવિખેર તરફ દોરી જાય છે.

ગંઠાઈ જવા દો, પાણીનું એક નાનું ટીપું, અણુ ધરાવે છે; પછી, વિદ્યુત ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, તેઓ આગળ વધશે, પહેલાની જેમ, બધા એક સાથે (એકબીજા પર અણુઓનો પ્રભાવ આપણા માટે નોંધપાત્ર નથી, અમે ફક્ત બાબતનો સાર શોધવા માંગીએ છીએ). દરેક અણુનું સ્કેટરિંગ કંપનવિસ્તાર સમાન છે; પરિણામે, છૂટાછવાયા તરંગનું ક્ષેત્ર અનેક ગણું મોટું થાય છે. છૂટાછવાયા પ્રકાશની તીવ્રતા ઘણી વખત વધે છે. જો અણુઓ એકબીજાથી દૂર હોત, તો આપણે એક અણુના કિસ્સામાં એક પરિબળના અવયવનો વધારો મેળવતા, પરંતુ અહીં તે ઘણી વખત થાય છે! બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પાણીના ટીપાં (દરેકમાં પરમાણુઓ) દ્વારા વેરવિખેર થવું એ સમાન અણુઓના વ્યક્તિગત રીતે છૂટાછવાયા કરતાં અનેક ગણું વધારે છે. આમ, કરતાં વધુ પાણીઘનીકરણ, વધુ સ્કેટરિંગ. શું સ્કેટરિંગ અનંત સુધી વધી શકે છે? અલબત્ત નહીં! કયા તબક્કે આપણો તર્ક ખોટો બનશે? જવાબ: જ્યારે પાણીનું ટીપું એટલું વધી જાય છે કે તેના પરિમાણો તરંગલંબાઇના ક્રમ પર હોય છે, ત્યારે અણુઓના સ્પંદનો વિવિધ તબક્કાઓ સાથે થશે, કારણ કે તેમની વચ્ચેનું અંતર ખૂબ મોટું થઈ જશે. આમ, જેમ જેમ ટીપુંનું કદ વધે છે, ટીપું તરંગલંબાઇના ક્રમમાં ન આવે ત્યાં સુધી વેરવિખેર વધે છે, અને પછી જેમ જેમ ટીપું મોટું થાય છે તેમ તેમ છૂટાછવાયા વધુ ધીમે ધીમે વધે છે. વધુમાં, છૂટાછવાયા તરંગોમાં વાદળી પ્રકાશ અદૃશ્ય થવાનું શરૂ થાય છે કારણ કે ટૂંકા તરંગો માટે છૂટાછવાયા વૃદ્ધિની મર્યાદા લાંબા તરંગો કરતાં વહેલા (નાના ટીપાં માટે) થાય છે. જોકે દરેક અણુ વેરવિખેર થાય છે ટૂંકા તરંગોલાંબા કરતાં વધુ મજબૂત, તરંગલંબાઇ કરતાં મોટા પરિમાણવાળા ટીપાં સ્પેક્ટ્રમના લાલ છેડાની નજીક વધુ તીવ્રતાથી પ્રકાશ ફેલાવે છે, અને જેમ જેમ ટીપું વધે છે તેમ, છૂટાછવાયા કિરણોત્સર્ગનો રંગ વાદળીમાંથી લાલ થાય છે (વધુ લાલ બને છે).

આ ઘટના સ્પષ્ટ રીતે દર્શાવી શકાય છે. તમારે પદાર્થના ખૂબ જ નાના કણો લેવાની જરૂર છે, જે પછી ધીમે ધીમે વધશે. આ કરવા માટે, અમે સલ્ફ્યુરિક એસિડમાં સોડિયમ થિયોસલ્ફેટના દ્રાવણનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, જેમાં સલ્ફરના નાના દાણા જમા થાય છે. જ્યારે સલ્ફર અવક્ષેપ કરવાનું શરૂ કરે છે, ત્યારે અનાજ હજુ પણ ખૂબ નાના હોય છે અને છૂટાછવાયા પ્રકાશમાં વાદળી રંગ હોય છે. કાંપમાં કણોની સંખ્યા અને કદમાં વધારો સાથે, ગંધ પ્રથમ વધુ તીવ્ર બને છે અને પછી સફેદ રંગ મેળવે છે. વધુમાં, પસાર થતા કિરણો તેમના વાદળી ઘટકને ગુમાવે છે. આ કારણે સૂર્યાસ્ત લાલ હોય છે; સૂર્ય કિરણો, વાતાવરણમાંથી અમારી પાસે પસાર થયા પછી, વાદળી પ્રકાશને વેરવિખેર કરવામાં વ્યવસ્થાપિત થયા અને નારંગી રંગ મેળવ્યો.

