क्षीणता: Difference between revisions

{{About|भौतिकी में क्षीणन|अन्य उपयोग|क्षीणन (बहुविकल्पी)}}

भौतिकी में क्षीणता (विलुप्त होने) [[ संचरण माध्यम |संचरण माध्यम]] के प्रवाह की तीव्रता की क्रमिक हानि है। उदाहरण के लिए काला[[ चश्मा ]]सूर्य के प्रकाश को क्षीण(कम) कर देता है। सीसा[[ एक्स-रे ]]को क्षीण कर देता है और[[ पानी ]]और हवा अलग-अलग क्षीणन दरों पर प्रकाश और ध्वनि दोनों को क्षीण कर देते हैं।

[[ श्रवण रक्षक ]]ध्वनि की शक्ति को कानों में बहने से कम करने में सहायता करते हैं। इस घटना को[[ ध्वनिक क्षीणन | ध्वनिक क्षीणता]] कहा जाता है और इसे [[ डेसिबल |डेसिबल]](डीबी) में मापा जाता है।

[[ विद्युत अभियन्त्रण ]]और[[ दूरसंचार ]]में क्षीणता तरंग प्रसार और[[ सिग्नल (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) ]]को[[ विद्युत सर्किट ]]में,[[ प्रकाशित तंतु ]]में और हवा में प्रभावित करता है। विद्युत क्षीणक और[[ ऑप्टिकल क्षीणक ]]सामान्यतः इस क्षेत्र में निर्मित घटक हैं।

[[File:Micrwavattrp.png|thumb|मानक वातावरण में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की आवृत्ति-निर्भर क्षीणन।]]कई स्थितियों में क्षीणन माध्यम से पथ की लंबाई का घातीय कार्य है। प्रकाशिकी और रासायनिक[[ स्पेक्ट्रोस्कोपी | विशिष्ट माइक्रोस्कोपी]] में इसे बीयर-लैंबर्ट कानून के रूप में जाना जाता है। इंजीनियरिंग में क्षीणन को सामान्यतः माध्यम की प्रति इकाई लंबाई (डीबी/सेमी, डीबी/किमी आदि) की डेसिबल इकाइयों में मापा जाता है और प्रश्न में माध्यम के क्षीणन गुणांक द्वारा दर्शाया जाता है।<ref name=Zagzebski>Essentials of Ultrasound Physics, James A. Zagzebski, Mosby Inc., 1996.</ref> [[ भूकंप |भूकंप]] में क्षीणन भी होता है। जब[[ भूकंपीय तरंगे | भूकंपीय तरंगे]][[ hypocenter | हाइड्रॉक्सीसेंटर]] से दूर जाती हैं। तो वे छोटी हो जाती हैं क्योंकि वे पृथ्वी द्वारा क्षीण हो जाती हैं।

{{Main|ध्वनिक क्षीणन}}

 

वेव समीकरण जो ध्वनिक क्षीणन के स्थान पर लेते हैं, उन्हें भिन्नात्मक व्युत्पन्न रूप में लिखा जा सकता है।<ref name="Nasholm">S. P. Näsholm and S. Holm, "On a Fractional Zener Elastic Wave Equation," Fract. Calc. Appl. Anal. Vol. 16, No 1 (2013), pp. 26–50, {{DOI|10.2478/s13540-013--0003-1}} [https://arxiv.org/abs/1212.4024 Link to e-print]</ref> सजातीय मीडिया में ध्वनि क्षीणन में योगदान देने वाले मुख्य भौतिक गुण चिपचिपाहट हैं <ref>Stokes, G.G. "On the theories of the internal friction in fluids in motion, and of the equilibrium and motion of elastic solids", ''Transactions of the Cambridge Philosophical Society'', vol.8, 22, pp. 287-342 (1845)</ref> और तापीय चालकता भी इसका प्रमुख गुण है।<ref name="Kirchhoff">G. Kirchhoff, "Ueber den Einfluss der Wärmeleitung in einem Gase auf die Schallbewegung", Ann. Phys. , 210: 177-193 (1868). [https://doi.org/10.1002/andp.18682100602 Link to paper]</ref><ref name="Benjelloun">S. Benjelloun and J. M. Ghidaglia, "On the dispersion relation for compressible Navier-Stokes Equations," [https://arxiv.org/abs/2011.06394 Link to Archiv e-print] [https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02994555/ Link to Hal e-print]</ref>

