प्रकाश का प्रकीर्णन

प्रकाश का प्रकीर्णन तथा टिंडल प्रभाव

वायुमंडल के छोटे कणों के साथ प्रकाश की अंतःक्रिया कई सुंदर परिघटनाएँ उत्पन्न करती है - आकाश का नीला रंग, गहरे समुद्र के जल का रंग, तथा सूर्योदय व सूर्यास्त पर सूर्य का लाल होना।

पृथ्वी का वायुमंडल छोटे कणों का मिश्रण है: धुआँ, जल की छोटी बूँदें, धूल तथा वायु के अणु। जब प्रकाश की किरण ऐसे सूक्ष्म कणों पर पड़ती है, तो किरण का मार्ग दिखाई देने लगता है क्योंकि प्रकाश भिन्न-भिन्न दिशाओं में प्रकीर्णित (विसरित परावर्तित) हो जाता है। कोलॉइडी कणों द्वारा प्रकाश के इस प्रकीर्णन को टिंडल प्रभाव कहते हैं।

आरेख के अंग्रेज़ी लेबलों के हिन्दी अर्थ:

English (in image)	हिन्दी
Sunlight	सूर्य का प्रकाश
Air molecules	वायु के अणु
Blue light scattered more	नीला प्रकाश अधिक प्रकीर्णित
Red light scattered less	लाल प्रकाश कम प्रकीर्णित
Observer	प्रेक्षक
Blue sky	नीला आकाश

टिंडल प्रभाव तब दिखता है जब सूर्य के प्रकाश की पतली किरण किसी छोटे छिद्र से धुएँ से भरे कमरे में प्रवेश करती है, या जब सूर्य का प्रकाश घने वन की छत्रछाया से गुजरता है (जहाँ कुहासे की छोटी जल बूँदें प्रकाश को प्रकीर्णित करती हैं)।

स्वच्छ आकाश नीला क्यों दिखता है

प्रकीर्णित प्रकाश का रंग प्रकीर्णक कणों के आकार पर निर्भर करता है। बहुत सूक्ष्म कण मुख्यतः नीला प्रकाश (छोटे तरंगदैर्घ्य) प्रकीर्णित करते हैं, जबकि बड़े कण अधिक तरंगदैर्घ्य का प्रकाश प्रकीर्णित करते हैं, और बहुत बड़े कण सभी रंग प्रकीर्णित कर सकते हैं जिससे प्रकाश श्वेत दिखता है।

वायु के अणु तथा वायुमंडल के अन्य सूक्ष्म कण दृश्य प्रकाश के तरंगदैर्घ्य से छोटे होते हैं। ये लंबे तरंगदैर्घ्य (लाल सिरे) की तुलना में छोटे तरंगदैर्घ्य (नीला सिरा) को अधिक प्रभावी रूप से प्रकीर्णित करते हैं। लाल प्रकाश का तरंगदैर्घ्य नीले प्रकाश से लगभग 1.8 गुना अधिक होता है।

अतः जब सूर्य का प्रकाश वायुमंडल से गुजरता है, तो सूक्ष्म कण नीले रंग को लाल की तुलना में अधिक प्रबलता से प्रकीर्णित करते हैं। यह प्रकीर्णित नीला प्रकाश सभी दिशाओं से हमारी आँखों में प्रवेश करता है, और स्वच्छ आकाश नीला दिखता है।

यदि पृथ्वी पर वायुमंडल न होता, तो कोई प्रकीर्णन न होता, और आकाश काला दिखता। इसीलिए बहुत ऊँचाई पर उड़ते यात्रियों तथा अंतरिक्ष यात्रियों को आकाश काला दिखता है, जहाँ प्रकीर्णन प्रबल नहीं होता।

लाल खतरे के संकेत तथा सूर्य का लाल होना

चूँकि लाल प्रकाश कोहरे या धुएँ से सबसे कम प्रकीर्णित होता है (इसका तरंगदैर्घ्य सबसे बड़ा है), यह सबसे दूर तक जा सकता है और दूर से स्पष्ट दिखता है। इसीलिए 'खतरे' के संकेत लाल होते हैं - लाल रंग कोहरे में भी दिखता है और लंबी दूरी तक एक ही रंग का रहता है।