છેલ્લે, જ્યારે છૂટાછવાયા અન્ય થાય છે મહત્વપૂર્ણ ઘટના, જે અનિવાર્યપણે ધ્રુવીકરણ સાથે સંબંધિત છે, આગામી પ્રકરણનો વિષય. જો કે, તે એટલું રસપ્રદ છે કે હવે તેના વિશે વાત કરવી અર્થપૂર્ણ છે. તે તારણ આપે છે કે છૂટાછવાયા પ્રકાશનું ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર મુખ્યત્વે એક ચોક્કસ દિશામાં ઓસીલેટ થાય છે. ઘટના તરંગમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રને અમુક દિશામાં ઓસીલેટ થવા દો, પછી ઓસીલેટર તેનું પ્રદર્શન કરશે દબાણયુક્ત ઓસિલેશનએ જ દિશામાં. જો આપણે હવે ઘટનાના બીમના કાટખૂણો તરફ જોઈએ, તો આપણે ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ જોશું, એટલે કે પ્રકાશ જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર માત્ર એક જ દિશામાં ઓસીલેટ થાય છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, અણુઓ ઘટના બીમના લંબરૂપ સમતલમાં પડેલા કોઈપણ દિશામાં ઓસીલેટ કરી શકે છે, પરંતુ જ્યારે તેઓ સીધા આપણી તરફ અથવા દૂર જાય છે, ત્યારે આપણે તેમને જોઈ શકતા નથી. આમ, જો કે ઘટના બીમમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર તમામ સંભવિત દિશાઓમાં ઓસીલેટ થાય છે (આ કિસ્સામાં આપણે અધ્રુવિત પ્રકાશની વાત કરીએ છીએ), એક ખૂણા પર છૂટાછવાયા પ્રકાશમાં માત્ર એક જ દિશામાં ઓસિલેશન હોય છે (ફિગ. 32.3)!

આકૃતિ 32.3. ઘટનાના બીમના જમણા ખૂણા પર નિર્દેશિત છૂટાછવાયા બીમમાં ધ્રુવીકરણનો દેખાવ.

પોલરોઇડ નામનો એક પદાર્થ છે, જેના દ્વારા અમુક ધરીની સમાંતર વિદ્યુત ક્ષેત્ર સાથેની માત્ર એક તરંગ પસાર થાય છે. પોલરોઈડની મદદથી આપણે ધ્રુવીકરણનું અવલોકન કરી શકીએ છીએ અને ખાસ કરીને બતાવી શકીએ છીએ કે આપણા હાઈપોસલ્ફેટ સોલ્યુશન દ્વારા વિખરાયેલો પ્રકાશ ખરેખર અત્યંત ધ્રુવીકરણ છે.

તરંગના દૃષ્ટિકોણથી પારદર્શક માધ્યમોમાં પ્રકાશના પ્રસારને સમજાવતા, અમે ધાર્યું કે પ્રકાશ તરંગ દ્વારા ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોનનું ગૌણ ઉત્સર્જન ઘટના એક સાથે સુસંગત છે. ખરેખર, શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંતવિક્ષેપ એ ઇલેક્ટ્રોનના દબાણયુક્ત ઓસિલેશનના સિદ્ધાંત પર આધારિત છે. અને દબાણયુક્ત ઓસિલેશન્સ ફોર્સિંગ સાથે સુસંગત છે, એટલે કે, ઉત્તેજક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ સાથે. પ્રાથમિક કિરણોત્સર્ગ સાથે આ કિરણોત્સર્ગની દખલગીરીને ધ્યાનમાં લેવાથી પ્રતિબિંબ અને રીફ્રેક્શનના જાણીતા નિયમો તરફ દોરી જાય છે. આ કિસ્સામાં, રીફ્રેક્ટેડ તરંગ માત્ર આગળ વધે છે.

ક્યારેક માં વાસ્તવિક પરિસ્થિતિઓપ્રકાશનું નોંધનીય સ્કેટરિંગ થાય છે, એટલે કે, માં ગૌણ તરંગોનો પ્રચાર વિવિધ દિશાઓ, પ્રાથમિક તરંગની દિશા સાથે સુસંગત નથી.

