Поглощение света — справочник студента

Лекция № 11

Дисперсия и поглощение света

Исследования показали, что показатель преломления среды зависит от частоты или длины волны, т.е. n=f(ω). Эта зависимость и называется дисперсией света. Очень наглядный метод исследования дисперсии материала был применен Ньютоном. Это метод скрещенных призм.

Пучок света проходит через две призмы установленные таким образом, чтобы преломляющие ребра их были расположены перпендикулярно друг другу. Цветная полоса, получающаяся после прохождения света одной призмы, отклоняется второй призмой. На экране получается окончательная форма, определяемая величиной дисперсии обеих призм.

Зависимость между показателем преломления и частотой света может быть весьма сложной. Если показатель преломления увеличивается с увеличением частоты ω, то дисперсия называется нормальной, если зависимость имеет обратный характер, то дисперсия называется аномальной.

Рождественский, используя интерферометр и спектрограф, предложил метод крюков, позволивший значительно повысить точность измерения дисперсии в непосредственной близости к полосе поглощения.

Объяснение явления дисперсии света удалось объяснить только после более глубокого рассмотрения взаимодействия световых волн с веществом.

Для вывода зависимости показателя преломления от частоты нужно найти как зависит диэлектрическая проницаемость от частоты (длины) переменного электрического поля. Дело в том, что показатель преломления связан с фазовой скоростью , а скорость определяется из электромагнитной теории Максвелла . Откуда . Для большинства прозрачных тел μ=1 и следовательно .

Будем рассматривать молекулы или атомы диэлектрика как систему,  в которую входят электроны, находящиеся в молекулах (атомах) в положении равновесия. Под влиянием внешнего поля эти заряды смещаются из положения равновесия на расстояние r, превращая атом в электрический диполь с моментом .

Если в единице объема среды находится N атомов, то электрический момент единицы объема (поляризация) среды будет . Зная поляризацию среды можно вычислить ее диэлектрическую проницаемость ε, так как индукция . Следовательно

Таким образом, задача сводится к определению смещения электрона r под действием внешнего периодически меняющегося поля при учете сил действующих на электрон, входящий в состав атома, со стороны частей этого атома и окружающих атомов. 

В связи с этим, запишем уравнение движения электрона. Световую волну запишем в виде , следовательно, сила со стороны этого поля на электрон будет меняться таким же образом.

На смещенный электрон со стороны атома будет действовать упругая сила, пропорциональная смещению, т.е. – .

Кроме того, необходимо учесть и силу, приводящую к затуханию возникающих колебаний электрона (сила сопротивления), которая будет пропорциональна скорости электрона, т.е. – .

Таким образом, уравнение движения запишется следующим образом

Разделим на m и перенесем все слагаемые с  в левую сторону, получим

обозначим  и , тогда уравнение перепишется в виде

Это уравнение колебания, собственная частота которого .

Собственные колебания такой связанной системы в твердом теле быстро затухают и остаются только вынужденные, которые происходят по закону вынуждающей силы. Поэтому решением этого уравнения будет . Подставляя значения смещения  в уравнение (3), получим

Подставляя его в выражение для n(1) получим

Таким образом, показатель преломления зависит от частоты ω внешнего поля. В области ω=0 до ω=ω0 n>1 и возрастает при возрастании ω (нормальная дисперсия). От ω=ω0 до ω= ∞ n

Источник: https://studizba.com/lectures/73-fizika/1063-optika/19417-11-dispersiya-i-pogloschenie-sveta.html

Поглощение света. Закон Бугера

Поглощением или абсорбцией называется явление потери энергии световой волны, проходящей через вещество, вследствие преобразования световой энергии волны в разные формы внутренней энергии вещества или в энергии вторичного излучения другого направлений и спектрального состава. При прохождении света через вещество происходит поглощение энергии, вследствие чего интенсивность света уменьшается. Изменение интенсивности света выражается экспериментальным законом, которая называется законом Бугера.

• I=I0e­αx
• где I0- интенсивность света падающего на вещество
• I — интенсивность с вышедшего из вещества
• х — толщина вещества
• α- коэффициент поглощения, зависящей от длины волны падающего света, химического состава вещества и его агрегатного состояния.

Коэффициент поглощения . Если α численно равен обратной величине от толщины вещества, то есть , то интенсивность вышедшего света уменьшается в е раз. Рассмотрим, как зависит коэффициент поглощения от длины волны и структуры вещества.

