برقی مقناطیسی لہریں، برقی مقناطیسی تابکاری، برقی مقناطیسی لہروں کا پھیلاؤ

1864 میں جیمز کلرک میکسویل نے خلا میں برقی مقناطیسی لہروں کے امکان کی پیش گوئی کی۔ اس نے یہ دعویٰ بجلی اور مقناطیسیت سے متعلق اس وقت کے تمام تجرباتی ڈیٹا کے تجزیے سے اخذ کردہ نتائج کی بنیاد پر کیا۔

میکسویل نے ریاضیاتی طور پر برقی اور مقناطیسی مظاہر کو جوڑنے والے الیکٹرو ڈائنامکس کے قوانین کو یکجا کیا، اور اس طرح وہ اس نتیجے پر پہنچے کہ برقی اور مقناطیسی میدان، جو وقت کے ساتھ بدلتے رہتے ہیں، ایک دوسرے کو پیدا کرتے ہیں۔

ابتدائی طور پر، اس نے اس حقیقت پر زور دیا کہ مقناطیسی اور برقی مظاہر کے درمیان تعلق متوازی نہیں ہے اور اس نے "ایڈی الیکٹرک فیلڈ" کی اصطلاح متعارف کرائی، جو فیراڈے کے دریافت کردہ برقی مقناطیسی انڈکشن کے رجحان کی اپنی، واقعی نئی وضاحت پیش کرتے ہیں: "مقناطیسی میں ہر تبدیلی۔ فیلڈ طاقت کی بند لکیروں کے ساتھ بنور الیکٹرک فیلڈ کے آس پاس کی جگہ پر ظاہر ہوتا ہے۔

میکسویل کے مطابق، یہ مخالف بیان کہ "بدلتی ہوئی برقی میدان ارد گرد کی جگہ میں مقناطیسی میدان پیدا کرتی ہے" بھی درست ہے، لیکن یہ بیان شروع میں صرف ایک مفروضہ ہی رہا۔

میکسویل نے ریاضیاتی مساوات کا ایک ایسا نظام تحریر کیا جو مقناطیسی اور برقی میدانوں کی باہمی تبدیلیوں کے قوانین کو مسلسل بیان کرتا ہے، یہ مساواتیں بعد میں برقی حرکیات کی بنیادی مساواتیں بن گئیں اور عظیم سائنسدان کے اعزاز میں "میکس ویل کی مساوات" کہلانے لگیں۔ انہیں نیچے. تحریری مساوات پر مبنی میکسویل کے مفروضے میں کئی ایسے نتائج ہیں جو سائنس اور ٹیکنالوجی کے لیے انتہائی اہم ہیں، جو ذیل میں پیش کیے جا رہے ہیں۔

برقی مقناطیسی لہریں موجود ہیں۔

ٹرانسورس برقی مقناطیسی لہریں خلا میں موجود ہوسکتی ہیں جو وقت کے ساتھ ساتھ پھیلتی ہیں۔ برقی مقناطیسی میدان… حقیقت یہ ہے کہ لہریں قاطع ہیں اس حقیقت سے ظاہر ہوتا ہے کہ مقناطیسی انڈکشن B اور برقی میدان کی طاقت E کے ویکٹر باہمی طور پر کھڑے ہیں اور دونوں برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کی سمت میں کھڑے ہوائی جہاز میں موجود ہیں۔

برقی مقناطیسی لہریں ایک محدود رفتار سے پھیلتی ہیں۔

کسی مادہ میں برقی مقناطیسی لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار محدود ہوتی ہے اور اس کا تعین مادہ کی برقی اور مقناطیسی خصوصیات سے ہوتا ہے جس کے ذریعے لہر پھیلتی ہے۔ اس معاملے میں سائنوسائیڈل لہر λ کی لمبائی کا تعلق رفتار υ سے ہے جس کا ایک خاص تناسب λ = υ/f ہے اور فیلڈ دولن کی فریکوئنسی f پر منحصر ہے۔ ویکیوم میں برقی مقناطیسی لہر کی رفتار c بنیادی جسمانی مستقل میں سے ایک ہے - ویکیوم میں روشنی کی رفتار۔