અહીં નીચેની બાબતો આવશ્યક છે: પસાર થતી તરંગ અણુઓને "ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં" લાવે છે, એટલે કે, તેમની ઊર્જા વધે છે. ટૂંકા (લગભગ 10 -9 સે) સમય અંતરાલ પછી, અણુઓ પાછા ફરે છે સામાન્ય સ્થિતિ, ગૌણ કિરણોત્સર્ગ આપે છે, અને તે હવે આકસ્મિક કિરણોત્સર્ગ સાથે સુસંગત નથી, કારણ કે ગૌણ કિરણોત્સર્ગના કાર્યો સમયસર વિતરિત થાય છે. રેન્ડમ કાયદો. પરિણામે, ગૌણ રેડિયેશન બધી દિશામાં ફેલાય છે - છૂટાછવાયા થાય છે. આવા સ્કેટરિંગને રેઝોનન્ટ સ્કેટરિંગ કહેવામાં આવે છે - તે શોષણ બેન્ડમાં પડેલી ફ્રીક્વન્સીઝ પર થાય છે, અને તેનું નિરીક્ષણ કરવું સરળ નથી.

સ્કેટરિંગનો વધુ સામાન્ય પ્રકાર એ અસંગતતાઓ દ્વારા છૂટાછવાયા છે, જે, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રચારને મોનિટર કરવાની મંજૂરી આપે છે. પ્રકાશ બીમજ્યારે બાજુથી જોવામાં આવે ત્યારે પાણીના વાસણમાં. IN સ્વચ્છ પાણીવિખેરવું નહિવત છે. જો તમે કોલોનને પાણીમાં ડ્રોપ કરો છો (અથવા આલ્કોહોલમાં રોઝિનનું સોલ્યુશન લો છો), તો પાણી વાદળછાયું બને છે અને વિક્ષેપ ખૂબ વધે છે. જ્યારે છૂટાછવાયા નાના હોય છે, ત્યારે છૂટાછવાયા પ્રકાશમાં વાદળી રંગ હોય છે (પ્રચાર કરતી વખતે સફેદ પ્રકાશ), અને ત્યાંથી પસાર થતી વ્યક્તિ થોડી પીળી થઈ જાય છે. જેમ જેમ ટર્બિડિટી વધે છે તેમ, સ્કેટરિંગ વધે છે, અને દૃશ્યમાન સ્પેક્ટ્રમના લાંબા-તરંગલંબાઇના ભાગમાંથી માત્ર કિરણો જ પ્રસારિત પ્રકાશમાં રહે છે.

સૂર્યોદય અને સૂર્યાસ્ત દરમિયાન તેના કિરણો વાતાવરણના નીચલા સ્તરોમાં નોંધપાત્ર અંતર પસાર કરે છે, જેમાં વિવિધ પ્રદૂષકો હોય છે, નોંધપાત્ર છૂટાછવાયા થાય છે અને સૂર્ય લાલ રંગનો દેખાય છે.

અસંગતતા દ્વારા છૂટાછવાયાનો સિદ્ધાંત રેલે દ્વારા આપવામાં આવ્યો હતો. તેણે બતાવ્યું કે જે કણો તરંગલંબાઇની સરખામણીમાં નાના હોય છે તે ઓછા કે ઓછા એકસરખા પ્રકાશને ફેલાવે છે (ફિગ. 8.7, એ),અને છૂટાછવાયા પ્રકાશની તીવ્રતા આવર્તનની ચોથી શક્તિના પ્રમાણસર છે. જો છૂટાછવાયા કણોના કદ તરંગલંબાઇ સાથે તુલનાત્મક હોય, તો સ્કેટરિંગ મુખ્યત્વે ઘટના તરંગની દિશામાં થાય છે (ફિગ. 8.7, b),અને તેની તીવ્રતા તરંગલંબાઇ પર થોડો આધાર રાખે છે. તેનાથી પણ મોટા કણો માટે, તરંગલંબાઇ વિખરાયેલા પ્રકાશની તીવ્રતા પર લગભગ કોઈ અસર કરતી નથી (જેના કારણે વાદળો સફેદ દેખાય છે).

મેન્ડેલસ્ટેમે દર્શાવ્યું હતું કે વાતાવરણીય ઘનતાની વધઘટ ચાલુ છે ઉચ્ચ ઊંચાઈ, જ્યાં તે વ્યવહારીક રીતે દૂષકો ધરાવતું નથી જે નાના જથ્થામાં ઉત્પન્ન થાય છે (તેમના રેખીય પરિમાણો તરંગલંબાઇ કરતા ઓછા હોય છે), રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સમાં ફેરફાર થાય છે, એટલે કે, તેઓ માઇક્રોઇન્હોમોજેનેટીઝ બનાવે છે જે સૂર્યપ્રકાશના સ્પેક્ટ્રમના વાદળી ભાગને મજબૂત વિખેરવાનું કારણ બને છે; તેથી જ સ્પષ્ટ આકાશ વાદળી દેખાય છે.

