Eisimpleir de Cheistean Deasbaid Infridhearg
Pendahuuan
'S e seòrsa tonn electromagnetic a th' ann an infridhearg le tonn-fhaid nas fhaide na solas faicsinneach ach nas giorra na tonnan rèidio. Tha raon farsaing de thagraidhean aig tonnan infridhearg, bho theicneòlas agus leigheas gu cian-chonaltradh agus tèarainteachd. San artaigil seo, bruidhnidh sinn air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan co-cheangailte ri infridhearg agus na mìneachaidhean aca gus tuigse nas doimhne a thoirt seachad air a' bhun-bheachd seo.
Teòiridh Bhunasach Infridhearg
Tha tonn-fhaid aig infridhearg eadar 700 nanometers (nm) agus 1 millimeter (mm). Chaidh an tonn-fhaid seo a lorg le William Herschel ann an 1800 fhad ’s a bha e a’ dèanamh dheuchainnean gus teòthachd diofar dhathan a thomhas ann an speactram an t-solais. Fhuair e a-mach gu robh teòthachd nas àirde aig roinnean taobh a-muigh an speactram dhearg, nach fhaicear le sùil an duine.
Tha infridhearg air a roinn ann an grunn roinnean stèidhichte air a thonnan-tonn:
1. Faisg air Infridhearg (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. Meadhan-infridhearg (Meadhan-infridhearg, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Infridhearg Fad-astar (FIR): 3 µm – 1 mm
Bidh innealan leithid camarathan infridhearg no teirmeagrafaireachd, smachdan iomallach, agus conaltradh snàithleach-optaigeach a’ cleachdadh teicneòlas infridhearg airson grunn adhbharan. Faodar solas infridhearg a chleachdadh cuideachd gus sgrùdadh a dhèanamh air co-dhèanamh stuthan tro speactroscopaidh infridhearg.
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad
Ceist 1
Ceist:
Bidh smachd iomallach Tbh a’ cleachdadh infridhearg gus comharran a thar-chur chun Tbh. Ma tha tonn-fhaid an infridhearg a thathar a’ cleachdadh 950 nm agus ma tha astar an t-solais 3 x 10⁶ m/s, dè an tricead a th’ aig tonn infridhearg?
Deasbad:
Faodar tricead tonnan electromagnetic obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh foirmle bhunasach a’ chàirdeis eadar tonn-fhaid (\(\lambda\)) agus tricead (f):
[f = \frac{c}{\lambda} \]
le:
– \(f \) = tricead (Hz)
– \(c \) = astar solais (\(3 \times 10^8 \) m/s)
– \( \lambda \) = tonn-fhaid (m)
Anns a’ cheist seo, tha an tonn-fhaid (\(\lambda\)) air a thoirt seachad ann an nanomeatairean (nm), agus mar sin tha e riatanach tionndadh gu meatairean (m):
[950, nm = 950 × 10-9, m]
A-nis cuiridh sinn na luachan seo an àite na foirmle:
[f = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{950 × 10^{-9} \, m} = 3.16 × 10^{14} Hz \]
Mar sin, is e tricead na tonn infridhearg 3.16 × 1014 Hz.
Ceist 2
Ceist:
Cleachdar camara infridhearg gus rèididheachd teas a lorg bho nì. Tha lorgaire aig a’ chamara a tha mothachail air tonnan-fada eadar 8 micromeatairean (µm) agus 14 µm. Dè an raon tricead rèididheachd as urrainn don chamara a lorg?
Deasbad:
Gus na triceadan as àirde agus as ìsle obrachadh a-mach, bidh sinn a’ cleachdadh an aon fhoirmle ris a’ cheist roimhe:
[f = \frac{c}{\lambda} \]
An toiseach, tionndaidh an tonn-fhaid bho mhicreameatairean (µm) gu meatairean (m):
[8 µm = 8 × 10⁻⁶ m]
[14 µm = 14 × 10⁻⁶ m]
A-nis obraich a-mach an tricead as àirde (\( f_{max} \)) agus an tricead as ìsle (\( f_{min} \)):
[f_{max} = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{8 × 10^{-6} \, m} = 3.75 × 10^{13} Hz \]
[f_{min} = \frac{3 × 10^8 \, m/s}{14 × 10^{-6} \, m} = 2.14 × 10^{13} Hz \]
Mar sin, is e an raon tricead a dh’ fhaodar a lorg leis a’ chamara infridhearg 2.14 × 10⁻¹⁴ Hz gu 3.75 × 10⁻¹⁴ Hz.