چونکہ میکسویل نے کہا کہ برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کی رفتار محدود ہے، اس سے اس کے مفروضے اور اس وقت قبول کیے گئے طویل فاصلے پر عمل کے نظریہ کے درمیان تضاد پیدا ہوا، جس کے مطابق لہروں کے پھیلاؤ کی رفتار لامحدود ہونی چاہیے۔ اس لیے میکسویل کی تھیوری کو مختصر فاصلے کی کارروائی کا نظریہ کہا جاتا ہے۔

ایک برقی مقناطیسی لہر ایک برقی اور مقناطیسی میدان ہے جو باہمی طور پر ایک دوسرے میں تبدیل ہوتی ہے۔

برقی مقناطیسی لہر میں، برقی میدان اور مقناطیسی میدان کی ایک دوسرے میں تبدیلی بیک وقت ہوتی ہے، اس لیے مقناطیسی اور برقی توانائی کے حجم کی کثافتیں ایک دوسرے کے برابر ہوتی ہیں۔ لہٰذا، یہ درست ہے کہ برقی میدان کی طاقت کا ماڈیولی اور مقناطیسی فیلڈ انڈکشن ایک دوسرے سے متعلق ہیں مندرجہ ذیل کنکشن کے ذریعے خلا میں کسی بھی مقام پر ہیں:

برقی مقناطیسی لہریں توانائی لے جاتی ہیں۔

ایک برقی مقناطیسی لہر اپنے پھیلاؤ کے عمل میں برقی مقناطیسی توانائی کا بہاؤ پیدا کرتی ہے، اور اگر ہم طیارہ میں اس لہر کے پھیلاؤ کی سمت کے لیے کھڑے علاقے کو مدنظر رکھیں، تو برقی مقناطیسی توانائی کی ایک خاص مقدار اس میں سے گزرے گی۔ مختصر وقت. برقی مقناطیسی توانائی کے بہاؤ کی کثافت توانائی کی وہ مقدار ہے جو برقی مقناطیسی لہر کے ذریعے کسی سطح پر فی یونٹ فی یونٹ وقت کے ساتھ لی جاتی ہے۔ رفتار کی قدروں کے ساتھ ساتھ مقناطیسی اور برقی توانائی کی جگہ لے کر، E اور B کی مقدار کے لحاظ سے بہاؤ کی کثافت کے لیے اظہار حاصل کرنا ممکن ہے۔

پوئنٹنگ ویکٹر - لہر کے توانائی کے بہاؤ کا ویکٹر

چونکہ لہر کی توانائی کے پھیلاؤ کی سمت لہر کے پھیلاؤ کی رفتار کی سمت سے مطابقت رکھتی ہے، اس لیے برقی مقناطیسی لہر میں پھیلنے والے توانائی کے بہاؤ کو ایک ویکٹر کا استعمال کرتے ہوئے اسی طرح ترتیب دیا جا سکتا ہے جس طرح لہر کے پھیلاؤ کی رفتار ہے۔ اس ویکٹر کو "پوائنٹنگ ویکٹر" کہا جاتا ہے - برطانوی ماہر طبیعیات ہنری پوینٹنگ کے اعزاز میں، جس نے 1884 میں برقی مقناطیسی میدان کے توانائی کے بہاؤ کے پھیلاؤ کا نظریہ تیار کیا۔ لہر توانائی کے بہاؤ کی کثافت W/m2 میں ماپا جاتا ہے۔

برقی مقناطیسی لہریں جسموں کے خلاف دباتی ہیں جو ان کی عکاسی کرتی ہیں یا جذب کرتی ہیں۔

جب کوئی برقی میدان کسی مادے پر کام کرتا ہے، تو اس میں چھوٹے کرنٹ نمودار ہوتے ہیں، جو کہ برقی چارج شدہ ذرات کی ترتیب وار حرکت ہوتی ہیں۔ برقی مقناطیسی لہر کے مقناطیسی میدان میں یہ دھارے ایمپیئر فورس کے عمل کا نشانہ بنتے ہیں، جو مادے کی گہرائی تک جاتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، ایمپیئر کی قوت دباؤ پیدا کرتی ہے۔

یہ واقعہ بعد میں، 1900 میں، روسی ماہر طبیعیات Pyotr Nikolayevich Lebedev نے تجرباتی طور پر تحقیق اور تصدیق کی، جس کا تجرباتی کام میکسویل کے برقی مقناطیسیت کے نظریہ کی تصدیق اور مستقبل میں اس کی قبولیت اور منظوری میں بہت اہم تھا۔

