This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക തരംഗങ്ങള്‍
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക തരംഗങ്ങള്‍
Electromagnetic waves
ഒരു വൈദ്യുതാധാനം (electric charge) ദോലനം ചെയ്യുമ്പോഴോ ത്വരിപ്പിക്കുമ്പോഴോ ഉണ്ടാകുന്ന വിക്ഷോഭം. ഈ ആധാനമണ്ഡലത്തില്‍ നിന്ന് വിദ്യുത്‌-കാന്തിക ക്ഷേത്ര (electromagnetic fields) വ്യൂഹങ്ങള്‍ ബഹിര്‍ഗമിക്കുന്നു. സവിശേഷ ദിശാകാല സംബന്ധങ്ങളോടുകൂടിയ പ്രഗാമിതരംഗങ്ങളാണ്‌ അവ. ഈ തരംഗങ്ങള്‍ ശൂന്യാകാശത്തിലൂടെയും പദാര്‍ഥമാധ്യമങ്ങളിലൂടെയും സഞ്ചരിക്കുകയും, അങ്ങനെ ഊര്‍ജം പ്രഷണം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ആദ്യമായി ശ്രദ്ധേയമായ പഠനത്തിനു വിധേയമായ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക തരംഗങ്ങള്‍ പ്രകാശരശ്‌മികളാണ്‌. 19-ാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ അവസാനത്തോടെ പ്രകാശരശ്‌മികളുടെ ധ്രുവണതലം (plane of polarisation) എങ്ങനെ തിരിയുന്നു എന്ന ഫാരഡേയുടെ പരീക്ഷണങ്ങളാണ്‌ രശ്‌മികള്‍ ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക തരംഗങ്ങളാണെന്നതിനു സൂചന നല്‌കിയത്‌. മാക്‌സ്‌വെല്‍ ഇതു വ്യക്തമായി സ്ഥിരീകരിക്കുകയും ചെയ്‌തു. "വിസ്ഥാപനധാര' എന്ന പുതിയ സങ്കല്‌പത്തിലൂടെ വിദ്യുത്‌കാന്തിക ക്ഷേത്രവ്യൂഹങ്ങള്‍ തരംഗങ്ങളായി സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്ന സിദ്ധാന്തം അദ്ദേഹം ആവിഷ്‌കരിച്ചു. ദോലകവൈദ്യുതപരിപഥ(oscillatory electric circuit)ങ്ങളില്‍ നിന്ന് ദൈര്‍ഘ്യമേറിയ തരംഗങ്ങള്‍ ഉണ്ടാക്കുവാന്‍ ഹെര്‍ട്ട്‌സിനു സാധിച്ചപ്പോള്‍ ഈ സിദ്ധാന്തം സാര്‍വത്രികമായി അംഗീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്‌തു.
ഏതെല്ലാം ദൈര്‍ഘ്യങ്ങളിലായി വിദ്യുത്‌കാന്തിക തരംഗങ്ങള്‍ കാണപ്പെടുന്നു എന്ന്‌ ഇവിടെ കൊടുത്തിട്ടുള്ള ഇലക്‌ട്രോമാഗ്നറ്റിക സ്‌പെക്‌ട്രം പരിശോധിച്ചാല്‍ മനസ്സിലാകും. വിവിധ മണ്ഡലങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ വ്യത്യസ്‌തമായ അതിര്‍ത്തികളൊന്നും ഇല്ല. അവ അന്യോന്യം വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്നു. ഈ മണ്ഡലങ്ങളിലെല്ലാംതന്നെ തരംഗങ്ങള്‍ ഒരേ വിധത്തിലുള്ളവയാണെങ്കിലും അവയുടെ ഉത്‌പാദനവും നിദര്‍ശനവും പദാര്‍ഥങ്ങളുമായുള്ള അവയുടെ പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനവും വ്യത്യസ്‌തമാണ്‌. ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ (ഏറ്റവും കൂടിയ ആവൃത്തിയുള്ള) തരംഗദൈര്‍ഘ്യങ്ങള്‍, കോസ്‌മിക്‌ രശ്‌മികളുടെ പദാര്‍ഥങ്ങളുമായുള്ള പ്രതിപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളാലാണ്‌ ഉണ്ടാകുന്നത്‌. കോസ്‌മിക്‌ രശ്‌മികള്‍ വിദ്യുത്‌കാന്തികതരംഗങ്ങളായി കണക്കാക്കപ്പെട്ടിരുന്നു; എന്നാല്‍ അവ അതിവേഗത്തില്‍ സഞ്ചരിക്കുന്ന കണികകള്‍ മാത്രമാണെന്നു പിന്നീടു വ്യക്തമാക്കിയിട്ടുണ്ട്‌.