Ceist 3
Ceist:
Bidh nì a’ leigeil a-mach rèididheachd infridhearg le dian as motha aig tonn-fhaid de 10 µm. Stèidhichte air lagh gluasaid Wien, obraich a-mach teòthachd an nì. Cleachd cunbhalachd Wien (\(b\)) de 2.898 × 10^{-3} \, m \cdot K\).
Deasbad:
Tha lagh gluasaid Wien ag ràdh gu bheil toradh na tonn-fhaid aig a bheil an dian rèididheachd as àirde a’ tachairt (\(\lambda_{max}\)) agus teòthachd iomlan (T) an nì na sheasmhach:
[\lambda_{max} \cdot T = b]
le:
– \(\lambda_{max}\) = tonn-fhaid na dian as àirde (m)
– T = teòthachd an nì (K)
– \(b\) = cunbhalach Wien (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Tha fios gu bheil \(\lambda_{max}\) co-ionann ri 10 µm, agus feumar seo a thionndadh gu meatairean:
[10 µm = 10 × 10⁻⁶ m]
A-nis cuir na luachan seo an àite na foirmle:
[10 × 10⁻⁶, m = T = 2.898 × 10⁻⁶, m = K]
Is e am fuasgladh airson T:
[T = \frac{2.898 \times 10^{-3} \m \cdot K}{10 \times 10^{-6} \m} = 289.8 \, K]
Mar sin, tha teòthachd an nì 289.8 K.
Ceist 4
Ceist:
Bidh thu a’ faicinn speactram infridhearg de cho-thàthadh ceimigeach organach agus a’ lorg bàrr sùghaidh aig 3 µm. Nam biodh tu a’ cleachdadh speactrasgopaidh infridhearg, dè an seòrsa ceangail cheimigeach a dh’ fhaodadh a bhith an urra ris a’ bhàrr seo?
Deasbad:
Bidh speactroscopaidh infridhearg a’ cleachdadh an fhìrinn gu bheil moileciuilean ceimigeach a’ gabhail a-steach tonnan infridhearg aig tonnan-fada sònraichte a tha a’ freagairt ri triceadan crithidh a-staigh nam moileciuilean. Faodar tonnan-fada infridhearg sònraichte a cheangal ri seòrsachan sònraichte de cheanglaichean ceimigeach:
– Mar as trice bidh ceanglaichean CH ann an todhar organach a’ gabhail a-steach aig tonn-fhaid timcheall air 3 µm.
– Mar as trice, bidh na ceanglaichean OH ann an alcoholan agus aigéid charboxylic a’ gabhail a-steach aig timcheall air 2.7-3.5 µm.
– Mar as trice bidh ceanglaichean NH ann an aiminean a’ gabhail a-steach aig timcheall air 3.1-3.3 µm.
Bhon fhiosrachadh a chaidh a thoirt seachad, tha am bàrr sùghaidh aig 3 µm glè choltach mar thoradh air crithidhean CH4.
Mar sin, is dòcha gur e an ceangal CH anns a’ cho-thàth cheimigeach organach a tha an urra ris a’ mhullach sùghaidh aig 3 µm.
Co-dhùnadh
San artaigil seo, tha sinn air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus deasbadan a dheasbad a tha co-cheangailte ri tonnan infridhearg. Tro na h-eisimpleirean seo, is urrainn dhuinn tuigse nas fheàrr fhaighinn air bun-bheachdan tricead, tonn-fhaid, agus teòthachd ann an co-theacsa rèididheachd infridhearg, a bharrachd air na tagraidhean aca ann an speactroscopaidh. Tha infridhearg na phàirt chudromach den speactram electromagnetic agus tha iomadh tagradh aige ann an diofar raointean, agus mar sin faodaidh a bhith ga sgrùdadh lèirsinn feumail a thoirt seachad air iongantas nàdarra agus teicneòlas.