{{Main|क्षीणन गुणांक}}

 

आवृत्ति के समारोह के रूप में संचरित अल्ट्रासाउंड आयाम कितनी दृढ़ता से घटता है। इसके अनुसार विभिन्न मीडिया को मापने के लिए[[ क्षीणन गुणांक ]]का उपयोग किया जाता है। क्षीणन गुणांक (<math>\alpha</math>) निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके माध्यम में डेसिबल में कुल क्षीणन निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जा सकता है। जिसको हम निम्न सूत्र से ज्ञात कर सकते हैं-

क्षीणन माध्यम लंबाई और क्षीणन गुणांक पर रैखिक रूप से निर्भर करते हैं। साथ ही लगभग जैविक ऊतक के लिए घटना अल्ट्रासाउंड बीम की[[ आवृत्ति ]](जबकि सरल मीडिया के लिए जैसे कि हवा संबंध स्टोक्स के ध्वनि क्षीणन का नियम है) विभिन्न मीडिया के लिए क्षीणन गुणांक व्यापक रूप से भिन्न होते हैं। बायोमेडिकल अल्ट्रासाउंड इमेजिंग में जैविक सामग्री और पानी सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले मीडिया हैं। 1 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर सामान्य जैविक सामग्री के क्षीणन गुणांक नीचे सूचीबद्ध हैं:<ref name="Culjat">{{cite journal|last1=Culjat |first1=Martin O. |last2=Goldenberg |first2=David |last3=Tewari |first3=Priyamvada |last4=Singh |first4=Rahul S. |year=2010 |title=अल्ट्रासाउंड इमेजिंग के लिए ऊतक के विकल्प की समीक्षा|journal=Ultrasound in Medicine & Biology |volume=36 |pmid=20510184 |issue=6 |pages=861–873 |url=http://www.umbjournal.org/article/S0301-5629(10)00075-X |archive-url=https://archive.today/20130416030037/http://www.umbjournal.org/article/S0301-5629(10)00075-X |url-status=dead |archive-date=2013-04-16 |doi=10.1016/j.ultrasmedbio.2010.02.012 }}</ref>

| हवा, at 20&nbsp;°C<ref>{{cite journal |last1=Jakevičius |first1=L. |last2=Demčenko |first2=A. |title=Ultrasound attenuation dependence on air temperature in closed chambers |journal=Ultragarsas (Ultrasound) |date=2008 |volume=63 |issue=1 |pages=18{{endash}}22 |url=https://www.ndt.net/article/ultragarsas/63-2008-no.1_03-jakevicius.pdf |issn=1392-2114}}</ref>

| [[Blood|रक्त]]

| [[Bone|हड्डी]], कॉर्टिकल

| हड्डी, त्रिकोणीय

| [[Brain|मस्तिष्क]]

| [[Breast|स्तन]]

| [[Cardiac|ह्दय]]

| [[Connective tissue|संयोजी ऊतक]]

| [[Dentin|दंतधातु]]

| [[Tooth enamel|तामचीनी]]

| [[Fat|चर्बी]]

| [[Liver|यकृत]]

| [[Bone marrow|मज्जा]]

| [[Muscle|मांसपेशियां]]

| [[Tendon|पट्टा]]

| [[Tissue (biology)|Sनरम ऊतक (औसत)]]

| [[Water|पानी]]

ध्वनिक ऊर्जा हानि के दो सामान्य प्रकार हैं:[[ अवशोषण (ध्वनिकी) |अवशोषण (ध्वनिकी)]] और प्रकीर्णन।<ref>Bohren, C. F. and Huffman, D.R. "Absorption and Scattering of Light by Small Particles", Wiley, (1983), {{ISBN|0-471-29340-7}}</ref> [[ सजातीय (रसायन विज्ञान) |सजातीय (रसायन विज्ञान)]] मीडिया के माध्यम से अल्ट्रासाउंड प्रसार केवल अवशोषण के साथ जुड़ा हुआ है और इसे केवल [[ अवशोषण गुणांक |अवशोषण गुणांक]] के साथ चित्रित किया जा सकता है। विषम मीडिया के माध्यम से प्रसार के लिए बिखरने को ध्यान में रखना आवश्यक है।<ref>Dukhin, A.S. and Goetz, P.J. "Ultrasound for characterizing colloids", Elsevier, 2002</ref>

