इन्फ्रारेड छलफल प्रश्नहरूको उदाहरण
पेन्डाहुलुआन
इन्फ्रारेड एक प्रकारको विद्युत चुम्बकीय तरंग हो जसको तरंगदैर्ध्य दृश्य प्रकाश भन्दा लामो तर रेडियो तरंगहरू भन्दा छोटो हुन्छ। इन्फ्रारेड तरंगहरूमा प्रविधि र औषधिदेखि दूरसञ्चार र सुरक्षासम्म विस्तृत अनुप्रयोगहरू छन्। यस लेखमा, हामी यस अवधारणाको गहिरो बुझाइ प्रदान गर्न इन्फ्रारेडसँग सम्बन्धित धेरै उदाहरण समस्याहरू र तिनीहरूको व्याख्याहरू छलफल गर्नेछौं।
आधारभूत इन्फ्रारेड सिद्धान्त
इन्फ्रारेडको तरंगदैर्ध्य ७०० न्यानोमिटर (एनएम) देखि १ मिलिमिटर (मिमी) सम्म हुन्छ। यो तरंगदैर्ध्य १८०० मा विलियम हर्शेलले प्रकाश स्पेक्ट्रममा विभिन्न रङहरूको तापक्रम मापन गर्न प्रयोगहरू गर्दा पत्ता लगाएका थिए। उनले रातो स्पेक्ट्रम बाहिरका क्षेत्रहरू, जुन मानव आँखाले देख्न सकिँदैन, वास्तवमा उच्च तापक्रम भएको पत्ता लगाए।
इन्फ्रारेडलाई यसको तरंगदैर्ध्यको आधारमा धेरै वर्गहरूमा विभाजन गरिएको छ:
१. नियर-इन्फ्रारेड (NIR): ७०० nm – १.४ µm
२. मध्यम इन्फ्रारेड (मध्य-इन्फ्रारेड, MIR): १.४ µm – ३ µm
३. टाढा-अवरक्त (FIR): ३ µm – १ मिमी
इन्फ्रारेड क्यामेरा वा थर्मोग्राफी, रिमोट कन्ट्रोल, र फाइबर-अप्टिक कम्युनिकेसन जस्ता उपकरणहरूले विभिन्न उद्देश्यका लागि इन्फ्रारेड प्रविधि प्रयोग गर्छन्। इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी मार्फत सामग्रीको संरचना विश्लेषण गर्न इन्फ्रारेड प्रकाश पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
नमुना प्रश्न र छलफल
प्रश्न १
प्रश्न:
टिभी रिमोटले टिभीमा सिग्नल पठाउन इन्फ्रारेड प्रयोग गर्छ। यदि प्रयोग गरिएको इन्फ्रारेडको तरंगदैर्ध्य ९५० एनएम छ र प्रकाशको गति \(३ \गुणा १०^८ \) मीटर/सेकेन्ड छ भने, इन्फ्रारेड तरंगको आवृत्ति कति हुन्छ?
छलफल:
विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको आवृत्ति तरंगदैर्ध्य (\(\lambda\)) र आवृत्ति (f) बीचको सम्बन्धको आधारभूत सूत्र प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
संग:
– \( f \) = आवृत्ति (Hz)
– \( c \) = प्रकाशको गति (\(३ \गुणा १०^८ \) m/s)
– \( \lambda \) = तरंगदैर्ध्य (m)
यस प्रश्नमा, तरंगदैर्ध्य (\(\lambda\)) न्यानोमिटर (nm) मा दिइएको छ, त्यसैले मिटर (m) मा रूपान्तरण आवश्यक छ:
\[ ९५० \, एनएम = ९५० \गुणा १०^{-९} \, एम \]
अब हामी यी मानहरूलाई सूत्रमा प्रतिस्थापन गर्छौं:
\[ f = \frac{३ \गुणा १०^८ \, m/s}{९५० \गुणा १०^{-९} \, m} = ३.१६ \गुणा १०^{१४} हर्ट्ज \]
त्यसैले, इन्फ्रारेड तरंगको आवृत्ति \(३.१६ \गुणा १०^{१४} \) हर्ट्ज हो।
प्रश्न १
प्रश्न:
कुनै वस्तुबाट आउने ताप विकिरण पत्ता लगाउन इन्फ्रारेड क्यामेरा प्रयोग गरिन्छ। क्यामेरामा ८ माइक्रोमिटर (µm) र १४ µm बीचको तरंगदैर्ध्यप्रति संवेदनशील डिटेक्टर हुन्छ। क्यामेराले कुन आवृत्तिको विकिरण पत्ता लगाउन सक्छ?
