Electromagnetic Spectrum Questions in Hindi

(A) आवृत्ति के बढ़ते क्रम में विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम इस प्रकार है: रेडियो तरंगें < माइक्रोवेव < इन्फ्रारेड < दृश्य प्रकाश < पराबैंगनी < $X-$किरणें < $\gamma-$किरणें।
दी गई आवृत्तियाँ हैं:
$p$ ($X-$किरणों की आवृत्ति)
$q$ ($\gamma-$किरणों की आवृत्ति)
$r$ (पराबैंगनी किरणों की आवृत्ति)
स्पेक्ट्रम में उनके स्थान की तुलना करने पर:
$1$. $\gamma-$किरणों की आवृत्ति सबसे अधिक होती है,इसलिए $q > p$।
$2$. $X-$किरणों की आवृत्ति पराबैंगनी किरणों से अधिक होती है,इसलिए $p > r$।
इन दोनों को मिलाने पर,हमें $q > p > r$ प्राप्त होता है।
दिए गए विकल्पों को देखने पर:
$p < q$ और $q > r$ का संबंध $q > p$ और $q > r$ के साथ संगत है।
अतः,सही संबंध $p < q$ और $q > r$ है।

(A) आवृत्ति के बढ़ते क्रम (या तरंगदैर्ध्य के घटते क्रम) में विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम इस प्रकार है: रेडियो तरंगें > माइक्रोवेव > इन्फ्रारेड > दृश्य प्रकाश > पराबैंगनी > एक्स-रे > गामा किरणें।
दिया गया है:
$\lambda_{1}$ = लघु रेडियो तरंगें
$\lambda_{2}$ = एक्स-रे
$\lambda_{3}$ = पराबैंगनी तरंगें
स्पेक्ट्रम में उनके स्थानों की तुलना करने पर,तरंगदैर्ध्य का क्रम: $\lambda_{1} > \lambda_{3} > \lambda_{2}$ प्राप्त होता है।
अतः,सही घटता क्रम $\lambda_{1}, \lambda_{3}, \lambda_{2}$ है।

(D) माइक्रोवेव ओवन भोजन में पानी के अणुओं को उत्तेजित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करके काम करते हैं। घरेलू माइक्रोवेव ओवन के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली मानक आवृत्ति $2.45 \text{ GHz}$ है। हालाँकि,दिए गए विकल्पों में से,$0.915 \text{ GHz}$ भी एक ऐसी आवृत्ति है जिसे औद्योगिक,वैज्ञानिक और चिकित्सा $(ISM)$ अनुप्रयोगों के लिए आवंटित किया गया है,जिसमें माइक्रोवेव हीटिंग के विशिष्ट प्रकार शामिल हैं। दिए गए विकल्पों को देखते हुए,$0.915 \text{ GHz}$ सही उत्तर है।

(B) $LASIK$ (लेजर-असिस्टेड इन सीटू केराटोमिलेसिस) नेत्र सर्जरी में,कॉर्निया को नया आकार देने के लिए एक एक्साइमर लेजर का उपयोग किया जाता है। यह लेजर $193 \ nm$ की तरंग दैर्ध्य पर $Ultraviolet$ (अल्ट्रावायलेट) विकिरण उत्सर्जित करता है। यह उच्च-ऊर्जा विकिरण कॉर्नियल ऊतकों में आणविक बंधनों को तोड़ने में सक्षम है,जिससे आसपास के क्षेत्रों को थर्मल क्षति पहुँचाए बिना ऊतकों को सटीक रूप से हटाया जा सकता है।

(C) क्रिकेट मैच में उपयोग की जाने वाली स्पीड गन डॉपलर प्रभाव के सिद्धांत पर काम करती है। यह गतिशील गेंद की ओर विद्युत चुम्बकीय तरंगें,विशेष रूप से माइक्रोवेव उत्सर्जित करती है। जब ये तरंगें गेंद से टकराकर परावर्तित होती हैं,तो गेंद की गति के कारण उनकी आवृत्ति बदल जाती है। इस आवृत्ति परिवर्तन को मापकर,स्पीड गन गेंद के वेग की गणना करती है। इसलिए,इस उद्देश्य के लिए माइक्रोवेव का उपयोग किया जाता है।