{{Main|पानी द्वारा विद्युत चुम्बकीय अवशोषण}}

{{Further|पानी का रंग|महासागर का रंग}}

सूर्य से निकलने वाली [[ शॉर्टवेव विकिरण |शॉर्टवेव विकिरण]] में प्रकाश के दृश्य स्पेक्ट्रम में तरंग दैर्ध्य होते हैं। जो 360 एनएम (बैंगनी) से 750 एनएम (लाल) तक होते हैं। जब सूर्य का विकिरण समुद्र की सतह पर पहुँचता है। तो लघु तरंग विकिरण पानी द्वारा क्षीण हो जाता है और प्रकाश की तीव्रता पानी की गहराई के साथ चरघातांकी रूप से घट जाती है। गहराई पर प्रकाश की तीव्रता की गणना [[ बीयर-लैम्बर्ट लॉ |बीयर-लैम्बर्ट लॉ]] का उपयोग करके की जा सकती है।

जिस[[ ऊर्जा ]]से भूकंप किसी स्थान को प्रभावित करता है। वह चलने वाली [[ दूरी |दूरी]] पर निर्भर करता है।[[ जमीनी गति | स्थलीय गति]] इंटेंसिटी के सिग्नल में क्षीणन संभावित मजबूत ग्राउंडशेकिंग के आकलन में महत्वपूर्ण भूमिका प्रदान करता है। भूकंपीय तरंग ऊर्जा को नष्ट कर देती है क्योंकि यह पृथ्वी (भूकंपीय क्षीणन) के माध्यम से फैलती है। यह [[ घटना |घटना]] दूरी के साथ भूकंपीय ऊर्जा के फैलाव वाले द्रव्यमान हस्तांतरण में बंधी हुई है।[[ अपव्यय ]]ऊर्जा दो प्रकार की होती है:

* ऊष्मा के रूप में बिखराव, जिसे आंतरिक क्षीणन या एनालेस्टिक क्षीणन भी कहा जाता है।

सरंध्रता के कारण चट्टानों के द्रव-संरंध्रता-संतृप्त तलछटी चट्टानें जैसे कि[[ बलुआ पत्थर ]],भूकंपीय तरंगों का आंतरिक क्षीणन मुख्य रूप से ठोस फ्रेम के सापेक्ष द्रव के तरंग-प्रेरित प्रवाह के कारण होता है।

अवशोषण ([[ विद्युत चुम्बकीय विकिरण ]]) या[[ फोटोन ]]के बिखरने के कारण क्षीणन विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तीव्रता को कम करता है। व्युत्क्रम-वर्ग नियम ज्यामितीय प्रसार के कारण क्षीणता में तीव्रता में कमी सम्मिलित नहीं है। इसलिए तीव्रता में कुल परिवर्तन की गणना में व्युत्क्रम-वर्ग नियम और पथ पर क्षीणन का अनुमान दोनों सम्मिलित हैं।

पदार्थ में क्षीणन के प्राथमिक कारण [[ प्रकाश विद्युत प्रभाव |प्रकाश विद्युत प्रभाव]], [[ कॉम्पटन स्कैटेरिंग |कॉम्पटन स्कैटेरिंग]] और 1.022 MeV से ऊपर के फोटॉन ऊर्जा के लिए[[ जोड़ी उत्पादन | जोड़ी उत्पादन]] हैं।

कहां <math>P_1</math> 100 मीटर लंबी केबल में इनपुट शक्ति है। जो इसकी विशेषता प्रतिबाधा के न्यूनतम मूल्य के साथ समाप्त हो जाती है और <math>P_2</math> इस केबल के दूर किनारे पर आउटपुट पावर है।<ref>{{cite web |title=तकनीकी जानकारी - समाक्षीय पारेषण लाइनें|url=http://www2.rfsworld.com/RFS_Edition4/pdfs/TechInfo_Edition4_639-672.pdf |website=rfsworld.com |archive-url=https://web.archive.org/web/20180712160805/http://www2.rfsworld.com/RFS_Edition4/pdfs/TechInfo_Edition4_639-672.pdf |archive-date=2018-07-12 |page=644 |url-status=dead}}</ref> समाक्षीय केबल में क्षीणन सामग्री और निर्माण का कार्य है।

