પ્રકાશનો પ્રકીર્ણન (Scatteringof Light) 20 MCQ સાથે

આ પોસ્ટ સાંભળો:

ટીપ: તમે લખાણના કોઈ પણ વાક્ય પર બે વાર (Double Click) કરીને ત્યાંથી જ સાંભળવાનું શરૂ કરી શકો છો.

પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન
SCATTERING OF LIGHT & TYNDALL EFFECT

આકૃતિ: પ્રિઝમ દ્વારા વિભાજન અને વાતાવરણમાં પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન

1. પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન એટલે શું? (Introduction)

આપણે જાણીએ છીએ કે પ્રકાશ સીધી રેખામાં ગતિ કરે છે. પરંતુ, જ્યારે પ્રકાશનું કિરણપુંજ (Beam of Light) વાતાવરણમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેના માર્ગમાં આવતા નાના કણો (જેમ કે ધૂળ, રજકણો, વાયુના અણુઓ, પાણીના ટીપાં) સાથે અથડાય છે. આ અથડામણને કારણે પ્રકાશનું કિરણ વાંકું વળે છે અથવા જુદી-જુદી દિશાઓમાં ફેલાઈ જાય છે.

વ્યાખ્યા: સૂક્ષ્મ કણો અને અણુઓ દ્વારા બધી જ દિશામાં પ્રકાશના વિખેરાઈ જવાની (ફેલાઈ જવાની) ઘટનાને 'પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન' (Scattering of Light) કહે છે.

પ્રકીર્ણનની ઘટનાને કારણે જ આપણે આપણી આસપાસની વસ્તુઓને જોઈ શકીએ છીએ, ભલે તેમના પર સીધો સૂર્યપ્રકાશ પડતો ન હોય. આકાશનો ભૂરો રંગ અને સૂર્યોદય સમયે સૂર્યનો લાલાશ પડતો રંગ આ ઘટનાને આભારી છે.

2. ટિંડલ અસર (Tyndall Effect)

પૃથ્વીનું વાતાવરણ એ વાયુઓ, પાણીના ટીપાં, ધૂળના રજકણો અને અન્ય સૂક્ષ્મ કણોનું વિષમાંગ મિશ્રણ છે. જ્યારે પ્રકાશનું કિરણપુંજ આવા કલિલ કણો (Colloidal particles) માંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તેનો માર્ગ દ્રશ્યમાન થાય છે. આ ઘટનાને ટિંડલ અસર કહે છે.

ટિંડલ અસરના વ્યવહારિક ઉદાહરણો:

• બંધ ઓરડામાં: જ્યારે કોઈ અંધારા ઓરડામાં છત પરના નાના છિદ્રમાંથી સૂર્યપ્રકાશનું કિરણ પ્રવેશે છે, ત્યારે ઓરડામાં રહેલા ધૂળના રજકણોને કારણે પ્રકાશનો માર્ગ તેજસ્વી લીસોટા જેવો દેખાય છે.
• ગાઢ જંગલમાં: સૂર્યપ્રકાશ જ્યારે ગાઢ જંગલના કેનોપી (વૃક્ષોની ઘટા) માંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ઝાકળના સૂક્ષ્મ ટીપાં વડે પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન થાય છે અને પ્રકાશનો માર્ગ જોઈ શકાય છે.
• સિનેમા હોલમાં: પ્રોજેક્ટરમાંથી નીકળતો પ્રકાશનો શેરડો ધુમાડા કે ધૂળના કણોને કારણે દ્રશ્યમાન થાય છે.

નોંધ: સાચા દ્રાવણ (True Solution) માં કણોનું કદ ખૂબ નાનું હોવાથી તેમાં ટિંડલ અસર જોવા મળતી નથી. માત્ર કલિલ દ્રાવણ (Colloidal Solution) માં જ આ અસર જોવા મળે છે.

