6. Ответы на вопросы

1) Что такое абсорбция?

Поглощением (абсорбцией) − света называется явление потери энергии световой волны при прохождении её через вещество вследствие возбуждения колебаний квазичастиц среды. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, посылаемых индуцированными диполями, частично же она может переходить и в другие формы энергии. Если на поверхность вещества падает параллельный пучок света (плоская волна) с интенсивностью I, то описываемые процессы должны вести к уменьшению I по мере проникновения волны в вещество. Явление поглощения света объясняется на основе как классической, так и квантовой теории

2) Объясните явление поглощения света с точки зрения классической теории.

Под действием электрического поля световой волны с круговой частотой  отрицательно заряженные электроны атомов и молекул смещаются относительно положительно заряженных ядер, совершая гармоническое колебательное движение с частотой, равной частоте действующего поля. Колеблющийся электрон, превращаясь в источник, сам излучает вторичные волны. В результате интерференции падающей волны с вторичной волной в среде возникает волна с амплитудой, отличной от амплитуды вынуждающего поля. Так как интенсивность есть величина, прямо пропорциональная квадрату амплитуды, то соответственно изменится и интенсивность излучения, распространяющегося в среде; другими словами, не вся поглощенная атомами и молекулами среды энергия возвращается в виде излучения – произойдет поглощение. Поглощенная энергия может превратиться в другие виды энергии. В частности, в результате столкновения атомов и молекул поглощенная энергия может превратиться в энергию хаотического движения – тепловую.

3) Объясните явление поглощения света с точки зрения квантовой теории.

Согласно квантовым представлениям, атомы и молекулы обладают дискретным энергетическим спектром (основное и возбужденные состояния). При распространении света через среду часть энергии тратится на возбуждение системы, а часть (вместе с возвращенной долей энергии за счет переходов из возбужденных состояний в основное) выходит из среды. В результате таких взаимодействий интенсивность вышедшего из среды луча оказывается меньше интенсивности света, падающего на среду.

4) Запишите и сформулируйте закон Бугера.

I=I₀e^-L, (6)

где I₀, I – интенсивность плоской монохроматической волны

падающего и прошедшего через слой вещества излучения

соответственно;

L – толщина слоя;

 – коэффициент поглощения, зависящий от длины волны 

света, химической природы и состояния вещества и не

зависящий от интенсивности света. Численное значение

коэффициента поглощения  показывает толщину слоя L,

равную 1/, после прохождения которого интенсивность

плоской волны уменьшается в е = 2,73 раза.

5) Объясните физический смысл закона Бугера.

Физический смысл этого закона заключается в том, что коэффициент поглощения не зависит от интенсивности света, а следовательно и от толщины поглощающего слоя. Коэффициент поглощения α различается для разных веществ.

6) Какие светофильтры являются полосовыми?

Полосовые фильтры – имеют четко выраженный максимум (максимумы) или минимум (минимумы) пропускания в небольшой области спектра. Используются для выделения, или наоборот, удаления, какой-то части спектра.

Параметрами полосового фильтра являются прозрачность в максимуме Т_max, рабочая длина волны ₀ ширина полосы  на половине максимальной прозрачности, прозрачность Т_ф за пределами полосы (фон) и контрастность, выражаемая отношением Т_max/Т_ф. Величина  = ₀/, представляющая собой добротность фильтра, в простейших случаях составляет от 10 до 100.

7) Какие светофильтры являются отрезающими?

Отрезающие фильтры имеют четко выраженный край поглощения, с одной стороны которого пропускания практически нет, а с другой – оно почти абсолютно. Отрезающие фильтры используются для устранения мешающего излучений (например, коротковолновой части спектра), а также в комбинации с другими фильтрами.

Основные параметры отрезающих фильтров это рабочая длина волны ₀ (длина волны перехода от прозрачности к непрозрачности) и крутизна спектральной характеристики K dI/d  I/.

Ниже приведен рисунок со спектральными характеристиками фильтров (1 – полосовой, 2 – отрезающий)

рис. 9 Спектры пропускания полосового (слева) и отрезающего (справа) фильтров

8) Что называется шириной спектральной линии и как она определяется?

Ширина спектральной линии — интервал частот или интервал длин волн, характеризующий спектральные линии в излучениях квантовых систем.

Ширину контура спектральной линии принято определять как разность длин волн, на которых интенсивность I (и соответственно T) равна половине максимального значения I_max (и соответственно T_max) .

9) Что такое естественная ширина спектральной линии?

Естественная ширина́ спектральной линии — ширина спектральной линии излучения изолированной квантовомеханической системы.

Ширина спектральной линии, определяемая только временем жизни частиц по спонтанному излучению, минимальна и называется естественной шириной спектральной линии.

7. Вывод

На спектрофотометре СФ-56 были проведены измерения физических свойств фильтров ЖЗС-10 и ФС-1. Получены данные – текстовый файл зависимости коэффициента поглощения T (*100) от длины волны (по абсциссе) – в диапазоне от 190 до 1100нм. Была измерена толщина каждого фильтра и сделано визуальное наблюдение.

Затем были построены графики T(λ), найдены спектральные характеристики фильтров, определены типы фильтров (ЖЗС-10 – отрезающий фильтр, ФФС-1 – полосовой фильтр). Рассчитаны и построены графиков зависимостей коэффициентов поглощения и оптической плотности от длины волны.

Ростов-на-Дону

2015г.