एक्स-रे की किरण तब क्षीण हो जाती है। जब फोटॉन अवशोषित हो जाते हैं और जब एक्स-रे किरण ऊतक से गुजरती है। तब उच्च ऊर्जा फोटॉनों और कम ऊर्जा फोटॉनों के बीच पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया भिन्न होती है। उच्च ऊर्जा पर यात्रा करने वाले फोटोन ऊतक के सूक्ष्मतम रूप के माध्यम से यात्रा करने में अधिक सक्षम होते हैं क्योंकि उनके पास पदार्थ के साथ स्थान बनाने की संभावना कम होती है। यह मुख्य रूप से फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण है। जो यह स्पष्ट करता है कि फोटोइलेक्ट्रिक अवशोषण की संभावना लगभग (Z/E) के समानुपाती है। जहां Z ऊतक परमाणु की परमाणु संख्या है और E फोटॉन ऊर्जा है।<ref>{{Cite web|url=http://xrayphysics.com/attenuation.html|title=एक्स-रे भौतिकी: पदार्थ के साथ एक्स-रे इंटरेक्शन, एक्स-रे कंट्रास्ट, और खुराक – XRayPhysics|website=xrayphysics.com|access-date=2018-09-21}}</ref> इसके संदर्भ में फोटॉन ऊर्जा (ई) में वृद्धि से पदार्थ के साथ संपर्क में तेजी से कमी आएगी।

{{Main|पारदर्शी सामग्री}}

 

फाइबर ऑप्टिक्स में क्षीणन, जिसे संचरण हानि के रूप में भी जाना जाता है, संचरण माध्यम से तय की गई दूरी के संबंध में प्रकाश किरण (या संकेत) की तीव्रता में कमी है। फाइबर ऑप्टिक्स में क्षीणन गुणांक सामान्यतः आधुनिक ऑप्टिकल ट्रांसमिशन की पारदर्शिता की अपेक्षाकृत उच्च गुणवत्ता के कारण माध्यम से डीबी/किमी की इकाइयों का उपयोग करते हैं। माध्यम सामान्यतः सिलिका ग्लास का फाइबर होता है। जो घटना प्रकाश किरण को अंदर तक सीमित करता है। बड़ी दूरी पर डिजिटल सिग्नल के प्रसारण को सीमित करने वाला क्षीणन महत्वपूर्ण कारक है। इस प्रकार क्षीणन को सीमित करने और ऑप्टिकल सिग्नल के प्रवर्धन को अधिकतम करने में बहुत शोध किया गया है। अनुभवजन्य शोध से पता चला है कि ऑप्टिकल फाइबर में क्षीणन मुख्य रूप से बिखरने और अवशोषण दोनों के कारण होता है।

{{Main|प्रकाश प्रकीर्णन}}

एक ऑप्टिकल फाइबर के कोर के माध्यम से प्रकाश का प्रसार प्रकाश तरंग के कुल आंतरिक प्रतिबिंब पर आधारित होता है। कांच के आणविक स्तर पर भी खुरदरी और अनियमित सतहें प्रकाश किरणों को कई यादृच्छिक दिशाओं में परावर्तित करने का कारण बन सकती हैं। इस प्रकार के प्रतिबिंब को विसरित प्रतिबिंब के रूप में संदर्भित किया जाता है और यह सामान्यतः विभिन्न प्रकार के प्रतिबिंब कोणों की विशेषता है। अधिकांश वस्तुएँ जिन्हें नग्न आँखों से देखा जा सकता है, विसरित परावर्तन के कारण दिखाई देती हैं। इस प्रकार के परावर्तन के लिए सामान्यतः प्रयोग किया जाने वाला अन्य शब्द प्रकाश प्रकीर्णन है। वस्तुओं की सतहों से प्रकाश का प्रकीर्णन भौतिक अवलोकन का हमारा प्राथमिक तंत्र है।<ref name="y">{{cite journal