(C) $TV$ तरंगें,जो टेलीविजन प्रसारण के लिए उपयोग किए जाने वाले रेडियो तरंग स्पेक्ट्रम का एक हिस्सा हैं,आमतौर पर $54 MHz$ से $890 MHz$ की आवृत्ति रेंज में कार्य करती हैं। यह रेंज टेलीविजन संकेतों के लिए उपयोग किए जाने वाले वेरी हाई फ्रीक्वेंसी $(VHF)$ और अल्ट्रा हाई फ्रीक्वेंसी $(UHF)$ दोनों बैंड को कवर करती है। इसलिए,सही विकल्प $C$ है।

(A) विद्युत चुम्बकीय तरंगों को उनकी संबंधित तरंगदैर्ध्य श्रेणियों के साथ सुमेलित करने के लिए,हम मानक विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम का संदर्भ लेते हैं:
$1$. माइक्रोवेव: तरंगदैर्ध्य सीमा लगभग $0.1 \ m$ से $1 \ mm$ है (जो $(c)$ के अनुरूप है)।
$2$. दृश्य प्रकाश: तरंगदैर्ध्य सीमा लगभग $700 \ nm$ से $400 \ nm$ है (जो $(a)$ के अनुरूप है)।
$3$. पराबैंगनी: तरंगदैर्ध्य सीमा लगभग $400 \ nm$ से $1 \ nm$ है (जो $(d)$ के अनुरूप है)।
$4$. एक्स-रे: तरंगदैर्ध्य सीमा लगभग $1 \ nm$ से $10^{-3} \ nm$ है (जो $(b)$ के अनुरूप है)।
अतः,सही मिलान $i-c, ii-a, iii-d, iv-b$ है।

(C) विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम को तरंगदैर्ध्य के अनुसार व्यवस्थित किया जाता है। दिए गए विकिरणों के लिए तरंगदैर्ध्य का बढ़ता क्रम इस प्रकार है:
$\lambda_{\text{X-rays}} < \lambda_{\text{UV-rays}} < \lambda_{\text{IR-rays}} < \lambda_{\text{microwaves}}$
दिए गए विकल्पों की तुलना करने पर,सूक्ष्म तरंगों (Microwaves) की तरंगदैर्ध्य सबसे अधिक है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(C) पराबैंगनी $(UV)$ किरणें वे विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं जिनकी तरंगदैर्ध्य दृश्य प्रकाश से कम लेकिन $X$-किरणों से अधिक होती है। अपनी उच्च ऊर्जा और सूक्ष्मजीवों के $DNA$ को नुकसान पहुँचाने की क्षमता के कारण, इनका उपयोग खाद्य उद्योग में बैक्टीरिया और रोगजनकों को मारकर दूध और अन्य तरल पदार्थों को स्टरलाइज करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।

(D) माइक्रोवेव की तरंग दैर्ध्य कम होती है और वे सीधी रेखा में यात्रा करती हैं। वे अपने पथ में आने वाली बाधाओं के कोनों के चारों ओर मुड़ती नहीं हैं। इस गुण के कारण,वे पता लगाने और ट्रैकिंग के लिए अत्यधिक प्रभावी हैं,यही कारण है कि इनका उपयोग रिमोट सेंसिंग और नेविगेशन के लिए रडार प्रणालियों में व्यापक रूप से किया जाता है।

