- •15. Взаємодія світла з речовиною
- •15.1. Поширення світла в речовині
- •15.2. Поглинання світла
- •15.3. Розсіювання світла
- •15.4. Дисперсія світла
- •15.5. Класична електронна теорія дисперсії
- •16. Поляризація світла. Розповсюдження світла в анізотропних середовищах
- •16.1. Поляризація світла
- •16.2. Поляризацiя свiтла при відбиванні
- •16.3. Подвiйне променезаломлення у кристалах
- •16.4. Призма Ніколя
- •16.5. Штучне подвійне променезаломлення
- •16.6. Оптично активні середовища
- •16.7. Контрольні питання
15. Взаємодія світла з речовиною
15.1. Поширення світла в речовині
П оширення 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 падіння коли спостерігається явище повного внутрішнього віддзеркалення (кут заломлення ). Кут можна 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.