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विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम

विद्युतचुंबकीय (EM) तरंगें बदलते विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की अनुप्रस्थ तरंगें हैं। इन्हें माध्यम नहीं चाहिए और निर्वात में सब 3 × 10⁸ m/s से चलती हैं। घटती तरंगदैर्ध्य (बढ़ती आवृत्ति और ऊर्जा) के क्रम में: रेडियो, माइक्रोवेव, अवरक्त, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी, एक्स-किरण और गामा किरण। चाल = आवृत्ति × तरंगदैर्ध्य (c = fλ)। हर प्रकार के उपयोग हैं; ज़्यादा ऊर्जा वाली (पराबैंगनी, एक्स, गामा) आयनकारी हैं और जीवित कोशिकाओं को नुकसान पहुँचा सकती हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. EM तरंग विद्युत क्षेत्र (लाल) और चुंबकीय क्षेत्र (नीला) की तरंग है। दोनों एक-दूसरे के और तरंग के चलने की दिशा के लंबवत हिलते हैं। यह खाली अंतरिक्ष भी पार कर सकती है।
  2. सभी EM तरंगें 7 समूहों वाला एक परिवार हैं। रेडियो से गामा तक तरंग देखो: तरंगदैर्ध्य λ छोटी होती जाती है और आवृत्ति बढ़ती जाती है।
  3. तरंग समीकरण: चाल = आवृत्ति × तरंगदैर्ध्य, c = fλ। हर पंक्ति देखो: 100 MHz की FM रेडियो तरंग की λ = 3 × 10⁸ ÷ 1 × 10⁸ = 3 m।
  4. एक दौड़: रेडियो, दृश्य प्रकाश और गामा साथ निकलते हैं और साथ पहुँचते हैं। निर्वात में हर EM तरंग एक ही चाल 3 × 10⁸ m/s से चलती है।
  5. ज़्यादा आवृत्ति ज़्यादा ऊर्जा लाती है। पराबैंगनी, एक्स-किरण और गामा आयनकारी हैं: ये परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन निकाल सकती हैं और कोशिकाओं व DNA को नुकसान पहुँचा सकती हैं।
  6. अब तुम: 7 परिवारों में स्लाइडर चलाओ। λ छोटी होते देखो और हर एक की आवृत्ति, एक उपयोग और खतरा पढ़ो।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

जिसमें हिलने को कुछ न हो, वहाँ तरंग कैसे चलती है?

EM तरंग पदार्थ से नहीं, क्षेत्रों से बनी है। बदलता विद्युत क्षेत्र चुंबकीय क्षेत्र बनाता है और उलटा भी, तो वे एक-दूसरे को खाली जगह में आगे ले जाते हैं। स्टेप 0।

क्या प्रकाश और रेडियो तरंगें सच में एक ही तरह की हैं?

हाँ। फ़र्क सिर्फ़ तरंगदैर्ध्य और आवृत्ति का है। स्टेप 1 एक ही तरंग को सातों समूहों से गुज़ारता है।

MHz के साथ c = fλ कैसे लगाऊँ?

पहले MHz को Hz में बदलो (× 10⁶)। स्टेप 2 एक-एक पंक्ति दिखाता है।

क्या ज़्यादा ऊर्जा के कारण गामा किरणें तेज़ चलती हैं?

नहीं। ज़्यादा ऊर्जा ज़्यादा आवृत्ति से आती है, ज़्यादा चाल से नहीं। स्टेप 3 की दौड़ में सब साथ पहुँचते हैं।

मोबाइल सिग्नल आयनकारी क्यों नहीं, पर पराबैंगनी क्यों है?

फ़ोन सिग्नल बहुत कम आवृत्ति और ऊर्जा वाली रेडियो तरंगें हैं। पराबैंगनी, एक्स और गामा में परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन निकालने भर की ऊर्जा है। स्टेप 4 आयनकारी हिस्सा दिखाता है।

दृश्य प्रकाश की आवृत्ति कितनी है?

लगभग 4 × 10¹⁴ से 7.5 × 10¹⁴ Hz। फ्री-प्ले में दृश्य चुनकर देखो।

विद्युतचुंबकीय तरंग क्या है?

बदलता विद्युत क्षेत्र बदलता चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और बदलता चुंबकीय क्षेत्र बदलता विद्युत क्षेत्र। दोनों मिलकर विद्युतचुंबकीय तरंग के रूप में चलते हैं। यह विचार 1860 के दशक में जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने दिया; 1887 में हाइनरिख हर्ट्ज़ ने पहली बार रेडियो तरंगें बनाईं और पकड़ीं।

EM तरंगें तब बनती हैं जब आवेश त्वरित होते हैं (जैसे एंटीना में ऊपर-नीचे चलते इलेक्ट्रॉन) या परमाणु में इलेक्ट्रॉन एक ऊर्जा स्तर से दूसरे पर कूदते हैं।

सभी EM तरंगों के साझा गुण

सात प्रकार क्रम में

सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य (सबसे कम आवृत्ति, सबसे कम ऊर्जा) से सबसे छोटी तरंगदैर्ध्य (सबसे ज़्यादा आवृत्ति, सबसे ज़्यादा ऊर्जा) तक:

