Infraqizil muhokama savollariga misol
Pendahuluan
Infraqizil - bu ko'rinadigan yorug'likdan uzunroq, ammo radio to'lqinlaridan qisqaroq to'lqin uzunligiga ega elektromagnit to'lqin turi. Infraqizil to'lqinlar texnologiya va tibbiyotdan tortib telekommunikatsiya va xavfsizlikgacha keng qo'llaniladi. Ushbu maqolada biz ushbu tushunchani chuqurroq tushunish uchun infraqizil bilan bog'liq bir nechta misol muammolar va ularning tushuntirishlarini muhokama qilamiz.
Asosiy infraqizil nazariya
Infraqizil to'lqin uzunligi 700 nanometrdan (nm) 1 millimetrgacha (mm) o'zgarib turadi. Bu to'lqin uzunligi 1800-yilda Uilyam Herschel tomonidan yorug'lik spektridagi turli ranglarning haroratini o'lchash bo'yicha tajribalar o'tkazilayotganda kashf etilgan. U qizil spektrdan tashqarida, inson ko'ziga ko'rinmaydigan sohalarda aslida yuqori haroratlar borligini aniqladi.
Infraqizil to'lqin uzunligiga qarab bir nechta toifalarga bo'linadi:
1. Yaqin infraqizil (NIR): 700 nm – 1.4 µm
2. O'rta infraqizil (O'rta infraqizil, MIR): 1.4 µm – 3 µm
3. Uzoq infraqizil (FIR): 3 µm – 1 mm
Infraqizil kameralar yoki termografiya, masofadan boshqarish pultlari va optik tolali aloqa kabi qurilmalar infraqizil texnologiyadan turli maqsadlarda foydalanadi. Infraqizil yorug'lik infraqizil spektroskopiya orqali materiallar tarkibini tahlil qilish uchun ham ishlatilishi mumkin.
Namunaviy savollar va muhokama
1-savol
Savol:
Televizor pulti signallarni televizorga uzatish uchun infraqizildan foydalanadi. Agar ishlatiladigan infraqizil nurlanishning to'lqin uzunligi 950 nm va yorug'lik tezligi \(3 \ marta 10^8 \) m/s bo'lsa, infraqizil to'lqinning chastotasi qanday?
Munozara:
Elektromagnit to'lqinlarning chastotasini to'lqin uzunligi (\(\lambda\)) va chastota (f) o'rtasidagi bog'liqlikning asosiy formulasi yordamida hisoblash mumkin:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
bilan:
– \( f \) = chastota (Hz)
– \( c \) = yorug'lik tezligi (\(3 \ marta 10^8 \) m/s)
– \( \lambda \) = to'lqin uzunligi (m)
Bu savolda to'lqin uzunligi (\(\lambda\)) nanometrlarda (nm) berilgan, shuning uchun uni metrga (m) aylantirish kerak:
\[950 \, nm = 950 \marta 10^{-9} \, m \]
Endi biz ushbu qiymatlarni formulaga almashtiramiz:
\[ f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]
Demak, infraqizil to'lqinning chastotasi \(3.16 \times 10^{14} \) Hz ga teng.
2-savol
Savol:
Infraqizil kamera obyektdan issiqlik nurlanishini aniqlash uchun ishlatiladi. Kamera 8 mikrometr (µm) va 14 µm orasidagi to'lqin uzunliklariga sezgir detektorga ega. Kamera qanday chastota diapazonidagi nurlanishni aniqlay oladi?
Munozara:
Maksimal va minimal chastotalarni hisoblash uchun biz oldingi savoldagi kabi formuladan foydalanamiz:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
Birinchidan, to'lqin uzunligini mikrometrdan (µm) metrga (m) aylantiring:
\[ 8 \, µm = 8 \ marta 10^{-6} \, m \]
\[ 14 \, µm = 14 \ marta 10^{-6} \, m \]
Endi maksimal chastotani (\( f_{max} \)) va minimal chastotani (\( f_{min} \)) hisoblang:
\[ f_{max} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{8 \times 10^{-6} \, m} = 3.75 \times 10^{13} Hz \]
\[ f_{min} = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{14 \times 10^{-6} \, m} = 2.14 \times 10^{13} Hz \]
Demak, infraqizil kamera tomonidan aniqlanishi mumkin bo'lgan chastota diapazoni \(2.14 \times 10^{13} \) Hz dan \(3.75 \times 10^{13} \) Hz gacha.
