Nimûneya Pirsên Gotûbêja Jêrsor
Pendahuluan
Înfrared cureyekî pêla elektromagnetîk e ku dirêjahiya pêlê wê ji ronahiya dîtbar dirêjtir lê ji pêlên radyoyê kurttir e. Pêlên înfrared xwedî cûrbecûr sepandinan in, ji teknolojiyê û bijîşkî bigire heya telekomunîkasyon û ewlehiyê. Di vê gotarê de, em ê çend mînakên pirsgirêkên têkildarî înfrared û ravekirinên wan nîqaş bikin da ku têgihîştinek kûrtir a vê têgehê peyda bikin.
Teoriya bingehîn a înfrared
Dirêjahiya pêlê ya înfrared ji 700 nanometre (nm) heta 1 milîmetre (mm) diguhere. Ev dirêjahiya pêlê ji hêla William Herschel ve di sala 1800-an de dema ku ceribandinên pîvandina germahiya rengên cûrbecûr di spektruma ronahiyê de dikir, hate keşifkirin. Wî dît ku herêmên li derveyî spektruma sor, ku ji çavê mirovan nayên dîtin, di rastiyê de germahiyên wan bilindtir in.
Tewrên înfrared li gorî pêlê xwe dibin çend kategoriyan:
1. Nêzîk-Înfrared (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. Înfraredê Navîn (Înfraredê Navîn, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Tîrêjên Înfrared ên Dûr (FIR): 3 µm – 1 mm
Amûrên wekî kamerayên înfrared an termografî, kontrolên ji dûr ve, û ragihandina fîber-optîk teknolojiya înfrared ji bo gelek armancan bikar tînin. Ronahiya înfrared dikare ji bo analîzkirina pêkhateya materyalan bi rêya spektroskopiya înfrared jî were bikar anîn.
Pirsên Nimûne û Gotûbêj
Pirs 1
Pirs:
Dûrdesteya TVyê ji bo şandina sînyalan bo TVyê înfrared bikar tîne. Ger dirêjahiya pêlê ya înfraredê ku tê bikaranîn 950 nm be û leza ronahiyê \(3 \x 10^8 \) m/s be, frekansa pêla înfraredê çi ye?
Nîqaş:
Frekansa pêlên elektromagnetîk dikare bi karanîna formula bingehîn a têkiliya di navbera dirêjahiya pêlê (\(\lambda\)) û frekansê (f) de were hesibandin:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
bi:
– \( f \) = frekans (Hz)
– (c) = leza ronahiyê ((3 caran 10^8 m/s))
– \( \lambda \) = dirêjahiya pêlê (m)
Di vê pirsê de, dirêjahiya pêlê (\(\lambda\)) bi nanometreyan (nm) tê dayîn, ji ber vê yekê veguherandina bo metreyan (m) pêdivî ye:
\[ 950 \, nm = 950 \car 10^{-9} \, m \]
Niha em van nirxan li formula diguherînin:
\[ f = \frac{3 \car 10^8 \, m/s}{950 \car 10^{-9} \, m} = 3.16 \car 10^{14} Hz \]
Ji ber vê yekê, frekansa pêla înfrared \(3.16 \times 10^{14} \) Hz e.
Pirs 2
Pirs:
Kamerayek înfrared ji bo tespîtkirina tîrêjên germê yên ji tiştekî tê bikar anîn. Kamera xwedî detektorek e ku hesas e li hember dirêjahiya pêlên di navbera 8 mîkrometre (µm) û 14 µm de. Kamera dikare di kîjan rêza frekansê ya tîrêjê de tespît bike?
