Ինֆրակարմիր քննարկման հարցերի օրինակ
Պենդահուլուան
Ինֆրակարմիրը էլեկտրամագնիսական ալիքի տեսակ է, որի ալիքի երկարությունը ավելի երկար է, քան տեսանելի լույսը, բայց ավելի կարճ, քան ռադիոալիքները: Ինֆրակարմիր ալիքներն ունեն լայն կիրառություն՝ սկսած տեխնոլոգիայից և բժշկությունից մինչև հեռահաղորդակցություն և անվտանգություն: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք ինֆրակարմիրին վերաբերող մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց բացատրությունները՝ այս հասկացության ավելի խորը ըմբռնում ապահովելու համար:
Հիմնական ինֆրակարմիր տեսություն
Ինֆրակարմիր ճառագայթման ալիքի երկարությունը տատանվում է 700 նանոմետրից (նմ) մինչև 1 միլիմետր (մմ): Այս ալիքի երկարությունը հայտնաբերվել է Ուիլյամ Հերշելի կողմից 1800 թվականին՝ լույսի սպեկտրում տարբեր գույների ջերմաստիճանը չափելու փորձեր անցկացնելիս: Նա պարզել է, որ կարմիր սպեկտրից դուրս գտնվող, մարդու աչքի համար անտեսանելի շրջանները իրականում ունեն ավելի բարձր ջերմաստիճաններ:
Ինֆրակարմիր ճառագայթումը իր ալիքի ալիքի կախվածությամբ բաժանվում է մի քանի կատեգորիաների՝
1. Մերձ-ինֆրակարմիր (NIR): 700 նմ – 1.4 մկմ
2. Միջին ինֆրակարմիր (միջին ինֆրակարմիր, MIR): 1.4 մկմ – 3 մկմ
3. Հեռավոր ինֆրակարմիր (FIR): 3 մկմ – 1 մմ
Ինֆրակարմիր տեսախցիկների կամ ջերմագրության, հեռակառավարման վահանակների և օպտիկամանրաթելային կապի նման սարքերը օգտագործում են ինֆրակարմիր տեխնոլոգիան տարբեր նպատակներով: Ինֆրակարմիր լույսը կարող է նաև օգտագործվել նյութերի կազմը վերլուծելու համար՝ ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիայի միջոցով:
Հարցերի և քննարկման նմուշներ
Հարց 1
Հարց՝
Հեռուստացույցի հեռակառավարման վահանակը օգտագործում է ինֆրակարմիր ճառագայթում՝ ազդանշաններ հեռուստացույցին փոխանցելու համար: Եթե օգտագործվող ինֆրակարմիր ճառագայթի ալիքի երկարությունը 950 նմ է, իսկ լույսի արագությունը՝ (3 x 10^8) մ/վ, որքա՞ն է ինֆրակարմիր ալիքի հաճախականությունը:
Քննարկում.
Էլեկտրամագնիսական ալիքների հաճախականությունը կարելի է հաշվարկել ալիքի երկարության (\(\lambda\)) և հաճախականության (f) միջև կապի հիմնական բանաձևի միջոցով՝
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
հետ՝
– \( f \) = հաճախականություն (Հց)
– (c) = լույսի արագություն ((3 x 10^8) մ/վ)
– \( \lambda \) = ալիքի երկարություն (մ)
Այս հարցում ալիքի երկարությունը (\(\lambda\)) տրված է նանոմետրերով (նմ), ուստի անհրաժեշտ է փոխակերպել մետրերի (մ):
\[ 950 \, նմ = 950 \times 10^{-9} \, մ \]
Հիմա մենք այս արժեքները փոխարինում ենք բանաձևով.
f = \frac{3 \times 10^8 \, մ/վրկ}{950 \times 10^{-9} \, մ} = 3.16 \times 10^{14} Հց \]
Այսպիսով, ինֆրակարմիր ալիքի հաճախականությունը \(3.16 \times 10^{14} \) Հց է։
Հարց 2
Հարց՝
Ինֆրակարմիր տեսախցիկն օգտագործվում է առարկայից եկող ջերմային ճառագայթումը հայտնաբերելու համար: Տեսախցիկն ունի դետեկտոր, որը զգայուն է 8 միկրոմետրից (մկմ) մինչև 14 մկմ ալիքի երկարությունների նկատմամբ: Ի՞նչ հաճախականության ճառագայթման միջակայք կարող է հայտնաբերել տեսախցիկը:
Քննարկում.
Առավելագույն և նվազագույն հաճախականությունները հաշվարկելու համար մենք օգտագործում ենք նախորդ հարցում նշված նույն բանաձևը.