ഉത്‌പാദനവും പ്രത്യേകതകളും. ഒരു വൈദ്യുതാധാനം ത്വരിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോള്‍ വിദ്യുത്‌കാന്തിക വികിരണം (radiation) ഉണ്ടാകുന്നു. ഒരു ദോലക വിദ്യുദ്‌ധാര ഒരു ചാലകത്തില്‍ക്കൂടി പ്രവഹിക്കുമ്പോഴും ഇതുതന്നെ സംഭവിക്കുന്നു. വൈദ്യുതാധാനങ്ങളുടെ ത്വരണചലനമാണ്‌ വിദ്യുദ്‌ധാര. അവിടെ വിദ്യുത്‌കാന്തിക വികിരണം ഉണ്ടാവുകയും ചെയ്യുന്നു. അനുനാദ-വൈദ്യുതപരിപഥങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച്‌ ഹെര്‍ട്‌സിന്റെ തരംഗങ്ങള്‍ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നത്‌ ഇങ്ങനെയാണ്‌. പ്രരകചുരുളുകളും കണ്ടന്‍സറും ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഇത്തരം അനുനാദപരിപഥങ്ങള്‍ ഒരു മീറ്ററില്‍ കൂടുതല്‍ ദൈര്‍ഘ്യമുള്ള തരംഗങ്ങള്‍ വികിരണം ചെയ്യുന്നതിനു മതിയാകും. എന്നാല്‍ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം ഒരു മീറ്ററില്‍ കുറയുമ്പോള്‍ സംയോജക കമ്പികളുടെതന്നെ സ്വപ്രരകത്വവും കപ്പാസിറ്റന്‍സും ഗണനീയമായിത്തീരുന്നു. അതുകാരണം "മൈക്രാതരംഗങ്ങള്‍'ക്ക്‌ പ്രത്യേകതരംഗഗൈഡുകളും അനുനാദഗഹ്വരങ്ങളും (cavities) പ്രഷണരേഖകളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. തരംഗദൈര്‍ഘ്യത്തിനനുസരിച്ചുള്ള അളവുകളിലാണ്‌ ഈ ഉപകരണങ്ങള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നത്‌.
ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌ വികിരണങ്ങള്‍ സാധാരണയായി ഒരു ഖരവസ്‌തുവിലെ തന്മാത്രകളുടെ താപീയദോലകങ്ങളില്‍ നിന്നാണ്‌ ഉണ്ടാകുന്നത്‌. തന്മാത്രകളുടെ അന്യോന്യപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ കാരണം ഇവയെ ഒരു തനികൃഷ്‌ണികയായി കണക്കാക്കാം. ഈ സ്രാതസ്സുകളുടെ പരമതാപനില T ആണെങ്കില്‍ ഊര്‍ജവിസര്‍ജനം T4-ന്റെ അനുപാതത്തിലും ഊര്‍ജത്തിന്റെ വര്‍ണരാജിവിതരണം "വീനിന്റെയും പ്ലാങ്കിന്റെയും നിയമങ്ങള്‍'ക്കനുസരണവുമായിരിക്കും. അധികതമോര്‍ജം വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ആവൃത്തി താപനിലയനുസരിച്ചു വര്‍ധിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കും. സ്‌ഫുലിംഗവിസര്‍ജനങ്ങളിലെ വൈദ്യുതദോലകങ്ങളില്‍ നിന്നും "ചെരന്‍കോവ്‌ പ്രഭാവ'ത്തില്‍നിന്നും ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തില്‍ ത്വരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ വഴിയായും ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌ വികിരണങ്ങള്‍ ഉത്സര്‍ജിപ്പിക്കുവാന്‍ സാധിക്കും.
