19.Дифференциальная и интегральная форма записи закона Бугера
оглощение света в веществе описывается законом Бугера-Ламберта:
I = I0 e- l
где I0 и I - соответственно интенсивности монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной l;
- коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества.
Знак минус указывает на убыль интенсивности. Физический смысл коэффициента поглощения заключается в том, что он равен обратной величине толщины такого слоя, при котором интенсивность света I по сравнению с I0 уменьшается в e = 2.72 раза.
помощью формулы (1) можно связать коэффициент поглощения и пропускание образца:
.
(2)
Коэффициент поглощения определяется свойствами поглощающих свет частиц и зависит от длины волны излучения. В классической оптике он считается не зависящим от интенсивности света.
Закон Бугера в интегральной форме следует из дифференциального закона Бугера
dI = I(x) kп dx. (3)
Использование закона Бугера в дифференциальной форме позволяет рассчитывать пропускание вещества и при наличии насыщения, то есть зависимости k(I).
20. Распределение плотности поглощенной мощности в слое вещества (тетрадь)
21. Поглощение атомов и молекул
Ширина линий поглощения примерно 10^-1 – 10^-3 нм
Для почти свободных атомов и молекул в разрежённых газах оптический спектр поглощения состоит из отдельных спектральных линий и называется линейчатым.
Разным веществам соответствуют разные спектры поглощения, что позволяет использовать спектроскопические методы для определения состава вещества. Для твёрдых веществ спектры поглощения непрерывны, но встречаются и отдельные линии.
При квантовых переходах атомы и молекулы скачкообразно переходят из одного стационарного состояния в другое, с одного энергетического уровня на другой.
Изменение состояния атомов связано с энергетическими переходами электронов. При переходе с более высоких энергетических уровней на нижние атом или молекула отдает энергию, при обратных переходах - поглощает. Атом в основном состоянии способен только поглощать энергию.
Различают два типа квантовых переходов:
1) без излучения или поглощения электромагнитной энергии атомом или молекулой. Такой безызлучательный переход происходит при взаимодействии атома или молекулы с другими частицами, например в процессе столкновения. Различают неупругое столкновение, при котором изменяется внутреннее состояние атома и осуществляется безызлучательный переход, и упругое - с изменением кинетической энергии атома или молекулы, но с сохранением внутреннего состояния;
2) с излучением или поглощением фотона.
Энергия фотона равна разности энергий начального и конечного стационарных состояний атома или молекулы:
В зависимости от причины, вызывающей квантовый переход с испусканием фотона, различают два вида излучения. Если эта причина внутренняя и возбужденная частица самопроизвольно переходит на нижний энергетический уровень, такое излучение называют спонтанным.. Другое излучение вынужденное, или индуцированное возникает при взаимодействии фотона с возбужденной частицей, если энергия фотона равна разности уровней энергий.
Излучаемая атомами или молекулами энергия формирует спектр испускания, а поглощаемая - спектр поглощения.
Интенсивность спектральных линий определяется числом одинаковых переходов, происходящих в секунду, и поэтому зависит от количества излучающих (поглощающих) атомов и вероятности соответствующего перехода.
Квантовые переходы осуществляются не между любыми энергетическими уровнями. Установлены правила отбора, или запрета, формулирующие условия, при которых переходы возможны и невозможны или маловероятны.
|
Спектры являются источником различной информации.
Прежде всего по виду спектра можно идентифицировать атомы и молекулы, что входит в задачи качественного спектрального анализа. По интенсивности спектральных линий определяют количество излучающих (поглощающих) атомов - количественный спектральный анализ. По спектрам можно судить о строении атома или молекулы, структуре их энергетических уровней, подвижности отдельных частей больших молекул и т.п