විද්‍යුත් චුම්බක තරංග
විද්‍යුත් චුම්බක තරංග යනු තරංගාකාර ලක්ෂණ දක්වමින් අවකාශය හරහා ශක්තිය ගලා යන ක්‍රමයකි. විද්‍යුත් චුම්බක තරංගය විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් සහ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් එකිනෙකට ලම්බකව කම්පණය වීමෙන් ඇති වේ. විකිරණයේ ප්‍රගමන දිශාව ක්ෂේත්‍ර දෙකට ම ලම්බක වේ.
සියලූ විද්‍යුත් චුම්බක තරංග රික්තයක දී ගමන් කරන වේගය, ආලෝකයේ ප්‍රවේගයට සමාන වේ. (3.00 x108 ms-1)
තරංග ආයමය λ හා සංඛ්‍යාතය f වන විට විද්‍යුත් චුම්බක තරංගයක ප්‍රවේගය, C = fλ
විද්‍යුත් චුම්බක තරංගයක ශක්තිය E = hf (E යනු එක් ෆෝටෝනයක ශක්තියයි). මෙහි h යනු නියතයකි. එය ප්ලාන්ක් නියතය නම් වේ. (ප්ලාන්ක් නියතය 6.624 × 10-34 Js)
භෞතික විද්‍යාව
සංස්කරණය
තරංගවාදය
සංස්කරණයවිද්යුත් චුම්භක තරංග, මුල්වරට, ජේම්ස් ක්ලාක් මැක්ස්වෙල් විසින් උපග්‍රහණය කරන ලද අතර පසුව එය හෙන්රිච් හර්ට්ස් විසින් ස්ථිර කරන ලදී. මැක්ස්වෙල් විසින්, විද්‍යුත් හා චුම්බක තරංගයන්හී තරංගමය ස්වභාවය හා සමමිතිය හෙළිදරව් කරමින්, විද්‍යුත් හා චුම්භක සමීකරණයන්හි තරංග හැඩයක් ව්‍යුත්පන්න කළේය. තරංග සමීකරණයට අනුව පුරෝකථනය කරන ලද විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක වේගය ආලෝකයේ මනින ලද වේගයට සමාන වු නිසා ආලෝකය ද විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක් බව මැක්ස්වෙල් තීරණය කළේය.
මැක්ස්වෙල් සමීකරණයට අනුව කාලය සමග වෙනස්වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් විසින් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ජනනය කරන අතර, මෙය ප්‍රතිලෝම වශයෙන්ද සත්‍ය වේ. එනිසා දෝලනය වන විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් දෝලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් සාදන අතර එම දෝලනය වන චුම්භක ක්ෂේත්‍රය මගින් නැවතත් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයන් සාදයි. දෝලනය වන මෙම ක්ෂේත්‍ර දෙකම එකට එක්වු විට විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක් නිර්මාණය වේ.
විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ හා ඉලෙක්ට්‍රෝන වැනි පදාර්ථ අතර අන්තර්ක්‍රියාව පිළිබඳ ක්වොන්ටම් වාදයක් ක්වොන්ටම් විද්‍යුත් ගතික වාදයෙන් විස්තර කෙරේ.
