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प्रकाशिक यंत्र: सूक्ष्मदर्शी और दूरदर्शक

कोई चीज़ कितनी बड़ी दिखती है, यह आँख पर बने कोण पर निर्भर है। सरल सूक्ष्मदर्शी (एक उत्तल लेंस) m = 1 + D/f (प्रतिबिंब D पर) या D/f (अनंत पर) देता है। संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में छोटी फोकस दूरी का अभिदृश्यक और नेत्रिका: m = mₒ × mₑ ≈ (L/fₒ)(D/fₑ)। खगोलीय दूरदर्शक में लंबी फोकस दूरी का अभिदृश्यक और छोटी की नेत्रिका: सामान्य समायोजन में m = fₒ/fₑ, नली की लंबाई fₒ + fₑ। परावर्ती दूरदर्शक में अभिदृश्यक अवतल दर्पण होता है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. एक ही वस्तु दूर और पास रखी है। आँख के पास वह बड़ा कोण बनाती है, इसलिए बड़ी दिखती है। पर 25 सेमी से पास आँख फोकस नहीं कर पाती। यही 25 सेमी D है।
  2. सरल सूक्ष्मदर्शी एक उत्तल लेंस है। वस्तु को F के ठीक अंदर रखें। आँख को बड़ा, सीधा, आभासी प्रतिबिंब दिखता है।
  3. संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में दो लेंस हैं। अभिदृश्यक (छोटी f) बड़ा, उल्टा वास्तविक प्रतिबिंब बनाता है। फिर नेत्रिका उसी प्रतिबिंब को और बड़ा करती है।
  4. दोनों आवर्धन गुणा होते हैं। हम नेत्रिका की f छोटी करते हैं… कुल आवर्धन बढ़ता देखें।
  5. दूरदर्शक दूर की चीज़ें देखता है। तारे की समांतर किरणें बड़े अभिदृश्यक (लंबी f) में आती हैं। प्रतिबिंब उसके फोकस पर बनता है। नेत्रिका कोण बढ़ाती है। m = fₒ / fₑ।
  6. अब आप खेलें। यंत्र चुनें और fₒ, fₑ बदलें। कौन-सा बदलाव अधिक आवर्धन देता है?

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

पास की चीज़ें बड़ी क्यों दिखती हैं?

पास की चीज़ आँख पर बड़ा कोण बनाती है, इसलिए रेटिना पर बड़ा प्रतिबिंब बनता है। रेटिना पर आकार को ही हम 'बड़ा' देखते हैं।

आवर्धक लेंस में वस्तु F के अंदर क्यों?

तभी लेंस आभासी, सीधा, बड़ा प्रतिबिंब बनाता है जिसे आँख आराम से देख सके।

संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में दो लेंस क्यों?

एक बहुत तेज़ लेंस बहुत धुंधला करता है। दो लेंस काम बाँटते हैं: अभिदृश्यक पहले बड़ा करता है, नेत्रिका उसे फिर बड़ा करती है।

आवर्धन गुणा क्यों होते हैं, जुड़ते क्यों नहीं?

नेत्रिका पहले से बड़े प्रतिबिंब को बड़ा करती है। पहला 20× और दूसरा उसका 5× करे, तो कुल 20 × 5 = 100×।

दूरदर्शक के अभिदृश्यक की फोकस दूरी लंबी क्यों?

m = fₒ/fₑ। fₒ जितनी लंबी, दूर की वस्तु का पहला प्रतिबिंब उतना बड़ा, और अंतिम कोण उतना बड़ा।

क्या दूरदर्शक का प्रतिबिंब उल्टा होता है?

हाँ, खगोलीय दूरदर्शक उल्टा प्रतिबिंब देता है। तारों के लिए इससे फ़र्क नहीं पड़ता। पृथ्वी की चीज़ें देखने वाले दूरदर्शक और बाइनोकुलर एक अतिरिक्त लेंस या प्रिज़्म से उसे सीधा करते हैं।

आँख पर कोण और निकट बिंदु

रेटिना पर प्रतिबिंब का आकार दर्शन कोण पर निर्भर है — वस्तु आँख पर जो कोण बनाती है। सिक्का पास लाएँ तो कोण बढ़ता है, वह बड़ा दिखता है। पर सामान्य आँख निकट बिंदु D = 25 सेमी से पास फोकस नहीं कर सकती। इसलिए बिना सहायता, सबसे बड़ा साफ़ कोण वस्तु के 25 सेमी पर होने पर बनता है।

प्रकाशिक यंत्र यह कोण बढ़ाता है। इसकी आवर्धन क्षमता:

m = (यंत्र के साथ कोण) ÷ (यंत्र के बिना कोण, वस्तु D पर या बहुत दूर)

सरल सूक्ष्मदर्शी

सरल सूक्ष्मदर्शी (आवर्धक लेंस) छोटी फोकस दूरी f वाला एक उत्तल लेंस है। वस्तु F के अंदर, लेंस के पास रखी जाती है, और आँख दूसरी ओर लेंस के पास।