Одноатомные газы

В природе (в космосе) очень часто встречается вещество, которую можно представить как разряженный одноатомный газ. Атомы химических элементов также можно представить как одноатомный газ.

Поглощение света наблюдается лишь в том случае, когда частота падающего света совпадает с собственной частотой внешнего оптического электрона. ν =ν0!

В этом случае, электрон поглощает энергию падающего света всю порцию hν. Наблюдается поглощение в очень узкой области и образуется линейчатый спектр поглощения.

1. α=10-11-10-12 м-1
2. Молекулярные газы
3. Если вещество находится в молекулярном состоянии, то есть в состав молекулы входят несколько атомов, то поглощение света будет наблюдаться, когда частота падающего излучения соответствует частоте колебании атомов в молекулах и электронов в атомах.
4. Если вещество находится в молекулярном состоянии, то наблюдается поглощение в некотором интервале ∆ν, в результате чего спектр получается полосатым.

α=10-8-10-10м-1

Диэлектрики

Для прозрачных диэлектриков поглощение невелико α=10-5-10-7 м-1, но для них наблюдается селективное поглощение (выборочное).

Такое поглощение связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов, и поглощение вызвано явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и молекулах, имеющих достаточно прочную связь друг с другом. Диэлектрики дают сплошной спектр поглощения.

Поглощение в металлах

Металлы полностью поглощают свет и α=103-104 м-1, то есть металлы непрозрачны для света. Такое сильное поглощение связано с тем, что в металлах есть свободные электроны, и при попадании света в металлах возникают быстропеременные электрические токи.

Эти токи быстро затухают, превращаясь в джоулевую теплоту. Чем больше проводимость металла, тем сильнее он поглощает световую волну. Там, где происходит поглощение, наблюдается аномальная дисперсия.

На графике представлена зависимость показателя преломления от длины волны и коэффициент поглощения α от длины волны. Зависимость α от λ представлена для линейчатого спектра. В реальности линейчатый спектр не бесконечно тонкая линия, а некоторая кривая имеющая острый максимум.

На графике видно, что поглощение происходит между точкой АВ, где наблюдается аномальная дисперсия.

Зависимостью α от λ объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, если стекло слабо поглощает красные лучи, но сильно поглощает синие цвета, то при падении белого света на такое стекло, оно будет выглядеть красным. Мы видим за счет отраженного света. Если же такое стекло осветить зеленым или синим светом, то оно нам будет казаться черным, так как сильно поглощает.

Такие явления используются в светофильтрах. В них в зависимости от химического состава вещества пропускается свет, только определение длины волны, а все остальные длины волн поглощаются. Разнообразие пределов селективного поглощения и разных веществ объясняет многообразие цветов в природе. Насчитывается до миллионов разных цветов и оттенков. В физике широко используется метод абсорбционного спектрального анализа. При помощи этого метода изучается химическое строение разных видов. Для анализа анализируются определенные частоты, в которых наблюдается поглощение и интенсивность поглощения. Структура спектров поглощения полностью определяется составом и строением молекул, поэтому изучение спектров поглощения является основным методом количественного и качественного анализа разных веществ.

1. Излучение Вавилова- Черенкова

Советские ученые Вавилов и Черенков обнаружили необычное сечение, которое вызывается в веществе при движении в нем быстро движущихся заряженных частиц. Особенность излучения заключается в следующем.

Обычно заряженная частица испускают излучение, если они движутся с ускорением, если же частица движется равномерно и прямолинейно, то она не должна испускать электромагнитные излучения. Советские ученые Черенков, Тамм, Франк смогли объяснить данное излучение (Нобелевская премия 1958г.

), как нелюминесцентное свечение, вызванное движением электрона со скорость большей фазовой скорости света в среде.

Пусть электрон движется со скоростью . В момент времени t1 он проходит атом А и возбуждает свечение. В момент времени t2 электрон проходит атом В и возбуждает световую волну.

• — время движения электрона от А до В.
• Пусть в точке Р наблюдают свечение, оно вызвано интерференцией когерентных волн испущенных атомами АВ.
• В точке Р – максимум интерференции
• Из А в Р волна придет в момент времени t1/.
• где n- показатель преломления среды.
• Из В в Р придет волна в момент времени
• Но так как в точке Р наблюдается свечение, то это значит, что волны приходят туда одновременно, то есть ∆t/=0. Тогда

А так как cosθ не может быть больше единицы, Vе больше скорости света в среде, то есть больше . Таким образом, действительно эффект Вавилова-Черенкова вызван движением заряженной частицы движущейся с постоянной скоростью больше .

