15. Взаємодія світла з речовиною

15.1. Поширення світла в речовині

Поширення світла в середовищі за класичною теорією відбувається так: падаюче випромінювання збуджує атоми середовища, викликаючи вторинне вимушене випромінювання осциляторів атома, якими є валентні (зовнішні) електрони. Ці електрони ще називаються оптичними. Вторинне випромінювання оптичних електронів когерентне між собою і з первинним випромінюванням. При накладанні вони інтерферують, утворюючи прохідну хвилю, яка розповсюджується в напрямку первинної, а її фазова швидкість залежить від частоти, яка може бути як більше так і менше величини фазової швидкості первинної. При проходженні світла в оптично неоднорідному середовищі виникає розсіювання світла, як результат накладання первинного та вторинного випромінювань.

При проходженні променя світла 1 крізь границю розділу двох різних середовищ у результаті інтерференції утворюються прохідна 2 та віддзеркалена 1 хвилі. На Мал.161 і  кут падіння світла, і  кут віддзеркалення, r  кут заломлення, та діелектричні проникливості. Для прохідної хвилі виконується закон Снеліуса

. (1)

Абсолютний показник заломлення світла визначається відношенням швидкості світла у вакуумі с до швидкості світла у речовині V

і тепер вираз (1) запишемо у вигляді

. (2)

При існує кут падінняколи спостерігається явище повного внутрішнього віддзеркалення (кут заломлення). Кутможна визначити із закону Снеліуса

. (3)

15.2. Поглинання світла

При проходженні світла через середовище частина його енергії переходить у внутрішню енергію (нагрівання тіла), або енергію вторинного випромінювання (фотолюмінісценція), що має інший спектральний склад. Це явище називається поглинанням світла і воно описується законом Бугера-Ламберта

, (1)

де  коефіцієнт поглинання, І₀  інтенсивність падаючого випромінювання. Для розчиненої речовини з концентрацією С коефіцієнт поглинання пропорційний концентрації

. (2)

Рівняння плоскої монохроматичної хвилі у поглинаючому середовищі можна записати у вигляді

або в експоненціальній формі

,

де

. (3)

15.3. Розсіювання світла

Явище зміни напрямку поширення світла у середовищі називається розсіюванням світла. Це явище виникає при збудженні дипольних моментів оптичних електронів атомів, молекул або іонів оптично неоднорідних середовищ падаючим випромінюванням.

Розсіювання в каламутних середовищах на частинках, розміри яких менше довжини хвилі , називається розсіюванням Тиндаля. При проходженні через певну товщу такої речовини в спектрі розсіювання переважає довгохвильова складова і речовина здається червонуватою. Розсіювання Тиндаля описується законом Релея

, (1)

а залежність інтенсивності розсіяного світла І від кута розсіювання  (індикатриса розсіювання) має вигляд

, (2)

де  інтенсивність світла, розсіяного під кутом , тобто напрямку падаючого променя.

Крім указаного, розділяють ще молекулярне розсіювання, викликане неоднорідністю густини речовини при тепловому русі її частинок. Розміри таких неоднорідностей менше довжини хвилі . Молекулярне розсіювання спостерігається в атмосфері. Зранку та ввечері сонячне світло червоно - оранжеве, а вдень блакитне.