प्रतिबिंब निकट बिंदु (D) पर

v = −D। लेंस सूत्र से m = v/u = 1 − v/f = 1 + D/f। इससे सबसे अधिक आवर्धन मिलता है, पर आँख पर थोड़ा ज़ोर पड़ता है।

प्रतिबिंब अनंत पर (आराम से देखती आँख)

वस्तु F पर है। लेंस के साथ कोण h/f; बिना लेंस (D पर) h/D। इसलिए m = D/f।

f = 5 सेमी वाला लेंस m = 6 (D पर) या 5 (∞ पर) देता है। बहुत छोटी f वाले लेंस धुंधला करते हैं, इसलिए एक लेंस से लगभग 10× से अधिक नहीं मिलता।

संयुक्त सूक्ष्मदर्शी

संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में एक नली में दो उत्तल लेंस होते हैं:

आवर्धन क्षमता

m = mₒ × mₑ। अभिदृश्यक का आवर्धन mₒ = vₒ/uₒ ≈ L/fₒ, जहाँ L नली की लंबाई है (अभिदृश्यक के दूसरे फोकस और नेत्रिका के पहले फोकस के बीच की दूरी)। अंतिम प्रतिबिंब अनंत पर हो तो mₑ = D/fₑ। अतः

m ≈ (L/fₒ) × (D/fₑ) (प्रतिबिंब अनंत पर)

अंतिम प्रतिबिंब D पर हो तो mₑ = 1 + D/fₑ। अंतिम प्रतिबिंब वस्तु की तुलना में उल्टा होता है। अधिक आवर्धन के लिए fₒ और fₑ दोनों छोटी हों; fₒ < fₑ।

खगोलीय (अपवर्ती) दूरदर्शक

दूरदर्शक चाँद जैसी दूर की वस्तुओं के लिए कोण बढ़ाता है। अभिदृश्यक की फोकस दूरी fₒ बड़ी और द्वारक बड़ा (अधिक प्रकाश इकट्ठा करने के लिए) होता है। नेत्रिका की फोकस दूरी fₑ छोटी होती है।

दूर की वस्तु से समांतर किरणें α कोण बनाती हैं। अभिदृश्यक अपने फोकस पर वास्तविक, उल्टा प्रतिबिंब बनाता है। सामान्य समायोजन में यही प्रतिबिंब नेत्रिका के फोकस पर भी है, इसलिए अंतिम किरणें बड़े कोण β पर समांतर निकलती हैं, और अंतिम प्रतिबिंब अनंत पर होता है।

m = β/α = fₒ/fₑ, नली की लंबाई L = fₒ + fₑ।

अंतिम प्रतिबिंब D पर हो तो: m = (fₒ/fₑ)(1 + fₑ/D)। बड़ा द्वारक चमकीला प्रतिबिंब और बारीक विवरण (अच्छी विभेदन क्षमता) भी देता है।

परावर्ती दूरदर्शक

बहुत बड़े लेंस भारी होते हैं, अपने ही भार से झुकते हैं और रंग अलग करते हैं (वर्ण विपथन)। इसलिए बड़े दूरदर्शकों में अभिदृश्यक अवतल दर्पण होता है। कैसेग्रेन डिज़ाइन में बड़ा अवतल प्राथमिक दर्पण प्रकाश को छोटे उत्तल द्वितीयक दर्पण पर भेजता है, जो उसे प्राथमिक दर्पण के छेद से नेत्रिका तक लौटाता है।

लाभ: वर्ण विपथन नहीं, परवलयिक दर्पण गोलीय विपथन हटाता है, और दर्पण को पीछे से सहारा दिया जा सकता है, इसलिए बहुत बड़ा बन सकता है। आवर्धन क्षमता फिर भी fₒ/fₑ है, जहाँ fₒ = दर्पण का R/2।

करके देखें: दो लेंसों से दूरदर्शक

एक कमज़ोर उत्तल लेंस (जैसे +2 D पढ़ने के चश्मे का लेंस, f = 50 सेमी) और एक तेज़ आवर्धक (f = 5 सेमी) लें। कमज़ोर लेंस दूर की इमारत की ओर रखें और उसके पीछे तेज़ लेंस से देखें। दोनों को आगे-पीछे करें जब तक दृश्य साफ़ न हो: दूरी लगभग fₒ + fₑ = 55 सेमी होगी, और इमारत लगभग 10 गुना बड़ी और उल्टी दिखेगी। इसे कभी सूरज की ओर न करें। 3D में जाँचें कि अधिक आवर्धन के लिए कौन-सी फोकस दूरी बदलनी चाहिए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. आवर्धक लेंस की f = 5 सेमी है। प्रतिबिंब निकट बिंदु पर और अनंत पर हो तो आवर्धन क्षमता बताएँ।