විද්‍යුත් වුම්භක තරංග වල ගතිලක්ෂණ
සංස්කරණය
විද්‍යුත්චුම්බක විකිරණයන්හී භෞතික විද්‍යාත්මක හැසිරීම විස්තර කෙරෙනුයේ විද්‍යුත්චුම්බකත්වයෙහි උප-ක්ෂේත්‍රයක් වන විදුලිගති විද්‍යාව විසිනි. විද්‍යුත් හා චුම්බක ක්ෂේත්‍ර විසින් අධිස්ථාපනය පිළිබඳ ගති ලක්ෂණයන් පිළිපදිනු ලබන අතර, එමනිසාම කිසියම් අංශුවක් නිසා හෝ කාල-විචල්‍ය විද්‍යුත් හෝ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් නිසා හෝ ඇතිවන ක්ෂේත්‍රයක් අනෙකුත් හේතූන් නිසා එම අවකාශය තුලම පවතින ක්ෂේත්‍රයන්ගේ පැවැත්ම කෙරෙහි සම්මාද වෙයි: එසේ වන්නේ ඒවා දෛශික ක්ෂේත්‍රයන් බැවින්, දෛශික එකතු කිරීම අනුව, සියළු චුම්බක හා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයන් එකතු වන බැවිනි. නිදසුනක් ලෙස ගතහොත්, චාලක විද්‍යුත්චුම්බක තරංගයක් පරමාණුක ව්‍යුහයක් මත පතනය වූ කල්හී එම ව්‍යුහයෙහි පරමාණුවන්ගේ දෝලනය ප්‍රේරණය කරමින්, එමගින් ඒවායේ ස්වීය විද්‍යුත්චුම්බක තරංගයන් විමෝචනය හේතුයුක්ත කරන අතර, මෙම විමෝචනයන් කරන කොට ගෙන පතන තරංගය නිරෝධනයට ලක්ව වෙනසකට භාජනය වේ. මෙම ගති ලක්ෂණ වර්තනය සහ විවර්තනය ඇතුළු ප්‍රපංචයන්ට හේතු කාරක වේ.
ආලෝකය දෝලනයක් බැවින්, රික්තයක් වැනි රේඛීය මාධ්‍යයක ස්ථිතික විද්‍යුත් හෝ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයන් අතුරින් ප්‍රචාරණය වීම නිසාවෙන් කිසිදු බලපෑමකට යටත් නොවේ. කෙසේවෙතත්, සමහරක් ස්ඵටිකයන් වැනි, විරේඛීය මාධ්‍යයන්හි, ආලෝකය හා ස්ථිතික විද්‍යුත් හා චුම්බක ක්ෂේත්‍රයන් අතර - ෆැරඩේ ආචරණය හා කර්(අ) ආචරණය වැනි අන්තර්ක්‍රියා ඇතුළු - අන්තර්ක්‍රියා ඇති විය හැකිය.
වර්තනයෙහිදී, එක් මාධ්‍යයක සිට වෙනස් ඝනත්වයක් සහිත තවත් මාධ්‍යයකට සංක්‍රමණය වන්නාවූ තරංගයක් නව මාධ්‍යයට ඇතුළු වීමේදී එහි වේගය හා දිශාව වෙනසකට භාජනය කර ගනියි. මාධ්‍යයන් දෙකෙහි වර්තනාංකයන් ගේ අනුපාතය වර්තන ප්‍රමාණය තීරණය කරන අතර, ස්නෙල්ගේ නියමය විසින් මෙය සිදුවන ආකාරය පැහැදිලි කරයි. ප්‍රිස්මයක් තුලින් යැවෙන ආලෝකය, ප්‍රිස්මය සැදී ඇති ද්‍රව්‍යයෙහි, තරංග ආයාමය මත යැපෙන වර්තනාංකය හේතුවෙන්, දෘශ්‍ය වර්ණාවලියකට අපකිරණය වේ. (අපකිරණය).
විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණය පිළිබඳ වු භෞතික විද්‍යාව විද්‍යුත් චුම්භකත්වයේ අනු කොටසක් වු විද්‍යුත් ගති විද්‍යාවයි.
විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ තරංග ආකාරය ද අංශුමය ආකාරය ද එකවරම නිරූපණය කරයි. ( තරංග - අංශු ද්වෛතය) විශාල ප්‍රදේශයක් හරහා විශාල කාල පරිමාණයක් තුළ විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ මනින විට තරංග ලක්ෂණ වඩා පැහැදිලිව නිරීක්ෂණය කළ හැක. කුඩා ප්‍රදේශයක් තුළ , කුඩා කාල පරිමාණයක් නිරීක්ෂණය කරන විට අංශුමය ලක්ෂණ වඩා පැහැදිලිව නිරීක්ෂණය කළ හැක. මෙම ලක්ෂණ දෙකම බොහෝ පරීක්ෂණ මගින් සනාථ කර ඇත.
විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක , එක් ෆෝටෝනයක විවර්තනය වැනි තරංගමය හා අංශුමය ස්වභාවයන් දෙකම පෙන්වා දිය හැකි තනි පරීක්ෂණ ඇත. එක් ෆොටෝනයක් දික් සිදුරු දෙකක් හරහා යැවු කළ තරංග ආකාරයට එය විසින්ම සම නිරෝධනයට ලක්වේ. නමුත් ප්‍රකාශ ගුණකයක් හෝ එවැනි සංවේදී අනාවරකයක් මගින් එක් වරක් පමණක් අනාවරණය වන පරිදි දික් සිදුරු දෙක හරහාම ෆෝටෝනය ගමන් කරයි. මෙවැනි ස්ව - නිරෝධනයක් ඒක ෆෝටෝනයක් මයිකල්සන් නිරෝධන මානයක් හෝ වෙනත් නිරෝධන මානයකට යැවු විට නිරීක්ෂණය කරගත හැක.
තරංග ආකෘතිය
සංස්කරණයආලෝකයේ ස්වභාවික වැදගත් ලක්ෂණයක් ලෙස සංඛ්‍යාතය හැදින්විය හැක. තරංගයක සංඛ්‍යාතය යනු එහි දෝලන සීග්‍රතාවයි. මෙහි SI ඒකක හර්ට්ස් වේ. තත්පරයකට එක දෝලනයක් සිදුවේ නම් එහි සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් එකකි. සාමාන්‍යයෙන් ආලෝකය එකිනෙක වෙනස් සංඛ්‍යාත සමූහයකින් සමන්විත වේ. සම්පුර්ණ ආලෝක තරංගයක් යනු මෙම සංඛ්‍යාත සියල්ලගේම එකතුවටයි. මෙසේ සංඛ්‍යාත වෙනස් කෝණවලින් වර්තනයට භාජනය වේ.
තරංගයත් අනුයාත නිම්න හා ශීර්ෂවලින් යුක්ත වන අතර එක ළග පිහිටි නිම්න හෝ ශීර්ෂ දෙකක් අතර දුර තරංග ආගමයක් ලෙස හදුන්වයි. විද්‍යුත් චුම්භක වර්ණාවලියේ තරංගය විශාලත්වයෙන් විවිධ වේ. රේඩියෝ තරංගයක් ගොඩනැගිල්ලක් තරම් වන අතර ඉතා කුඩා ගැමා තරංගයක් පරමාණුක න්‍යෂ්ටියක් තරම් ප්‍රමාණය වේ. සංඛ්‍යාතය පහත සමීකරණයේ පරිදි තරංග ආයාමයට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වේ.
V යනු ආ‍ලෝකයේවේගයයි. (රික්තයක නම් C වන අතර වෙනත් මාධ්‍යයක දී ඊට අඩුය.) f යනු සංඛ්‍යාතය වන අතර ⋋ යනු තරංගය ආයාමයයි. තරංගයක් මාධ්‍ය දෙකක අතර සීමාව තරණය කිරීමේදී එහි වේගය වෙනස් වන නමුදු සංඛ්‍යාතයේ වෙනසක් සිදු නොවේ.
නිරෝධනය යනු තරංග දෙකක් හෝ කිහිපයක් අධිස්ථාපනය වීමෙන් ඇති වන තරංග රටාවකින් යුක්ත සම්ප්‍රයුක්ත තරංගයයි. ක්ෂේත්‍රයන්හි සංරචක එකම දිශාවට ඇත්නම් , එයින් නිර්මාණකාරී නිරෝධනයන්හිදී විරුද්ධ දිශාවට නම් විනාශකාරී නිරෝධනයක්ද ඇතිවේ.
විද්‍යුත් චුම්භක තරංගයක ශක්තිය විකිරණ ශක්තිය ලෙසද හැදින්වේ.