Источник: https://megaobuchalka.ru/3/18316.html

Коэффициент поглощения, формула и примеры

Волна света, проходя через вещество, часть энергии тратит на возбуждение электронов. Часть энергии возвращается излучению в виде вторичных волн, которые порождают электроны.

Фрагментарно энергия переходит в энергию движения атомов, то есть внутреннюю энергию вещества.

Из выше сказанного можно сделать вывод о том, что свет уменьшает свою интенсивность при прохождении через вещество, то есть свет в веществе поглощается.

Эмпирически получено, что интенсивность монохроматического света, который проходит через вещество убывает по следующему закону:

   

где — интенсивность света, падающего на поглощающий слой, — толщина слоя вещества, — коэффициент поглощения. Уравнение (1) называют законом Бугера.

У некоторых веществ коэффициент поглощения не зависит от интенсивности света. Однако существуют среды, в которых закон Бугера нарушается и возникает зависимость (I). Для объяснения поведения этих веществ, следует учесть квантовые свойства света. зависит от длины волны () света.

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны (частоты) света называют спектром поглощения вещества. У веществ, атомы (молекулы) которых мало взаимодействуют друг с другом (например, разреженный газ) коэффициент поглощения для большинства длин волн почти равен нулю, только в узких областях спектра проявляет резкие максимумы.

Данные максимумы соответствуют частотам резонанса для колебаний электронов внутри атомов.

Газы в условиях высоких давлений, жидкости и твердые тела дают широкие полосы поглощения. Расширение полос поглощения — результат усиления взаимодействия атомов.

Коэффициент поглощения могут обозначать по-разному, часто встречаются обозначения: . Индексом подчеркивают сильную зависимость коэффициента поглощения от частоты (длины волны) света.

Закон Бера

• В случае слабых растворов при растворителе, который не поглощает свет, коэффициент поглощения пропорционален концентрации:
•    
• где C — концентрация, — коэффициент пропорциональности, который зависит от частоты света и свойств молекул растворенного вещества.

Закон Бера узко применим. Он обычно выполняется при малых концентрациях, когда взаимодействие молекул можно считать несущественным.

Для веществ, которые подчиняются закону Бера закон Бугера можно трансформировать к виду:

   

Этот закон (3) носит название закон Ламберта — Бугера — Бера. Он применяется для определения концентрации веществ при помощи измерений поглощения света в растворе.

Единицы измерения коэффициента поглощения

Основной единицей измерения коэффициента поглощения света в системе СИ является:

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/koefficienty/koefficient-pogloshheniya/

Исследование поглощения света

• ID: 12208
• Название работы: Исследование поглощения света
• Категория: Лабораторная работа
• Предметная область: Физика

Описание: Исследование поглощения света Методические указания по выполнению лабораторной работы № 84 по оптике для студентов инженернотехнических специальностей Курск 2010 УДК 681.787.2 Составители: А.А. Родионов В.Н. Бурмистров Л.П. Пет…

1. Язык: Русский
2. Дата добавления: 2013-04-24
3. Размер файла: 114.5 KB
4. Работу скачали: 19 чел.

• Исследование поглощения света
• Методические указания по выполнению лабораторной работы
• № 84 по оптике для студентов инженерно-технических
• специальностей
• Курск 2010

УДК 681.787.2

Составители: А.А. Родионов, В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент В.М. Пауков

Исследование поглощения света [Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы по оптике № 84 для студентов инженерно-технических специальностей / Юго-Зап. гос. ун-т; сост.: А.А. Родионов, В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова. Курск, 2010. 8 с.: ил. 2. Библиогр.: с.8.

1. Содержат сведения по изучению поглощения оптически прозрачных сред.
2. Методические указания соответствуют требованиям программы, утвержденной учебно-методическим объединением для студентов инженерно-технических специальностей.
3. Предназначены для студентов инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.
4. Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать    . Формат 6084 1/16.

Усл.печ.л.      Уч.-изд.л.  Тираж 100 экз. Заказ.      Бесплатно.

Курский государственный технический университет.

