परावर्तन प्रसार: Difference between revisions
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Revision as of 18:40, 4 April 2023
विसरित परावर्तन एक सतह से प्रकाश या अन्य विकिरण का परावर्तन (भौतिकी) है जैसे कि सतह पर एक किरण (प्रकाशिकी) घटना केवल एक कोण के बजाय कई कोणों पर बिखर रही है जैसा कि स्पेक्युलर परावर्तन के मामले में होता है। एक आदर्श विसरित परावर्तक सतह को लैम्बर्टियन प्रतिबिंब प्रदर्शित करने के लिए कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि अर्ध-अंतरिक्ष (ज्यामिति) में स्थित सभी दिशाओं से देखे जाने पर समान चमक होती है।
एक गैर-अवशोषित पाउडर जैसे प्लास्टर, या कागज जैसे फाइबर से, या सफेद संगमरमर जैसी polycrystalline सामग्री से निर्मित सतह, बड़ी दक्षता के साथ प्रकाश को व्यापक रूप से दर्शाती है। कई सामान्य सामग्रियां स्पेक्युलर और डिफ्यूज़ रिफ्लेक्शन का मिश्रण प्रदर्शित करती हैं।
वस्तुओं की दृश्यता, प्रकाश उत्सर्जकों को छोड़कर, मुख्य रूप से प्रकाश के विसरित परावर्तन के कारण होती है: यह विसरित रूप से बिखरा हुआ प्रकाश है जो पर्यवेक्षक की आंखों में वस्तु की छवि बनाता है।
तंत्र
ठोस पदार्थों से विसरित परावर्तन आमतौर पर सतह खुरदरापन के कारण नहीं होता है। स्पेक्युलर परावर्तन देने के लिए वास्तव में एक सपाट सतह की आवश्यकता होती है, लेकिन यह विसरित परावर्तन को नहीं रोकता है। अत्यधिक पॉलिश किए गए सफेद संगमरमर का एक टुकड़ा सफेद रहता है; कोई भी पॉलिशिंग इसे आईने में नहीं बदलेगी। पॉलिश करने से कुछ स्पेक्युलर परावर्तन उत्पन्न होते हैं, लेकिन शेष प्रकाश विरल रूप से परावर्तित होता रहता है।
सबसे सामान्य क्रियाविधि जिसके द्वारा कोई सतह विसरित परावर्तन देती है, उसमें सटीक रूप से सतह शामिल नहीं होती है: अधिकांश प्रकाश सतह के नीचे बिखरने वाले केंद्रों द्वारा योगदान दिया जाता है,[2][3] जैसा चित्र 1 में दिखाया गया है। यदि कोई यह कल्पना करता है कि आकृति बर्फ का प्रतिनिधित्व करती है, और यह कि बहुभुज इसके (पारदर्शी) बर्फ के क्रिस्टल हैं, तो एक टकराने वाली किरण पहले कण द्वारा आंशिक रूप से (कुछ प्रतिशत) परावर्तित होती है, इसमें प्रवेश करती है, फिर से इंटरफ़ेस द्वारा परिलक्षित होती है दूसरा कण, इसमें प्रवेश करता है, तीसरे पर टकराता है, और इसी तरह, यादृच्छिक दिशाओं में प्राथमिक बिखरी हुई किरणों की एक श्रृंखला उत्पन्न करता है, जो बदले में, उसी तंत्र के माध्यम से, बड़ी संख्या में द्वितीयक बिखरी किरणें उत्पन्न करता है, जो तृतीयक कणों को उत्पन्न करता है। किरणें, आदि।[4] ये सभी किरणें बर्फ के क्रिस्टलों के माध्यम से चलती हैं, जो प्रकाश को तब तक अवशोषित नहीं करती हैं, जब तक वे सतह पर नहीं पहुंचती हैं और यादृच्छिक दिशाओं में बाहर निकल जाती हैं।[5] इसका परिणाम यह होता है कि जो प्रकाश बाहर भेजा गया था वह सभी दिशाओं में लौट आता है, ताकि पारदर्शी पदार्थ (बर्फ के क्रिस्टल) से बने होने के बावजूद बर्फ सफेद हो।
