10.4-Dispersion of White Light by a Glass Prism

10.4-Dispersion of White Light by a Glass Prism Important Formulae

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Dispersion of white light is a fascinating optical phenomenon that occurs when light is refracted through a prism. A prism is typically made of glass and has a specific geometric shape, usually a triangular cross-section, which plays a crucial role in separating light into its constituent colors.

Understanding White Light

White light, such as sunlight, is composed of a mixture of different colors, each with a unique wavelength. These colors include:

  • Red
  • Orange
  • Yellow
  • Green
  • Blue
  • Indigo
  • Violet

Together, these colors form the spectrum of light, often remembered by the acronym "VIBGYOR."

Mechanism of Dispersion

The process of dispersion occurs when white light enters a prism. The mechanism can be understood through the following steps:

  • Entry of Light: When white light strikes the surface of the prism, it enters a denser medium (glass) from a less dense medium (air). This change in density causes the light to refract, or bend, towards the normal line.
  • Separation of Colors: Different colors of light refract at different angles due to their varying wavelengths. Shorter wavelengths (e.g., blue and violet) are refracted more than longer wavelengths (e.g., red). This leads to the separation of colors.
  • Exiting the Prism: As the refracted light exits the prism back into the air, it bends away from the normal. The angles of refraction for each color cause them to spread out further, forming a spectrum.
Observation of the Spectrum

The spectrum created by the dispersion of light can be observed as follows:

  • Positioning the Prism: To observe the spectrum, place the prism in the path of a beam of white light, such as sunlight or light from a projector.
  • Formation of Spectrum: A colorful band of light, displaying the colors of the rainbow, will emerge on the opposite side of the prism. The order of colors from top to bottom is: violet, indigo, blue, green, yellow, orange, and red.
Angle of Deviation

The angle of deviation (D) is an important concept in understanding dispersion. It is defined as the angle between the incident ray and the emergent ray. The angle of deviation varies with the wavelength of light:

  • For Violet Light: It experiences the greatest angle of deviation.
  • For Red Light: It experiences the least angle of deviation.

This variation in deviation is what causes the colors to spread out and form a distinct spectrum.

Applications of Dispersion

The phenomenon of dispersion has several important applications:

  • Optical Instruments: Dispersion is utilized in devices like spectrometers, which analyze the spectral composition of light.
  • Understanding Light Sources: Analyzing the spectrum of light emitted by stars or other celestial bodies helps astronomers understand their composition and properties.
  • Creating Spectacles: Prisms can correct vision and enhance clarity for individuals with specific eye conditions.
Natural Occurrences of Dispersion

Dispersion is not limited to artificial setups; it also occurs naturally. One of the most common natural occurrences is the formation of rainbows:

  • Rainbows: When sunlight passes through raindrops in the atmosphere, the light is refracted and dispersed, creating a circular arc of colors.

This natural phenomenon exemplifies the principles of dispersion and the beauty of light interacting with different mediums.

10.4-White Light का काँच प्रिज्म द्वारा प्रसार (Dispersion of White Light by a Glass Prism)

प्रिज्म द्वारा सफेद प्रकाश का प्रसार एक महत्वपूर्ण परिघटना है, जो हमें रंगों का अनुभव कराती है। जब सफेद प्रकाश को काँच के प्रिज्म से गुजारते हैं, तो वह विभिन्न रंगों में विभाजित हो जाता है। यह प्रक्रिया "प्रसार" (dispersion) कहलाती है।

प्रिज्म के माध्यम से सफेद प्रकाश का प्रसार प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य (wavelengths) के कारण होता है। जब सफेद प्रकाश प्रिज्म के एक किनारे से प्रवेश करता है, तो यह विभिन्न रंगों में बंट जाता है क्योंकि प्रत्येक रंग का प्रकाश काँच में विभिन्न ढंग से मोड़ता है।

प्रसार की प्रक्रिया

जब सफेद प्रकाश प्रिज्म के माध्यम से गुजरता है, तो वह विभिन्न रंगों में बंट जाता है। यह रंग हैं: लाल (Red), नारंगी (Orange), पीला (Yellow), हरा (Green), नीला (Blue), इंडिगो (Indigo), और बैंगनी (Violet)। यह सभी रंग मिलकर सफेद प्रकाश का निर्माण करते हैं।

प्रिज्म के अंदर प्रकाश की गति विभिन्न तरंग दैर्ध्य (wavelength) पर भिन्न होती है। छोटे तरंग दैर्ध्य वाले रंग (जैसे बैंगनी और नीला) अधिक मोड़ते हैं, जबकि बड़े तरंग दैर्ध्य वाले रंग (जैसे लाल और नारंगी) कम मोड़ते हैं। इस प्रकार, प्रिज्म के बाहर निकलते समय, इन रंगों का क्रम इस प्रकार होता है: लाल, नारंगी, पीला, हरा, नीला, इंडिगो, बैंगनी। इस क्रम को "वायोरेज" (VIBGYOR) के नाम से जाना जाता है।

वायोरेज रंगों की संरचना

वायोरेज (VIBGYOR) का अर्थ है:

  • V - बैंगनी (Violet)
  • I - इंडिगो (Indigo)
  • B - नीला (Blue)
  • G - हरा (Green)
  • Y - पीला (Yellow)
  • O - नारंगी (Orange)
  • R - लाल (Red)

जब प्रिज्म के माध्यम से सफेद प्रकाश गुजरता है, तो प्रत्येक रंग का अपना एक विशिष्ट कोण होता है, जिस पर वह मोड़ता है। इस मोड़ को "प्रकाश का विचलन कोण" (angle of deviation) कहा जाता है।

प्रकाश का विचलन कोण (Angle of Deviation)

प्रिज्म में सफेद प्रकाश का विचलन \( \delta \) प्रकाश के रंगों के अनुसार भिन्न होता है। यह विचलन कोण इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

विचलन कोण: $ \delta = i + r - A $,

जहाँ:

  • $ i $ = प्रिज्म के द्वारा प्रवेश करने वाला कोण
  • $ r $ = प्रिज्म के माध्यम से प्रकाश का अपवर्तन कोण
  • $ A $ = प्रिज्म का कोण

प्रिज्म के माध्यम से विभिन्न रंगों के लिए विचलन कोण अलग-अलग होते हैं। यह रंगों के विभिन्न अपवर्तनांक (refractive index) पर निर्भर करता है।

प्रसार का विज्ञान

प्रिज्म में प्रकाश के प्रसार के दौरान, प्रकाश की गति और अपवर्तनांक के कारण रंगों का विभाजन होता है। चूँकि काँच का अपवर्तनांक विभिन्न रंगों के लिए अलग होता है, इसलिए प्रत्येक रंग का विचलन अलग-अलग होता है। छोटे तरंग दैर्ध्य वाले रंग (जैसे बैंगनी और नीला) काँच में अधिक मोड़ते हैं, जबकि बड़े तरंग दैर्ध्य वाले रंग (जैसे लाल) कम मोड़ते हैं। यह भिन्न विचलन के कारण रंगों का अलग-अलग क्रम उत्पन्न होता है।

इस प्रकार, काँच के प्रिज्म के माध्यम से सफेद प्रकाश का प्रसार रंगों की विविधता का कारण बनता है, जिसे हम इंद्रधनुष (Rainbow) के रूप में देख सकते हैं।