305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

• Цель работы: научиться использовать явление поглощения света для определения коэффициентов пропускания, оптической плотности жидких и твердых тел, а также концентрации веществ в растворах.
• Принадлежности: колориметр фотоэлектрический КФК-2 с набором светофильтров, кюветы с раствором.
• Теоретическое введение

При прохождении световой волны через вещество, некоторая часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами, частично переходит в тепло, т.е. в энергию движения атомов. Таким образом, интенсивность света уменьшается – свет поглощается.

1. Если  – интенсивность света, падающего на поверхность прозрачного слоя толщиной l, а I – интенсивность света, вышедшего из вещества, то уменьшение интенсивности в слое : , где μ – линейный коэффициент поглощения, зависящий от природы вещества и длины волны света λ, а знак “-“ показывает, что с увеличением толщины поглощающего слоя, интенсивность прошедшего света уменьшается.
2. ,
3. – закон Бугера.   (1)

При  интенсивность . Таким образом, численное значение α показывает, что при толщине слоя  интенсивность волны падает в 2,72 раза.

Зависимость μ(λ) определяет спектр поглощения данного вещества.

Вещества в парообразном состоянии поглощают свет только в тех областях, в которых частота падающей волны будет равна собственной частоте колебаний электронов внутри атомов (атомы не взаимодействуют друг с другом). В результате образуется линейчатый спектр поглощения.

В твердых телах, жидкостях и газах при высоких давлениях атомы не изолированы, они взаимодействуют друг с другом, поэтому полосы поглощения расширяются и сливаются в сплошной спектр. Резонансные частоты уже почти не разделены интервалами.

Для металлов , что обусловлено наличием у них свободных электронов. Электроны колеблются под действием поля волны, образуя быстропеременные токи. В итоге энергия света переходит в джоулево тепло и наблюдается полное поглощение света, поэтому металлы являются непрозрачными для света.

Чаще всего для характеристики плоскопараллельного слоя исследуемого вещества применяют коэффициент пропускания τ, представляющий собой отношение интенсивностей прошедшего и поглощенного света.

Этот коэффициент учитывает как потери света внутри вещества, так и потери за счет отражений от поверхности слоя.

Расчет показывает, что в случае плоскопараллельного слоя оптически однородного вещества:

,     (2)

где r – коэффициент отражения каждой поверхности, l – толщина слоя.

Как и μ, коэффициент τ зависит от природы вещества и длины волны света λ. Зависимость τ(λ) характеризует спектр пропускания данного слоя вещества. Чтобы определить коэффициент поглощения μ по формуле (2), надо знать не только τ, но и толщину слоя и r.

Роль отражения можно исключить, если взять два образца из одинакового вещества, но разной толщины l. Тогда отношение коэффициентов светопропускания этих образцов будет зависеть только от произведения μ на разность их толщины.

Сократив коэффициент перед экспонентой, получим:

•     (3)
• В качестве меры поглощения света используется также оптическая плотность:
• ,   (4)

где . Таким образом, величины μ, r, D определяются опытным путем на основе нахождения значения τ.

В лабораторной работе исследование поглощения света проводится при помощи фотоэлектрического колориметра КФК-2. Колориметрия (от латинского color — цвет и греч. metréo — измеряю) – группа фотометрических методов количественного анализа, направленных на определение концентрации вещества в окрашенном растворе путем измерения количества света, поглощенного этим раствором.

Действие колориметра основано на свойстве окрашенных растворов поглощать проходящий через них свет тем сильнее, чем выше в них концентрация окрашивающего вещества.

Поэтому колориметры снабжаются набором светофильтров; применение различных светофильтров с узкими спектральными диапазонами пропускаемого света позволяет определять по отдельности концентрации разных компонентов одного и того же раствора.

Принцип измерения коэффициента пропускания при помощи колориметра КФК-2 состоит в том, что на фотоприемник направляются поочередно световые потоки I0 и I, а затем определяется их отношение. Для нахождения этого отношения вначале в световой поток помещают кювету с растворителем или контрольным раствором.

Изменяя чувствительность колориметра нужно добиться, чтобы отсчет по шкале коэффициентов пропускания колориметра был равен 100. То есть полный световой поток I0 условно принимается равным 100%. Затем в световой пучок помещают кювету с исследуемым раствором. Полученный отсчет по шкале коэффициентов пропускания будет соответствовать I, то есть будет равен .

Затем по (4) находим D, и поочередно подставляя в светопоток колориметра кюветы с одинаковыми по составу растворами, но разными длинами  и , аналогично определяем  и , а затем по (3) величину μ в том или ином диапазоне длин волн в зависимости от выбранного светофильтра.