सादगी के लिए, यहां परावर्तनों की बात की जाती है, लेकिन आम तौर पर छोटे कणों के बीच का अंतरफलक जो कई सामग्रियों का निर्माण करता है, प्रकाश तरंग दैर्ध्य के साथ तुलनीय पैमाने पर अनियमित होता है, इसलिए एक परावर्तित किरण के बजाय प्रत्येक अंतरफलक पर विसरित प्रकाश उत्पन्न होता है, लेकिन कहानी उसी तरह कही जा सकती है।
यह तंत्र बहुत सामान्य है, क्योंकि लगभग सभी सामान्य सामग्रियां एक साथ रखी छोटी चीजों से बनी होती हैं। खनिज सामग्री आम तौर पर पॉलीक्रिस्टलाइन होती है: कोई उन्हें छोटे, अनियमित आकार के दोषपूर्ण क्रिस्टल के 3 डी मोज़ेक से बना बता सकता है। कार्बनिक पदार्थ आमतौर पर तंतुओं या कोशिकाओं से बने होते हैं, उनकी झिल्लियों और उनकी जटिल आंतरिक संरचना के साथ। और प्रत्येक इंटरफ़ेस, असमानता या अपूर्णता उपरोक्त तंत्र को पुन: उत्पन्न करने, विचलित, प्रतिबिंबित या बिखरा सकती है।
कुछ सामग्री विसरित परावर्तन का कारण नहीं बनती हैं: इनमें धातुएँ हैं, जो प्रकाश को प्रवेश नहीं करने देती हैं; गैस, तरल पदार्थ, कांच, और पारदर्शी प्लास्टिक (जिसमें तरल जैसी अनाकार सूक्ष्म संरचना होती है); मोनोक्रिस्टल, जैसे कुछ रत्न या नमक क्रिस्टल; और कुछ बहुत ही खास सामग्री, जैसे ऊतक जो कॉर्निया और आंख के लेंस (शरीर रचना) को बनाते हैं। हालांकि, ये सामग्रियां अलग-अलग प्रतिबिंबित कर सकती हैं, हालांकि, अगर उनकी सतह सूक्ष्म रूप से खुरदरी है, जैसे कि ठंढा गिलास (चित्र 2) में, या, निश्चित रूप से, यदि उनकी सजातीय संरचना बिगड़ती है, जैसे कि आंखों के लेंस के मोतियाबिंद में।
एक सतह स्पेक्युलर और डिफ्यूज़ रिफ्लेक्शन दोनों को भी प्रदर्शित कर सकती है, जैसा कि मामला है, उदाहरण के लिए, होम पेंटिंग में उपयोग किए जाने वाले चमकदार पेंट्स, जो स्पेक्युलर रिफ्लेक्शन का एक अंश भी देते हैं, जबकि मैट (सतह) पेंट्स लगभग विशेष रूप से डिफ्यूज़ रिफ्लेक्शन देते हैं।
अधिकांश सामग्रियां कुछ स्पेक्युलर प्रतिबिंब दे सकती हैं, बशर्ते कि प्रकाश तरंग दैर्ध्य (एक माइक्रोमीटर का एक अंश) के साथ तुलनीय अनियमितताओं को खत्म करने के लिए उनकी सतह को पॉलिश किया जा सके। सामग्री और सतह के खुरदुरेपन के आधार पर, प्रतिबिंब ज्यादातर स्पेक्युलर, अधिकतर विसरित, या बीच में कहीं भी हो सकता है। कुछ सामग्री, जैसे तरल पदार्थ और ग्लास, में आंतरिक उपखंडों की कमी होती है जो ऊपर वर्णित उपसतह बिखरने वाले तंत्र का उत्पादन करते हैं, और इसलिए केवल स्पेक्युलर प्रतिबिंब देते हैं। सामान्य सामग्रियों में, केवल पॉलिश धातुएं उच्च दक्षता के साथ विशेष रूप से प्रकाश को प्रतिबिंबित कर सकती हैं, जैसा कि आमतौर पर दर्पणों में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम या चांदी में होता है। अन्य सभी सामान्य सामग्रियां, भले ही पूरी तरह से पॉलिश की गई हों, आमतौर पर कुछ प्रतिशत से अधिक स्पेक्युलर प्रतिबिंब नहीं देती हैं, विशेष मामलों को छोड़कर, जैसे कि घटना का कोण (ऑप्टिक्स)#एक झील द्वारा चराई कोण प्रतिबिंब, या एक ग्लास प्रिज्म का कुल प्रतिबिंब , या जब कुछ जटिल विन्यासों में संरचित किया जाता है जैसे कि कई मछली प्रजातियों की चांदी की त्वचा या एक ढांकता हुआ दर्पण की परावर्तक सतह। कई उपसतह प्रतिबिंबों के योग के कारण, फैलाना प्रतिबिंब अत्यधिक कुशल हो सकता है, जैसा कि सफेद सामग्री में होता है।