අංශුමය ආකෘතිය
සංස්කරණයවිද්යුත් චුම්භක ශක්තිය ක්වොන්ටිනීකරණය කර ඇත. විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණයේ අංශුමය ස්වභාවයේදී තරංගයකත් ෆෝටෝන ලෙස හදුන්වන විද්‍යුත් ශක්ති පැකට්ටු (ක්වොන්ටා) වශයෙන් පවතී. තරංගයේ සංඛ්‍යාතය අංශුවේ ශක්තියේ විශාලත්වයට අනුලෝමව සමානුපාතික වේ. තවදුරටත් ආරෝපිත අංශු ෆෝටෝන විමෝචනය හා අවශෝෂණය කරන නිසා ඒවා ශක්ති ප්‍රවාහකයකන් වශයෙන් ක්‍රියා කරයි. ෆොටෝනයකට ශක්ති ප්ලාන්ක් සමීකරණයෙන් ගණනය කළ හැක.
E යනු ශක්තියයි. h යනු ප්ලාන්ක් නියතය වන අතර f යනු සංඛ්‍යාතය වේ. මෙම ෆෝටෝන - ශක්ති ප්‍රකාශනය , විද්‍යුත් චුම්භක දෝලකයේ ශක්ති මට්ටම්වල එක් විශේෂ අවස්ථාවකි. මෙහි මධ්‍යක ශක්තිය , ප්ලාන්ක්ගේ විකිරණ නියමය ව්‍යුත්පන්නයේදී භාවිතා වන අතර අඩු උෂ්ණත්ව වලදී සම්භාජන මුලධර්මයට අනුකූල සිදුවන පුරෝකථනයට වඩා තියුණු ලෙස වෙනස් වේ. එනිසා මෙය අඩු උෂ්ණත්ව වලදී ක්වොන්ටම් ආචරණය නිසා සම්භාජනය බිද වැටී‍මක් සිදු කෙරේ.
ෆෝටෝනයක් පරමාණුවක් මගින් අවශෝෂණය කරන විට එමඟින් පරමානුවේ එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් උත්තේජනය කර වැඩි ශක්ති මට්ටමකට ඔසවා තබයි. ශක්තිය ඇති තරම් විශාල නම් ඉලෙක්ට්‍රෝනය වැඩි ශක්ති මට්ටමකට සංක්‍රමණය වීමේදී එය න්‍යෂ්ටියේ ධන ආකර්ශනයෙන් වියෝග වී පරමාණුවෙන් නිදහස් වේ. මෙම ක්‍රියාවලිය (ප්‍රභා අයනීකරණය) ෆෝටො අයනීකරණය නම් වේ. එසේම පරමාණුක අඩු ශක්ති මට්ටමකට සංක්‍රමණය වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ශක්ති අදාල වෙනසට සමාන ශක්තියෙන් එක් ආලෝක ෆොටෝනයක් ලෙස විමෝචනය කරයි. පරමාණු තුළ වු ඉලෙක්ට්‍රෝනවල සෑම ශක්ති මට්ටම් විවික්ත නිසා සෑම මූලද්‍රව්‍යයක්ම ලාක්ෂීය සංඛ්‍යාත සහිත ආලෝකය විමෝචනය හෝ අවශෝෂණය කරයි.