Концентрацию же раствора можно найти по D, используя градировочную кривую, построенную по нескольким значениям D для растворов с известными (заданными) концентрациями.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с расположением ручек управления на передней панели колориметра. Слева находится переключатель светофильтров, вмонтированных в диск. Рабочее положение каждого диска фиксируется и имеет маркировку.

Так 1-й диск-светофильтр максимально пропускает свет с λ = 315 нм (с полосой 35 ± 15нм); 2-й = 364 (25 ± 10); 3-й = 400 (45 ± 10); 4-й =440 (40 ± 15); 5-й = 490 (35 ± 10);6-й =540 (25 ± 10); 7-й =590 (25 ± 10); 8-й =670 (20 ± 5); 9-й = 750 (20 ± 5); 10-й = 870 (25 ± 5); 11-й = 990 (25 ± 5нм). Каждый из этих светофильтров имеет свой максимальный коэффициент пропускания.

Над ним находится крышка кюветного отделения, при её открытии шторка закрывает окно перед фотоприемниками, измеряющими интенсивность света с выводом сигнала на шкалу регистрирующего прибора, оцифрованную в единицах коэффициента пропускания τ и оптической плотности D. Переключение фотоприемников осуществляется ручками справа («чувствительность» и «установка 100 грубо»). Кюветы устанавливаются в кюветодержатель, который помещают под крышку кюветного отделения.

2. Подготовить прибор к работе. Для этого колориметр включить в сеть за 15 минут до начала измерений. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто.

3. Зафиксировать рукояткой нужный цветовой светофильтр 4-й =440 (40 ± 15); 5-й = 490 (35 ± 10).

4. Установить минимальную чувствительность колориметра. Для этого ручку «чувствительность» установить в положение «1», а ручку «установка 100 грубо» в крайнее левое положение.

5. Перед измерениями и переключением фотоприемника проверить установку стрелки колориметра «0» по шкале коэффициента пропускания Т при открытом кюветном отделении (крышка поднята вверх). При смещении стрелки от нулевого положения, ее подводят к нулю с помощью потенциометра НУЛЬ.

6. В пучок поместить кювету с растворителем или контрольным раствором, по отношению к которому производятся измерения, а также с исследуемым раствором.

7. Закрыть крышку кюветного отделения.

8. Ручками «чувствительность», «установка 100 грубо» и «точно» установить отсчет 100 по шкале прибора. Ручка «чувствительность» может при этом находиться в одном из трех положений — «1», «2» или «3».

10. Снять отсчет по шкале колориметра, соответствующий коэффициенту пропускания исследуемого раствора в процентах, или по шкале в единицах оптической плотности.

11 .Измерения проводить 3-5 раз и окончательное значение измерений величины определить как среднее арифметическое из полученных значений.

12. Для определения неизвестной концентрации раствора нужно произвести измерение величины D для него (3-5 раз), а затем по градировочной кривой определить концентрацию С %. На градировочной кривой нанесена зависимость D (С %), построенная для того же светофильтра и кюветы, для которых измеряется оптическая плотность Dx, раствора с неизвестной концентрацией Сх.

13. По окончании работы на колориметре ручки «чувствительность», «установка 100 грубо» привести в крайнее левое положение, затем включить тумблер «сеть».

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Перед каждым измерением кюветы должны тщательно протираться спирта — эфирной смесью. При установке кювет нельзя касаться пальцами их рабочих участков (ниже уровня жидкости в кювете).

2. Наливать жидкость в кюветы нужно до метки на их боковых стенках.

3. Выбор оптимального размера кюветы производятся для раствора средней концентрации (из всех намеченных для измерения). Если для него оптическая плотность составляет 0,3 – 0,5, то при данной кювете ошибка измерений будет минимальной.

4. Светофильтр для работы выбирается так, чтобы длина волны, соответствующая максимуму коэффициента пропускания светофильтра, приходилась на определенный участок спектральной кривой испытываемого раствора. Он находится по экспериментальному графику зависимости  испытываемого раствора и соответствует максимальной величине D.

Контрольные вопросы:

1.  Поглощение света, закон Бугера.
2.  Спектры поглощения веществ в различных состояниях.
3.  Колориметры и колориметрия.
4.  В чем состоит принцип измерения коэффициента пропускания при помощи колориметра КФК-2?

