द्युतिशक्तिः

द्युतिः अथवा प्रकाशः शक्तेः अन्या विधा । सूर्यः प्रकाशस्य मूलम् । दीपादयः तु अल्पद्युतिं ददति । ते मानवनिर्मिताः। प्रकाशः मूलास्रोतसः सर्वासु दिक्षु किरणरूपेण प्रसरति । फोटोन् (photon) नामकाः कणाः द्युतिशक्तिवाहकाः सन्ति ।

प्रिस्म्-तः प्रकाशस्य सप्तवर्णेषु विभाजनम्

द्युतिशक्तेः चलनं किरणरूपेण (सरलरेखाप्रसरणं) तरङ्गरूपेण च विविधेषु स्तरेषु दर्शिता वर्तते । यत्र द्युतेः गुणः किरणरूपेण अङ्गीकृतः सः विभागः ज्यामितीयद्युतिशास्त्रमिति (geometrical optics) कथ्यते । यत्र तरङ्गरूपम् अङ्गीकृतं सः विभागः भवति भौतिकद्युतिशास्त्रम् । प्रकाशस्य केचन गुणाः प्रथमविधानेन, अन्ये द्वितीयेन वर्णिताः भवन्ति यतः द्युतिशक्तिः गुणद्वयमपि प्रकाशयति ।

प्रकाशस्य गुणाः

प्रतिफलनम् (Reflection)

यदा वयं दर्पणस्य पुरतः तिष्ठामः, तदा अस्माकं प्रतिबिम्बम् पश्यामः । एष द्युतेः प्रतिफलनस्य परिणामः । (प्रथमचित्रम्) ’उऊ’ इति दर्पणम् । ’अ आ’ इति दिशायां प्रतिनिवर्तते । किरणयोः गमनागमनदिशौ बाणाङ्कनेन (arrow mark) सूचितौ । एवं किरणानां प्रत्यागमनं प्रतिफलनमिति कथ्यते । प्रतिफलनबिन्दुना एका लम्बरेखा (perpendicular line) निर्मिता । अनेन सह पतनकिरणः ’प’ इति पतनकोणं निर्मान्ति। ’प्र’ इति तथैव प्रतिफलनकोणं भवति । प्रतिफलननियमानुसारेण एते कोणे समाने भवतः ।

समतलदर्पणे प्रतिबिम्बम्

प्रकाशस्य प्रतिफलनम्

(द्वितीयचित्रम्) ’अ’ इति वस्तु दर्पणस्य पुरतः स्थापितमस्ति । वस्तुना एकः लम्बः किरणः (normal ray) दर्पणस्योपरि पतति । प्रतिफलनस्य नियमानुसारेण पतनकोणं प्रतिफलनकोणं च समाने शून्ये च भवतः । अतः लम्बकिरणः लम्बदिशायामेव प्रतिफलितः भवति । अन्यः किरणः ’अ इ’ ’इई’ दिशायां प्रतिफलितः । द्वयोः समागमबिन्दौ प्रतिबिम्बम् उद्भवति । अत्र दर्पणस्य अग्रे तौ किरणौ समागमं न प्राप्यते । अतः तयॊः वर्धनं कृतम् । तदा ’ आ’ इति बिन्दौ प्रतिबिम्बं दृश्यते। प्रतिफलनकिरणानां नैजसमागमः समतलदर्पणे (plane mirror) न सम्भवति । अतः प्रतिबिम्बं ’मिथ्या’ (virtual) भवति । मिथ्याप्रतिबिम्बस्य ग्राहके ग्रहणम् असाध्यम् । अन्यच्च, समतलदर्पणे प्रतिबिम्बं वस्तुनः समानाकारकं दर्पणात् समानदूरयुतं च वर्तते । अत एव वयं सर्वे स्वरूपदर्शनार्थं समतलदर्पणस्य उपयोगं कुर्मः ।

अन्यौ द्वौ दर्पणौ स्तः निम्नदर्पणः (तृतीयचित्रम्) (concave mirror) पीनदर्पणः (convex mirror) च इति । तत्रापि प्रतिफलननियमादयः अनुवर्तन्ते ।(तृतीयचित्रम्) किन्तु तयोः प्रतिबिम्बं विविधाकारकाः भवन्ति । निम्नदर्पणे वस्तुनः दूरमनुसृत्य प्रतिबिम्बस्य गात्रं सङ्कुचितं बृंहित्तं वा भवति । तस्मिन् सत्यप्रतिबिम्बं (real image). प्रादुर्भूयते । यदा वस्तु दर्पणस्य अतिसमीपं वर्तते, तदा प्रतिबिम्बं मिथ्या भवति । पीनदर्पणे तु सदा सङ्कुचितं मिथ्याप्रतिबिम्बम् उद्भवति । वाहनस्य पृष्ठदृश्यवीक्षणे ( rear view mirrors) अस्य महान् उपयोगः अस्ति ।

