בייַשפּיל פֿון אינפֿראַרויט דיסקוסיע פֿראַגעס
הקדמה
אינפֿראַרויט איז אַ טיפּ עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליע מיט אַ כוואַליע לענגער ווי זעבאר ליכט אָבער קירצער ווי ראַדיאָ כוואַליעס. אינפֿראַרויט כוואַליעס האָבן אַ ברייטע קייט פון אַפּליקאַציעס, פֿון טעכנאָלאָגיע און מעדיצין ביז טעלעקאָמוניקאַציע און זיכערהייט. אין דעם אַרטיקל וועלן מיר דיסקוטירן עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען פֿאַרבונדן מיט אינפֿראַרויט און זייערע דערקלערונגען צו געבן אַ טיפֿער פֿאַרשטאַנד פֿון דעם באַגריף.
גרונטלעכע אינפֿראַרויט טעאָריע
אינפֿראַרויט האט אַ כוואַליע לענג פֿון 700 נאַנאָמעטער (נ״מ) ביז 1 מילימעטער (מ״מ). די כוואַליע לענג איז אַנטדעקט געוואָרן דורך וויליאם הערשל אין 1800 בשעת ער האָט דורכגעפֿירט עקספּערימענטן צו מעסטן די טעמפּעראַטור פֿון פֿאַרשידענע פֿאַרבן אין דעם ליכט ספּעקטרום. ער האָט געפֿונען אַז געגנטן אַרויס פֿון דעם רויטן ספּעקטרום, נישט קענטיק פֿאַרן מענטשלעכן אויג, האָבן טאַקע געהאַט העכערע טעמפּעראַטורן.
אינפֿראַרויט איז צעטיילט אין עטלעכע קאַטעגאָריעס באַזירט אויף זיין כוואַליע:
1. נאָענט-אינפֿראַרויט (NIR): 700 נם – 1.4 מיקראָמעטער
2. מיטל אינפראַרעד (מיטל-אינפראַרעד, MIR): 1.4 מיקראָמעטער – 3 מיקראָמעטער
3. ווייט-אינפרארויט (FIR): 3 מיקראָמעטער – 1 מ״מ
דעווייסעס ווי אינפֿראַרעד קאַמעראַס אָדער טערמאָגראַפֿיע, ווײַטקאָנטראָלן, און פֿײַבער-אָפּטישע קאָמוניקאַציע נוצן אינפֿראַרעד טעכנאָלאָגיע פֿאַר אַ פֿאַרשיידנקייט פֿון צוועקן. אינפֿראַרעד ליכט קען אויך געניצט ווערן צו אַנאַליזירן די קאָמפּאָזיציע פֿון מאַטעריאַלן דורך אינפֿראַרעד ספּעקטראָסקאָפּיע.
בייַשפּיל פֿראַגן און דיסקוסיע
פראגע 1
פראגע:
א טעלעוויזיע ווײַטקאָנטראָל ניצט אינפֿראַרויט צו טראַנסמיטירן סיגנאַלן צום טעלעוויזיע. אויב די כוואַליע־לענג פֿון אינפֿראַרויט איז 950 נאַנאָמעטער און די גיכקייט פֿון ליכט איז 3 מאָל 10⁶ מעטער/סעקונדע, וואָס איז די פֿרעקווענץ פֿון דער אינפֿראַרויט כוואַליע?
פֿאַרעפֿנטלעכט:
די פרעקווענץ פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס קען מען אויסרעכענען מיט דער גרונט־פאָרמולע פון דער באַציִונג צווישן כוואַליע־לענג (\(\lambda\)) און פרעקווענץ (f):
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
מיט:
– \(f \) = אָפטקייט (הרץ)
– \(c \) = ליכט־געשווינדיקייט (\(3 \מאל 10^8 \) מעטער/סעק.)
– \( \lamda \) = כוואַליע לענג (מ)
אין דעם קשיא, ווערט די כוואַליע-לענג (\(\lambda\)) געגעבן אין נאַנאָמעטערס (nm), אַזוי איז קאָנווערטאַציע צו מעטער (m) נייטיק:
[950, נאַנאָמעטער = 950 מאָל 10-9, מעטער]
איצט שטעלן מיר אריין די ווערטן אין דער פארמל:
[f = \frac{3 \times 10^8 \, m/s}{950 \times 10^{-9} \, m} = 3.16 \times 10^{14} Hz \]
אַזוי, די אָפטקייט פון דער אינפֿראַרויט כוואַליע איז 3.16 × 10⁻⁴ הערץ.
פראגע 2
פראגע:
אן אינפֿראַרויט קאַמעראַ ווערט גענוצט צו דעטעקטירן היץ שטראַלונג פֿון אַן אָביעקט. די קאַמעראַ האט אַ דעטעקטאָר וואָס איז סענסיטיוו צו כוואַליע לענג צווישן 8 מיקראָמעטער (µm) און 14 µm. וואָסער פֿרעקווענץ קייט פֿון שטראַלונג קען די קאַמעראַ דעטעקטירן?
פֿאַרעפֿנטלעכט:
צו רעכענען די מאַקסימום און מינימום פרעקווענצן, ניצן מיר די זעלבע פאָרמולע ווי אין דער פריערדיקער פראגע:
\[ f = \frac{c}{\lambda} \]
ערשטנס, קאָנווערטיר די כוואַליע-לענג פון מיקראָמעטערס (µm) צו מעטערס (m):
[8 µm = 8 × 10⁻⁶ מעטער]
[14 µm = 14 × 10⁻⁶ מעטער]
איצט רעכנט אויס די מאַקסימום אָפטקייט (\( f_{max} \)) און די מינימום אָפטקייט (\( f_{min} \)):
[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 \]
אַלזאָ, די אָפטקייט קייט וואָס קען דעטעקטירט ווערן דורך דער אינפֿראַרעד קאַמעראַ איז 2.14 × 10⁻³ הערץ ביז 3.75 × 10⁻³ הערץ.