  1. रेडियो तरंगें: λ लगभग 1 mm से कई km तक
  2. माइक्रोवेव: लगभग 1 mm से 30 cm
  3. अवरक्त (इन्फ़्रारेड): लगभग 700 nm से 1 mm
  4. दृश्य प्रकाश: लगभग 400 nm (बैंगनी) से 700 nm (लाल)
  5. पराबैंगनी (UV): लगभग 10 nm से 400 nm
  6. एक्स-किरण: लगभग 0.01 nm से 10 nm
  7. गामा किरण: लगभग 0.01 nm से छोटी

(1 nm = 10⁻⁹ m।) समूह एक-दूसरे में घुले हैं; कोई पक्की सीमा नहीं।

हमारी आँखें सिर्फ़ दृश्य हिस्सा देखती हैं। उसमें लाल की तरंगदैर्ध्य सबसे लंबी और बैंगनी की सबसे छोटी है: लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, जामुनी, बैंगनी। कोई चीज़ लाल इसलिए दिखती है क्योंकि वह लाल प्रकाश लौटाती है और बाकी रंग सोख लेती है।

तरंग समीकरण: c = fλ

तरंग की चाल = आवृत्ति × तरंगदैर्ध्य, या c = f λ

उपसर्ग याद रखो: kHz = 10³ Hz, MHz = 10⁶ Hz, GHz = 10⁹ Hz।

EM तरंग काँच या पानी में जाए तो धीमी हो जाती है। उसकी आवृत्ति वही रहती है, इसलिए तरंगदैर्ध्य छोटी हो जाती है, और तिरछी जाए तो मुड़ती है (अपवर्तन)।

उपयोग और खतरे

आयनकारी विकिरण में परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन निकालने भर की ऊर्जा होती है। पराबैंगनी (ऊँची ऊर्जा वाला सिरा), एक्स और गामा आयनकारी हैं। खतरा प्रकार, मात्रा (dose) और कितनी देर संपर्क रहा, इस पर निर्भर है।

करके देखो

टीवी रिमोट को फ़ोन कैमरे की ओर करके बटन दबाओ: कैमरा वह अवरक्त चमक देख लेता है जो आँखें नहीं देखतीं। फिर रिमोट के आगे एक कागज़ रखो, फिर स्टील की प्लेट, और देखो कौन सिग्नल रोकता है। फिर 3D में 7 परिवारों से स्लाइडर चलाओ और देखने से पहले अनुमान लगाओ कि हर एक आयनकारी है या नहीं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक FM स्टेशन 100 MHz पर प्रसारण करता है। तरंगदैर्ध्य निकालो।

f = 100 MHz = 1 × 10⁸ Hz। λ = c ÷ f = 3 × 10⁸ ÷ 1 × 10⁸ = 3 m।

2. माइक्रोवेव ओवन λ = 0.12 m की तरंगें इस्तेमाल करता है। आवृत्ति निकालो।

f = c ÷ λ = 3 × 10⁸ ÷ 0.12 = 2.5 × 10⁹ Hz = 2.5 GHz।

3. हरे प्रकाश की λ = 500 nm है। आवृत्ति निकालो।

500 nm = 5 × 10⁻⁷ m। f = 3 × 10⁸ ÷ 5 × 10⁻⁷ = 6 × 10¹⁴ Hz।

4. एक AM रेडियो तरंग की f = 600 kHz है। λ निकालो।

f = 6 × 10⁵ Hz। λ = 3 × 10⁸ ÷ 6 × 10⁵ = 500 m।

5. सूरज से धरती तक प्रकाश को लगभग 500 s लगते हैं। दूरी का अनुमान लगाओ।

दूरी = चाल × समय = 3 × 10⁸ × 500 = 1.5 × 10¹¹ m (15 करोड़ km)।

6. निर्वात में किसी तरंग की आवृत्ति दोगुनी कर दी जाए। तरंगदैर्ध्य और चाल का क्या होगा?

चाल 3 × 10⁸ m/s ही रहेगी। c = fλ पक्का है, इसलिए λ आधी हो जाएगी।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. किसकी तरंगदैर्ध्य सबसे लंबी है?
2. निर्वात में EM तरंगों की चाल:
3. टूटी हड्डी देखने के लिए किसका उपयोग होता है?
4. EM तरंगें होती हैं:
5. कौन-सा समूह आयनकारी है?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम क्या है?

विद्युतचुंबकीय तरंगों की पूरी श्रृंखला, लंबी रेडियो तरंगों से बहुत छोटी गामा किरणों तक, सब प्रकाश की चाल से चलती हैं।

विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम का क्रम क्या है?

सबसे लंबी से सबसे छोटी तरंगदैर्ध्य: रेडियो, माइक्रोवेव, अवरक्त, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी, एक्स-किरण, गामा किरण।

कौन-सी विद्युतचुंबकीय तरंगें हानिकारक हैं?

पराबैंगनी, एक्स और गामा किरणें आयनकारी हैं और कोशिकाओं को नुकसान पहुँचा सकती हैं। ज़्यादा शक्ति पर माइक्रोवेव और अवरक्त ऊतक गरम कर या जला सकती हैं।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 116.6 Waves
इंग्लैंडYear 114.6 Waves
रूस9 классElectromagnetic field and waves
रूस9 классElectromagnetic field and waves
चीन九年级(初三)Ch.21 Electromagnetic waves
चीन高一Compulsory 3 Ch.13 Electromagnetic induction and waves (intro)

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