रंगीन वस्तुएं
इस बिंदु तक सफेद वस्तुओं की चर्चा की गई है, जो प्रकाश को अवशोषित नहीं करती हैं। लेकिन उपरोक्त योजना इस मामले में वैध बनी रहेगी कि सामग्री शोषक है। इस मामले में, विसरित किरणें सामग्री में चलने के दौरान कुछ तरंग दैर्ध्य खो देंगी, और रंगीन उभरेंगी।
प्रसार वस्तुओं के रंग को काफी हद तक प्रभावित करता है क्योंकि यह सामग्री में प्रकाश के औसत पथ को निर्धारित करता है, और इसलिए किस हद तक विभिन्न तरंग दैर्ध्य अवशोषित होते हैं।[6] लाल स्याही जब अपनी बोतल में रहती है तो काली दिखती है। इसका चमकीला रंग तभी महसूस होता है जब इसे बिखरने वाली सामग्री (जैसे कागज) पर रखा जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कागज के तंतुओं (और स्याही के माध्यम से) के माध्यम से प्रकाश का मार्ग केवल मिलीमीटर लंबा होता है। हालाँकि, बोतल से प्रकाश स्याही के कई सेंटीमीटर को पार कर गया है और इसकी लाल तरंग दैर्ध्य में भी भारी मात्रा में अवशोषित हो गया है।
और, जब एक रंगीन वस्तु में विसरित और स्पेक्युलर प्रतिबिंब दोनों होते हैं, तो आमतौर पर केवल विसरित घटक ही रंगीन होता है। एक चेरी विसरित लाल प्रकाश को परावर्तित करती है, अन्य सभी रंगों को अवशोषित करती है और एक स्पेक्युलर प्रतिबिंब होता है जो अनिवार्य रूप से सफेद होता है (यदि घटना प्रकाश सफेद प्रकाश है)। यह काफी सामान्य है, क्योंकि धातुओं को छोड़कर, अधिकांश सामग्रियों की परावर्तकता उनके अपवर्तक सूचकांक पर निर्भर करती है, जो तरंग दैर्ध्य के साथ बहुत कम भिन्न होती है (हालांकि यह भिन्नता है जो प्रिज्म (ऑप्टिक्स) में रंगीन फैलाव का कारण बनती है), ताकि सभी रंग लगभग समान तीव्रता से परावर्तित होते हैं।
दृष्टि के लिए महत्व
दृश्यमान वस्तुओं का विशाल बहुमत मुख्य रूप से उनकी सतह से विसरित परावर्तन द्वारा देखा जाता है।[7][8] अपवादों में पॉलिश की गई (विशेष रूप से परावर्तित) सतहों वाली वस्तुएँ और स्वयं प्रकाश उत्सर्जित करने वाली वस्तुएँ शामिल हैं। रेले स्कैटरिंग आकाश के नीले रंग के लिए और मि बिखर रहा है बादलों में पानी की बूंदों के सफेद रंग के लिए जिम्मेदार है।
अंतर्विरोध
डिफ्यूज़ इंटररिफ्लेक्शन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसके द्वारा किसी वस्तु से परावर्तित प्रकाश आसपास के क्षेत्र में अन्य वस्तुओं पर प्रहार करता है, उन्हें रोशन करता है। डिफ्यूज़ इंटररिफ्लेक्शन विशेष रूप से उन वस्तुओं से परावर्तित प्रकाश का वर्णन करता है जो चमकदार या स्पेक्युलर नहीं हैं। वास्तविक जीवन के संदर्भ में इसका मतलब यह है कि प्रकाश गैर-चमकदार सतहों जैसे कि जमीन, दीवारों, या कपड़े से परिलक्षित होता है, जो सीधे प्रकाश स्रोत को देखते हुए क्षेत्रों तक नहीं पहुंचता है। यदि विसरित सतह रंगीन है, तो परावर्तित प्रकाश भी रंगीन होता है, जिसके परिणामस्वरूप आसपास की वस्तुओं का रंग समान होता है।