(B) विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम को बढ़ती आवृत्ति और घटती तरंगदैर्ध्य के क्रम में व्यवस्थित किया जाता है।
सबसे लंबी तरंगदैर्ध्य से सबसे छोटी तरंगदैर्ध्य तक का क्रम इस प्रकार है:
$1$. रेडियो तरंगें
$2$. सूक्ष्म तरंगें (Microwaves)
$3$. अवरक्त किरणें (Infrared rays)
$4$. दृश्य प्रकाश
$5$. पराबैंगनी किरणें (Ultraviolet rays)
$6$. $X$-किरणें
$7$. गामा किरणें
चूंकि रेडियो तरंगें इस अनुक्रम की शुरुआत में आती हैं,इसलिए दिए गए विकल्पों में इनकी तरंगदैर्ध्य सबसे अधिक होती है।

(B) बोलोमीटर एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग तापमान पर निर्भर विद्युत प्रतिरोध वाली सामग्री को गर्म करके आपतित विद्युत चुम्बकीय विकिरण की शक्ति को मापने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग विशेष रूप से इन्फ्रारेड विकिरणों का पता लगाने के लिए किया जाता है।

(A) आवृत्ति के बढ़ते क्रम में विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम इस प्रकार है: रेडियो तरंगें < माइक्रोवेव < इन्फ्रारेड < दृश्य प्रकाश < पराबैंगनी < $x$-किरणें < गामा किरणें।
दिए गए विकल्पों की तुलना करने पर:
विकल्प $A$: इन्फ्रारेड < $x$-किरणें < गामा किरणें। यह आवृत्ति के बढ़ते क्रम का पालन करता है।
विकल्प $B$: गामा किरणें < दृश्य प्रकाश < $x$-किरणें। यह गलत है क्योंकि गामा किरणों की आवृत्ति सबसे अधिक होती है।
विकल्प $C$: दृश्य प्रकाश < इन्फ्रारेड < पराबैंगनी। यह गलत है क्योंकि इन्फ्रारेड की आवृत्ति दृश्य प्रकाश से कम होती है।
विकल्प $D$: दृश्य प्रकाश < पराबैंगनी < इन्फ्रारेड। यह गलत है क्योंकि इन्फ्रारेड की आवृत्ति पराबैंगनी से कम होती है।
अतः,सही क्रम इन्फ्रारेड < $x$-किरणें < गामा किरणें है।

(C) विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम तरंगों को उनकी तरंगदैर्ध्य या आवृत्ति के आधार पर वर्गीकृत करता है।
$X$-रे की तरंगदैर्ध्य सीमा आमतौर पर लगभग $0.01 \,nm$ से $10 \,nm$ तक होती है।
चूंकि $1 \,nm$ इस सीमा के भीतर आता है, इसलिए $1 \,nm$ तरंगदैर्ध्य वाला प्रकाश $X$-रे वर्ग के अंतर्गत आता है।

(B) विद्युतचुंबकीय $(EM)$ स्पेक्ट्रम आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य के अनुसार व्यवस्थित होता है। स्पेक्ट्रम में दिखाए अनुसार,आवृत्ति बाएं से दाएं बढ़ती है,जबकि तरंगदैर्ध्य दाएं से बाएं बढ़ती है।
तरंगदैर्ध्य का बढ़ता हुआ (आरोही) क्रम इस प्रकार है:
गामा किरणें < $X$-रे < पराबैंगनी < दृश्य प्रकाश < अवरक्त।
अतः,सही क्रम है: गामा किरण,$X$-रे,पराबैंगनी,दृश्य प्रकाश,अवरक्त।

(D) एक फोटॉन की ऊर्जा $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$ द्वारा दी जाती है।
दिया गया है $E = 14.4 \text{ keV} = 14.4 \times 10^3 \times 1.6 \times 10^{-19} \text{ J} = 2.304 \times 10^{-15} \text{ J}$।
संबंध $\lambda = \frac{hc}{E}$ का उपयोग करते हुए,जहाँ $hc \approx 1240 \text{ eV} \cdot \text{nm} = 1.24 \times 10^{-6} \text{ eV} \cdot \text{m}$।
$\lambda = \frac{1240 \text{ eV} \cdot \text{nm}}{14.4 \times 10^3 \text{ eV}} \approx 0.086 \text{ nm} = 0.86 \times 10^{-10} \text{ m}$।
चूंकि $X$-किरणों के लिए तरंगदैर्ध्य सीमा लगभग $10^{-8} \text{ m}$ से $10^{-13} \text{ m}$ होती है,इसलिए यह विकिरण $X$-किरण क्षेत्र में आता है।

