3. Поглинання світла

Дослід показує, що при проходженні світла через шар речовини його інтенсивність зменшується. Це явище називається поглинанням світла в речовині (абсорбція світла). Зменшення інтенсивності є наслідком перетворення енергії електромагнітного поля хвилі в інші її види (наприклад, в енергію теплового руху атомів, тобто у внутрішню енергію речовини).

Вперше поглинання світла було вивчено Бугером (1720 р.), який показав, що ступінь ослаблення інтенсивності світла залежить від товщини шару речовини - , і встановив емпіричну формулу, що зв’язує інтенсивність світла з (закон Бугера):

, (1.5.18)

Де - інтенсивність падаючого світла, а - коефіцієнт поглинання, що залежить від довжини хвилі світла, хімічної природи і стану речовини. Згідно до закону Бугера інтенсивність світла зменшується в поглинаючій речовині експоненціально. При інтенсивність буде в е раз менша, ніж І. Отже, коефіцієнт поглинання чисельно дорівнює одиниці, поділеній на товщину шару речовини, при проходженні якого інтенсивність світла зменшується в е разів.

Коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі світла (або частоти ) і для різних речовин різний. Наприклад, одноатомні гази і пари металів характе­ризуються різкими «лініями» поглинання, ширина яких вимі­рюється часто в сотих долях ангстрема (так званий лінійчатий спектр поглинання; рис.1). Ці максимуми відповідають резонан­сним частотам коливань електро­нів в атомах. Рис.1

Спектр поглинання багатоатомних газів являє собою ряд більш чи менш складних поліс поглинання.

Рис. 2

В діелектриках в зв’язку з відсутністю вільних електронів поглинання світла тісно зв’язано з явищем резонансу при вимушених коливаннях електронів в атомах і атомів у молекулах діелектрика. Поглинання велике лише в областях частот, близьких до частот власних коливань електронів в атомах і атомів в молекулах. Рідкі і тверді діелектрики мають , таким чином, складні спектри поглинання, що складаються з порівняно широких поліс поглинання, в межах яких коефіцієнт поглинання змінюється плавно. За межами цих поліс , тобто в даних областях діелектрики прозорі.

Метали практично непрозорі для світла( для них складає величину порядку десятків тисяч одиниць на сантиметр; для скла ). Це зумовлено тим, що в металах є вільні електрони, які під дією електричного поля світлової хвилі набувають руху – в металі виникають швидкозмінні струми, що супроводжуються виділенням джоулевого тепла. У результаті енергія світлової хвилі швидко зменшується, перетворюючись у внутрішню енергію металу. Чим більша провідність , тим сильніше в ньому поглинання світла.

Яким чином зв’язані між собою коефіцієнти поглинання і заломлення; На Рис. 2 представлена типова залежність коефіцієнту поглинання від довжини хвилі, а також залежність коефіцієнту заломлення в області полоси поглинання. З малюнка випливає, що всередині полоси поглинання зменшується зі зменшенням довжини хвилі, тобто дає аномальний хід. Однак поглинання речовини повинно бути досить значним, щоб вплинути на хід коефіцієнту заломлення . Колір в світлі, що проходить, спостерігається у розчинів барвників і мінералів, пояснюється вибірковим поглинанням.

Це явище використовується для виготовлення

світлофільтрів. Якщо ми маємо не самосвітне тіло, то його колір залежить не тільки від оптичних властивостей поверхні (наприклад, кольору нанесеної на неї фарби), але і від спектрального складу падаючого світла. Наприклад, тіло, покрите червоною фарбою, буде здаватись чорним при освітленні його зеленим кольором, так як воно поглинає ці промені.

Явище поглинання широко використовується в абсорбційному спектральному аналізі суміші газів, заснованому на вимірюваннях спектрів частот і інтенсивністю ліній (поліс) поглинання. Структура спектрів поглинання визначається складом і будовою молекул, тому вивчення спектрів поглинання є одним з основних методів експериментального дослідження будови молекул.