මෙම ආචරණ සියල්ලම එක් කර ආලෝකයේ අවශෝෂක වර්ණාවලිය විස්තර කර හැක. වර්ණාවලියේ අඳුරු කලාපය , අවශෝෂණ වර්ණාවලියට අදාල මාධ්‍යයේ ආලෝකයේ විවිධ සංඛ්‍යාත අවශෝෂණය නිසා ඇති වේ. ආලෝකය ගමන් කරන මාධ්‍යයේ සංයුතිය අනුව මෙම අවශෝෂණ වර්ණාවලියේ ස්වභාවය තීරණය වේ.උදාහරණයක් ලෙස දුරකින් වු තාරකාවක් මගින් නිකුත් කරන ආලෝකයේ අදුරු කලාප ඇති වනනේ තාරකාවේ වායුගෝලයේ පරමාණු හේතුවෙනි. මෙම කලාප පරමාණුවේ අනුමත ශක්ති මට්ටම් සදහා අනුරූපී වේ. විමෝචනයේදී ද සිදුවන්නේ මේ හා සමාන සංසිද්ධියකි.ඉලෙක්ට්‍රොනයක් වඩා පහල ශක්ති මට්ටම් වලට පැනීමේදී ඉලෙක්ට්‍රොනයේ ශක්ති මට්ටම් අතර පැනීමට අනුරූප වර්ණාවලිය/ සංඛ්‍යාතය විමෝචනය වේ.මෙය නිහාරිකාවන්හි විමෝචන වර්ණාවලීන් හි විද්‍යමාන වේ. වර්තමානයේ මෙම සංසිද්ධිය තාරකාවල සංයුතිය හඳුනාගැනීම සඳහා විද්‍යාඥයන් අතර ප්‍රචලිතය . තව දුරටත් මෙය රක්ත විස්ථාපන මුලධර්මය භාවිතයෙන් තාරකාවලට ඇති දුර මැනීමට ද භාවිතා වේ.
ප්‍රචාරණ වේගය
සංස්කරණයත්වරණය වන විද්‍යුත් ආරෝපණ හෝ වෙනස් වන චුම්භක ක්ෂේත්‍ර සියල්ලම විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ නිපදවයි. ආරෝපණයකට අනුරූප විද්‍යුත් චුම්භක තොරතුරු ආලෝකයේ වේගයෙන් ප්‍රචාරණය කරයි. එබැවින් එම තොරතුරු එකුතු කිරීමේ දී පිරියම මන්දිත කාලය යන සංකල්පය යොදා ගැනේ. මෙය විද්‍යුත්ගතික හා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයන්හි ප්‍රකාශනයන්ට අදාල වේ. මෙම වැඩිපුර පද මත විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණය සිදුවේ. ඕනෑම සන්නායක කම්බියක්ම (හෝ ස්පර්ශක වැනි අනෙකුත් සන්නායක වස්තු) ප්‍රත්‍යාවර්ථ ධාරාවක් රැගෙන යන විටදී විද්‍යුත් ධාරාවේ සංඛ්‍යාතයට සමාන සංඛ්‍යාතයකින් විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ නිපදවයි. අවස්ථානුකූලව ඒවා තරංග හෝ අංශු ආකාරයට හැසිරේ. තරංගයක් වශයෙන් එය ප්‍රවේගය (ආලෝකයේ වේගය) තරංග ආයාමය හා සංඛ්‍යාතය අනුව වර්ගීකරණය කරයි. අංශුවක් වශයෙන් ගත් කළ ඒවා ෆෝටෝන වශයෙන් හැදින්වේ. ෆෝටෝන හට ඒවායේ සංඛ්‍යාතයට අනුරූපව ශක්තීන් ඇත. මෙම ශක්කතීන් ප්ලාන්ක් සමීකරණය (E = h) මගින් ගණනය කළ හැක. E යනු ෆොටෝනයේ ශක්තිය වන අතර n = 6.626 x 10-34Js වන ප්ලාන්ක් නියතයයි. යනු තරංගයේ සංඛ්‍යාතයයි.
