રૅલે પ્રકીર્ણન (Rayleigh scattering)

January, 2004

રૅલે પ્રકીર્ણન (Rayleigh scattering) : જેમની ત્રિજ્યા, પ્રકાશની તરંગલંબાઈ સાથે સરખાવી શકાય તેવા ગોળાકાર કણો વડે પ્રકાશનું પ્રકીર્ણન.

વાયુ અને પ્રવાહીઓમાં λ તરંગલંબાઈના સૂક્ષ્મ વિસ્થાપન (shift) સાથે અસ્થિતિસ્થાપક (inelastic) પ્રકીર્ણનની બે જુદી પ્રક્રિયાઓ થાય છે. પ્રથમ દાબ-તરંગોને લીધે બ્રિલ્વાં (Brillouin) પ્રકીર્ણન, અને બીજું, અવ્યવસ્થા (entropy) અથવા તાપમાનની વધઘટમાંથી પેદા થતું પ્રકીર્ણન, રેલે પ્રકીર્ણન કહેવાય છે. ઘનપદાર્થોમાં ક્ષતિઓ અને અશુદ્ધિઓને કારણે આ પ્રક્રિયા અસ્પષ્ટ રહે છે. ઉત્તેજિત પ્રકાશની તરંગલંબાઈની તુલનાએ કણો ઘણા નાના હોય ત્યારે પ્રવાહીમાં થતા પ્રકીર્ણન માટે લૉર્ડ રૅલેએ 1871માં આ સૂત્ર તૈયાર કર્યું :

જ્યાં Iθ એ પ્રકીર્ણિત પ્રકાશની તીવ્રતા, λ એ આપાતપ્રકાશની તરંગલંબાઈ, Io એ r અંતરે પ્રકાશની તીવ્રતા છે. વળી d એ પ્રકીર્ણન કરતા કણોની સંખ્યા, v એ ખલેલ પહોંચાડતા કણનું કદ અને n એ પ્રવાહીનો વક્રીભવનાંક છે. θ એ પ્રકીર્ણન કોણ છે. cos θ અધ્રુવીભૂત પ્રકાશ માટેનું પદ છે. રૅલેના સમીકરણમાં ગુણોત્તરના માપન વડે એવોગેડ્રો આંક N અથવા પ્રવાહીનો અણુ-ભારાંક M નક્કી કરી શકાય છે. રૅલેના સમીકરણ ઉપરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે પ્રકીર્ણિત પ્રકાશની તીવ્રતા પ્રકાશની તરંગલંબાઈના ચતુર્થ ઘાતના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં અથવા પ્રકાશની આવૃત્તિના ચતુર્થ ઘાતના સમ પ્રમાણમાં વધે છે. આને કારણે દિવસે આકાશ વાદળી (ભૂરું) અને સંધ્યાટાણે લાલ દેખાય છે. સૂર્યપ્રકાશમાંથી વાદળી પ્રકાશ હવાના અણુઓ વડે વધુ પ્રકીર્ણિત થઈ જાય છે, જ્યારે લાલ ઓછો થાય છે. વધુ પડતો લાલ પ્રકાશ સીધેસીધો પ્રકીર્ણન પામ્યા સિવાય આંખમાં પ્રવેશે છે.

બીજી રીતે વાદળી પ્રકાશની તરંગલંબાઈ દૃશ્ય પ્રકાશના વિસ્તારમાં ઓછામાં ઓછી હોય છે. આથી તેનું પ્રકીર્ણન સૌથી વધારે થાય છે. એટલે આકાશ વાદળી દેખાય છે.

પદાર્થ વડે પ્રકાશ કેટલો પ્રકીર્ણન અથવા પરાવર્તન પામે છે તેના આધારે માણસ પદાર્થની અનુભૂતિ (અનુભવ) કરી શકે છે. કમ્પ્યૂટર લેખાંકન(graphics)માં વિવિધ અભિગમો હોય છે, જેમના વડે અનુભૂતિને ઉત્તેજિત કરી શકાય છે.

હરગોવિંદ બે. પટેલ