Electromagnetic Wavesवैद्युतचुंबकीय तरंगेंElectromagnetic Waves

• EM wave: oscillating electric and magnetic fields, perpendicular to each other and to the direction of propagation, that travel together through space.
• Source: an accelerated (oscillating) charge. A charge oscillating at frequency ν produces EM waves of the same frequency. A charge moving with constant velocity does not radiate.
• Transverse waves: E ⟂ B ⟂ direction of travel; the wave travels along E × B. E and B are in phase.
• No medium is needed; they travel in vacuum with speed c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3 × 10⁸ m/s. In a medium v = 1/√(με), less than c.
• Ratio of amplitudes: E₀/B₀ = c.
• They carry energy and momentum, so they exert pressure (radiation pressure) on a surface.
• They are not deflected by electric or magnetic fields (they carry no charge).
• Wave along x with E along y and B along z: Ey = E₀ sin(kx − ωt), Bz = B₀ sin(kx − ωt), with k = 2π/λ, ω = 2πν, ω/k = c.
• Difference from sound: EM waves are transverse, need no medium and travel at 3 × 10⁸ m/s in vacuum; sound in air is longitudinal, needs a medium and travels at about 340 m/s.

• वैद्युतचुंबकीय तरंग: दोलनशील वैद्युत और चुंबकीय क्षेत्र, जो एक-दूसरे के और संचरण दिशा के लंबवत होते हैं और साथ-साथ आकाश में चलते हैं।
• स्रोत: त्वरित (दोलनशील) आवेश। आवृत्ति ν से दोलन करता आवेश उसी आवृत्ति की वैद्युतचुंबकीय तरंगें उत्पन्न करता है। एकसमान वेग से चलता आवेश विकिरण नहीं करता।
• अनुप्रस्थ तरंगें: E ⟂ B ⟂ संचरण दिशा; तरंग E × B की दिशा में चलती है। E और B एक ही कला में होते हैं।
• माध्यम की आवश्यकता नहीं; निर्वात में चाल c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3 × 10⁸ m/s। माध्यम में v = 1/√(με), जो c से कम है।
• आयामों का अनुपात: E₀/B₀ = c।
• ये ऊर्जा और संवेग ले जाती हैं, इसलिए किसी पृष्ठ पर दाब (विकिरण दाब) डालती हैं।
• ये वैद्युत या चुंबकीय क्षेत्र से विक्षेपित नहीं होतीं (इन पर आवेश नहीं होता)।
• x दिशा में तरंग, E, y के अनुदिश और B, z के अनुदिश: Ey = E₀ sin(kx − ωt), Bz = B₀ sin(kx − ωt), जहाँ k = 2π/λ, ω = 2πν, ω/k = c।
• ध्वनि से अंतर: वैद्युतचुंबकीय तरंगें अनुप्रस्थ हैं, माध्यम नहीं चाहिए, निर्वात में 3 × 10⁸ m/s; वायु में ध्वनि अनुदैर्ध्य है, माध्यम चाहिए, लगभग 340 m/s।

• EM wave: oscillate karte electric aur magnetic fields, jo ek doosre ke aur chalne ki disha ke perpendicular hote hain aur saath saath space mein chalte hain.
• Source: accelerated (oscillating) charge. Frequency ν se oscillate karta charge usi frequency ki EM waves banata hai. Constant velocity se chalta charge radiate nahi karta.
• Transverse waves: E ⟂ B ⟂ chalne ki disha; wave E × B ki disha mein chalti hai. E aur B same phase mein hote hain.
• Medium ki zaroorat nahi; vacuum mein speed c = 1/√(μ₀ε₀) ≈ 3 × 10⁸ m/s. Medium mein v = 1/√(με), jo c se kam hai.
• Amplitudes ka ratio: E₀/B₀ = c.
• Yeh energy aur momentum le jaati hain, isliye surface par pressure (radiation pressure) daalti hain.
• Yeh electric ya magnetic field se deflect nahi hoti (inpar charge nahi hota).
• x disha mein wave, E y ke along aur B z ke along: Ey = E₀ sin(kx − ωt), Bz = B₀ sin(kx − ωt), jahan k = 2π/λ, ω = 2πν, ω/k = c.
• Sound se antar: EM waves transverse hain, medium nahi chahiye, vacuum mein 3 × 10⁸ m/s; hawa mein sound longitudinal hai, medium chahiye, lagbhag 340 m/s.

💡 Unit of 1/√(μ₀ε₀) is m/s (it is the speed of light): a repeated 1-mark question.1/√(μ₀ε₀) का मात्रक m/s है (यह प्रकाश की चाल है): बार-बार आने वाला 1 अंक का प्रश्न।1/√(μ₀ε₀) ka unit m/s hai (yeh light ki speed hai): baar baar aane wala 1 mark ka sawaal.

