Egzanp Kesyon Diskisyon Enfrawouj
Pendahuluan
Enfrawouj se yon kalite ond elektwomayetik ki gen yon longèdonn ki pi long pase limyè vizib men ki pi kout pase ond radyo. Ond enfrawouj yo gen yon pakèt aplikasyon, soti nan teknoloji ak medikaman rive nan telekominikasyon ak sekirite. Nan atik sa a, nou pral diskite plizyè pwoblèm egzanp ki gen rapò ak enfrawouj ak eksplikasyon yo pou bay yon konpreyansyon pi pwofon sou konsèp sa a.
Teyori Enfrawouj Debaz
Enfrawouj gen yon longèdonn ki varye ant 700 nanomèt (nm) ak 1 milimèt (mm). William Herschel te dekouvri longèdonn sa a an 1800 pandan l t ap fè eksperyans pou mezire tanperati divès koulè nan spectre limyè a. Li te dekouvri ke rejyon ki andeyò spectre wouj la, ki envizib pou je imen, te gen tanperati ki pi wo.
Enfrawouj divize an plizyè kategori selon longèdonn li:
1. Prèske enfrawouj (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. Enfrawouj mwayen (Mid-Infrawouj, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Enfrawouj byen lwen (FIR): 3 µm – 1 mm
Aparèy tankou kamera enfrawouj oswa tèmografi, kontwòl remote, ak kominikasyon fib optik itilize teknoloji enfrawouj pou plizyè rezon. Limyè enfrawouj kapab itilize tou pou analize konpozisyon materyèl yo atravè spektroskopi enfrawouj.
Egzanp Kesyon ak Diskisyon
Kesyon 1
Kesyon:
Yon telekòmand televizyon itilize enfrawouj pou transmèt siyal bay televizyon an. Si longèdonn enfrawouj ki itilize a se 950 nm epi vitès limyè a se \(3 \times 10^8 \) m/s, ki frekans ond enfrawouj la?
Diskisyon:
Yo ka kalkile frekans ond elektwomayetik yo lè l sèvi avèk fòmil debaz relasyon ki genyen ant longèdonn (\(\lambda\)) ak frekans (f):
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
avèk:
– \(f \) = frekans (Hz)
– \( c \) = vitès limyè a (\(3 \times 10^8 \) m/s)
– \( \lambda \) = longèdonn (m)
Nan kesyon sa a, longèdonn lan (\(\lambda\)) yo bay an nanomèt (nm), kidonk konvèsyon an mèt (m) nesesè:
\[ 950 \, nm = 950 \times 10^{-9} \, m \]
Kounye a, nou ranplase valè sa yo nan fòmil la:
\[ f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]
Kidonk, frekans ond enfrawouj la se \(3.16 \times 10^{14} \) Hz.
Kesyon 2
Kesyon:
Yo itilize yon kamera enfrawouj pou detekte radyasyon chalè ki soti nan yon objè. Kamera a gen yon detektè ki sansib a longèdonn ant 8 mikwomèt (µm) ak 14 µm. Ki ranje frekans radyasyon kamera a ka detekte?
Diskisyon:
Pou kalkile frekans maksimòm ak minimòm yo, nou itilize menm fòmil la tankou nan kesyon anvan an:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Premyèman, konvèti longèdonn lan soti nan mikwomèt (µm) an mèt (m):
\[ 8 \, µm = 8 \fwa 10^{-6} \, m \]
\[ 14 \, µm = 14 \fwa 10^{-6} \, m \]
Kounye a kalkile frekans maksimòm lan (\( f_{max} \)) ak frekans minimòm lan (\( f_{min} \)):
\[ f_{max} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{8 \times 10^{-6} \, m} = 3.75 \times 10^{13} Hz \]
\[ f_{min} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{14 \times 10^{-6} \, m} = 2.14 \times 10^{13} Hz \]
Kidonk, gam frekans kamera enfrawouj la ka detekte a se \(2.14 \times 10^{13} \) Hz rive \(3.75 \times 10^{13} \) Hz.
Kesyon 3
Kesyon:
Yon objè emèt radyasyon enfrawouj ak yon entansite maksimòm nan yon longèdonn 10 µm. Baze sou lwa deplasman Wien an, detèmine tanperati objè a. Sèvi ak konstan Wien an (\(b\)) ki egal a \(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\).
Diskisyon:
Lwa deplasman Wien an deklare ke pwodwi longèdonn kote entansite radyasyon maksimòm nan rive (\(\lambda_{max}\)) ak tanperati absoli (T) objè a se yon konstan:
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
avèk:
– \(\lambda_{max}\) = longèdonn entansite maksimòm lan (m)
– T = tanperati objè a (K)
– \(b\) = Konstan Wien an (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Li konnen ke \(\lambda_{max}\) se 10 µm, ki bezwen konvèti an mèt:
\[ 10 \, µm = 10 \fwa 10^{-6} \, m \]
Kounye a, ranplase valè sa yo nan fòmil la:
\[ 10 \times 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K \]
Solisyon pou T a se:
T = \frac{2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \times 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]
Kidonk, tanperati objè a se 289.8 K.
Kesyon 4
Kesyon:
Ou obsève yon spectre enfrawouj nan yon konpoze chimik òganik epi ou jwenn yon pik absòbans nan 3 µm. Si w t ap itilize spectroskopi enfrawouj, ki kalite lyezon chimik ki ta ka responsab pou pik sa a?
Diskisyon:
Espèktroskopi enfrawouj eksplwate lefèt ke molekil chimik yo absòbe ond enfrawouj nan longèdonn espesifik ki koresponn ak frekans vibrasyon entèn molekil yo. Longèdonn enfrawouj espesifik yo ka asosye avèk kalite lyezon chimik espesifik:
– Lyen CH nan konpoze òganik yo tipikman absòbe nan longèdonn alantou 3 µm.
– Lyezon OH yo nan alkòl ak asid karboksilik yo tipikman absòbe nan anviwon 2.7-3.5 µm.
– Lyezon NH nan amin yo tipikman absòbe nan anviwon 3.1-3.3 µm.
Apati enfòmasyon yo bay la, pik absòbans lan nan 3 µm gen plis chans rive akòz vibrasyon CH4.
Kidonk, petèt sa ki responsab pou pik absòbans lan nan 3 µm se lyezon CH4 nan konpoze chimik òganik la.
Konklizyon
Nan atik sa a, nou te diskite plizyè pwoblèm egzanp ak diskisyon ki gen rapò ak ond enfrawouj yo. Atravè egzanp sa yo, nou ka pi byen konprann konsèp debaz frekans, longèdonn ak tanperati nan kontèks radyasyon enfrawouj, ansanm ak aplikasyon yo nan spektroskopi. Enfrawouj se yon pati enpòtan nan spectre elektwomayetik la epi li gen anpil aplikasyon nan divès domèn, kidonk etidye li ka bay enfòmasyon itil sou fenomèn natirèl ak teknoloji.