चरण 1: D पर m = 1 + 25/5 = 6। चरण 2: ∞ पर m = 25/5 = 5।

2. सरल सूक्ष्मदर्शी D = 25 सेमी पर प्रतिबिंब के साथ m = 11 देता है। फोकस दूरी बताएँ।

चरण 1: 1 + 25/f = 11। चरण 2: 25/f = 10। चरण 3: f = 2.5 सेमी।

3. संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में fₒ = 1 सेमी, fₑ = 5 सेमी, नली की लंबाई 20 सेमी है। अंतिम प्रतिबिंब अनंत पर हो तो m बताएँ।

चरण 1: mₒ ≈ 20/1 = 20। चरण 2: mₑ = 25/5 = 5। चरण 3: m = 100।

4. संयुक्त सूक्ष्मदर्शी में वस्तु fₒ = 1.25 सेमी वाले अभिदृश्यक से 1.5 सेमी दूर है। fₑ = 5 सेमी, अंतिम प्रतिबिंब 25 सेमी पर। कुल आवर्धन बताएँ।

चरण 1: 1/vₒ = 1/1.25 − 1/1.5 = 0.133, vₒ = 7.5 सेमी। चरण 2: mₒ = 7.5/−1.5 = −5। चरण 3: mₑ = 1 + 25/5 = 6। चरण 4: m = −30 (परिमाण 30, उल्टा)।

5. दूरदर्शक के अभिदृश्यक की f = 100 सेमी और नेत्रिका की 5 सेमी है। सामान्य समायोजन में आवर्धन और नली की लंबाई बताएँ।

चरण 1: m = 100/5 = 20। चरण 2: L = 105 सेमी।

6. वही दूरदर्शक (fₒ = 100, fₑ = 5 सेमी) अंतिम प्रतिबिंब 25 सेमी पर बनाता है। आवर्धन क्षमता बताएँ।

चरण 1: m = (fₒ/fₑ)(1 + fₑ/D)। चरण 2: = 20 × 1.2। चरण 3: m = 24।

7. fₒ = 15 मी और fₑ = 1 सेमी वाला दूरदर्शक चाँद (व्यास 3.48 × 10⁶ मी, दूरी 3.8 × 10⁸ मी) देखता है। अभिदृश्यक द्वारा बने प्रतिबिंब का व्यास बताएँ।

चरण 1: α = 3.48 × 10⁶ / 3.8 × 10⁸ ≈ 9.16 × 10⁻³ रेडियन। चरण 2: प्रतिबिंब = α × fₒ = 9.16 × 10⁻³ × 15। चरण 3: ≈ 0.137 मी = 13.7 सेमी। आवर्धन 15/0.01 = 1500।

8. आपके पास 100 सेमी, 4 सेमी और 1 सेमी फोकस दूरी के लेंस हैं। दूरदर्शक और सूक्ष्मदर्शी के लिए कौन-से दो चुनेंगे?

चरण 1: दूरदर्शक: लंबा fₒ, छोटा fₑ → 100 सेमी अभिदृश्यक, 1 सेमी नेत्रिका, m = 100। चरण 2: सूक्ष्मदर्शी: दोनों छोटे, fₒ सबसे छोटा → 1 सेमी अभिदृश्यक, 4 सेमी नेत्रिका।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. सामान्य समायोजन में खगोलीय दूरदर्शक की आवर्धन क्षमता:
2. संयुक्त सूक्ष्मदर्शी का अभिदृश्यक:
3. सामान्य आँख के लिए स्पष्ट दृष्टि की न्यूनतम दूरी:
4. f = 5 सेमी वाला सरल सूक्ष्मदर्शी (प्रतिबिंब D पर) आवर्धन देता है:
5. बड़े आधुनिक दूरदर्शक अवतल दर्पण क्यों लेते हैं?

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

संयुक्त सूक्ष्मदर्शी की आवर्धन क्षमता क्या है?

अंतिम प्रतिबिंब अनंत पर हो तो m = mₒ × mₑ ≈ (L/fₒ)(D/fₑ), और 25 सेमी पर हो तो (L/fₒ)(1 + D/fₑ)।

खगोलीय दूरदर्शक की आवर्धन क्षमता क्या है?

सामान्य समायोजन में m = fₒ/fₑ, नली की लंबाई fₒ + fₑ। अंतिम प्रतिबिंब D पर हो तो m = (fₒ/fₑ)(1 + fₑ/D)।

सूक्ष्मदर्शी और दूरदर्शक में क्या अंतर है?

सूक्ष्मदर्शी पास की बहुत छोटी चीज़ें देखता है और उसका अभिदृश्यक छोटी फोकस दूरी का है। दूरदर्शक दूर की चीज़ें देखता है और उसका अभिदृश्यक लंबी फोकस दूरी और बड़े द्वारक का है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

सीबीएसई (भारत)कक्षा 12प्रकाशिकी
इंग्लैंडYear 133.9 Astrophysics
दक्षिण कोरिया고등학교 2학년Light and communication
चीन八年级(初二)Ch.5 Lenses

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