lekcia_27opt

Дисперсия света.

Следствием дисперсии является разложение в спектр белого света при его прохождении через призму (рис. 1а).

Пусть монохроматический пучок света падает на призмус преломляющим углом А и показателем преломления n под углом 1 (см.рис.1б).

После двукратного преломления (на левой и правой гранях призмы) луч отклоняется на угол .

1

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Предположим, что А и 1 малы, тогда 2, 1 и 2 тоже малы.

Тогда применим закон преломления, заменив синусы малых углов на значения самих углов:

Угол отклонения зависит от n-1, а n=f(l).

d

изменяется показатель преломления с длиной волны.

Дисперсия называется нормальной, если D увеличивается с уменьшением , и аномальной – если D увеличивается с уменьшением .

2

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Электроннаятеория дисперсии

Рассмотрим онородный изотропный диэлектрик. По определению,=1+ =1+Р/( 0Е), где - диэлектрическая воспиимчивость, Р - мгновенное значение поляризованности, Е – напряженность электрического поля.

Можно считать, что под действием световой волны внешние (оптические) электроны атома совершают вынужденные колебания.

Рассмотрим один электрон. Его дипольныймомент p=ex, где x- смещение электрона от положения равновесия.

Если концентрация атомов n0, то полярозованность P=pn0=n0ex.

Подставляя значение поляризованности в выражение для показателя преломления:

n2 1 n0ex

0E

3

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Считая внешнюю световую волнугармонической E=E0 cos t получим, что для случая незатухающих вынужденных колебаний электрона

Графически полученная зависимость показателя преломления от частоты без учета затухания в системе представлена на рис. 2.

Вблизи частот резонансного поглощения n среды асимптотически стремится к бесконечности.

С учетом затухания n не обращается в бесконечность.

Рис.2

4

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Вобласти от 0 до 0 и от 0 до n2>1 показатель преломления растет с ростом частоты (область нормальной дисперсии).

Вокрестности 0 n уменьшается с ростом частоты. Это область аномальной дисперсии, которая совпадает с линией поглощения и всегда сопровождает явное поглощение света.

Метод скрещенной дисперсии (метод крюков).

Из исследуемого материала изготавливают призму. Берут другую призмус известной дисперсией материала и пропускают через нее узкий пучок белого света. За счет явления дисперсии, свет разлагается на монохроматические составляющие в горизонтальной плоскости. Если на пути этого излучения установить исследуемую призмутак, чтобы ее преломляющая грань была перпендикулярна преломляющей грани первой призмы, то на экране мы увидим ход дисперсионной кривой.

5

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Поглощение света

Поглощением(абсорбцией) света называют явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии.

Поглощение света в веществе описывается законом Бугера:

где I0 и I – интенсивность плоской монохроматической световой волны на входе и выходе поглощающего слоя толщиной Х, - коэффициент поглощения.

При х=1/ интенсивность света уменьшается в е раз. α зависит от длины волны и различен для разных веществ.

Метод абсорбционного спектрального анализа азов, жидкостей и твердых тел.

Оптическая плотность D lg I0 C x Пропорциональна толщине поглощающего

I

слоя, α исследуемого вещества и его концентрации в исследуемом растворе.

Обычно не определяют, а проводят построение калибровочной зависимости D от концентрации С по стандартным растворам с известной концентрацией при одной и той же толщине х.

7

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Виды спектров поглощения

Спектр – зависимость интенсивности электромагнитной волны (световой волны) от ее длины волны или частоты.

Одноатомные газы и пары металлов при низком давлении, когда атомы расположены на значительном расстоянии друг от друга, имеют линейчатый спектр поглощения на частотах, соответствующих собственной частоте колебаний электронов. Средняя ширина спектральных линий порядка 10-12 м.

Пример – линейчатый спектр ртутной лампы, неона в рекламных лампах, натрия в натриевых лампах уличного освещения.

Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов состоит из

отдельных полос, содержащих большое количество близко расположенных линий. Такой спектр называется полосатым и наблюдается в газах и жидкостях.

Пример – спектры поглощения окрашенных растворов солей металлов

(медный купорос, соли железа, алюминия и др.), полоса поглощения молекул воды и СО2 в ближней ИК области.

Некоторые конденсированные среды, такие как твердые тела и жидкости обладают сплошнымспектром поглощения.

8

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Линейчатые спектры натрия и водорода

Полосатый спектр молекулы CN

Сплошной спектр

9

Лекция 27. взаимодействие света с веществом

Рассеяние света

Основная идея: атомы и молекулы вещества и их совокупности под воздействием падающего на них излучения становятся источниками вторичного излучения.

Процесс рассеяния света состоит в заимствовании молекулой или частицей энергии ураспространяющейся в среде электромагнитной волны и излучении этой энергии в телесный угол, вершиной которого является молекула или частица.

Если среда рассматривается как непрерывная, то источниками рассеяниями выступают оптические неоднородности среды.

Характер рассеяния зависит от соотношения междудлиной волны и размером частиц.

10

Лекция 27. взаимодействие света с веществом