פראגע 3
פראגע:
אַן אָביעקט לאָזט אַרויס אינפֿראַרויט שטראַלונג מיט אַ מאַקסימום אינטענסיטעט ביי אַ כוואַליע לענג פון 10 מיקראָמעטער. באַזירט אויף ווינס דיספּלייסמאַנט געזעץ, באַשטימט די טעמפּעראַטור פון דעם אָביעקט. ניצט ווינס קאָנסטאַנט (β) פון 2.898 מאָל 10⁻³, m⁻K).
פֿאַרעפֿנטלעכט:
ווין'ס דיספּלייסמאַנט געזעץ זאָגט אַז דער פּראָדוקט פֿון דער כוואַליע לענג ביי וועלכער די מאַקסימום ראַדיאַציע אינטענסיטעט פּאַסירט (\(\lambda_{max}\)) און דער אַבסאָלוטער טעמפּעראַטור (T) פֿון דעם אָביעקט איז אַ קאָנסטאַנט:
[ \lambda_{max} \cdot T = b \]
מיט:
– \(\lambda_{max}\) = כוואַליע-ברייט פון מאַקסימום אינטענסיטעט (מ)
– ט = אָביעקט טעמפּעראַטור (ק)
– \(b\) = ווינס קאָנסטאַנט (\(2.898 × 10^{-3} \, m \cdot K\))
מען ווייסט אז \(\lambda_{max}\) איז 10 µm, וואָס דאַרף קאָנווערטירט ווערן צו מעטער:
[10 µm = 10 × 10⁻⁶ מעטער]
איצט אריינשטעלן די ווערטן אין דער פארמל:
[10 × 10⁻⁶, מ²T = 2.898 × 10⁻⁶, מ²K]
די לייזונג פאר ט איז:
[ט = 2.898 × 10⁻³, מ²K/10 × 10⁻³, מ² = 289.8, K]
אַזוי, די טעמפּעראַטור פון דעם אָביעקט איז 289.8 ק.
פראגע 4
פראגע:
איר באַאָבאַכט אַן אינפֿראַרויט ספּעקטרום פֿון אַן אָרגאַנישער כעמישער פֿאַרבינדונג און געפֿינט אַן אַבסאָרבאַנס שפּיץ ביי 3 מיקראָמעטער. אויב איר וואָלט געניצט אינפֿראַרויט ספּעקטראָסקאָפּיע, וואָסער טיפּ כעמישער פֿאַרבינדונג קען זיין פֿאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר דעם שפּיץ?
פֿאַרעפֿנטלעכט:
אינפֿראַרויט ספּעקטראָסקאָפּיע נוצט אויס דעם פֿאַקט אַז כעמישע מאָלעקולן אַבזאָרבירן אינפֿראַרויט כוואַליעס ביי ספּעציפֿישע כוואַליע לענגטס וואָס קאָרעספּאָנדירן צו די אינערלעכע וויבראַציע פֿרעקווענצן פֿון די מאָלעקולן. ספּעציפֿישע אינפֿראַרויט כוואַליע לענגטס קענען זיין פֿאַרבונדן מיט ספּעציפֿישע טיפּן כעמישע פֿאַרבינדונגען:
– CH בינדונגען אין אָרגאַנישע קאַמפּאַונדז אַבזאָרבירן טיפּיש ביי כוואַליע לענגקטס אַרום 3 µm.
– די OH בינדונגען אין אַלקאָהאָלן און קאַרבאָקסיל זויערן אַבזאָרבירן טיפּיש ביי אַרום 2.7-3.5 מיקראָמעטער.
– NH בינדונגען אין אַמינען אַבזאָרבירן טיפּיש ביי אַרום 3.1-3.3 מיקראָמעטער.
לויט דער אינפארמאציע וואס איז צוגעשטעלט געווארן, איז דער אבסארבאנס שפּיץ ביי 3 מיקראָמעטער מערסטנס מסתּמא צוליב CH4 ווייבריישאַנז.
אַלזאָ, אפשר וואָס איז פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר די אַבסאָרבאַנס שפּיץ ביי 3 מיקראָמעטער איז די CH בונד אין דער אָרגאַנישער כעמישער קאַמפּאַונד.
קעסימפּולאַן
אין דעם אַרטיקל, האָבן מיר דיסקוטירט עטלעכע בייַשפּיל פּראָבלעמען און דיסקוסיעס שייך צו אינפֿראַרויט כוואַליעס. דורך די בייַשפּילן, קענען מיר ווייטער פֿאַרשטיין די גרונט קאָנצעפּטן פון פֿרעקווענץ, כוואַליע-לענג, און טעמפּעראַטור אין דעם קאָנטעקסט פון אינפֿראַרויט ראַדיאַציע, ווי אויך זייערע אַפּליקאַציעס אין ספּעקטראָסקאָפּיע. אינפֿראַרויט איז אַ וויכטיקער טייל פון דעם עלעקטראָמאַגנעטישן ספּעקטרום און האט פילע אַפּליקאַציעס אין פֿאַרשידענע פֿעלדער, אַזוי שטודירן עס קען צושטעלן נוצלעכע איינבליקן אין נאַטירלעכע דערשיינונגען און טעכנאָלאָגיע.