3-savol
Savol:
Jism 10 µm to'lqin uzunligida maksimal intensivlik bilan infraqizil nurlanish chiqaradi. Wienning siljish qonuniga asoslanib, jismning haroratini aniqlang. Wienning doimiysi (\(b\)) dan foydalaning, bu \(2.898 \marta 10^{-3} \, m \cdot K\).
Munozara:
Wienning siljish qonuni shuni ko'rsatadiki, maksimal nurlanish intensivligi (\(\lambda_{max}\)) va ob'ektning absolyut harorati (T) ko'paytmasining qiymati doimiydir:
\[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
bilan:
– \(\lambda_{max}\) = maksimal intensivlikning to'lqin uzunligi (m)
– T = ob'ekt harorati (K)
– \(b\) = Wien doimiysi (\(2.898 \marta 10^{-3} \, m \cdot K\))
Ma'lumki, \(\lambda_{max}\) 10 µm ga teng, uni metrga aylantirish kerak:
\[ 10 \, µm = 10 \ marta 10^{-6} \, m \]
Endi ushbu qiymatlarni formulaga almashtiring:
\[ 10 marta 10^{-6} \, m \cdot T = 2.898 \ marta 10^{-3} \, m \cdot K \]
T uchun yechim quyidagicha:
\[ T = \frac{2.898 \marta 10^{-3} \, m \cdot K}{10 \marta 10^{-6} \, m} = 289.8 \, K \]
Demak, ob'ektning harorati 289.8 K ga teng.
4-savol
Savol:
Siz organik kimyoviy birikmaning infraqizil spektrini kuzatasiz va 3 µm da yutilish cho'qqisini topasiz. Agar siz infraqizil spektroskopiyadan foydalansangiz, bu cho'qqi uchun qanday kimyoviy bog'lanish javobgar bo'lishi mumkin?
Munozara:
Infraqizil spektroskopiya kimyoviy molekulalar infraqizil to'lqinlarni molekulalarning ichki tebranish chastotalariga mos keladigan ma'lum to'lqin uzunliklarida yutishi faktidan foydalanadi. Ma'lum infraqizil to'lqin uzunliklari ma'lum turdagi kimyoviy bog'lanishlar bilan bog'liq bo'lishi mumkin:
– Organik birikmalardagi CH4 bogʻlanishlari odatda 3 µm atrofida toʻlqin uzunliklarida yutiladi.
– Spirtlar va karboksilik kislotalardagi OH bog'lanishlari odatda 2.7-3.5 µm atrofida yutiladi.
– Aminlardagi NH4 bogʻlanishlari odatda 3.1-3.3 µm atrofida yutadi.
Taqdim etilgan ma'lumotlardan ko'rinib turibdiki, 3 µm dagi yutilish cho'qqisi, ehtimol, CH tebranishlari tufayli yuzaga keladi.
Shunday qilib, ehtimol, 3 µm da yutilish cho'qqisi uchun organik kimyoviy birikmadagi CH bog'lanishi javobgardir.
Xulosa
Ushbu maqolada biz infraqizil to'lqinlar bilan bog'liq bir nechta misol muammolari va muhokamalarini muhokama qildik. Ushbu misollar orqali biz infraqizil nurlanish kontekstida chastota, to'lqin uzunligi va haroratning asosiy tushunchalarini, shuningdek, ularning spektroskopiyada qo'llanilishini yanada chuqurroq tushunishimiz mumkin. Infraqizil elektromagnit spektrning muhim qismi bo'lib, turli sohalarda ko'plab qo'llanmalarga ega, shuning uchun uni o'rganish tabiiy hodisalar va texnologiyalar haqida foydali tushunchalar berishi mumkin.
