İnfraqırmızı Müzakirə Suallarına Nümunə
Pendahuluan
İnfraqırmızı dalğa uzunluğu görünən işıqdan daha uzun, lakin radio dalğalarından daha qısa olan bir elektromaqnit dalğası növüdür. İnfraqırmızı dalğaların texnologiya və tibbdən telekommunikasiya və təhlükəsizliyə qədər geniş tətbiq sahələri var. Bu məqalədə, bu konsepsiyanı daha dərindən anlamaq üçün infraqırmızı ilə əlaqəli bir neçə nümunə problemi və onların izahlarını müzakirə edəcəyik.
Əsas İnfraqırmızı Nəzəriyyə
İnfraqırmızı şüalanmanın dalğa uzunluğu 700 nanometrdən (nm) 1 millimetrə (mm) qədər dəyişir. Bu dalğa uzunluğu 1800-cü ildə Uilyam Herşel tərəfindən işıq spektrindəki müxtəlif rənglərin temperaturunu ölçmək üçün təcrübələr aparılarkən kəşf edilmişdir. O, qırmızı spektrdən kənarda, insan gözünə görünməyən bölgələrin əslində daha yüksək temperatura malik olduğunu aşkar etmişdir.
İnfraqırmızı dalğa uzunluğuna görə bir neçə kateqoriyaya bölünür:
1. Yaxın İnfraqırmızı (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. Orta İnfraqırmızı (Orta İnfraqırmızı, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Uzaq İnfraqırmızı (FIR): 3 µm – 1 mm
İnfraqırmızı kameralar və ya termoqrafiya, məsafədən idarəetmə və fiber-optik rabitə kimi cihazlar infraqırmızı texnologiyadan müxtəlif məqsədlər üçün istifadə edir. İnfraqırmızı işıq həmçinin infraqırmızı spektroskopiya vasitəsilə materialların tərkibini təhlil etmək üçün də istifadə edilə bilər.
Nümunə Suallar və Müzakirə
Sual 1
Sual:
Televizor pultu siqnalları televizora ötürmək üçün infraqırmızıdan istifadə edir. İstifadə olunan infraqırmızı şüalanmanın dalğa uzunluğu 950 nm və işığın sürəti �(3 dəfə 10^8) m/s-dirsə, infraqırmızı dalğanın tezliyi nə qədərdir?
Müzakirə:
Elektromaqnit dalğalarının tezliyi dalğa uzunluğu (\(\lambda\)) və tezlik (f) arasındakı əlaqənin əsas düsturundan istifadə etməklə hesablana bilər:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
ilə:
– \( f \) = tezlik (Hz)
– \( c \) = işığın sürəti (\(3 \times 10^8 \) m/s)
– \( \lambda \) = dalğa uzunluğu (m)
Bu sualda dalğa uzunluğu (\(\lambda\)) nanometrlərlə (nm) verilir, ona görə də onu metrlərə (m) çevirmək lazımdır:
\[ 950 \, nm = 950 \dəst 10^{-9} \, m \]
İndi bu dəyərləri düstura əvəz edirik:
\[ f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]
Beləliklə, infraqırmızı dalğanın tezliyi \(3.16 \times 10^{14} \) Hz-dir.
Sual 2
Sual:
İnfraqırmızı kamera bir obyektdən istilik şüalanmasını aşkar etmək üçün istifadə olunur. Kameranın 8 mikrometr (µm) ilə 14 µm arasındakı dalğa uzunluqlarına həssas olan detektoru var. Kamera hansı tezlik diapazonunda şüalanma aşkar edə bilər?