3. પ્રકીર્ણન અને રંગનો સંબંધ (Rayleigh Scattering)

પ્રકીર્ણન પામતા પ્રકાશનો રંગ એ પ્રકીર્ણન કરતા કણોના કદ (Size) પર આધાર રાખે છે. આ સંબંધ લોર્ડ રેલે (Lord Rayleigh) નામના વૈજ્ઞાનિકે આપ્યો હતો.

કદ અને તરંગલંબાઈ વચ્ચેનો સંબંધ:

• અત્યંત સૂક્ષ્મ કણો: જો કણોનું કદ પ્રકાશની તરંગલંબાઈ (λ) કરતા ખૂબ નાનું હોય (જેમ કે હવાના અણુઓ - N₂, O₂), તો તે મુખ્યત્વે નાની તરંગલંબાઈ વાળા પ્રકાશ (વાદળી/ભૂરો) નું પ્રકીર્ણન કરે છે.
• મોટા કદના કણો: જો કણોનું કદ પ્રકાશની તરંગલંબાઈ કરતા મોટું હોય (જેમ કે ધૂળના કણો, પાણીના ટીપાં), તો તે મોટી તરંગલંબાઈ વાળા પ્રકાશ (લાલ/નારંગી) નું પણ પ્રકીર્ણન કરે છે.
• ખૂબ મોટા કણો: જો કણોનું કદ ખૂબ જ મોટું હોય (જેમ કે વરસાદના ટીપાં, વાદળ), તો તે તમામ રંગોનું સમાન રીતે પ્રકીર્ણન કરે છે, તેથી તે શ્વેત (White) દેખાય છે.

રેલેનો નિયમ: પ્રકીર્ણનની તીવ્રતા (I) એ તરંગલંબાઈ (λ) ના ચતુર્થ ઘાતના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
I ∝ 1 / λ⁴
આનો અર્થ એ કે જે રંગની તરંગલંબાઈ ઓછી (દા.ત. વાદળી), તેનું પ્રકીર્ણન સૌથી વધુ થાય અને જેની તરંગલંબાઈ વધુ (દા.ત. લાલ), તેનું પ્રકીર્ણન ઓછું થાય.

4. સ્વચ્છ આકાશનો રંગ વાદળી (ભૂરો) શા માટે હોય છે?

વાતાવરણમાં હવાના અણુઓ (નાઈટ્રોજન અને ઓક્સિજન) અને અન્ય સૂક્ષ્મ કણોનું કદ દ્રશ્ય પ્રકાશની તરંગલંબાઈ કરતા નાનું હોય છે. સૂર્યપ્રકાશ જ્યારે વાતાવરણમાં પ્રવેશે છે ત્યારે આ સૂક્ષ્મ કણો લાલ રંગ (મોટી તરંગલંબાઈ) ની સાપેક્ષે વાદળી રંગ (નાની તરંગલંબાઈ) નું પ્રકીર્ણન ખૂબ વધારે માત્રામાં કરે છે.

આ ચારે તરફ ફેલાયેલો વાદળી પ્રકાશ આપણી આંખમાં પ્રવેશે છે, તેથી આપણને આકાશ વાદળી દેખાય છે.

જાંબલી રંગ કેમ નહીં?

સૌથી ઓછી તરંગલંબાઈ જાંબલી રંગની છે, તો આકાશ જાંબલી કેમ નથી દેખાતું? તેના બે કારણો છે:

1. સૂર્યપ્રકાશના સ્પેક્ટ્રમમાં જાંબલી રંગ કરતા વાદળી રંગની તીવ્રતા વધુ હોય છે.
2. માનવ આંખ જાંબલી રંગ કરતા વાદળી રંગ માટે વધુ સંવેદનશીલ (Sensitive) હોય છે.

અવકાશયાત્રીને આકાશ કેવું દેખાય?
જો પૃથ્વીને વાતાવરણ ન હોત, તો પ્રકીર્ણન થાત નહીં અને આકાશ કાળું દેખાત. ખૂબ ઊંચાઈએ ઉડતા વિમાનના મુસાફરોને કે અવકાશયાત્રીઓને આકાશ કાળું દેખાય છે કારણ કે ત્યાં વાતાવરણ નથી અથવા ખૂબ પાતળું છે.