द्युतेः वक्रीभवनम् (Refraction of light)

(४-५ चित्रम्)यदा द्युतिकिरणाः माध्यमं (medium) परिवर्तयन्ति, तदा परिवर्तनसीमायां चलनदिक् व्यत्ययं प्राप्नोति । एतत् वक्रीभवनम् । (तृतीयं चतुर्थं च चित्रम्) किरणानां नमनं माध्यमयोः सान्द्रताम् (density) अनुसरति । यदि किरणः अधिकसान्द्रमाध्यमात् अल्पसान्द्रं माध्यमं प्रविशति, तद वक्रीभूतकिरणः लम्बात् दूरं गच्छति पतनकोणात् वक्रीभवनकोणम् अधिकं वर्तते । यदा अल्पसान्द्रमाध्यमात् अधिकसान्द्रमाध्यमं गच्छति तदा वक्रीभवनकोणम् अल्पं भवति ।

वक्रीभवनस्य परिणामाः

१. पारदर्शकेषु इष्टकेषु (transparent slabs) किरणाः पार्श्वं पल्लटं (lateral shift) प्राप्नुवन्ति ।

२. अन्तर्जलॆ स्थिताः प्राणिनः स्वस्थानात् किञ्चित् उन्नयिता इव दृश्यन्ते (normal shift) । जलपात्रे स्थितं नाणकं स्वस्य स्थानात् उपरि आगतमिव भासते । जले भागतः स्थितः दण्डः नतः इव दृश्यते ।

३. सूर्योदये सूर्यास्ते च तद्बिम्बं किञित्दुन्नमितम् इव भासते ।

पूर्ण-आन्तरिकं प्रतिफलनम्

(६ चित्रम्) द्युतेः एषः गुणः तु वक्रीभवन-प्रतिफलनयोः मेलनस्य परिणामः । यदा किरणः सान्द्रमाध्यमेन अल्पसान्द्रमाध्यमं प्रविश्यति तदा लम्बात् दूरं नमतीति उक्तं खलु । पतनकोणस्य वर्धनेन वक्रीभवनकोणमपि आधिक्यं प्राप्नोति । ’इ’ इत्यत्र वक्रीभवनकोणं तु ९०^० भवति । तदा किरणः समतलस्य उपरि गच्छति ।

यदि पतनकोणम् इतोsपि अधिकं भवति, तदा किरणः द्वितीयं माध्यमं प्रवेष्टुं न शक्नोति । तदा प्रतिफलित्वा पुनरागच्छति । एषः अत्युपयुक्तः परिणामः । मरुभूमौ मरीचिकादर्शनम् अस्य प्राकृतिकम् उदाहरणम् । द्युतितन्तवः (optical fibres) अपि एतत् तत्त्वम् आधारीकृत्य कार्यं कुर्वन्ति । दूरवाणीक्षेत्रे (telephone) वैद्यकीयक्षेत्रे च अस्य महान् उपयोगः भवति ।

निम्नोन्नतकाचाः (concave and convex lens)

यदा पारदर्शकः माध्यमः द्वयोः वर्तुलाकारप्रान्तयोः मध्ये भवति तदा विशिष्टान् गुणान् प्रदर्शयति । एते निम्नोन्नतकाचाः । षड्विधाः काचाः सन्ति ।(चित्रम्)

१. द्विपीनकाचः (double convex lens)

२. समतलपीनकाचः (plano convex lens)

३. निम्नपीनकाचः (concavo-convex lens)

४. द्विनिम्नकाचः (double concave lens)

५. समतलनिम्नकाचः (plano concave lens)

एतेषु प्रथमः चतुर्थश्च प्रमुखौ । पीनकाचे किरणाः तु सङ्गच्छन्ते । निम्ने तु विक्षिप्ताः भवन्ति (चित्रे पश्यतु)

