§ Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера

Из принципа Гюйгенса-Френеля следует, что оптически идеальная среда не поглощает. Однако в реальных веществах не вся энергия колеблющихся зарядов возвращается обратно в виде вторичных волн. Часть переходит в другие виды энергии и в конечном счёте в тепловую. В некоторых случаях поглощённая энергия может сконцентрироваться на определённой химической связи. Т.е. привести в её разрыву. Этот процесс лежит в основе фотохимической реакции.

. Позднее Бер показал, что , где – коэффициент экстинкции, зависящий от λ, Т и природы вещества. С другой стороны опыт предыдущего параграфа с учётом . Закон БЛБ был получен для однородной слабоокрашенной среды (слабопоглощающие растворы). Если исследовать раствор, отличный от предполагаемого, то могут наблюдаться отклонения от данного закона (кажущиеся отклонения!).

Причины данных отклонений разделены на 3 группы:

1. физико-химические (химические реакции, флуоресценция);

2. инструментальные (немонохроматичность излучения, рассеяние света);

3. анизотропия.

Р асслоение веществ: – коэффициент светопропускания. – оптическая плотность.

Оптимальная фотометрических измерений: D=1…2, .

§ Фазовая и групповая скорости

Если бы в среде распространялась строго монохроматичная волна, то фиксированная фаза волны: wt-kr=const перемещалась бы со скоростью . На практике излучение же всегда немонохроматично. Очень часто для описания его распространения используют модель волнового пакета (совокупность частот, удовлетворяющих w: w+Δw, Δw≪w.

Законы распространения существенно отличаются от законов распространения монохроматичных волн. Волны внутри пакета несколько разбросаны => скорость распространения фазы будет отличаться от максимальной скорости распространения энергии. Последняя называется групповой скоростью: .

Свяжем фазовую и групповую скорости. Волновой пакет может описываться как . Данное выражение можно привести к виду , А – переменная амплитуда, а именно: – огибающая амплитуда, совокупность непрерывного участка частот.

,подставляя (2) в (1), тогда (3). Памятуя, что (4), имеем:

(5)

Подставляем (5) в (3):

– связь между групповой и фазовой скоростями. Формула была получена Рэлеем, определяется дисперсией .

Рассмотрим некоторые случаи:

1. => – возможно лишь для вакуума.

2. => – область нормальной дисперсии.

3. => – область аномальной дисперсии.

2 и 3 случаи приводят к расплыванию волнового пакета, это грозит проблемой определения амплитуды.

§ Лучеиспускательная и поглощательная способность тела. Закон Кирхгофа.

Излучение телами э-м волн может осуществляться за счёт различных видов энергии. Самый распространённый из них – тепловое излучение, т.е. испускание э-м волн за счёт внутренней энергии тела. Все остальные виды свечения можно объединить под общим названием люминесценция (холодное свечение). В зависимости от источника возбуждения различают следующие виды люминесценций: 1. хемилюминесценция (за счёт энергии химической реакции), 2. электронолюминесценция (за счёт энергии электрического поля), 3. фотолюминесценция (за счёт излучения). По времени возбуждённого состояния: 1. флюресценция (время инерции τ~10^-4 с), 2. фосфоресценция (время инерции τ~10^-3 с). Тепловое излучение существует при любой температуре выше 0 К, в отличие от люминесценции оно является равновесным (может приводить к тепловому равновесию). Одна из основных характеристик теплового излучения – излучательность (или энергетическая светимость R, M). Поток: => . Лучеиспускательная способность: .

Излучательность – энергия, излучённая в единицу времени с единицы поверхности по всем направлениям. Для некоторого спектрального интервала справедливо: . Или с учётом меняющейся температуры: – интегральная лучеиспускательная способность. Перейдем к длинам волн , то . Для одного и того же спектрального диапазона справедливо: . Тогда .

Рассмотрим процесс, обратный излучению. Пусть на тело в единичном спектральном интервале вблизи частоты w падает световой поток, часть которого поглощается телом. – поглощательная способность. При a=0 имеем абсолютно чёрное тело, которое поглощает всю энергию (сажа, иней и др.).

Э ти три температуры не равны. Пост. задачи: рассмотрим зеркальную вакуумированную плоскость , помещённую в термостат. В полости находится система тел, начальные температуры которых могут различаться. Опыт показывает, что системы приходят к термодинамическому равновесию. Этот и дальнейшие эксперименты привели к мысли о том, что излучение и поглощение взаимосвязаны (1809 год, правило Приво). Единственное условие прихода к термодинамическому равновесию – равенство поглощения и излучения. В 1859 году был получен закон Кирхгофа: (для всех тел системы).

Данное отношение не зависит от природа тела и является для всех тел универсальной функций от w (или λ) и Т. Т.е. – универсальная функция Кирхгофа. Если рассмотреть это соотношение для АЧТ, получаем ..юдз

л