Sampla de Cheisteanna Plé Infridhearg
Pendahuuan
Is cineál tonn leictreamaighnéadach é infridhearg a bhfuil tonnfhad níos faide ná solas infheicthe ach níos giorra ná tonnta raidió aige. Tá raon leathan feidhmeanna ag tonnta infridhearg, ó theicneolaíocht agus leigheas go teileachumarsáid agus slándáil. San alt seo, pléifimid roinnt fadhbanna samplacha a bhaineann le infridhearg agus a mínithe chun tuiscint níos doimhne a thabhairt ar an gcoincheap seo.
Teoiric Bhunúsach Infridhearg
Tá tonnfhad ag infridhearg idir 700 nanaiméadar (nm) agus 1 mhilliméadar (mm). D'aimsigh William Herschel an tonnfhad seo sa bhliain 1800 agus é ag déanamh turgnaimh chun teocht dathanna éagsúla sa speictream solais a thomhas. Fuair sé amach go raibh teochtaí níos airde i réigiúin lasmuigh den speictream dearg, nach raibh le feiceáil ag súil an duine.
Tá infridhearg roinnte ina roinnt catagóirí bunaithe ar a thonnfhad:
1. Infridhearg Néar (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. Infridhearg Meánach (Lár-Infridhearg, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Infridhearg i bhfad (FIR): 3 µm – 1 mm
Úsáideann gléasanna ar nós ceamaraí infridhearga nó teirmeagrafaíocht, rialtáin iargúlta, agus cumarsáid snáithíneach teicneolaíocht infridhearg chun críocha éagsúla. Is féidir solas infridhearg a úsáid freisin chun comhdhéanamh ábhar a anailísiú trí speictreascópacht infridhearg.
Ceisteanna Samplacha agus Plé
Ceist 1
Ceist:
Úsáideann cianrialtán teilifíse infridhearg chun comharthaí a tharchur chuig an teilifís. Más é 950 nm tonnfhad an infridhearg a úsáidtear agus más é 3 x 10^8 m/s luas an tsolais, cad é minicíocht na tonnta infridhearg?
Plé:
Is féidir minicíocht tonnta leictreamaighnéadacha a ríomh trí úsáid a bhaint as an bhfoirmle bhunúsach den ghaol idir tonnfhad (\(\lambda\)) agus minicíocht (f):
[f = \frac{c}{\lambda} \]
le:
– \(f \) = minicíocht (Hz)
– \(c \) = luas an tsolais (\(3 \times 10^8 \) m/s)
– \( \lambda \) = tonnfhad (m)
Sa cheist seo, tugtar an tonnfhad (\(\lambda\)) i nanaiméadar (nm), mar sin tá gá le tiontú go méadair (m):
[950, nm = 950 × 10-9, m]
Anois cuirimid na luachanna seo in ionad na foirmle:
[f = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{950 × 10^{-9} \, m} = 3.16 × 10^{14} Hz \]
Mar sin, is é minicíocht na tonnta infridhearg ná 3.16 × 1014 Hz.
Ceist 2
Ceist:
Úsáidtear ceamara infridhearg chun radaíocht teasa ó réad a bhrath. Tá brathadóir sa cheamara atá íogair do thonnfhaid idir 8 micriméadar (µm) agus 14 µm. Cén raon minicíochta radaíochta is féidir leis an gceamara a bhrath?
Plé:
Chun na minicíochtaí uasta agus íosta a ríomh, úsáidimid an fhoirmle chéanna agus atá sa cheist roimhe seo:
[f = \frac{c}{\lambda} \]
Ar dtús, tiontaigh an tonnfhad ó mhicriméadair (µm) go méadair (m):
[8 µm = 8 × 10⁻⁶ m]
[14 µm = 14 × 10⁻⁶ m]
Anois ríomh an mhinicíocht uasta (\( f_{uas} \)) agus an mhinicíocht íosta (\( f_{nóim} \)):
[f_{uas} = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{8 × 10^{-6} \, m} = 3.75 × 10^{13} Hz \]
[f_{nóim} = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{14 × 10^{-6} \, m} = 2.14 × 10^{13} Hz \]
Mar sin, is é an raon minicíochta is féidir a bhrath leis an gceamara infridhearg ná 2.14 × 10⁻¹³ Hz go 3.75 × 10⁻¹³ Hz.
