§100. Поглинання світла

Поглинанням світла називається явище втрати енергії світловою хвилею, яка проходить через речовину, внаслідок перетворення енергії хвилі у інші форми енергії.

При проходженні паралельного пучка світла крізь шар прозорого середовища його інтенсивність зменшується. Поглинання світла може приводити до нагрівання, іонізації або збудження атомів і молекул речовини, до деформації, поглинання може супроводжуватись розсіянням світла та індуктивним випромінюванням.

Щ об отримати співвідношення, яке виражає закон поглинання світла, розглянемо шар прозорого середовища завтовшки l, на який падає паралельний пучок променів інтенсивністю . Виділимо в середовищі нес­кінченно тонкий шар dl, який обмежений паралельними поверхнями, що перпендикулярні до напрямку поширення світла (рис. 244). Дослід показує, що змен­шення інтенсивності світла шаром середовища dl пропорційне до величини інтенсивності, що входить у цей шар, і тов­щини шару, тобто

,

де – коефіцієнт про­порційності, який не залежить від інтен­сив­ності світла і нази­ва­єть­ся кое­фіцієнтом поглинання. Знак мінус вказує на те, що із збільшенням товщини шару поглинаючого середовища інтенсивність світла, що проходить крізь нього, зменшується.

Після розділення змінних у рівнянні дістаємо

.

Проінтегруємо це рівняння:

; .

В результаті маємо

,

де І – інтенсивність світла, що виходить із ша­ру поглинаючого середовища завтовшки l; – інтенсивність світла, що входить у поглинаюче середовище. При інтенсивність . Отже, шар, товщина якого дорівнює , зменшує інтенсивність світла в е разів. Отримане співвідношення було встановлене у 1729 р. П. Бугером і називається законом Бугера, або законом Бугера-Ламберта. А. Бер встановив, що поглинання світла розчинами пропорційне молекулярній концентрації розчиненої речовини, тобто

,

де – коефіцієнт пропорційності. який залежить від природи розчиненої речовини і не залежить від її концентрації.

Тоді закону Бугера-Ламберта-Бе­ра, який справедливий для газів і розчинів малих концентрацій, можна надати вигляду

.

Коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі (або частоти ) і від хімічної природи речовини.

В одноатомних газах і парах металів, у яких атоми розміщені на значних відстанях один від одного і їх можна вважати ізольованими, коефіцієнт поглинання для більшості довжин хвиль близький до нуля і лише для дуже вузьких спектральних областей спостерігаються різні максимуми. Такий спектр поглинання називається лінійчастим. (рис. 245). Ці лінії відповідають частотам власних коливань електронів в атомах.

У газів з багатоатомними молекулами спостерігаються системи тісно розміщених ліній, які утворюють смуги поглинання. Структура цих смуг визначається складом і будовою молекул.

Рідкі і тверді діелектрики мають суцільні спектри поглинання, що складаються з порівняно широких смуг поглинання, в межах яких коефіцієнт поглинання змінюється плавно. За межами цих смуг , тобто діелектрики прозорі.

Метали практично непрозорі для світла. Коефіцієнт для них має значення порядку , в той час як для скла . Це обумовлено наявністю в металах вільних електронів. Під дією елек­тричного поля світлової хвилі вільні елек­трони починають рухатись і в металі виникають швидкозмінні струми, що супровод­жуються виділенням теплоти. В результаті енергія світлової хвилі швидко зменшується і перетворюється у внутрішню енергію металу.

Структура спектрів поглинання виз­начається складом і будовою молекул, тому вивчення спектрів поглинання є одним з основних методів кількісного і якісного дослідження речовин.

КОРДИШ ЛЕОН ЙОСИПОВИЧ

(1878-1932)

В 1906 р., використовуючи теорію теплового випромінювання Планка, порівняв лінійчасті і смугові спектри випромінювання, і прийшов до висновку, що лінійчасті спектри дають речовини в атомарному стані, а смугові - речовини, молекули яких складаються з двох і більше атомів.

КИРИЛОВ ЕЛПІДІФОР АНЕМПОДИСТОВИЧ

(1883-1964)

Встановив картину поглинання у широкій області спектра – від ультрафіолетової до інфрачервоної – на різних світлочутливих об’єктах і фотографічних шарах. Це явище було названо тонкою структурою.

Знайшов структуру спектрів поглинання бромистого і йодистого срібла, хлористого і бромистого талію. Провів порівняння спектрів поглинання голоїдних солей ртуті, талію і срібла.

ПРИХОТЬКО АНТОНІНА ФЕДОРІВНА

(1906-1988)

Встановила основні закономірності поглинання і випромінювання світла органічними кристалами.

Виконала цикл досліджень спектрів поглинання кристалів ароматичного ряду.

Розвинула теорію поглинання світла магнітними молекулярними кристалами.

ЄРЕМЕНКО ВІКТОР ВАЛЕНТИНОВИЧ

(нар.1932 р.)

Показав, що електронно-магнонні смуги поглинання світла більш чутливі до встановлення магнітного порядку, ніж суто електронні.

ПРИХОТЬКО А.Ф., БРОДИН М.С., СОСКІН М.С.

В результаті систематичних досліджень дис­персії показника заломлення деяких кристалів вперше встановили істотне порушення дисперсійних співвідношень Крамерса–Кроніга в околі екситонних смуг при низьких температурах.