ඕනෑම අවස්ථාවකදී විද්‍යුත් චුම්භක විකිරණ රික්තයත් තුළින් ගමන් කිරීමේදී එහි වේගය නිරීක්ෂකයාට සාපේක්ෂව (නිරීක්ෂකයාගේ වේගයකුමක් වූවත්) ආලෝකයේ වේගයට සමවේ. (මෙය නිරීක්ෂකයාගේ වේගය මත රඳා නොපවතී.) ( මෙම නිරීක්ෂණය විශේෂ සාපේක්ෂතා වාදය ගොඩනැගීම සදහා ඇල්බර්ට් අයින්ස්ටයින් විසින් යොදා ගන්නා ලදී)
රික්තයක් හැර වෙනත් මාධ්‍යයක් තුළදී ප්‍රචාරණ ප්‍රවේගය හෝ වර්තන අංකය , එහි සංඛ්‍යාතය හා අදාල භාවිතයට අනුව සලකනු ලබයි. මෙම අගයන් යුගලම අදාල මාධ්‍ය තුල ආලෝකයේ ප්‍රවේගය රික්තය තුල ආලෝකයේ ප්‍රවේගයට දක්වන අනුපාතයන් වේ.
විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය
සංස්කරණයවිද්යුත් චුම්බක තරංග එහි සංඛ්‍යාතය අනුව වර්ගීකරණය කර ඇත. සංඛ්‍යාතය කෙමෙන් වැඩි වන ලෙසත්, තරංග ආයාමය කෙමෙන් අඩු වන ලෙසත් පිළියෙල කර ඇති විද්‍යුත්චුම්බක වර්ණාවලිය රේඩියෝ තරංග, ක්ෂුද්‍ර තරංග, අධෝරක්ත විකිරණය, දෘශ්‍ය ආලෝකය, පාරජම්බුල විකිරණය, එක්ස් කිරණ සහ ගැමා කිරණ වලින් සමන්විත වෙයි. විවිධ ජීවි විශේෂයන්ගේ ඇස, කුඩා සහ එක් එක් විශේෂයෙන් වෙනස් වන සංඛ්‍යාත කලාපයකට සංවේදී වන අතර එම සංඛ්‍යාත කලාපය දෘශ්‍ය වර්ණාවලිය ලෙස හැඳින්වේ. ෆෝටෝනය විද්‍යුත්චුම්බක විකිරණයේ මූලික අංශුවයි. විද්‍යුත්චුම්බක විකිරණය ශක්තිය මෙන් ම ගම්‍යතාව ද රැගෙන යයි.
විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලියේ විවිධ පරාසවලට අයත් කිරණවල ප්‍රයෝජන
සංස්කරණය- රේඩියෝ තරංග : රූපවාහිනී, ගුවන් විදුලි මාධ්‍ය ඔස්සේ සන්නිවේදන කටයුතු සඳහා යෙදේ.
- රේඩාර් තරංග : ගුවන් හා නාවික පද්ධතිවල භාවිත කෙරේ.
- ක්ෂුද්‍ර තරංග : ක්ෂුද්‍ර තරංග උඳුන්වල ක්‍රියාකාරීත්වය මෙ මගින් සිදු වේ. ජංගම දුරකථනවල භාවිත වේ.
- අධෝරක්ත තරංග : භෞත චිකිත්සක ප්‍රතිකාර කටයුතුවල දී යෙදේ. දුරස්ථ පාලක සංඥා නිකුත් කිරීමේ දී හා වර්ණාවලීක්ෂ ක්‍රම
මගින් කෙරෙන විශ්ලේෂණ කටයුතුවල දී භාවිත කෙරේ.
- දෘශ්‍ය තරංග : දෘෂ්ටිය, ඡායාරූප ශිල්පය මෙම පරාසයේ තරංග ඇසුරින් සිදු වේ. වර්ණමිතික විශ්ලේෂණයේ දී යෙදේ.
- පාරජම්බුල තරංග : විෂබීජ නැසීමට, මුදල් නෝට්ටු ආදියේ යොදා ඇති රහස්‍ය සංකේත කියවීමට යෙදේ. වර්ණාවලීක්ෂ විශ්ලේෂණවල දී භාවිත කෙරේ.
- X - කිරණ : X කිරණ ඡායාරූප ගැනීම හා ස්ඵටික ආදියේ ව්‍යුහ හැදෑරීමේ දී භාවිත කෙරේ.
- γ - කිරණ : පිළිකා සඳහා ප්‍රතිකාර කිරීමේ දී භාවිත කෙරේ.