Nîqaş:
Ji bo hesabkirina frekansên herî zêde û herî kêm, em heman formula di pirsa berê de bi kar tînin:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Pêşî, dirêjahiya pêlê ji mîkrometeran (µm) veguherînin metreyan (m):
\[ 8 \, µm = 8 \car 10^{-6} \, m \]
\[ 14 \, µm = 14 \car 10^{-6} \, m \]
Niha frekansa herî zêde (\( f_{max} \)) û frekansa herî kêm (\( f_{min} \)) hesab bike:
\[ f_{max} = \frac{3 \car 10^8 \, m/s}{8 \car 10^{-6} \, m} = 3.75 \car 10^{13} Hz \]
\[ f_{min} = \frac{3 \car 10^8 \, m/s}{14 \car 10^{-6} \, m} = 2.14 \car 10^{13} Hz \]
Ji ber vê yekê, rêza frekansê ya ku ji hêla kameraya înfrared ve dikare were tespît kirin ji \(2.14 \times 10^{13} \) Hz heta \(3.75 \times 10^{13} \) Hz ye.
Pirs 3
Pirs:
Cismek di dirêjahiya pêlê ya 10 µm de tîrêjên înfrared bi şîddeta herî zêde diweşîne. Li gorî qanûna cihguherîna Wien, germahiya cismekê diyar bikin. Sabita Wien (\(b\)) ya \(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\) bikar bînin.
Nîqaş:
Qanûna cihguherîna Wien dibêje ku berhema dirêjahiya pêlê ku tê de şîdeta tîrêjê ya herî zêde çêdibe (\(\lambda_{max}\)) û germahiya mutleq (T) ya cismê sabît e:
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
bi:
– \(\lambda_{max}\) = pêlêka şiddeta herî zêde (m)
– T = germahiya objeyê (K)
– \(b\) = Sabîta Wien (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Tê zanîn ku \(\lambda_{max}\) 10 µm e, ku divê were veguheztin bo metreyan:
\[ 10 \, µm = 10 \car 10^{-6} \, m \]
Niha van nirxan li formula biguherînin:
\[ 10 caran 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 caran 10^{-3} \, m \cdot K \]
Çareseriya T ev e:
\[ T = \frac{2.898 \car 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \car 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]
Ji ber vê yekê, germahiya tiştî 289.8 K ye.
Pirs 4
Pirs:
Tu spektruma înfrared a pêkhateyeke kîmyayî ya organîk dişopînî û li 3 µm lûtkeya vegirtinê dibînî. Ger tu spektroskopiya înfrared bi kar bînî, dibe ku çi cure girêdana kîmyayî berpirsiyarê vê lûtkeyê be?
Nîqaş:
Spektroskopiya înfrared vê rastiyê bikar tîne ku molekulên kîmyewî pêlên înfrared di dirêjahiya pêlên taybetî de digirin ku bi frekansên lerizîna navxweyî yên molekulan re têkildar in. Dirêjahiya pêlên înfrared ên taybetî dikarin bi celebên taybetî yên girêdanên kîmyewî ve girêdayî bin:
– Girêdanên CH4 di nav pêkhateyên organîk de bi gelemperî di dirêjahiya pêlên dora 3 µm de têne vegirtin.
Girêdanên OH di alkol û asîdên karboksîlîk de bi gelemperî di dora 2.7-3.5 µm de têne vegirtin.
– Girêdanên NH di nav amînan de bi gelemperî di dora 3.1-3.3 µm de têne vegirtin.
Li gorî agahiyên hatine dayîn, lûtkeya vegirtinê ya li 3 µm bi îhtîmaleke mezin ji ber lerizînên CH ye.
Ji ber vê yekê, dibe ku tiştê ku berpirsiyarê lûtkeya vegirtinê ya li 3 µm ye, girêdana CH4 ya di nav pêkhateya kîmyewiya organîk de be.
Xelasî
Di vê gotarê de, me çend mînakên pirsgirêk û nîqaşên têkildarî pêlên înfrared nîqaş kirin. Bi rêya van mînakan, em dikarin têgehên bingehîn ên frekans, dirêjahiya pêlê û germahiyê di çarçoveya tîrêjên înfrared de, û her weha sepandina wan di spektroskopiyê de bêtir fam bikin. Înfrared beşek girîng a spektruma elektromagnetîk e û di warên cûrbecûr de gelek sepandinên wê hene, ji ber vê yekê lêkolîna wê dikare têgihiştinên kêrhatî li ser diyardeyên xwezayî û teknolojiyê peyda bike.