(C) माइक्रोवेव की तरंगदैर्ध्य छोटी होती है,जो उन्हें न्यूनतम विवर्तन के साथ सीधी रेखाओं में प्रसारित होने की अनुमति देती है। इस गुण के कारण,वे वस्तुओं का पता लगाने और उनकी दूरी,गति और दिशा निर्धारित करने के लिए अत्यधिक प्रभावी हैं। इसलिए,माइक्रोवेव का उपयोग $Radar$ (रेडियो डिटेक्शन एंड रेंजिंग) सिस्टम में व्यापक रूप से किया जाता है।

(A) पृथ्वी के वायुमंडल में ओजोन परत सूर्य से आने वाले हानिकारक पराबैंगनी $(UV)$ विकिरणों को अवशोषित करके जीवन की रक्षा करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।
$UV$ विकिरण की तरंगदैर्ध्य दृश्य प्रकाश की तुलना में कम होती है।
विशेष रूप से,ओजोन परत $3 \times 10^{-7} \ m$ (या $300 \ nm$) से कम तरंगदैर्ध्य वाले $UV$ विकिरण को प्रभावी ढंग से अवशोषित करती है।

(D) विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम को तरंगदैर्ध्य के आधार पर व्यवस्थित किया जाता है। दिए गए विकल्पों में $X$-किरणों की तरंगदैर्ध्य सबसे कम होती है,उसके बाद पराबैंगनी प्रकाश,फिर दृश्य नीला प्रकाश और अंत में दृश्य लाल प्रकाश आता है।
तरंगदैर्ध्य की तुलना करने पर: $\lambda_{\text{red}} > \lambda_{\text{blue}} > \lambda_{\text{UV}} > \lambda_{\text{X-ray}}$.
अतः,दृश्य लाल प्रकाश की तरंगदैर्ध्य सबसे लंबी है।

(B) तरंगदैर्ध्य के बढ़ते क्रम में विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम इस प्रकार है: गामा किरणें < एक्स-रे < पराबैंगनी < दृश्य प्रकाश < अवरक्त < सूक्ष्म तरंगें < रेडियो तरंगें।
$1$. रेडियोधर्मी स्रोत गामा किरणें उत्पन्न करता है $(\lambda \approx 10^{-12} \text{ m})$।
$2$. एक्स-रे ट्यूब एक्स-रे उत्पन्न करती है $(\lambda \approx 10^{-10} \text{ m})$।
$3$. सोडियम लैंप दृश्य प्रकाश उत्पन्न करता है $(\lambda \approx 10^{-7} \text{ m})$।
$4$. मैग्नेट्रॉन वाल्व सूक्ष्म तरंगें (माइक्रोवेव) उत्पन्न करता है $(\lambda \approx 10^{-3} \text{ m})$।
अतः,तरंगदैर्ध्य के बढ़ते क्रम में सही अनुक्रम है: रेडियोधर्मी स्रोत $\rightarrow$ एक्स-रे ट्यूब $\rightarrow$ सोडियम लैंप $\rightarrow$ मैग्नेट्रॉन वाल्व।

(C) $6 GHz$ आवृत्ति वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगें माइक्रोवेव की श्रेणी में आती हैं ($1 GHz$ से $300 GHz$ तक)।
अपनी उच्च आवृत्ति और आयनमंडल को भेदने की क्षमता के कारण,इन तरंगों का उपयोग मुख्य रूप से लंबी दूरी और लाइन-ऑफ-साइट संचार के लिए किया जाता है।
विशेष रूप से,$6 GHz$ उपग्रह संचार प्रणालियों में ट्रांसपोंडर संचालन के लिए उपयोग की जाने वाली एक मानक आवृत्ति बैंड है।

