इन्फ्रारेड चर्चा प्रश्नों का उदाहरण

इन्फ्रारेड चर्चा प्रश्नों का उदाहरण

पेंडाहुलुआन

इन्फ्रारेड एक प्रकार की विद्युत चुम्बकीय तरंग है जिसकी तरंगदैर्ध्य दृश्य प्रकाश से अधिक लेकिन रेडियो तरंगों से कम होती है। इन्फ्रारेड तरंगों के अनुप्रयोग प्रौद्योगिकी और चिकित्सा से लेकर दूरसंचार और सुरक्षा तक व्यापक हैं। इस लेख में, हम इन्फ्रारेड से संबंधित कई उदाहरण समस्याओं और उनके स्पष्टीकरणों पर चर्चा करेंगे ताकि इस अवधारणा की गहन समझ प्रदान की जा सके।

बुनियादी अवरक्त सिद्धांत

अवरक्त तरंगदैर्घ्य 700 नैनोमीटर (nm) से लेकर 1 मिलीमीटर (mm) तक होती है। इस तरंगदैर्घ्य की खोज विलियम हर्शेल ने 1800 में प्रकाश स्पेक्ट्रम में विभिन्न रंगों के तापमान को मापने के प्रयोगों के दौरान की थी। उन्होंने पाया कि लाल स्पेक्ट्रम के बाहर के क्षेत्र, जो मानव आँख से अदृश्य होते हैं, वास्तव में अधिक तापमान वाले होते हैं।

तरंगदैर्ध्य के आधार पर अवरक्त किरणों को कई श्रेणियों में विभाजित किया गया है:
1. निकट-अवरक्त (एनआईआर): 700 एनएम – 1.4 µm
2. मध्यम अवरक्त (मिड-इन्फ्रारेड, एमआईआर): 1.4 µm – 3 µm
3. सुदूर अवरक्त (FIR): 3 µm – 1 mm

इन्फ्रारेड कैमरे या थर्मोग्राफी, रिमोट कंट्रोल और फाइबर-ऑप्टिक संचार जैसे उपकरण विभिन्न उद्देश्यों के लिए इन्फ्रारेड तकनीक का उपयोग करते हैं। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से पदार्थों की संरचना का विश्लेषण करने के लिए भी इन्फ्रारेड प्रकाश का उपयोग किया जा सकता है।

Contoh Soal dan Pembahasan

प्रश्न 1

सवाल:
एक टीवी रिमोट टीवी को सिग्नल भेजने के लिए इन्फ्रारेड का उपयोग करता है। यदि उपयोग किए गए इन्फ्रारेड की तरंगदैर्ध्य 950 एनएम है और प्रकाश की गति 3 × 10⁸ मीटर/सेकंड है, तो इन्फ्रारेड तरंग की आवृत्ति क्या है?

बहस:
विद्युत चुम्बकीय तरंगों की आवृत्ति की गणना तरंगदैर्घ्य (λ) और आवृत्ति (f) के बीच संबंध के मूल सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

[ f = c λ]

के साथ:
– \( f \) = आवृत्ति (हर्ट्ज़)
– (c) = प्रकाश की गति (3 × 10⁸ मीटर/सेकंड)
– \( \lambda \) = तरंगदैर्घ्य (मीटर)

इस प्रश्न में तरंगदैर्घ्य (\(\lambda\)) नैनोमीटर (nm) में दी गई है, इसलिए इसे मीटर (m) में परिवर्तित करना आवश्यक है:

[ 950 nm = 950 × 10⁻⁹ m ]

अब हम इन मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करते हैं:

[ f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]

अतः, अवरक्त तरंग की आवृत्ति \(3.16 \times 10^{14} \) हर्ट्ज़ है।

प्रश्न 2

सवाल:
किसी वस्तु से निकलने वाली ऊष्मा विकिरण का पता लगाने के लिए इन्फ्रारेड कैमरे का उपयोग किया जाता है। इस कैमरे में 8 माइक्रोमीटर (µm) और 14 माइक्रोमीटर (µm) के बीच की तरंगदैर्ध्य के प्रति संवेदनशील डिटेक्टर लगा है। यह कैमरा किस आवृत्ति सीमा तक की विकिरण का पता लगा सकता है?