જ્યારે રેખીય રીતે ધ્રુવીકૃત પ્રકાશને વિખેરવામાં આવે છે, ત્યારે ધ્રુવીકરણના અસ્તિત્વને શોધવાનું સરળ છે. તેથી, જો ધરી સાથે એક્સએક તરંગ પ્રસરે છે ઇલેક્ટ્રિક વેક્ટર z, TO જ્યારે ધરી સાથે સ્કેટરિંગનું અવલોકન કરો ખાતેપ્રકાશ સ્પષ્ટ રીતે દેખાય છે (આ દિશામાં પરમાણુ દ્વિધ્રુવો બહાર કાઢે છે). પરંતુ જ્યારે ધરી સાથે અવલોકન કરવામાં આવે છે zછૂટાછવાયા પ્રકાશની તીવ્રતા ઘણી ઓછી છે.

ધ્રુવીકૃત પ્રકાશ સ્કેટરિંગની અસરનો ઉપયોગ ઉમોવોવ દ્વારા ખાંડના જલીય દ્રાવણમાં કંપનના પ્લેનના પરિભ્રમણના ઉત્તમ પ્રદર્શનમાં કરવામાં આવ્યો હતો (ફિગ. 8.8). સફેદ પ્રકાશનો એક સાંકડો કિરણ અરીસા પર પડે છે 3 અને પછી ઊંચા (50 - 70 સે.મી.) સિલિન્ડરની ધરી સાથે જાય છે એમ,ભરેલ જલીય દ્રાવણસહારા. અરીસા અને સિલિન્ડરની વચ્ચે એક પોલરાઇઝર P છે. સોલ્યુશનમાં કંપનનું પ્લેન ધીમે ધીમે ફરે છે, અને એકમ પાથ લંબાઈ દીઠ પરિભ્રમણનો કોણ પ્રકાશની તરંગલંબાઇ પર આધાર રાખે છે. નિરીક્ષકો A અને B, સિલિન્ડરને કાટખૂણો બનાવતી દિશાઓમાં જોતા, ચોક્કસ વિભાગના વિવિધ રંગોને જુએ છે, અને આખું સિલિન્ડર તેમને રંગીન સ્ક્રૂથી વીંધાયેલું લાગે છે. જો તમે પોલરાઇઝર ફેરવો છો, તો આ સ્ક્રૂ પણ વળે છે. જ્યારે પોલરાઇઝરને 90° ફેરવવામાં આવે છે, ત્યારે ચોક્કસ રંગની મહત્તમ તીવ્રતા ન્યૂનતમ દ્વારા બદલવામાં આવે છે, અને ઊલટું. ધ્યાનમાં લેવાયેલા તમામ કેસોમાં, સ્કેટરિંગ દરમિયાન પ્રકાશની આવર્તન સાચવવામાં આવે છે. પ્રકાશની આવર્તનમાં ફેરફાર સાથે છૂટાછવાયા ઘટનાને તરંગના દૃષ્ટિકોણથી સમજાવી શકાતી નથી; આ પ્રકરણ 10 માં વર્ણવેલ છે.

> વાતાવરણ દ્વારા પ્રકાશનું વિખેરવું

ફોર્મ્યુલા અને શરતો રેલે લાઇટ સ્કેટરિંગ- વાતાવરણમાં પ્રકાશ કેવી રીતે ફેલાય છે. લક્ષણો અને વર્તન વાંચો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ, ધ્રુવીકરણક્ષમતા.

રેલે સ્કેટરિંગ વાતાવરણમાં ગેસના અણુઓના વિખેરવાની પ્રક્રિયાને દર્શાવે છે. તે એ પણ સમજાવે છે કે આકાશ કેમ વાદળી છે.

શીખવાનો ઉદ્દેશ

• તમારા સંબંધોને સમજો તરંગ કણો, રેલે સ્કેટરિંગ તરફ દોરી જાય છે.