सूर्योदय व सूर्यास्त पर सूर्य का लाल होना भी प्रकीर्णन के कारण है। क्षितिज के पास, सूर्य के प्रकाश को वायुमंडल की बहुत मोटी परत से होकर गुजरना पड़ता है, अतः अधिकांश छोटे (नीले) तरंगदैर्घ्य हम तक पहुँचने से पहले प्रकीर्णित हो जाते हैं। मुख्यतः लंबे (लाल) तरंगदैर्घ्य ही पहुँच पाते हैं, अतः सूर्य तथा उसके आसपास का आकाश लाल दिखता है। दोपहर में सूर्य श्वेत दिखता है क्योंकि वह सिर के ऊपर होता है और उसका प्रकाश सबसे कम वायुमंडल से गुजरता है, अतः प्रकीर्णन कम होता है।

मुख्य बिंदु: छोटे कण छोटे (नीले) तरंगदैर्घ्य को सबसे अधिक प्रकीर्णित करते हैं → नीला आकाश। लाल सबसे कम प्रकीर्णित होता है → खतरे के संकेतों में प्रयुक्त।

[परीक्षा युक्ति] वायुमंडल नहीं → प्रकीर्णन नहीं → काला आकाश (इसीलिए अंतरिक्ष व ऊँचाई पर आकाश काला दिखता है)।

हल किए गए उदाहरण

उदाहरण 1: आकाश नीला क्यों है

स्वच्छ आकाश नीला क्यों दिखता है, समझाइए।

हल: वायु के अणु दृश्य प्रकाश के तरंगदैर्घ्य से छोटे होते हैं और लंबे (लाल) तरंगदैर्घ्य की तुलना में छोटे (नीले) तरंगदैर्घ्य को अधिक प्रबलता से प्रकीर्णित करते हैं। यह प्रकीर्णित नीला प्रकाश आकाश के सभी भागों से हमारी आँखों तक पहुँचता है, अतः स्वच्छ आकाश नीला दिखता है।

उदाहरण 2: अंतरिक्ष यात्री को काला आकाश

अंतरिक्ष यात्री को आकाश नीले के बजाय काला क्यों दिखता है?

हल: अंतरिक्ष यान की ऊँचाई पर वायुमंडल लगभग नहीं होता, अतः सूर्य के प्रकाश को प्रकीर्णित करने के लिए लगभग कोई कण नहीं होते। प्रकीर्णन न होने से आकाश से कोई प्रकीर्णित प्रकाश अंतरिक्ष यात्री की आँखों तक नहीं पहुँचता, और आकाश काला दिखता है।

उदाहरण 3: लाल खतरे के संकेत

'खतरे' या 'रुको' संकेत लाल क्यों बनाए जाते हैं?

हल: लाल प्रकाश का तरंगदैर्घ्य सबसे बड़ा होता है और यह कोहरे व धुएँ से सबसे कम प्रकीर्णित होता है। अतः लाल प्रकाश बिना अधिक प्रकीर्णित हुए लंबी दूरी तय कर सकता है और कोहरे में भी स्पष्ट व एक ही रंग का दिखता है - इसीलिए यह खतरे के संकेतों के लिए आदर्श है।

उदाहरण 4: सूर्यास्त पर सूर्य लाल

सूर्योदय व सूर्यास्त पर सूर्य लाल परंतु दोपहर में श्वेत क्यों दिखता है?

हल: सूर्योदय/सूर्यास्त पर सूर्य का प्रकाश वायुमंडल की मोटी परत से गुजरता है; अधिकांश नीला (छोटे तरंगदैर्घ्य) प्रकीर्णित हो जाता है, और मुख्यतः लाल प्रकाश हम तक पहुँचता है, अतः सूर्य लाल दिखता है। दोपहर में सूर्य सिर के ऊपर होता है और उसका प्रकाश सबसे कम वायुमंडल से गुजरता है, अतः प्रकीर्णन कम होता है और सूर्य लगभग श्वेत दिखता है।