• Order of increasing frequency (decreasing wavelength): radio waves → microwaves → infrared → visible light → ultraviolet → X-rays → gamma rays.
• Memory line: 'Raja Mohan In Vilayat Uske X-Girlfriend' (R, M, I, V, U, X, G).
• Approximate wavelengths: radio > 0.1 m; microwaves 0.1 m to 1 mm; infrared 1 mm to 700 nm; visible 700 nm to 400 nm; ultraviolet 400 nm to 1 nm; X-rays 1 nm to 10⁻³ nm; gamma rays < 10⁻³ nm.
• Visible range: red (longest, about 700 nm) to violet (shortest, about 400 nm).
• All travel at the same speed c in vacuum; they differ only in frequency and wavelength (c = νλ).
• Among UV, X-rays, gamma rays and microwaves, microwaves have the minimum frequency; gamma rays have the maximum.

• बढ़ती आवृत्ति (घटती तरंगदैर्ध्य) का क्रम: रेडियो तरंगें → सूक्ष्म तरंगें → अवरक्त → दृश्य प्रकाश → पराबैंगनी → X-किरणें → गामा किरणें।
• याद करने की पंक्ति: 'राजा मोहन इन विलायत उसके X-गर्लफ्रेंड' (R, M, I, V, U, X, G)।
• लगभग तरंगदैर्ध्य: रेडियो > 0.1 m; सूक्ष्म तरंगें 0.1 m से 1 mm; अवरक्त 1 mm से 700 nm; दृश्य 700 nm से 400 nm; पराबैंगनी 400 nm से 1 nm; X-किरणें 1 nm से 10⁻³ nm; गामा किरणें < 10⁻³ nm।
• दृश्य परास: लाल (सबसे लंबी, लगभग 700 nm) से बैंगनी (सबसे छोटी, लगभग 400 nm)।
• निर्वात में सभी की चाल c समान है; ये केवल आवृत्ति और तरंगदैर्ध्य में भिन्न हैं (c = νλ)।
• पराबैंगनी, X-किरणें, गामा किरणें और सूक्ष्म तरंगों में सूक्ष्म तरंगों की आवृत्ति न्यूनतम है; गामा किरणों की अधिकतम।

• Badhti frequency (ghat-ti wavelength) ka order: radio waves → microwaves → infrared → visible light → ultraviolet → X-rays → gamma rays.
• Yaad karne ki line: 'Raja Mohan In Vilayat Uske X-Girlfriend' (R, M, I, V, U, X, G).
• Lagbhag wavelengths: radio > 0.1 m; microwaves 0.1 m se 1 mm; infrared 1 mm se 700 nm; visible 700 nm se 400 nm; ultraviolet 400 nm se 1 nm; X-rays 1 nm se 10⁻³ nm; gamma rays < 10⁻³ nm.
• Visible range: laal (sabse lambi, lagbhag 700 nm) se baingani (sabse chhoti, lagbhag 400 nm).
• Vacuum mein sabki speed c same hai; yeh sirf frequency aur wavelength mein alag hain (c = νλ).
• UV, X-rays, gamma rays aur microwaves mein microwaves ki frequency sabse kam hai; gamma rays ki sabse zyada.

• Radio waves (accelerated charges in wires): radio and TV communication; AM band 530–1710 kHz, FM 88–108 MHz; mobile phones in the UHF band.
• Microwaves (klystron, magnetron, Gunn diode): radar for aircraft navigation, speed guns, microwave ovens (frequency matched to water molecules, which heat up).
• Infrared (hot bodies, molecules): heat waves; remote controls of TV/AC, physical therapy, night vision, greenhouse effect keeps the earth warm.
• Visible light: seeing; the part of the spectrum our eyes detect.
• Ultraviolet (sun, special lamps): kills germs in water purifiers, LASIK eye surgery; mostly absorbed by the ozone layer; too much is harmful to skin and eyes.
• X-rays (fast electrons hitting a metal target): medical diagnosis (bones), treatment of some cancers; overexposure is harmful.
• Gamma rays (nuclear reactions, radioactive nuclei): used in medicine to destroy cancer cells.

• रेडियो तरंगें (तारों में त्वरित आवेश): रेडियो और टीवी संचार; AM बैंड 530–1710 kHz, FM 88–108 MHz; मोबाइल फोन UHF बैंड में।
• सूक्ष्म तरंगें (क्लाइस्ट्रॉन, मैग्नेट्रॉन, गन डायोड): वायुयान दिक्चालन के लिए रडार, स्पीड गन, माइक्रोवेव ओवन (आवृत्ति जल-अणुओं से मेल खाती है, जो गर्म होते हैं)।
• अवरक्त (गर्म वस्तुएँ, अणु): ऊष्मा तरंगें; टीवी/AC के रिमोट, भौतिक चिकित्सा, रात्रि दृष्टि; ग्रीनहाउस प्रभाव पृथ्वी को गर्म रखता है।
• दृश्य प्रकाश: देखना; स्पेक्ट्रम का वह भाग जिसे हमारी आँखें पहचानती हैं।
• पराबैंगनी (सूर्य, विशेष लैंप): जल शोधक में कीटाणु नष्ट करना, LASIK नेत्र शल्य चिकित्सा; अधिकांश ओज़ोन परत द्वारा अवशोषित; अधिक मात्रा त्वचा और आँखों के लिए हानिकारक।
• X-किरणें (धातु लक्ष्य से टकराते तीव्र इलेक्ट्रॉन): चिकित्सा निदान (हड्डियाँ), कुछ कैंसर का उपचार; अधिक संपर्क हानिकारक।
• गामा किरणें (नाभिकीय अभिक्रियाएँ, रेडियोऐक्टिव नाभिक): चिकित्सा में कैंसर कोशिकाओं को नष्ट करने में।