حقیقت یہ ہے کہ برقی مقناطیسی لہر دباؤ ڈالتی ہے برقی مقناطیسی میدان میں ایک میکانی تسلسل کی موجودگی کا اندازہ لگانا ممکن بناتا ہے، جس کا اظہار فی یونٹ حجم برقی مقناطیسی توانائی کی حجمی کثافت اور خلا میں لہر کے پھیلاؤ کی رفتار سے کیا جا سکتا ہے:

چونکہ رفتار کا تعلق کمیت کی حرکت سے ہے، اس لیے برقی مقناطیسی ماس جیسے تصور کو متعارف کرانا ممکن ہے، اور پھر ایک اکائی کے حجم کے لیے یہ تناسب (STR کے مطابق) فطرت کے ایک عالمگیر قانون کا کردار سنبھالے گا اور درست ہوگا۔ مادے کی شکل سے قطع نظر کسی بھی مادی اداروں کے لیے۔ پھر برقی مقناطیسی میدان مادی جسم کی طرح ہے - اس میں توانائی W، ماس m، مومینٹم p، اور ٹرمینل velocity v ہے۔ یعنی برقی مقناطیسی میدان مادے کی ایک شکل ہے جو دراصل فطرت میں موجود ہے۔

میکسویل کے نظریہ کی حتمی تصدیق

پہلی بار 1888 میں، ہینرک ہرٹز نے تجرباتی طور پر میکسویل کے برقی مقناطیسی نظریہ کی تصدیق کی۔ اس نے تجرباتی طور پر برقی مقناطیسی لہروں کی حقیقت کو ثابت کیا اور ان کی خصوصیات کا مطالعہ کیا جیسے مختلف ذرائع ابلاغ میں انعکاس اور جذب کے ساتھ ساتھ دھاتی سطحوں سے لہروں کے انعکاس کا۔

ہرٹز طول موج کی پیمائش کرتا ہے۔ برقناطیسی تابکاری، اور دکھایا کہ برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کی رفتار روشنی کی رفتار کے برابر ہے۔ ہرٹز کا تجرباتی کام میکسویل کے برقی مقناطیسی نظریہ کو قبول کرنے کی طرف آخری قدم تھا۔ سات سال بعد، 1895 میں، روسی ماہر طبیعیات الیگزینڈر سٹیپانووچ پوپوف نے وائرلیس کمیونیکیشن بنانے کے لیے برقی مقناطیسی لہروں کا استعمال کیا۔

برقی مقناطیسی لہریں صرف تیز رفتار حرکت پذیر چارجز سے پرجوش ہوتی ہیں۔

ڈائریکٹ کرنٹ سرکٹس میں چارجز مستقل رفتار سے حرکت کرتے ہیں اور اس صورت میں برقی مقناطیسی لہریں خلا میں خارج نہیں ہوتیں، تابکاری کے لیے ایک اینٹینا استعمال کرنا ضروری ہے جس میں الٹرنیٹنگ کرنٹ یعنی کرنٹ جو تیزی سے اپنی سمت بدلتے ہیں، پرجوش ہو جاتے ہیں۔

اس کی آسان ترین شکل میں، چھوٹے سائز کا ایک برقی ڈوپول برقی مقناطیسی لہروں کی شعاع کرنے کے لیے موزوں ہے جہاں وقت کے ساتھ ساتھ ڈوپول لمحہ تیزی سے بدل جائے گا۔ اس طرح کے ڈوپول کو آج "ہرٹزیئن ڈوپول" کہا جاتا ہے، جس کا سائز اس سے خارج ہونے والی طول موج سے کئی گنا چھوٹا ہے۔

جب ہرٹزئین ڈوپول سے خارج ہوتا ہے تو، برقی مقناطیسی توانائی کا زیادہ سے زیادہ بہاؤ ڈوپول کے محور پر کھڑے ہوائی جہاز پر پڑتا ہے۔ ڈوپول کے محور کے ساتھ برقی مقناطیسی توانائی کی کوئی تابکاری نہیں ہے۔ ہرٹز کے سب سے اہم تجربات میں، ابتدائی ڈوپولز کو برقی مقناطیسی لہروں کے اخراج اور وصول کرنے کے لیے استعمال کیا گیا، جو برقی مقناطیسی لہروں کے وجود کو ثابت کرتے ہیں۔