उत्तल लेंस के 2F से परे स्थित वस्तु का प्रतिबिंब

प्रकाश का अपवर्तन क्या है?

प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय तरंग है जो अपने माध्यम में परिवर्तन होने पर अपना मार्ग परिवर्तित कर लेती है। जब जब यह एक पारदर्शी माध्यम से दूसरे माध्यम में गुजरती है, तो प्रकाश के बंकन की यह परिघटना (यह ध्वनि, जल और अन्य तरंगों के साथ भी होती है) प्रकाश के अपवर्तन के रूप में जानी जाती है।

दिशा में यह परिवर्तन माध्यम के प्रकाशीय घनत्व में परिवर्तन के कारण प्रकाश की चाल में परिवर्तन के कारण होता है। उदाहरण के लिए, जब प्रकाश वायु से जल में जाता है, तो इसकी चाल धीमी हो जाती है और जब यह जल से से वायु में जाता है, तो इसकी चाल बढ़ जाती है। 

बंकन की मात्रा दो कारकों पर निर्भर करती है:

1. प्रकाश की चाल में परिवर्तन के परिमाण पर,
2. आपतन कोण अर्थात् उस कोण पर, जिस पर यह दो माध्यमों के बीच अंतरापृष्ठ से टकराता है।

आरेख – उत्तल लेंस के 2F से परे स्थित वस्तु का प्रतिबिंब

जब वस्तु को उत्तल लेंस के वक्रता केंद्र (2F) से परे रखा जाता है, तो उत्तल लेंस के माध्यम से एक वास्तविक, उल्टा और छोटा प्रतिबिंब प्राप्त होता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

प्रकाश के अपवर्तन के नियमों का वर्णन कीजिए।

अपवर्तन के दो नियम हैं:

1. परावर्तित किरण, आपतित किरण और आपतन बिंदु पर दो माध्यमों के अंतरापृष्ठ का अभिलंब सभी एक ही तल पर स्थित होते हैं।
2. अपवर्तन कोण की ज्या और आपतन कोण की ज्या का अनुपात नियत होता है।

अपवर्तन के द्वितीय नियम से, हम स्नेल के नियम को भी व्युत्पन्न कर सकते हैं, जो आपतन कोण, अपवर्तन कोण और दिए गए माध्यम के युग्म के अपवर्तनांक के बीच संबंध की कोटि देता है।

यहाँ, i आपतन कोण है, और r अपवर्तन कोण है। यह नियत मान पहले माध्यम के सापेक्ष दूसरे माध्यम का अपवर्तनांक है।

या,   ${\displaystyle \mu =\frac{n_1}{n_2}}$, ${\displaystyle n_1}$= आपतन माध्यम का अपवर्तनांक,  ${\displaystyle n_2}$= अपवर्तन माध्यम का अपवर्तनांक, ${\displaystyle {\theta }_1=i}$   और ${\displaystyle {\theta }_2=r}$

नोट: यदि i = 90 डिग्री, अर्थात, आपतित किरण अंतरापृष्ठ से लंबवत रूप से टकराती है, तब यह अपवर्तन के माध्यम में प्रवेश करने पर अपने मूल पथ से विचलित नहीं होती है।

अपवर्तनांक क्या है?

अपवर्तनांक किसी माध्यम के प्रकाशिक घनत्व की माप है। प्रकाशिक घनत्व, किसी पदार्थ में परमाणुओं की अवशोषित विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को पुनः स्थापित करने की प्रवृत्ति है। प्रकाशिक रूप से पदार्थ जितना अधिक सघन होगा, प्रकाश की चाल उतनी ही धीमी होगी या ऐसे माध्यम का अपवर्तनांक अधिक होगा।

किसी माध्यम के अपवर्तनांक की गणना निम्न संबंध का उपयोग करके की जाती है:

जहाँ,

n अपवर्तनांक है,

c निर्वात में प्रकाश का वेग ${\displaystyle (3\times {10}^8\frac{m}{s})}$ है,

माध्यम में प्रकाश का वेग v है।

निर्वात का अपवर्तनांक 1 के बराबर होता है, और अन्य माध्यमों के लिए, अपवर्तनांक का मान हमेशा 1 से अधिक होता है।

अपवर्तन के अनुप्रयोग

अपवर्तन का मुख्य अनुप्रयोग प्रकाशिकी के क्षेत्र में है। यहां अपवर्तन के कुछ अनुप्रयोग दिए गए हैं, जिनको हम अपने दैनिक जीवन में देखते हैं:

1. अपवर्तन की परिघटना का उपयोग निकट और दूर की वस्तुओं का एक स्पष्ट प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए लेंस में किया जाता है (यह लेंस के प्रकार पर निर्भर करता है, अर्थात उत्तल या अवतल)।
2. VIBGYOR अपवर्तन का एक और अनुप्रयोग है, जिसमें श्वेत प्रकाश कांच के प्रिज्म से गुजरता है और रंगों के स्पेक्ट्रम में विभाजित हो जाता है।
3. तारों का टिमटिमाना और मरीचिका वायुमंडलीय अपवर्तन का एक प्रमुख उदाहरण है।

उत्तल लेन्स के प्रयोग द्वारा प्रतिबिंब का निर्माण

प्रयोग शीर्षक –उत्तल लेन्स द्वारा 2F से परे स्थित किसी वस्तु का प्रतिबिंब

प्रयोग विवरण – जब किसी वस्तु को उत्तल लेन्स के सामने रखा जाता है, तो विभिन्न आकार और प्रकृति के प्रतिबिंब निर्मित होते हैं। यहाँ, हम उत्तल लेन्स द्वारा एक जलती हुई मोमबत्ती के प्रतिबिंब निर्माण का अध्ययन करेंगे।

प्रयोग का उद्देश्य –उत्तल लेन्स द्वारा एक प्रकाशित मोमबत्ती के प्रतिबिंब के निर्माण का अध्ययन करना- जब मोमबत्ती को लेन्स के प्रकाशिक केंद्र से फोकस दूरी (f) के दोगुने से थोड़ी अधिक दूरी पर रखा जाता है।

आवश्यक सामग्री –

1. एक प्रकाशिक बेंच
2. एक उत्तल लेन्स
3. एक लेंस धारक
4. स्टैंड पर लगा हुआ एक पर्दा
5. एक मोमबत्ती
6. एक मापक पैमाना