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Նախ, ալիքի երկարությունը միկրոմետրերից (µm) փոխարկեք մետրերի (m):
\[ 8 \, մկմ = 8 \times 10^{-6} \, մ \]
\[ 14 \, մկմ = 14 \times 10^{-6} \, մ \]
Հիմա հաշվարկեք առավելագույն հաճախականությունը (\( f_{max} \)) և նվազագույն հաճախականությունը (\( f_{min} \)):
f_{max} = \frac{3 \times 10^8 \, մ/վրկ}{8 \times 10^{-6} \, մ} = 3.75 \times 10^{13} Հց \]
\[ f_{min} = \frac{3 \times 10^8 \, մ/վրկ}{14 \times 10^{-6} \, մ} = 2.14 \times 10^{13} Հց \]
Այսպիսով, ինֆրակարմիր տեսախցիկի կողմից հայտնաբերվող հաճախականության տիրույթը (2.14 x 10^{13} \) Հց-ից մինչև (3.75 x 10^{13} \) Հց է։
Հարց 3
Հարց՝
Մարմինը 10 մկմ ալիքի երկարության դեպքում արձակում է ինֆրակարմիր ճառագայթում՝ առավելագույն ինտենսիվությամբ։ Վիենի տեղաշարժի օրենքի հիման վրա որոշեք մարմնի ջերմաստիճանը։ Օգտագործեք Վիենի հաստատունը (\(b\))՝ \(2.898 x 10^{-3} \, m \cdot K\)։
Քննարկում.
Վիենի տեղաշարժի օրենքը նշում է, որ ալիքի երկարության (\(\lambda_{max}\)) և մարմնի բացարձակ ջերմաստիճանի (T) արտադրյալը հաստատուն է.
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
հետ՝
– \(\lambda_{max}\) = առավելագույն ինտենսիվության ալիքի երկարությունը (մ)
– T = օբյեկտի ջերմաստիճան (K)
– \(b\) = Վիենի հաստատունը (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Հայտնի է, որ \(\lambda_{max}\)-ն հավասար է 10 մկմ-ի, որը պետք է վերածվի մետրերի՝
\[ 10 \, մկմ = 10 \times 10^{-6} \, մ \]
Հիմա այս արժեքները փոխարինեք բանաձևով.
\[ 10 անգամ 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K \]
T-ի լուծումը հետևյալն է՝
\[ T = \frac{2.898 × 10^{-3} , m × K (10 × 10^{-6} , m} = 289.8 , K )
Այսպիսով, մարմնի ջերմաստիճանը 289.8 Կ է։
Հարց 4
Հարց՝
Դուք դիտարկում եք օրգանական քիմիական միացության ինֆրակարմիր սպեկտրը և գտնում եք կլանման գագաթնակետ 3 մկմ-ի վրա: Եթե օգտագործեիք ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա, ի՞նչ տեսակի քիմիական կապ կարող էր լինել այս գագաթնակետի համար պատասխանատու:
Քննարկում.
Ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան օգտագործում է այն փաստը, որ քիմիական մոլեկուլները կլանում են ինֆրակարմիր ալիքները որոշակի ալիքի երկարություններով, որոնք համապատասխանում են մոլեկուլների ներքին տատանողական հաճախականություններին: Հատուկ ինֆրակարմիր ալիքի երկարությունները կարող են կապված լինել քիմիական կապերի որոշակի տեսակների հետ.
– Օրգանական միացություններում CH կապերը սովորաբար կլանում են մոտ 3 մկմ ալիքի երկարության դեպքում։
– Սպիրտների և կարբօքսիլաթթուների OH կապերը սովորաբար կլանում են մոտ 2.7-3.5 մկմ-ի դեպքում։
– Ամիններում NH կապերը սովորաբար կլանում են մոտ 3.1-3.3 մկմ արագությամբ։
Տրամադրված տեղեկատվությունից ելնելով՝ 3 մկմ-ում կլանման գագաթնակետը, ամենայն հավանականությամբ, պայմանավորված է CH տատանումներով։
Այսպիսով, հնարավոր է, որ 3 մկմ-ում կլանման գագաթնակետի համար պատասխանատու է օրգանական քիմիական միացության մեջ առկա CH4 կապը։
Եզրակացություն
Այս հոդվածում մենք քննարկել ենք ինֆրակարմիր ալիքներին վերաբերող մի քանի օրինակելի խնդիրներ և քննարկումներ: Այս օրինակների միջոցով մենք կարող ենք ավելի լավ հասկանալ հաճախականության, ալիքի երկարության և ջերմաստիճանի հիմնական հասկացությունները ինֆրակարմիր ճառագայթման համատեքստում, ինչպես նաև դրանց կիրառությունները սպեկտրոսկոպիայում: Ինֆրակարմիրը էլեկտրամագնիսական սպեկտրի կարևոր մասն է և ունի բազմաթիվ կիրառություններ տարբեր ոլորտներում, ուստի դրա ուսումնասիրությունը կարող է օգտակար պատկերացում տալ բնական երևույթների և տեխնոլոգիայի վերաբերյալ:
