Намунаи саволҳои баҳсӣ дар бораи инфрасурх
Пендахулуан
Инфрасурх як навъи мавҷи электромагнитӣ аст, ки дарозии мавҷ аз нури намоён дарозтар, вале аз мавҷҳои радио кӯтоҳтар аст. Мавҷҳои инфрасурх доираи васеи татбиқ доранд, аз технология ва тиб то телекоммуникатсия ва амният. Дар ин мақола, мо якчанд мисолҳои мушкилоти марбут ба инфрасурх ва шарҳҳои онҳоро баррасӣ хоҳем кард, то фаҳмиши амиқтари ин мафҳумро таъмин кунем.
Назарияи асосии инфрасурх
Инфрасурх дарозии мавҷро аз 700 нанометр (нм) то 1 миллиметр (мм) дорад. Ин дарозии мавҷро Вилям Ҳершел соли 1800 ҳангоми гузаронидани таҷрибаҳо барои чен кардани ҳарорати рангҳои гуногун дар спектри рӯшноӣ кашф кардааст. Ӯ муайян кард, ки минтақаҳои берун аз спектри сурх, ки барои чашми инсон ноаёнанд, дар асл ҳарорати баландтар доранд.
Инфрасурх вобаста ба дарозии мавҷ ба якчанд категория тақсим мешавад:
1. Наздик-инфрасурх (NIR): 700 нм – 1.4 µm
2. Инфрасурхи миёна (Миёна-Инфрасурх, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Дур-Инфрасурх (FIR): 3 µm – 1 мм
Дастгоҳҳо ба монанди камераҳои инфрасурх ё термография, идоракунии дурдаст ва алоқаи нахӣ-оптикӣ аз технологияи инфрасурх барои мақсадҳои гуногун истифода мебаранд. Нури инфрасурхро инчунин метавон барои таҳлили таркиби маводҳо тавассути спектроскопияи инфрасурх истифода бурд.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима
Саволи 1
Савол:
Пульти дурдасти телевизор барои интиқоли сигналҳо ба телевизор аз инфрасурх истифода мебарад. Агар дарозии мавҷи инфрасурхи истифодашуда 950 нм ва суръати рӯшноӣ \(3 \za 10^8 \) м/с бошад, басомади мавҷи инфрасурх чанд аст?
Муҳокима:
Басомади мавҷҳои электромагнитиро бо истифода аз формулаи асосии муносибати байни дарозии мавҷ (\(\lambda\)) ва басомад (f) ҳисоб кардан мумкин аст:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
бо:
– \( f \) = басомад (Гц)
– \( c \) = суръати рӯшноӣ (\(3 \times 10^8 \) м/с)
– \( \lambda \) = дарозии мавҷ (м)
Дар ин савол, дарозии мавҷ (\(\lambda\)) бо нанометрҳо (nm) дода шудааст, аз ин рӯ табдил додан ба метрҳо (m) зарур аст:
\[950 \, нм = 950 \зарбаи 10^{-9} \, м \]
Акнун мо ин арзишҳоро ба формула иваз мекунем:
\[ f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]
Пас, басомади мавҷи инфрасурх 3.16 маротиба 10^{14} Гц аст.
Саволи 2
Савол:
Камераи инфрасурх барои муайян кардани радиатсияи гармӣ аз ашё истифода мешавад. Камера дорои детекторест, ки ба дарозии мавҷҳои аз 8 микрометр (µm) то 14 µm ҳассос аст. Камера кадом диапазони басомади радиатсияро муайян карда метавонад?
Муҳокима:
Барои ҳисоб кардани басомадҳои максималӣ ва минималӣ, мо ҳамон формуларо истифода мебарем, ки дар саволи қаблӣ буд:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Аввалан, дарозии мавҷро аз микрометрҳо (µm) ба метрҳо (m) табдил диҳед:
\[ 8 \, µm = 8 \ маротиба 10^{-6} \, м \]
\[ 14 \, µm = 14 \ маротиба 10^{-6} \, м \]
Акнун басомади максималӣ (\( f_{max} \)) ва басомади минималиро (\( f_{min} \)) ҳисоб кунед:
\[ f_{max} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{8 \times 10^{-6} \, m} = 3.75 \times 10^{13} Hz \]
\[ f_{min} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{14 \times 10^{-6} \, m} = 2.14 \times 10^{13} Hz \]
Пас, диапазони басомаде, ки камераи инфрасурх метавонад муайян кунад, аз (2.14 \times 10^{13} \) Гц то (3.75 \times 10^{13} \) Гц аст.