• Radio waves (wires mein accelerated charges): radio aur TV communication; AM band 530–1710 kHz, FM 88–108 MHz; mobile phones UHF band mein.
• Microwaves (klystron, magnetron, Gunn diode): aircraft navigation ke liye radar, speed guns, microwave oven (frequency paani ke molecules se match karti hai, jo garam hote hain).
• Infrared (garam cheezein, molecules): heat waves; TV/AC ke remote, physical therapy, night vision; greenhouse effect dharti ko garam rakhta hai.
• Visible light: dekhna; spectrum ka woh hissa jise hamari aankhein pehchanti hain.
• Ultraviolet (suraj, special lamps): water purifier mein germs maarna, LASIK eye surgery; zyadatar ozone layer absorb kar leti hai; zyada UV skin aur aankhon ke liye nuksaandeh.
• X-rays (metal target se takraate tez electrons): medical diagnosis (haddiyan), kuch cancer ka ilaaj; zyada exposure nuksaandeh.
• Gamma rays (nuclear reactions, radioactive nuclei): medicine mein cancer cells ko khatam karne mein.

• Problem: in the gap of a charging capacitor no charges flow, yet a magnetic field exists there. Ampere's circuital law alone gives contradictory answers.
• Maxwell's idea: a changing electric field also produces a magnetic field. The term that does this is the displacement current.
• Displacement current: id = ε₀ dΦE/dt, where ΦE is the electric flux.
• Ampere–Maxwell law: ∮B·dl = μ₀(ic + id) = μ₀ic + μ₀ε₀ dΦE/dt.
• Conduction current ic: due to actual flow of charges in a conductor. Displacement current id: due to a changing electric field; it exists even in vacuum or a dielectric (e.g. between capacitor plates).
• Both produce a magnetic field. In the circuit of a charging capacitor, id in the gap equals ic in the wires, so the total current is continuous.
• id is zero when E is constant (steady DC after charging), and also outside the capacitor gap.
• In a charging capacitor the displacement current in the gap is equal to and in phase with the conduction current in the wires (phase difference zero).

• समस्या: आवेशित होते संधारित्र की प्लेटों के बीच कोई आवेश नहीं बहता, फिर भी वहाँ चुंबकीय क्षेत्र होता है। केवल ऐम्पियर का परिपथीय नियम परस्पर विरोधी उत्तर देता है।
• मैक्सवेल का विचार: बदलता वैद्युत क्षेत्र भी चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। ऐसा करने वाला पद विस्थापन धारा है।
• विस्थापन धारा: id = ε₀ dΦE/dt, जहाँ ΦE वैद्युत फ्लक्स है।
• ऐम्पियर-मैक्सवेल नियम: ∮B·dl = μ₀(ic + id) = μ₀ic + μ₀ε₀ dΦE/dt।
• चालन धारा ic: चालक में आवेशों के वास्तविक प्रवाह से। विस्थापन धारा id: बदलते वैद्युत क्षेत्र से; यह निर्वात या परावैद्युत में भी होती है (जैसे संधारित्र की प्लेटों के बीच)।
• दोनों चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती हैं। आवेशित होते संधारित्र के परिपथ में प्लेटों के बीच id तारों में ic के बराबर होती है, अतः कुल धारा सतत रहती है।
• E स्थिर हो (आवेशन के बाद स्थायी DC) तो id शून्य, और संधारित्र के अंतराल के बाहर भी शून्य।
• आवेशित होते संधारित्र में अंतराल की विस्थापन धारा तारों की चालन धारा के बराबर और उसी कला में होती है (कलान्तर शून्य)।

• Problem: charge ho rahe capacitor ki plates ke beech koi charge nahi behta, phir bhi wahan magnetic field hota hai. Sirf Ampere ka circuital law ulte jawab deta hai.
• Maxwell ka idea: badalta electric field bhi magnetic field banata hai. Yeh kaam karne wala term displacement current hai.
• Displacement current: id = ε₀ dΦE/dt, jahan ΦE electric flux hai.
• Ampere–Maxwell law: ∮B·dl = μ₀(ic + id) = μ₀ic + μ₀ε₀ dΦE/dt.
• Conduction current ic: conductor mein charges ke asli behne se. Displacement current id: badalte electric field se; yeh vacuum ya dielectric mein bhi hota hai (jaise capacitor ki plates ke beech).
• Dono magnetic field banate hain. Charge ho rahe capacitor ke circuit mein plates ke beech id wires ke ic ke barabar hota hai, isliye total current continuous rehta hai.
• E constant ho (charge hone ke baad steady DC) toh id zero, aur capacitor gap ke bahar bhi zero.
• Charge hote capacitor mein gap ka displacement current wires ke conduction current ke barabar aur same phase mein hota hai (phase difference zero).