(B) सही मिलान इस प्रकार है:
$A$) $X$-rays का उपयोग क्रिस्टल संरचना के अध्ययन के लिए किया जाता है क्योंकि उनकी तरंगदैर्ध्य क्रिस्टल में अंतर-परमाणु दूरी के तुलनीय होती है। अतः,$A \rightarrow R$.
$B$) $UV$-rays का उपयोग फॉरेंसिक प्रयोगशालाओं में फिंगर प्रिंट्स का पता लगाने और दस्तावेजों का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। अतः,$B \rightarrow Q$.
$C$) Radio waves का उपयोग $TV$ और रेडियो संचार प्रणाली में व्यापक रूप से किया जाता है। अतः,$C \rightarrow S$.
$D$) $IR$-rays (इन्फ्रारेड किरणें) का उपयोग $TV$ रिमोट जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए रिमोट स्विच में किया जाता है। अतः,$D \rightarrow P$.
अतः,सही क्रम $A \rightarrow R, B \rightarrow Q, C \rightarrow S, D \rightarrow P$ है।

(C) सही मिलान इस प्रकार हैं:
$A$. $400 \ nm$ से $1 \ nm$ की तरंग दैर्ध्य सीमा एक्स-रे ($X$-rays) के अनुरूप है,जो तब उत्पन्न होती है जब परमाणुओं में आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉन एक ऊर्जा स्तर से निचले स्तर पर जाते हैं। अतः,$A \rightarrow 4$.
$B$. $> 0.1 \ nm$ की तरंग दैर्ध्य सीमा (रेडियो तरंगें और माइक्रोवेव) एरियल में इलेक्ट्रॉनों के तीव्र त्वरण और मंदन द्वारा उत्पन्न होती है। अतः,$B \rightarrow 3$.
$C$. $1 \ mm$ से $700 \ nm$ की तरंग दैर्ध्य सीमा (अवरक्त विकिरण) पदार्थ में परमाणुओं और अणुओं के कंपन द्वारा उत्पन्न होती है। अतः,$C \rightarrow 2$.
$D$. $< 10^{-3} \ nm$ की तरंग दैर्ध्य सीमा गामा किरणों के अनुरूप है,जो नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय द्वारा उत्पन्न होती हैं। अतः,$D \rightarrow 1$.
अतः,सही मिलान $A \rightarrow 4, B \rightarrow 3, C \rightarrow 2, D \rightarrow 1$ है,जो विकल्प $C$ के अनुरूप है।

(C) फोटॉन की ऊर्जा $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$ द्वारा दी जाती है। चूंकि विद्युत चुम्बकीय तरंगों की आवृत्ति $\nu$ का क्रम: दृश्य प्रकाश < एक्स-रे < गामा किरणें है,इसलिए फोटॉन की ऊर्जा भी इसी क्रम में होती है।
$1$. दृश्य प्रकाश के लिए,ऊर्जा सीमा लगभग $1.6 \ eV$ से $3.2 \ eV$ $(E_{v} \approx 2.48 \ eV)$ है।
$2$. एक्स-रे के लिए,ऊर्जा सीमा लगभग $100 \ eV$ से $100 \ keV$ है।
$3$. गामा किरणों के लिए,ऊर्जा आमतौर पर $100 \ keV$ से अधिक होती है।
इन श्रेणियों की तुलना करने पर,हम कह सकते हैं कि $E_{\gamma} > E_{X} > E_{v}$।

(C) रेडियो तरंगें एरियल में इलेक्ट्रॉनों के त्वरित त्वरण और मंदन द्वारा उत्पन्न होती हैं।
माइक्रोवेव विशेष वैक्यूम ट्यूब जैसे क्लाइस्ट्रॉन, मैग्नेट्रॉन और गन डायोड द्वारा उत्पन्न होते हैं।
इन्फ्रारेड तरंगें गर्म पिंडों और अणुओं में उनके कंपन और घूर्णन मोड में परिवर्तन के कारण उत्पन्न होती हैं।
$X$-रे तब उत्पन्न होती हैं जब उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन अचानक रुक जाते हैं या जब आंतरिक कोश के इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण करते हैं।
अतः, सही मिलान है: $A - IV, B - I, C - II, D - III$.