Саволи 3
Савол:
Як ашё бо шиддати максималии худ дар дарозии мавҷи 10 мкм радиатсияи инфрасурх мебарорад. Бар асоси қонуни ҷойивазкунии Вин, ҳарорати объектро муайян кунед. Доимии Винро (\(b\)) аз \(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\) истифода баред.
Муҳокима:
Қонуни ҷойивазкунии Виен мегӯяд, ки зарби дарозии мавҷ, ки дар он шиддати максималии радиатсия (\(\lambda_{max}\)) ба амал меояд ва ҳарорати мутлақи объект (T) як чизи доимӣ аст:
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
бо:
– \(\lambda_{max}\) = дарозии мавҷи шиддати максималӣ (м)
– T = ҳарорати объект (K)
– \(b\) = доимии Вена (\(2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K\))
Маълум аст, ки \(\lambda_{max}\) 10 µm аст, ки бояд ба метр табдил дода шавад:
\[ 10 \, µm = 10 \ маротиба 10^{-6} \, м \]
Акнун ин арзишҳоро ба формула иваз кунед:
\[ 10 маротиба 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 \ маротиба 10^{-3} \, m \cdot K \]
Ҳалли масъалаи T чунин аст:
\[ T = \frac{2.898 \times 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \times 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]
Пас, ҳарорати объект 289.8 К аст.
Саволи 4
Савол:
Шумо спектри инфрасурхи пайвастагии химиявии органикиро мушоҳида мекунед ва қуллаи ҷаббидашавиро дар 3 мкм пайдо мекунед. Агар шумо аз спектроскопияи инфрасурх истифода мебурдед, кадом намуди пайванди кимиёвӣ метавонад барои ин қулла масъул бошад?
Муҳокима:
Спектроскопияи инфрасурх аз он истифода мебарад, ки молекулаҳои кимиёвӣ мавҷҳои инфрасурхро дар дарозии мавҷҳои мушаххасе, ки ба басомадҳои ларзиши дохилии молекулаҳо мувофиқат мекунанд, фурӯ мебаранд. Дарозии мавҷҳои мушаххаси инфрасурхро бо намудҳои мушаххаси пайвандҳои кимиёвӣ алоқаманд кардан мумкин аст:
– Пайвандҳои CH2 дар пайвастагиҳои органикӣ одатан дар дарозии мавҷҳои тақрибан 3 мкм фурӯ мераванд.
– Пайвандҳои OH дар спиртҳо ва кислотаҳои карбоксилӣ одатан дар масофаи тақрибан 2.7-3.5 мкм ҷаббида мешаванд.
– Пайвандҳои NH4 дар аминҳо одатан дар тақрибан 3.1-3.3 мкм ҷаббида мешаванд.
Аз маълумоти пешниҳодшуда, қуллаи ҷаббиш дар 3 мкм эҳтимолан аз сабаби ларзишҳои CH аст.
Пас, шояд он чизе, ки барои қуллаи ҷаббидашавӣ дар 3 мкм масъул аст, пайванди CH2 дар пайвастагии химиявии органикӣ бошад.
Хулоса
Дар ин мақола, мо якчанд мисолҳои масъалаҳо ва муҳокимаҳои марбут ба мавҷҳои инфрасурхро баррасӣ кардем. Тавассути ин мисолҳо, мо метавонем мафҳумҳои асосии басомад, дарозии мавҷ ва ҳароратро дар заминаи радиатсияи инфрасурх, инчунин татбиқи онҳоро дар спектроскопия минбаъд дарк кунем. Инфрасурх қисми муҳими спектри электромагнитӣ буда, дар соҳаҳои гуногун татбиқи сершумор дорад, аз ин рӯ, омӯзиши он метавонад фаҳмиши муфидро дар бораи падидаҳои табиӣ ва технология фароҳам оварад.