(चित्रम्)अतः पीनकाचः सत्यप्रतिबिम्बं, निम्नकाचः मिथ्याप्रतिबिम्बं च ददाति । द्युत्युपकरणेषु (optical instruments) दर्पणानां काचानां च उपयोगः अधिकं भवति । बिम्बग्राहकः (camera), सूक्ष्मदर्शकः (microscope), दूरदर्शकः (telescope), प्रक्षेपकः (projector) इत्यादिषु उपकरणेषु द्युतिकिरणान् काचानां द्वारा प्रेशयन्ति । अनेन प्रतिबिम्बानां संवर्धनं, समीपनयनम् इत्यादीनि कार्याणि भवन्ति । तदर्थं विविधगात्रयुक्तानां दोषरहितानां काचानां निर्माणं कुर्वन्ति ।

द्युतिकिरणानां वर्णविभजननम् (Dispersion of light )

(चित्रम्) यदा श्वेतवर्णिय किरणः पट्टकं (prism) प्रविशति, तदा स विभाजितो भवति । श्वेतकिरणः सप्तवर्णकिरणैः युक्तः भवति । पट्टके एते विविधवर्णीयाः किरणः वेगव्यत्ययेन सञ्चरन्ति । अतः तेषां नमनं न समानं भवति । रक्तवर्णीयानां किरणानां वेगः अल्पः । अतः तेषां नमनमपि अल्पमेव । जम्बुवर्णं (violet) अतिवेगेन चलति; नमनमपि अधिकं वर्तते । अन्ये वर्णाः मध्ये वर्तन्ते । ते तु जम्बु (violet) क्लीतक (indigo) हरित (green) नील (blue) पीत (yellow) नारङ्ग (Orange) रक्त (Red)वर्णीयाः सन्ति । सूर्यः ’सप्ताश्वः’ इति संबुध्यते । इन्द्रचापः (Rainbow) वर्णविभजनस्य प्राकृतिकः परिणामः । यदा वर्षाबिन्दवः द्युतिकिरणम् पट्टक इव विभज्यन्ते तदा एवं सम्भवति । वस्तुतः विविधवर्णीयानां किरणानां व्यत्यासः तु तेषां तरङ्गान्तरे एव विद्यते । यदि तरङ्गान्तरं ४ x १०^−५ मी वर्तते तदा किरणः जम्बुफलवर्णीयाः भवन्ति । यदा एषा संख्या ८ x १०^−५ मी भवति, तदा रक्तवर्णीयाः भवन्ति । एषः विद्युत्कान्तीयतरङ्गाणाम् एकः अल्पः भागः । विकिरणाः (r rays), क्ष- किरणाः (x rays) अतिजम्बुकिरणाः ( ultra violet rays) शाखाकिरणाः (infrared rays), सूक्ष्मकिरणाः (microwaves) इत्यादियोsपि अस्य कुटुम्बस्य सदस्याः सन्ति ।

द्युतिकिरणानां वेगः

द्युतिकिरणानां वेगः अतिप्रमुखः भौतिकपरिमाणः । पुरातनाः एतं वेगं मापितुम् असाध्यम् इति भावितवन्तः यतः द्युतिः अत्यन्तं वेगेन सञ्चरति । यदा अकाशे विद्युत् द्योतते तदा तत्क्षणमेव ज्योतिः दृश्यते । स्वल्पकालानन्तरं घनगर्जितं श्रूयते। शब्दवेगस्य अपेक्षया द्युतिवेगः अत्यधिकः । तस्य मापनाय बहवः प्रयत्नाः कृताः सन्ति । गलीलियो नामकः एतदर्थं प्रथमः यतितवान् । द्वौ वीक्षकौ उन्नतप्रदेशे स्थितौ । तयोः मध्ये अन्तरः ’ x’ किलोमीतर् इति भावयामः । द्वौ अपि दीपधारिणौ स्तः ।प्रतमतः स्वदीपं वस्त्रेण प्रच्छाद्य, तदनन्तरं वस्त्रं अपनीयति । यदाद्वितीयः दीपं पश्यति, सः अपि स्वस्य दीपस्योपरि स्थितं वस्त्रं अपनयति । प्रथमः घटियन्त्रस्य साहाय्येन तस्य दीपप्रज्वालनादारभ्य, द्वितीयदीपदर्शनपर्यन्तं कालं मापयति (t) | तदा प्रकाशस्य वेगः c = 2x /t क्.मी/से. भवति । अस्मिन् प्रयोगे वेगः निखरतया ज्ञायते । अनतरं ’ रोमर्’ नमकः विज्ञानी गुरुग्रहस्य उपग्रहाणां चलं विख्श्य, तत्सहायेन प्रकाशस्य वेगं सिद्धान्तितवान् । मैकेल्सन् नामकः निखरं प्रयोगं कृत्वा प्रकाशस्य वेगः, वायुमाध्यमे, 2.99797 x 108 मी/से इति सिद्धान्तं कृतवान् । एष एव प्रकृतौ अत्यधिकः। अस्य साहाय्यनेव ऎन्स्टीन् स्वं सापेक्षिकसिद्धान्तं (Theory of Relativity) निरूपितवान् । प्रकाशास्य वेगः द्रववस्तुनि च तनूभवति । शब्दतरङ्गाः अस्य अपवादाः । तस्य वेगः धनवस्तुनि अधिकं वर्तते । प्रकाशस्य वेगं उपौज्ज्य बैजिकक्रियासु (Nuclear reactions ) शक्तिं गणयन्ति ।