താപീയവികിരണം വിദ്യുത്‌കാന്തിക വര്‍ണരാജിയുടെ ദൃശ്യമേഖലയിലേക്കും വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്നു. താപനിലയനുസരിച്ച്‌ വികിരണത്തിന്റെ നിറവും മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കും. ഒരു തന്മാത്രയുടെ ഉത്തേജിതാവസ്ഥയില്‍ നിന്ന് ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌, ദൃശ്യ, അള്‍ട്രോവയലറ്റ്‌-തരംഗങ്ങള്‍ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടും. ആ തന്മാത്രയിലെ ഇലക്‌ട്രോണുകളുടെ ഊര്‍ജനില മാറുന്നതനുസരിച്ചാണ്‌ ഈ വികിരണങ്ങളുണ്ടാകുന്നത്‌. ഒരു നിശ്ചിത അളവില്‍, ക്വാണ്ടം ക്വാണ്ടം ആയിട്ടാണ്‌ തന്മാത്രയുടെ ഊര്‍ജനിലയില്‍ വ്യത്യാസം വരുന്നത്‌. വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന തരംഗങ്ങളും ക്വാണ്ടീകരിക്കപ്പെട്ടതായിരിക്കും. ി ആവൃത്തിയിലുള്ള തരംഗങ്ങളുടെ ഒരു ക്വാണ്ടം ഊര്‍ജം വി ആയിരിക്കും; വനെ പ്ലാങ്ക്‌ സ്ഥിരാങ്കം എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഈ ക്വാണ്ടമാണ്‌ ഒരു ഫോട്ടോണ്‍ എന്നറിയപ്പെടുന്നത്‌.
അതിവേഗമുള്ള ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ ഒരു തന്മാത്രയുമായി അന്യോന്യപ്രവര്‍ത്തനം നടത്തുമ്പോഴാണ്‌ എക്‌സ്‌-രശ്‌മികള്‍ (X-rays) ഉണ്ടാകുന്നത്‌. അയോണീകൃതപ്ലാസ്‌മയുമായി (ionized plasma) ചാര്‍ജിതകണങ്ങള്‍ കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോഴും ഈ വികിരണം ലഭിക്കുന്നുണ്ട്‌. എക്‌സ്‌തരംഗങ്ങള്‍ക്ക്‌ മിക്കപദാര്‍ഥങ്ങളിലൂടെയും കുറേദൂരം തുളച്ചുകയറുവാന്‍ സാധിക്കും. ഒരു തന്മാത്രയുടെ അളവുകള്‍ക്കു തുല്യമായ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം ഇവയ്‌ക്കുള്ളതുമൂലം ഈ തരംഗങ്ങള്‍ പദാര്‍ഥോപരിതലങ്ങളില്‍ പ്രതിഫലിതമോ, അപവര്‍ത്തിതമോ ആകുന്നില്ല. എന്നാല്‍ വിഭംഗനം ചെയ്യപ്പെടുന്നതു കാരണം ഒരു ക്രിസ്റ്റലിന്റെ ഘടന രേഖപ്പെടുത്തുവാന്‍ ഇവയ്‌ക്കു സാധിക്കും. ഈ പ്രത്യേകതതന്നെയാണ്‌ മനുഷ്യശരീരത്തിനകത്തെ ഘടനകള്‍ നിശ്ചയിക്കുന്നതിന്‌ എക്‌സ്‌രശ്‌മികള്‍ ഉപയോഗിക്കുവാന്‍ കാരണം. എക്‌സ്‌രശ്‌മികളെക്കാള്‍ തുളച്ചുകയറുന്നവയാണ്‌ ഗാമാരശ്‌മികള്‍. അണുകേന്ദ്രവിഘടന പ്രക്രിയകളില്‍ സാധാരണയായി ഈ തരംഗങ്ങള്‍ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. വിദ്യുത്‌കാന്തികവര്‍ണരാജിയുടെ ആവൃത്തിയേറിയ അഗ്രഭാഗത്തുവരുന്ന ഈ തരംഗങ്ങള്‍ ഏറ്റവും കൂടുതല്‍ ഊര്‍ജം വഹിക്കുന്നവയാണ്‌.