Ceist 3
Ceist:
Astaíonn réad radaíocht infridhearg le déine uasta ag tonnfhad 10 µm. Bunaithe ar dhlí díláithrithe Wien, cinntigh teocht an réada. Bain úsáid as tairiseach Wien (b) de 2.898 × 10⁻³, m K.
Plé:
Deir dlí díláithrithe Wien gurb é toradh an tonnfhaid ag a dtarlaíonn an déine radaíochta uasta (\(\lambda_{max}\)) agus teocht absalóideach (T) an réada tairiseach:
[\lambda_{uas} \cdot T = b]
le:
– \(\lambda_{max}\) = tonnfhad na déine uasta (m)
– T = teocht an réada (K)
– \(b\) = tairiseach Wien (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Is eol go bhfuil \(\lambda_{max}\) ionann agus 10 µm, agus caithfear é sin a thiontú go méadair:
[10 µm = 10 × 10⁻⁶ m]
Anois cuir na luachanna seo in ionad na foirmle:
[10 × 10⁻⁶, m = 2.898 × 10⁻⁶, m = K]
Seo an réiteach do T:
[T = {2.898 × 10⁻³, m = K}{10 × 10⁻³, m = 289.8, K]
Mar sin, is é 289.8 K teocht an réada.
Ceist 4
Ceist:
Breathnaíonn tú ar speictream infridhearg comhdhúil cheimiceach orgánach agus faigheann tú buaic ionsúcháin ag 3 µm. Dá mbeadh speictreascópacht infridhearg á húsáid agat, cén cineál nasc ceimiceach a d'fhéadfadh a bheith freagrach as an mbuaic seo?
Plé:
Baineann speictreascópacht infridhearg leas as an bhfíric go n-ionsúnn móilíní ceimiceacha tonnta infridhearga ag tonnfhaid shonracha a fhreagraíonn do mhinicíochtaí creatha inmheánacha na móilíní. Is féidir tonnfhaid infridhearga shonracha a cheangal le cineálacha sonracha nasc ceimiceach:
– De ghnáth, ionsúnn bannaí CH i gcomhdhúile orgánacha ag tonnfhaid timpeall 3 µm.
– De ghnáth, ionsúnn na naisc OH in alcóil agus in aigéid charbocsaileacha ag thart ar 2.7-3.5 µm.
– De ghnáth, ionsúnn naisc NH in aimíní ag thart ar 3.1-3.3 µm.
Ón bhfaisnéis a cuireadh ar fáil, is dóichí gur mar gheall ar chreathadh CH atá an buaic-ionsúcháin ag 3 µm.
Mar sin, b'fhéidir gurb é an rud is cúis leis an mbuaic ionsúcháin ag 3 µm ná an nasc CH sa chomhdhúil cheimiceach orgánach.
Conclúid
San alt seo, phléamar roinnt fadhbanna samplacha agus plé a bhaineann le tonnta infridhearga. Trí na samplaí seo, is féidir linn tuiscint níos fearr a fháil ar choincheapa bunúsacha minicíochta, tonnfhaid agus teochta i gcomhthéacs radaíochta infridhearga, chomh maith lena bhfeidhmeanna i speictreascópacht. Is cuid thábhachtach den speictream leictreamaighnéadach é infridhearg agus tá go leor feidhmeanna aige i réimsí éagsúla, mar sin is féidir le staidéar a dhéanamh air léargas úsáideach a thabhairt ar fheiniméin nádúrtha agus ar theicneolaíocht.