प्रकाशस्य व्यक्तिकरणम् (Interference of light) :- द्युतिशक्तेः केचन गुणाः तरङ्गस्वभावाम् अनुसरन्ति । व्यक्तिकरणम् तु एतादृशः गुणः । यदा द्वौ समानरूपे प्रकाशतरङ्गौ परस्परं सङ्गच्छते तदा कनिष्ट-गरिष्ठ-प्रकाशरूपः पट्टः उत्पद्यते । यत्र तरङ्गाः समानदिशायां पतन्ति ( in-phase ) तत्र गरिष्ठप्रकाशः विद्यते । यत्र विरुद्ध दिशयायां सन्ति तत्र प्रकाशः कनिष्ठतमः। अतः प्रकाश-तमोरूपो: रेखाः डृश्यन्ते ।

प्रकाशस्य नमनम् (Diffraction) : सूक्ष्मवस्तुनः शूर्पे अन्ते, प्रकाशः छायायाः दिशि नमन्ं प्राप्नोति । छायाप्रदेशे प्रकाशतपोरूपाः श्रेणी प्रातुर्भवतिः किन्तु एते व्यक्तिकरणस्यापेक्षया अल्पसंख्याका अल्पप्रकाशयुक्ताश्च भवन्ति ।

प्रकाशस्य ध्रुवीकरणम् (Polarization of light) :- एषः गुणः प्रकाशस्य तरङ्गाणां तिर्यक्स्वभावं ( transverse nature ) अवलम्बते । एषु तरङ्गेषुमाध्यमस्य कणाः तरङ्गचलनस्य लम्बदिशायां कम्पन्ते । अन्यश्च, द्युतितरङ्गाः विद्युत्कान्तीयः । तेषु विद्युत्घटकः कान्तीयघ्टकश्च परस्परं लम्बदिशायां कम्पन्ते । यदा द्युतितरम्ङ्गाः स्फटिकमणिरिव केषुचन वस्तुयु प्रवहन्ति, तदा एतो विभज्यन्ते । तदा बहिरागतानां द्युतितरङ्गाणां प्रकाशसामर्थ्यः परिवर्तनं प्राप्नोतिः । एकस्मिन् दिशि गरिष्ठः प्रकाशः भवति, तस्यां लम्बदिशायां तु कनिष्ठतमः। एषः परिणामः ध्रुवीकरणमिति कथ्यते । शब्दतरङ्गेषु एषः परिणामः न भवति ।

द्युतिविद्युत्परिणामः (Photo-electric effect) :- यदा द्युतितरङ्गाः केषाञ्चन लोहानामुपरि पतति, तदा विद्युत उत्पद्यते । परमानुषु स्थिताः ऋणविद्द्युत्कणाः द्युतितरङ्गात् शक्तिं स्वीकृत्य बहिः निर्गच्छन्ति । अस्य परिणामस्य विवरणम् ऎन्स्टीन् नामकेन विज्ञानिना दत्तम् । सः तदार्थं नोबेल् पारितोषकं प्राप्तवान् । अस्मिन् विवरणे सः द्युतेः द्विविधं प्रवृत्तिं सिद्धान्तितवान् । द्युतिः कणरूपमपि तरङ्गरूपमपि प्रदर्शयति । एषः गुणः अनन्तरम् इलेक्ट्रान् इत्यादीनां कणानां विषयेsपि विस्तारितः । अयमेव क्वान्टम् सिद्धान्तः (Quantum theory) इति प्रसिद्धः अस्ति ।

एवं द्युतिशक्तिः भौतिकशास्त्रे अतिप्रसिद्धः शक्तिरूपः । अस्य विशये बहवः गुणाः सिद्धान्तः च निरूपिताः ।