(B) गामा किरणों में उच्च ऊर्जा और उच्च भेदन क्षमता होती है। इनका उपयोग चिकित्सा उपचारों जैसे रेडियोथेरेपी में कैंसर कोशिकाओं के $DNA$ को नुकसान पहुँचाकर उनके विकास को रोकने या उन्हें नष्ट करने के लिए किया जाता है।

(A) विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम को आवृत्ति के बढ़ते क्रम या तरंगदैर्ध्य के घटते क्रम में व्यवस्थित किया जाता है।
इन विकिरणों के लिए तरंगदैर्ध्य का सामान्य क्रम इस प्रकार है: $\lambda_{\text{microwave}} > \lambda_{\text{visible}} > \lambda_{\text{X-rays}}$.
यहाँ दिया गया है कि $\lambda_m$ सूक्ष्म तरंगों की तरंगदैर्ध्य है,$\lambda_v$ दृश्य किरणों की तरंगदैर्ध्य है और $\lambda_x$ $X$-किरणों की तरंगदैर्ध्य है।
अतः,सही संबंध $\lambda_m > \lambda_v > \lambda_x$ है।
इस प्रकार,सही विकल्प $A$ है।

(D) शक्ति $P$ का सूत्र $P = n E_{photon} = n \frac{hc}{\lambda}$ है,जहाँ $n$ प्रति सेकंड उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या है।
तरंगदैर्ध्य $\lambda$ के लिए सूत्र को व्यवस्थित करने पर,$\lambda = \frac{nhc}{P}$ प्राप्त होता है।
दी गई मानों को रखने पर: $n = 2.5 \times 10^{22} \text{ s}^{-1}$,$h = 6.6 \times 10^{-34} \text{ J}\cdot\text{s}$,$c = 3 \times 10^8 \text{ m/s}$,और $P = 15 \text{ kW} = 15 \times 10^3 \text{ W}$.
$\lambda = \frac{(2.5 \times 10^{22}) \times (6.6 \times 10^{-34}) \times (3 \times 10^8)}{15 \times 10^3} = \frac{49.5 \times 10^{-4}}{15 \times 10^3} = 3.3 \times 10^{-7} \text{ m}$.
नैनोमीटर में बदलने पर: $3.3 \times 10^{-7} \text{ m} = 330 \text{ nm}$.
अल्ट्रावायलेट क्षेत्र के लिए तरंगदैर्ध्य की सीमा लगभग $10 \text{ nm}$ से $400 \text{ nm}$ होती है।
अतः,$330 \text{ nm}$ अल्ट्रावायलेट क्षेत्र में आता है।

(D) विद्युतचुंबकीय तरंगों के उत्पादन तंत्र इस प्रकार हैं:
$1$. माइक्रोवेव क्लाइस्ट्रॉन वाल्व या मैग्नेट्रॉन वाल्व जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पन्न होते हैं $(A-IV)$.
$2$. दृश्य प्रकाश परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण द्वारा उत्पन्न होता है $(B-I)$.
$3$. गामा किरणें परमाणु नाभिक के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्पन्न होने वाली उच्च ऊर्जा वाली विद्युतचुंबकीय विकिरण हैं $(C-II)$.
$4$. इन्फ्रारेड किरणें परमाणुओं और अणुओं के कंपन द्वारा उत्पन्न होती हैं $(D-III)$.
अतः,सही मिलान $A-IV, B-I, C-II, D-III$ है।