നിദര്‍ശനം. വിദ്യുത്‌കാന്തികതരംഗങ്ങളെ അവ പതിക്കുന്ന പദാര്‍ഥങ്ങളിലുണ്ടാക്കുന്ന താപനിലയില്‍ നിന്നു നിദര്‍ശിക്കുവാന്‍ സാധിക്കും. റേഡിയോതരംഗങ്ങള്‍ മുതല്‍ എക്‌സ്‌രശ്‌മികള്‍വരെ ഇത്‌ ഉപയോഗപ്പെടുത്താം. ഗൈഗര്‍ (Geiger) കൗണ്ടറുകള്‍, അയോണീകരണകോഷ്‌ഠം, മേഘകോഷ്‌ഠം (cloud chamber), ഫോട്ടോഗ്രാഫിക്‌ എമല്‍ഷനുകള്‍ എന്നിവയാല്‍ എക്‌സ്‌-ഗാമാരശ്‌മികളെയും ഫോട്ടോഗ്രാഫിവഴി ഗാമാരശ്‌മികള്‍ മുതല്‍ ഇന്‍ഫ്രാറെഡ്‌ രശ്‌മികള്‍വരെയുള്ള മണ്ഡലങ്ങളെയും ക്രിസ്റ്റല്‍ നിദര്‍ശകങ്ങള്‍ (detectors), വാല്‍വുകള്‍, ട്രോന്‍സിസ്റ്ററുകള്‍ എന്നിവകൊണ്ട്‌ മൈക്രാവേവ്‌ റേഡിയോ തരംഗങ്ങളെയും നിദര്‍ശിക്കാം. ഫ്‌ളൂറസന്‍സ്‌ സങ്കേതവും എക്‌സ്‌-അള്‍ട്രോവയലറ്റ്‌ മണ്ഡലങ്ങളില്‍ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നുണ്ട്‌.
തരംഗസ്വഭാവം. വിദ്യുത്‌കാന്തിക സിദ്ധാന്തം ആവിഷ്‌കരിച്ചത്‌ മാക്‌സ്‌വെല്‍ ആണ്‌. വൈദ്യുതതീവ്രത E, വൈദ്യുതവിസ്ഥാപനം D, കാന്തികതീവ്രത H, കാന്തികസംവേശനം B എന്നീ സദിശങ്ങള്‍ മാക്‌സ്‌വെല്‍ സമവാക്യങ്ങളാല്‍ ബന്ധപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു.
എന്നിവയാണ്‌ മാക്‌സ്‌വെല്‍ സമവാക്യങ്ങള്‍. J വൈദ്യുതധാരാഘനത്വവും %rho;വൈദ്യുതാധാനഘനത്വവും ആണ്‌. ഒരു സമദര്‍ശികപദാര്‍ഥത്തില്‍ D=εEയും B=µH യും ആയിരിക്കും; ε, ആ പദാര്‍ഥത്തിന്റെ വിദ്യുത്‌ശീലതയും µ കാന്തികശീലതയും ആണ്‌.
വായുവിലും ശൂന്യപ്രദേശത്തും ഈ പ്രവേഗം 3x1010 സെ.മീ./സെക്കന്‍ഡ്‌ ആകുന്നു. വിദ്യുത്‌-കാന്തികക്ഷേത്രഘടകങ്ങള്‍ തരംഗഗതിക്കു ലംബമായിരിക്കും. അതായത്‌ വിദ്യുത്‌കാന്തിക തരംഗങ്ങള്‍ അനുപ്രസ്ഥ (longitudinal) തരംഗങ്ങളാകുന്നു. ഈ ക്ഷേത്രസദിശങ്ങളുടെ ദിശ ഓരോ സമയവും മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണെങ്കില്‍ ആ തരംഗങ്ങളെ അധ്രുവിതം (non-polar) എന്നു പറയുന്നു. സമതലധ്രുവിതവും വൃത്തധ്രുവിതവും ദീര്‍ഘവൃത്തധ്രുവിതവും ആയ തരംഗങ്ങളില്‍ ഈ സദിശങ്ങള്‍ പ്രത്യേക ദിശകളില്‍ സ്ഥിരമായി നില്‌ക്കുന്നു. ഒരു മാധ്യമത്തില്‍ക്കൂടി സഞ്ചരിക്കുന്ന വിദ്യുത്‌കാന്തിക തരംഗങ്ങള്‍ മറ്റൊരു മാധ്യമവുമായി വേര്‍തിരിക്കുന്ന തലത്തില്‍ പതിക്കുമ്പോള്‍ അവ പ്രതിഫലിതമോ അപവര്‍ത്തിതമോ രണ്ടും കൂടിയോ ആയിത്തീരുന്നു. വിദ്യുത്‌കാന്തിക തരംഗങ്ങള്‍ വിഭംഗനം, വ്യതികരണം തുടങ്ങിയ പ്രതിഭാസങ്ങളും പ്രദര്‍ശിപ്പിക്കുന്നുണ്ട്‌.
(ഡോ. വി. ഉണ്ണിക്രിഷ്‌ണന്‍ നായര്‍)