छलफल:
अधिकतम र न्यूनतम फ्रिक्वेन्सीहरू गणना गर्न, हामी अघिल्लो प्रश्नमा जस्तै सूत्र प्रयोग गर्छौं:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
पहिले, तरंगदैर्ध्यलाई माइक्रोमिटर (µm) बाट मिटर (m) मा रूपान्तरण गर्नुहोस्:
\[ १४ \, µm = १४ \गुणा १०^{-६} \, m \]
\[ १४ \, µm = १४ \गुणा १०^{-६} \, m \]
अब अधिकतम आवृत्ति (\( f_{max} \)) र न्यूनतम आवृत्ति (\( f_{min} \)) गणना गर्नुहोस्:
\[ f_{अधिकतम} = \frac{३ \गुणा १०^८ \, m/s}{८ \गुणा १०^{-६} \, m} = ३.७५ \गुणा १०^{१३} हर्ट्ज \]
\[ f_{न्यूनतम} = \frac{३ \गुणा १०^८ \, m/s}{१४ \गुणा १०^{-६} \, m} = २.१४ \गुणा १०^{१३} हर्ट्ज \]
त्यसैले, इन्फ्रारेड क्यामेराद्वारा पत्ता लगाउन सकिने फ्रिक्वेन्सी दायरा \(२.१४ \पटक १०^{१३} \) हर्ट्ज देखि \(३.७५ \पटक १०^{१३} \) हर्ट्ज हो।
प्रश्न १
प्रश्न:
कुनै वस्तुले १० µm को तरंगदैर्ध्यमा अधिकतम तीव्रताको साथ इन्फ्रारेड विकिरण उत्सर्जन गर्छ। विएनको विस्थापन नियमको आधारमा, वस्तुको तापक्रम निर्धारण गर्नुहोस्। विएनको स्थिरांक (\(b\)) को \(२.८९८ \गुणा १०^{-३} \, m \cdot K\) प्रयोग गर्नुहोस्।
छलफल:
विएनको विस्थापन नियमले बताउँछ कि अधिकतम विकिरण तीव्रता हुने तरंगदैर्ध्य (\(\lambda_{max}\)) र वस्तुको निरपेक्ष तापक्रम (T) को गुणनफल स्थिरांक हो:
\[ \lambda_{अधिकतम} \cdot T = b \]
संग:
– \(\lambda_{max}\) = अधिकतम तीव्रताको तरंगदैर्ध्य (m)
– T = वस्तुको तापक्रम (K)
– \(b\) = विएनको स्थिरांक (\(२.८९८ \गुणा १०^{-३} \, m \cdot K\))
यो ज्ञात छ कि \(\lambda_{max}\) १० µm हो, जसलाई मिटरमा रूपान्तरण गर्न आवश्यक छ:
\[ १४ \, µm = १४ \गुणा १०^{-६} \, m \]
अब यी मानहरूलाई सूत्रमा प्रतिस्थापन गर्नुहोस्:
\[ १० \गुणा १०^{-६} \, m \cdot T = २,८९८ \गुणा १०^{-३} \, m \cdot K \]
T को समाधान यो हो:
\[ T = \frac{2.898 \गुणा १०^{-3} \, m \cdot K}{10 \गुणा १०^{-6} \, m} = २८९.८ \, K \]
त्यसैले, वस्तुको तापक्रम २८९.८ किलोवाट छ।
प्रश्न १
प्रश्न:
तपाईंले कुनै जैविक रासायनिक यौगिकको इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम अवलोकन गर्नुहुन्छ र ३ µm मा अवशोषण शिखर पाउनुहुन्छ। यदि तपाईंले इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोग गरिरहनुभएको थियो भने, यो शिखरको लागि कस्तो प्रकारको रासायनिक बन्धन जिम्मेवार हुन सक्छ?
छलफल:
इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपीले रासायनिक अणुहरूले अणुहरूको आन्तरिक कम्पन आवृत्तिसँग मेल खाने विशिष्ट तरंगदैर्ध्यमा इन्फ्रारेड तरंगहरू अवशोषित गर्छन् भन्ने तथ्यलाई शोषण गर्छ। विशिष्ट इन्फ्रारेड तरंगदैर्ध्य विशिष्ट प्रकारका रासायनिक बन्धनहरूसँग सम्बन्धित हुन सक्छ:
- जैविक यौगिकहरूमा CH बन्धनहरू सामान्यतया ३ µm वरिपरि तरंगदैर्ध्यमा अवशोषित हुन्छन्।
- अल्कोहल र कार्बोक्सिलिक एसिडमा रहेका OH बन्धनहरू सामान्यतया २.७-३.५ µm मा अवशोषित हुन्छन्।
- एमाइनहरूमा NH बन्धनहरू सामान्यतया ३.१-३.३ µm मा अवशोषित हुन्छन्।
प्रदान गरिएको जानकारीबाट, ३ µm मा अवशोषण शिखर सम्भवतः CH कम्पनहरूको कारणले हो।
त्यसोभए, सायद ३ µm मा अवशोषण शिखरको लागि जिम्मेवार भनेको जैविक रासायनिक यौगिकमा रहेको CH बन्धन हो।
केसिम्पुलन
यस लेखमा, हामीले इन्फ्रारेड तरंगहरूसँग सम्बन्धित धेरै उदाहरण समस्याहरू र छलफलहरू छलफल गरेका छौं। यी उदाहरणहरू मार्फत, हामी इन्फ्रारेड विकिरणको सन्दर्भमा आवृत्ति, तरंगदैर्ध्य र तापक्रमको आधारभूत अवधारणाहरू, साथै स्पेक्ट्रोस्कोपीमा तिनीहरूको प्रयोगहरू बुझ्न सक्छौं। इन्फ्रारेड विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रमको एक महत्त्वपूर्ण भाग हो र विभिन्न क्षेत्रहरूमा यसको असंख्य प्रयोगहरू छन्, त्यसैले यसको अध्ययनले प्राकृतिक घटना र प्रविधिमा उपयोगी अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्न सक्छ।