મુખ્ય મુદ્દાઓ

• પ્રકાશ સ્કેટરિંગને રેલે સ્કેટરિંગ કહેવામાં આવે છે. જો તે તરંગલંબાઇમાં નાના કણો સાથે અથડાય તો તે કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગને સ્પર્શ કરી શકે છે.
• છૂટાછવાયા પ્રકાશનો જથ્થો અંદર છે વ્યસ્ત પ્રમાણસરતાપ્રકાશની તરંગલંબાઇની ચોથી શક્તિ. તેથી, ટૂંકા રાશિઓ (લીલા અને વાદળી) લાંબા (પીળા અને લાલ) કરતા વધુ સરળતાથી વેરવિખેર થાય છે.
• તમે પ્રકાશ સ્ત્રોત (સૂર્ય) ની જેટલી નજીક છો, તેટલો ઓછો પ્રકાશ ફેલાય છે કારણ કે કોણ 90 ડિગ્રીની નજીક જાય છે. તેથી, આપણા તારામાં પીળો રંગ છે, જ્યારે બાકીનું આકાશ વાદળી છે.
• IN બાહ્ય અવકાશત્યાં કોઈ વાતાવરણ નથી, તેથી આકાશ કાળું છે અને સૂર્ય સફેદ છે.
• સૂર્યાસ્ત દરમિયાન, પ્રકાશ હવાના વધેલા જથ્થામાંથી પસાર થાય છે. આ પ્રસરણ અસરમાં વધારો કરે છે, અને સીધા માર્ગમાંનો પ્રકાશ વાદળી રંગને બદલે નારંગી રંગનો દેખાય છે.

શરતો

• ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કિરણો - કાટખૂણે સ્થિત ઓસીલેટીંગ ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો ધરાવે છે.
• ધ્રુવીકરણક્ષમતા એ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જની સિસ્ટમની ધ્રુવીકરણની વૃત્તિ છે જો ત્યાં બાહ્ય ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર હોય.

રેલે સ્કેટરિંગ

રેલે સ્કેટરિંગ એ તરંગલંબાઇ કરતા નાના કદના કણો દ્વારા તરંગોનું સ્થિતિસ્થાપક સ્કેટરિંગ છે. કણોમાં 1 ની નજીક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ હોવો આવશ્યક છે. આ કાયદો બધાને લાગુ પડે છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક કિરણો, પરંતુ અહીં આપણે દૃશ્યમાન પ્રકાશ પર વાતાવરણના પ્રભાવ સાથે પરિસ્થિતિને સ્પર્શ કરીશું.

રેલે સ્કેટરિંગ અણુઓની ધ્રુવીકરણક્ષમતા સાથે સંબંધિત છે. ધ્રુવીયતા એ વિદ્યુત ક્ષેત્રની અંદર પરમાણુમાં ચાર્જ કેવી રીતે વાઇબ્રેટ થશે તેના દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. સૂત્ર દ્વારા ગણતરી:

જ્યાં I પરિણામી તીવ્રતા છે, I 0 એ પ્રારંભિક તીવ્રતા છે, α એ ધ્રુવીકરણક્ષમતા છે, λ એ તરંગલંબાઇ છે, R એ કણનું અંતર છે, θ એ સ્કેટરિંગ એંગલ છે.

તમારે કદાચ સમીકરણનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર નથી, પરંતુ તે સમજવું અગત્યનું છે કે સ્કેટરિંગ તરંગલંબાઇ પર આધારિત છે. લંબાઈ જેટલી ટૂંકી, વિક્ષેપ વધારે.

આકાશ વાદળી કેમ છે?

આપણે જાણીએ છીએ કે પ્રકાશ સ્કેટરિંગ એ પ્રકાશ તરંગલંબાઇની ચોથી શક્તિના વિપરિત પ્રમાણસર છે. એટલે કે, લંબાઈ જેટલી ટૂંકી, વિસર્જન વધુ મજબૂત. સમાન "ટૂંકા" સૂચક લીલા અને વાદળી રંગમાં જોવા મળે છે, તેથી તેમનું મિશ્રણ આકાશમાં જોઈ શકાય છે.

જો તમે સૂર્યની નજીક જશો, તો પ્રકાશ વેરવિખેર થશે નહીં કારણ કે 90-ડિગ્રીનો ખૂણો બનાવવામાં આવે છે. આ અંતરે, તમે લાલ અને પીળા વચ્ચે તફાવત કરવાનું શરૂ કરશો, તેથી જ વાતાવરણીય ફિલ્ટર હેઠળ આપણો તારો આ રંગોમાં રંગવામાં આવે છે.

સૂર્યાસ્ત કેમ લાલ હોય છે?

ક્ષિતિજની નજીક લાલાશ એ હકીકતને કારણે થાય છે કે પ્રકાશને હવાના વિશાળ જથ્થામાંથી પસાર થવું પડે છે. આ રેલે સ્કેટરિંગની અસરને વધારે છે અને બધાને દૂર કરે છે વાદળીઅવલોકન માર્ગ પરથી. બાકીનામાં વધુ છે લાંબા તરંગો, તેથી તે લાલ રંગનો દેખાય છે.

સૂર્યાસ્ત દરમિયાન આકાશમાં રંગોનો ઢાળ