3.1.Распространение света в веществе

Рассмотрим процесс распространения света в прозрачной среде. На основе теории Максвелла не трудно показать, что электромагнитные колебания с частотой, характерной для световых и ультрафиолетовых волн, должны эффективно «раскачивать» внешние (оптические) электроны в атомах и отдавать им свою энергию^. Колеблющийся электрон излучает электромагнитную энергию. Оказывается, что это излучениекогерентнос первичным излучением и с излучением других электронов, возбужденных световой волной. Показано, что интерференция этих вторичных (переизлученных) волн подобно интерференции вторичных волн по механизму Гюйгенса-Френеля (см. п.1.2.1) создает эффектпрямолинейногораспространения света в веществе.

3.2.Поглощение света в веществе

Если бы всяэнергия световой волны переизлучалась электронами, то свет проходил бы через вещество без всяких потерь. Но это не так – часть световой энергии, поглощенной электронами, переходит в тепло (передается ионам вещества), уходит на возбуждение и ионизацию молекул и прочие потери. Поэтому при прохождении света через вещество световая энергия (интенсивность света) убывает – происходитпоглощение света. Очевидно, что чем большее расстояние пройдет свет в веществе, тем больше будет потеряно энергии. Закон поглощения света был установлен экспериментально в 1729 году французским ученым Пьером Бугером (закон Бугера-Ламберта):

– (13)

Интенсивность света с увеличением длины путих, пройденного в прозрачном веществе, убывает экспоненциально.

Здесь I₀– интенсивность света на входе в вещество (прих=0). Положительный коэффициентв показателе экспоненты называетсяпоказателем поглощения. Он различен для разных веществ и зависит от частоты световых колебаний(длины световой волны).

Как всякая колебательная система, электрон в атоме имеет характерную (собственную) частоту колебаний, на которой он наиболее эффективно поглощает энергию (резонансноепоглощение – см. Ч.2, Г.-п.4.1.3.). Следовательно, на некоторых частотах (совпадающих с резонансными) поглощение света веществом должно быть особенно сильным. Это предположение подтверждается экспериментом. Если белый (например солнечный) свет направить на одноатомный разреженный газ, тоспектр поглощения(зависимость()) будетлинейчатым, то есть в нем появятся «провалы» (темные линии) в местах, соответствующих резонансным частотам колебаний оптических электронов.

Электроны многоатомных газов имеют большое число резонансных частот, образующих широкие полосы поглощения. Поэтому спектры поглощения многоатомных газов полосатые.

В конденсированныхсредах (жидкостях и твердых телах) взаимодействие между электронами отдельных атомов настолько сильное, что атомные полосы сливаются в одинсплошной спектр поглощения.

С ростом частоты электромагнитного излучения (уменьшением длины волны) достигается предел, когда длина волны света становится соизмеримой с постоянной кристаллической решетки. При этом световая энергия поглощается настолько интенсивно, что вещество становится «непрозрачным» (высокочастотная граница прозрачностивещества). Так, стекло, которое прозрачно для видимого света, не пропускает ультрафиолетовое излучение.