बहस:
अधिकतम और न्यूनतम आवृत्तियों की गणना करने के लिए, हम पिछले प्रश्न में दिए गए सूत्र का ही उपयोग करते हैं:

[ f = c λ]

सबसे पहले, तरंगदैर्ध्य को माइक्रोमीटर (µm) से मीटर (m) में परिवर्तित करें:

[ 8 µm = 8 × 10⁻⁶ m ]
[ 14 µm = 14 × 10⁻⁶ m ]

अब अधिकतम आवृत्ति (\( f_{max} \)) और न्यूनतम आवृत्ति (\( f_{min} \)) की गणना कीजिए:

[ 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 \]

इसलिए, इन्फ्रारेड कैमरे द्वारा पता लगाई जा सकने वाली आवृत्ति सीमा \(2.14 \times 10^{13} \) हर्ट्ज से \(3.75 \times 10^{13} \) हर्ट्ज तक है।

प्रश्न 3

सवाल:
एक वस्तु 10 µm तरंगदैर्ध्य पर अधिकतम तीव्रता के साथ अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करती है। वीन के विस्थापन नियम के आधार पर, वस्तु का तापमान ज्ञात कीजिए। वीन के स्थिरांक (b) का मान 2.898 × ​​10⁻³ मीटर ⋅ के लिए प्रयोग कीजिए।

बहस:
वीन के विस्थापन नियम के अनुसार, जिस तरंगदैर्ध्य पर विकिरण की अधिकतम तीव्रता होती है (\(\lambda_{max}\)) और वस्तु के निरपेक्ष तापमान (T) का गुणनफल एक स्थिरांक होता है:

\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]

के साथ:
– \(\lambda_{max}\) = अधिकतम तीव्रता की तरंगदैर्घ्य (मीटर)
– T = वस्तु का तापमान (केएल)
– \(b\) = वीन का स्थिरांक (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))

यह ज्ञात है कि \(\lambda_{max}\) 10 µm है, जिसे मीटर में परिवर्तित करने की आवश्यकता है:

[ 10 µm = 10 × 10⁻⁶ m ]

अब इन मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करें:

[ 10 × 10^{-6} m ⋅ T = 2.898 × ​​10^{-3} m ⋅ K ]

T का हल यह है:

[ T = \frac{2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \times 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]

अतः वस्तु का तापमान 289.8 के. है।

प्रश्न 4

सवाल:
आप एक कार्बनिक रासायनिक यौगिक के अवरक्त स्पेक्ट्रम का अवलोकन करते हैं और 3 µm पर एक अवशोषण शिखर पाते हैं। यदि आप अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग कर रहे होते, तो इस शिखर के लिए किस प्रकार का रासायनिक बंधन जिम्मेदार हो सकता है?

बहस:
अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी इस तथ्य का लाभ उठाती है कि रासायनिक अणु विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर अवरक्त तरंगों को अवशोषित करते हैं जो अणुओं की आंतरिक कंपन आवृत्तियों के अनुरूप होती हैं। विशिष्ट अवरक्त तरंग दैर्ध्य को विशिष्ट प्रकार के रासायनिक बंधों से जोड़ा जा सकता है:

कार्बनिक यौगिकों में CH बंध आमतौर पर लगभग 3 µm तरंगदैर्ध्य पर अवशोषित होते हैं।
– अल्कोहल और कार्बोक्सिलिक एसिड में OH बॉन्ड आमतौर पर लगभग 2.7-3.5 µm पर अवशोषित होते हैं।
– अमीन्स में NH बॉन्ड आमतौर पर लगभग 3.1-3.3 µm पर अवशोषित होते हैं।

दी गई जानकारी के आधार पर, 3 µm पर अवशोषण शिखर संभवतः CH कंपन के कारण है।

तो, शायद 3 µm पर अवशोषण शिखर के लिए जिम्मेदार कार्बनिक रासायनिक यौगिक में CH बंध है।

निष्कर्ष

इस लेख में हमने अवरक्त तरंगों से संबंधित कई उदाहरण समस्याओं और चर्चाओं पर विचार किया है। इन उदाहरणों के माध्यम से हम अवरक्त विकिरण के संदर्भ में आवृत्ति, तरंगदैर्घ्य और तापमान की मूलभूत अवधारणाओं के साथ-साथ स्पेक्ट्रोस्कोपी में उनके अनुप्रयोगों को और अधिक समझ सकते हैं। अवरक्त विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है और विभिन्न क्षेत्रों में इसके कई अनुप्रयोग हैं, इसलिए इसका अध्ययन प्राकृतिक घटनाओं और प्रौद्योगिकी के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान कर सकता है।