कार्यविधि-

1. प्रकाशिक बेंच को एक मेज या एक प्लेटफॉर्म पर रखिए।
2. उत्तल लेन्स की फोकस दूरी निर्धारित करने के लिए, लेन्स धारक में उत्तल लेन्स को लगाइए और इसे एक खुली खिड़की के पास रखिए।
3. यदि सूर्य का प्रकाश सीधे लेन्स पर गिरता है, तो परदे को लेन्स के पीछे रखिए और इसे दूर की वस्तु जैसे एक पेड़, एक इमारत, एक मीनार या सूर्य का स्पष्ट और तीक्ष्ण प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए समायोजित कीजिए।
4. एक तीक्ष्ण प्रतिबिंब प्राप्त करने के बाद, परदे के स्टैंड के केंद्र और लेंस धारक के केंद्र को चिह्नित कीजिए।
5. लेंस धारक और पर्दे के स्टैंड के केंद्र के बीच की दूरी को मापें। लेंस की फोकस दूरी इस मापी गई दूरी के बराबर है। इसे प्रेक्षण सारणी में दर्ज कीजिए। (प्रकाशिक बेंच से पर्दे को हटाएं)
6. मोमबत्ती को एक स्टैंड पर लगाइए और इसे उत्तल लेन्स से पहले रखिए। मोमबत्ती को प्रकाशित कीजिए और उत्तल लेन्स के केंद्र की ऊँचाई को लगभग मोमबत्ती की ज्वाला की ऊँचाई के बराबर समायोजित कीजिए। यहाँ हम ज्वाला को वस्तु मानते हैं।
7. मोमबत्ती की ज्वाला की ऊँचाई ‘h’ को मापिए और रिकॉर्ड कीजिए। (यह आवश्यक है कि यहाँ ज्वाला टिमटिमाए नहीं। इससे यह सुनिश्चित होगा कि पूरे प्रयोग में ज्वाला की ऊँचाई ‘h’ एकसमान है। पंखे को बंद कर दें ताकि वायु ज्वाला को बाधित न करे। एक अंधेरे स्थान पर प्रयोग कीजिए।)
8. मोमबत्ती को उत्तल लेन्स की फोकस दूरी के दोगुने से आगे रखा जाना चाहिए। मोमबत्ती की स्थिति को नोट कीजिए और रिकॉर्ड कीजिए। लेन्स के प्रकाशिक केंद्र और मोमबत्ती की ज्वाला के बीच की दूरी (मान लीजिए) x ज्ञात कीजिए। यहाँ, x> 2f
9. एक स्टैंड पर लगे पर्दे को लेन्स के दूसरी तरफ अनुमानित फोकस दूरी f से अधिक दूरी पर रखिए। (जैसा कि चित्र में दिखाया गया है)। पर्दे के निचले स्तर को इस प्रकार व्यवस्थित किया जाना चाहिए कि यह लेन्स के मुख्य अक्ष के ठीक ऊपर रहे।
10. मोमबत्ती की ज्वाला का एक तीक्ष्ण प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए, पर्दे की स्थिति को समायोजित कीजिए। प्रेक्षण सारणी में पर्दे की स्थिति को नोट कीजिए और रिकॉर्ड कीजिए।
11. लेन्स के प्रकाशिक केंद्र और पर्दे के बीच की दूरी को मापिए और रिकॉर्ड कीजिए।
12. पर्दे पर प्राप्त मोमबत्ती की ज्वाला प्रतिबिंब की ऊंचाई h′ को मापिए और रिकॉर्ड कीजिए।
13. जलती हुई मोमबत्ती की स्थिति को थोड़ा परिवर्तित करके अलग-अलग ‘x’ के लिए प्रयोग को दो बार और दोहराइए। ज्वाला के तीक्ष्ण प्रतिबिंब का पता लगाइए और प्रत्येक स्थिति में प्रतिबिंब की स्थिति और ऊंचाई को रिकॉर्ड कीजिए।

सावधानियां –

1. मोमबत्ती की ज्वाला के स्पष्ट और तीक्ष्ण प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए, इस प्रयोग को एक अंधेरे कमरे में (या एक छाया में जहां कोई प्रत्यक्ष प्रकाश कार्य मेज तक नहीं पहुँचता है) करने की सलाह दी जाती है।
2. मोमबत्ती की ज्वाला के टिमटिमाने से बचने के लिए, इस प्रयोग को शांत वायु में कीजिए। इस प्रयोग को करते समय पंखे को बंद कर दें। 
3. सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हुए उत्तल लेन्स की फोकस दूरी f का सन्निकट मान ज्ञात करते समय, प्रतिबिंब को सीधे नग्न आंखों से न देखें, अन्यथा यह आपकी आँखों को नुकसान पहुँचा सकता है।
4. उत्तल लेन्स पतला और अच्छी गुणवत्ता वाला पारदर्शी कांच का होना चाहिए और एक स्पष्ट प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए बिना किसी खरोंच के होना चाहिए।
5. एक तीक्ष्ण प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए पतले उत्तल लेन्स का द्वारक छोटा होना चाहिए।
6. नेत्र को पर्दे पर उत्तल लेन्स द्वारा निर्मित प्रतिबिंब से कम से कम 25 सेमी की दूरी पर रखा जाना चाहिए।

उत्तल लेन्स द्वारा 2F से परे वस्तु के प्रतिबिंब पर प्रायः पूछे जाने वाले प्रश्न