Поглощение света

При прохождении света (электромагнитной волны) через вещество его интенсивность уменьшается. В 1729 году французский учёный Пьер Бугер (1698 – 1758) открыл закон ослабления света в среде.

Получим этот закон.

Н а толщине слоя dx интенсивность света будет уменьшаться.

В области линейной оптики коэффициент   f(I).

Перепишем и проинтегрируем по всей толщине образца.

После интегрирования получаем.

В итоге получаем.

 – коэффициент поглощения. Это величина обратная расстоянию, на котором интенсивность света уменьшается в  раз. Размерность – 1/м. Коэффициент поглощения зависит от природы вещества, длины волны.

П ри поглощении света энергия световой волны частично вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами. Частично она переходит в энергию движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию вещества. Вынужденные колебания электронов, а, следовательно, и поглощение света становится особенно интенсивным при резонансных частотах поглощения. А это наблюдается в области аномальной дисперсии.

Разные вещества по-разному поглощают свет.

Для одноатомных газов и паров металлов (у них атомы расположены далеко друг от друга и их можно считать изолированными) резкие линии поглощения наблюдаются лишь в узких спектральных областях. Это линейчатые спектры поглощения. Эти узкие линии поглощения соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах и обусловлены переходами электронов в атомах с нижних энергетических уровней на более высокие. Ширина этих полос составляет 10^-12 – 10^-11 м.

С пектры поглощения молекул, кроме этого определяются колебаниями атомов в молекуле и их вращением относительно центра масс и характеризуются полосами поглощения. Их ширина составляет 10^-10 – 10^-7 м. Более подробно молекулярные спектры мы рассмотрим в третьем семестре.

У твёрдых диэлектриков наблюдается селективное поглощение в относительно широких полосах поглощения. Их ширина составляет 10^-7 – 10^-6 м. Т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения.

Г азы при высоких давлениях, а также жидкости как твёрдые тела имеют широкие полосы поглощения. По мере повышения давления газов максимумы поглощения, первоначально очень узкие, всё более расширяются, и при высоких давлениях спектр поглощения газов приближается к спектрам поглощения жидкостей. Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом.

Металлы практически непрозрачны для света. Их коэффициент поглощения имеет значение на 5 – 6 порядков выше, чем у прозрачных диэлектриков, например, стекла. Это обусловлено наличием в металлах свободных электронов. Под действием электрического поля световой волны свободные электроны приходят в движение – в металле возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. В результате энергия световой волны быстро убывает, превращаясь во внутреннюю энергию металла.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел.

Например, стекло слабо поглощающее красные и оранжевые лучи, но сильно поглощающее синие и зелёные лучи при освещении белым светом будет казаться красным. Если на это стекло направить синий или зелёный свет, то из-за сильного поглощения этих длин волн стекло будет казаться чёрным.

Это явление используется для изготовления светофильтров.

Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.