5. ભયદર્શક સિગ્નલ લાલ રંગના કેમ હોય છે?

ટ્રાફિક સિગ્નલ અને ભયજનક નિશાનીઓ માટે હંમેશા લાલ રંગનો ઉપયોગ થાય છે. કારણ કે:

• લાલ રંગની તરંગલંબાઈ (λ) સૌથી વધુ છે (આશરે 700 nm).
• રેલેના નિયમ મુજબ, તરંગલંબાઈ વધુ હોવાથી લાલ રંગનું ધુમ્મસ કે ધુમાડાના સૂક્ષ્મ કણો દ્વારા સૌથી ઓછું પ્રકીર્ણન થાય છે.
• તેથી, લાલ પ્રકાશ લાંબા અંતર સુધી પોતાની તીવ્રતા જાળવી રાખે છે અને દૂરથી પણ સ્પષ્ટ જોઈ શકાય છે.

6. સૂર્યોદય અને સૂર્યાસ્ત સમયે સૂર્ય રાતો (Reddish) કેમ દેખાય છે?

સૂર્યોદય અને સૂર્યાસ્ત સમયે સૂર્ય ક્ષિતિજ (Horizon) ની નજીક હોય છે. આ સમયે સૂર્યમાંથી આવતા પ્રકાશને આપણી આંખ સુધી પહોંચવા માટે વાતાવરણના ઘટ્ટ આવરણમાંથી વધારે અંતર કાપવું પડે છે.

વૈજ્ઞાનિક સમજૂતી:

લાંબા અંતરની મુસાફરી દરમિયાન, ઓછી તરંગલંબાઈ વાળા વાદળી અને જાંબલી પ્રકાશનું વાતાવરણના કણો દ્વારા માર્ગમાં જ મોટા ભાગે પ્રકીર્ણન થઈ જાય છે અને તે વિખેરાઈ જાય છે.

આમ, આપણી આંખ સુધી પહોંચતો પ્રકાશ મુખ્યત્વે મોટી તરંગલંબાઈ વાળો (લાલ, નારંગી) હોય છે. કારણ કે લાલ રંગનું પ્રકીર્ણન સૌથી ઓછું થાય છે. આથી સૂર્ય અને તેની આસપાસનું આકાશ લાલાશ પડતું દેખાય છે.

બપોરના સમયે સૂર્ય સફેદ કેમ દેખાય?
બપોરે સૂર્ય માથા પર હોય છે. ત્યારે સૂર્યપ્રકાશને વાતાવરણમાં કાપવું પડતું અંતર પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે. આથી માત્ર થોડાક જ વાદળી અને જાંબલી રંગનું પ્રકીર્ણન થાય છે. બધા રંગો લગભગ સાથે પહોંચતા હોવાથી સૂર્ય શ્વેત (White) દેખાય છે.

7. વાદળો સફેદ કેમ દેખાય છે?

વાદળો પાણીના મોટા ટીપાંઓ અને બરફના કણોના બનેલા હોય છે. આ કણોનું કદ પ્રકાશની તરંગલંબાઈ કરતા ઘણું મોટું હોય છે.

જ્યારે કણનું કદ મોટું હોય ત્યારે રેલેનું પ્રકીર્ણન લાગુ પડતું નથી (જે તરંગલંબાઈ પર આધારિત છે). તેના બદલે, આવા મોટા કણો તમામ તરંગલંબાઈ (વાદળી, લીલો, લાલ વગેરે) નું સમાન માત્રામાં પ્રકીર્ણન કરે છે.

જ્યારે બધા જ રંગો સમાન રીતે પરાવર્તિત કે પ્રકીર્ણન પામે, ત્યારે તે સંયોજાઈને શ્વેત (સફેદ) પ્રકાશ બનાવે છે. તેથી વાદળો સફેદ દેખાય છે.

ચેલેન્જ ક્વિઝ (20 પ્રશ્નો)

શું તમે "પ્રકાશના પ્રકીર્ણન" ને બરાબર સમજ્યા છો? ચાલો ચકાસીએ.

તમારો સ્કોર:

0

/ 20