Müzakirə:
Maksimum və minimum tezlikləri hesablamaq üçün əvvəlki sualdakı kimi eyni düsturdan istifadə edirik:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Əvvəlcə dalğa uzunluğunu mikrometrlərdən (µm) metrlərə (m) çevirin:
\[ 8 \, µm = 8 \dörd 10^{-6} \, m \]
\[ 14 \, µm = 14 \dörd 10^{-6} \, m \]
İndi maksimum tezliyi (\( f_{max} \)) və minimum tezliyi (\( f_{min} \)) hesablayın:
\[ f_{max} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{8 \times 10^{-6} \, m} = 3.75 \times 10^{13} Hz \]
\[ f_{min} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{14 \times 10^{-6} \, m} = 2.14 \times 10^{13} Hz \]
Beləliklə, infraqırmızı kamera tərəfindən aşkarlana bilən tezlik diapazonu 2.14 Hz ilə 3.75 Hz arasında dəyişir.
Sual 3
Sual:
Bir cisim 10 µm dalğa uzunluğunda maksimum intensivliklə infraqırmızı şüalanma yayır. Vyanın yerdəyişmə qanununa əsasən, cismin temperaturunu təyin edin. Vyanın sabitindən (\(b\)) \(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\) istifadə edin.
Müzakirə:
Vyanın yerdəyişmə qanunu, maksimum şüalanma intensivliyinin (\(\lambda_{max}\)) baş verdiyi dalğa uzunluğu ilə cismin mütləq temperaturunun (T) hasilinin sabit olduğunu bildirir:
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
ilə:
– \(\lambda_{max}\) = maksimum intensivliyin dalğa uzunluğu (m)
– T = obyektin temperaturu (K)
– \(b\) = Vyana sabiti (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
\(\lambda_{max}\)-nin 10 µm olduğu və bunun metrə çevrilməli olduğu məlumdur:
\[ 10 \, µm = 10 \dörd 10^{-6} \, m \]
İndi bu dəyərləri düstura əvəz edin:
\[ 10 \times 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K \]
T üçün həll yolu belədir:
\[ T = \frac{2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \times 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]
Beləliklə, cismin temperaturu 289.8 K-dir.
Sual 4
Sual:
Üzvi kimyəvi birləşmənin infraqırmızı spektrini müşahidə edirsiniz və 3 µm-də udma pikini tapırsınız. Əgər infraqırmızı spektroskopiyadan istifadə etsəydiniz, bu pik üçün hansı növ kimyəvi əlaqə məsuliyyət daşıya bilərdi?
Müzakirə:
İnfraqırmızı spektroskopiya, kimyəvi molekulların molekulların daxili vibrasiya tezliklərinə uyğun olan müəyyən dalğa uzunluqlarında infraqırmızı dalğaları udması faktından istifadə edir. Xüsusi infraqırmızı dalğa uzunluqları müəyyən növ kimyəvi rabitələrlə əlaqələndirilə bilər:
– Üzvi birləşmələrdə CH2 rabitələri adətən 3 µm ətrafında dalğa uzunluqlarında udur.
– Spirtlərdə və karboksilik turşularda OH rabitələri adətən təxminən 2.7-3.5 µm məsafədə absorbsiya olunur.
– Aminlərdəki NH2 rabitələri adətən 3.1-3.3 µm ətrafında udulur.
Verilən məlumatlara əsasən, 3 µm-də udma zirvəsi, çox güman ki, CH titrəmələri ilə əlaqədardır.
Beləliklə, bəlkə də 3 µm-də udma pikindən məsul olan üzvi kimyəvi birləşmədəki CH2 rabitəsidir.
Nəticə
Bu məqalədə infraqırmızı dalğalarla bağlı bir neçə nümunə problem və müzakirəni müzakirə etdik. Bu nümunələr vasitəsilə infraqırmızı şüalanma kontekstində tezlik, dalğa uzunluğu və temperatur kimi əsas anlayışları, eləcə də onların spektroskopiyada tətbiqlərini daha da başa düşə bilərik. İnfraqırmızı şüalanma elektromaqnit spektrinin vacib bir hissəsidir və müxtəlif sahələrdə çoxsaylı tətbiqlərə malikdir, buna görə də onu öyrənmək təbii hadisələr və texnologiya haqqında faydalı məlumatlar verə bilər.