3 डी कंप्यूटर ग्राफिक्स में, विसरित इंटररिफ्लेक्शन वैश्विक रोशनी का एक महत्वपूर्ण घटक है। किसी दृश्य को रेंडर करते समय डिफ्यूज़ इंटररिफ्लेक्शन को मॉडल करने के कई तरीके हैं। रेडियोसिटी (3डी कंप्यूटर ग्राफिक्स) और फोटॉन मैपिंग आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली दो विधियां हैं।
स्पेक्ट्रोस्कोपी
डिफ्यूज़ रिफ्लेक्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग उन मामलों में पाउडर नमूनों के अवशोषण स्पेक्ट्रा को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है जहां ट्रांसमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी संभव नहीं है। यह पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी|यूवी-विज़-एनआईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी या डिफ्यूज़ रिफ्लेक्शन इन्फ्रारेड फूरियर ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रोस्कोपी|मध्य-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी पर लागू होता है।[9][10]
यह भी देखें
- डिफ्यूज़र (ऑप्टिक्स)
- परावर्तित प्रकाश स्रोतों की सूची
- ओरेन-नायर प्रतिबिंब मॉडल
- चिंतनशीलता
- छूट (स्पेक्ट्रोस्कोपी)
संदर्भ
- ↑ Scott M. Juds (1988). Photoelectric sensors and controls: selection and application. CRC Press. p. 29. ISBN 978-0-8247-7886-6. Archived from the original on 2018-01-14.
- ↑ P.Hanrahan and W.Krueger (1993), Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering, in SIGGRAPH ’93 Proceedings, J. T. Kajiya, Ed., vol. 27, pp. 165–174 Archived 2010-07-27 at the Wayback Machine.
- ↑ H.W.Jensen et al. (2001), A practical model for subsurface light transport, in 'Proceedings of ACM SIGGRAPH 2001', pp. 511–518 Archived 2010-07-27 at the Wayback Machine
- ↑ Only primary and secondary rays are represented in the figure.
- ↑ Or, if the object is thin, it can exit from the opposite surface, giving diffuse transmitted light.
- ↑ Paul Kubelka, Franz Munk (1931), Ein Beitrag zur Optik der Farbanstriche, Zeits. f. Techn. Physik, 12, 593–601, see The Kubelka-Munk Theory of Reflectance Archived 2011-07-17 at the Wayback Machine
- ↑ Kerker, M. (1969). The Scattering of Light. New York: Academic.
- ↑ Mandelstam, L.I. (1926). "Light Scattering by Inhomogeneous Media". Zh. Russ. Fiz-Khim. Ova. 58: 381.
- ↑ Fuller, Michael P.; Griffiths, Peter R. (1978). "इन्फ्रारेड फूरियर ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा डिफ्यूज परावर्तन माप". Analytical Chemistry (in English). 50 (13): 1906–1910. doi:10.1021/ac50035a045. ISSN 0003-2700.
- ↑ Kortüm, Gustav (1969). परावर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी सिद्धांत, विधियाँ, अनुप्रयोग।. Berlin: Springer. ISBN 9783642880711. OCLC 714802320.