Библиографический список:

1.  Савельев И. В. Курс физики [Текст] : учебное пособие : в 3 т. Т. 3 : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц / И. В. Савельев. — 2-е изд., стер. — СПб. : Лань, 2006. — 320 с.;
2.  Детлаф А.А. Яворский Б.М. Курс физики. М.: 2003. С. 457-461,  553-557.

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=12208

Сборник идеальных эссе по обществознанию

• Коэффициент поглощения света — это
• 1) световой поток, падающий на тело
• 2) световой поток, поглощённый поверхностью тела
• 3) отношение светового потока, падающего на тело, к световому потоку, поглощённому поверхностью тела
• 4) отношение светового потока, поглощённого поверхностью тела, к световому потоку, падающему на тело

Принципы оптической маскировки

Цвет различных предметов, освещённых одним и тем же источником света, может быть весьма разнообразен. Цвет непрозрачного предмета зависит от того излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаза.

Доля светового потока, отражённого от поверхности тела, характеризуется коэффициентом отражения. Доля светового потока, проходящего через прозрачные тела, характеризуется коэффициентом пропускания.

Доля светового потока, поглощаемого телом, характеризуется коэффициентом поглощения.

Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания могут зависеть от длины волны, благодаря чему и возникают разнообразные цвета окружающих нас тел.

Непрозрачные тела белого цвета отражают практически всё падающее на них излучение, непрозрачные тела чёрного цвета поглощают всё падающее на них излучение. Прозрачное стекло зелёного цвета пропускает только лучи зелёного цвета и т.п.

Предмет, у которого коэффициент отражения имеет для всех длин волн используемого излучения практически те же значения, что и окружающий фон, становится неразличимым на этом фоне даже при ярком освещении. В природе многие животные имеют защитную окраску (мимикрия).

Этот эффект используется также в военном деле для цветовой маскировки войск и военных объектов. Но на практике трудно достичь того, чтобы для всех длин волн коэффициенты отражения предмета и фона совпадали.

Так как человеческий глаз наиболее чувствителен к жёлто- зелёной части спектра, то при маскировке пытаются достичь равенства коэффициентов отражения прежде всего для этой части спектра.

Такая маскировка несовершенна: если вести наблюдение через светофильтр, практически устраняющий те длины волн, на которые маскировка рассчитана, но пропускающий те длины волн, которые при маскировке не учитывались или учитывались в меньшей степени, то маскируемый предмет станет различим.

1. Показать ответ
2. Комментарий:
3. Будьте внимательны.

Ответ: 4

Предложи свой вариант решения в комментах

Источник: https://neznaika.info/q/10053

Физический энциклопедический словарь. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА

Приглашаем посетить сайт

По первой буквеA-Z А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА — уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через среду, заполненную в-вом. Осн. законом, описывающим поглощение, явл. з а к о н Б у г е р а J=J0 ехр(-кll), связывающий интенсивность I пучка света, прошедшего слой поглощающей среды толщиной l, с интенсивностью падающего пучка J0. Не зависящий от интенсивности света J0 коэфф. кl наз.

показателем поглощения, причём кl, как правило, различен для разных длин волн l. Этот закон был экспериментально установлен в 1729 франц. физиком П. Бугером и впоследствии теоретически выведен нем. учёным И.

Ламбертом (1760) при очень простых предположениях, к-рые сводятся к тому, что при прохождении любого слоя в-ва интенсивность светового потока уменьшается на определённую долю, зависящую только от кl и толщины слоя, т. е. dJ/J=-кldl Решением этого ур-ния и явл. закон Бугера. С совр. точки зрения физич.

Зависимость кl от длины волны света l наз. спектром поглощения в-ва. Спектр поглощения и з о л и р о в а н н ы х а т о м о в (напр., разреженные газы) имеет вид узких линий, т. е. кl отличен от нуля только в определённых узких диапазонах длин волн (десятые — сотые доли А), соответствующих частотам собств. колебаний эл-нов внутри атомов.

М о л е к у л я р н ы й спектр поглощения, определяемый колебаниями атомов в молекулах, состоит из существенно более широких областей длин волн, в к-рых поглощение значительно (т.

В случае, когда свет поглощается молекулами в-ва, растворённого в практически не поглощающем растворителе, или молекулами газа, кl оказывается пропорциональным числу поглощающих молекул на единицу длины пути световой волны, или, что то же, на единицу объёма, заполненного проходящим светом, т. е. пропорционален концентрации С: кl=clС (правило Бера).

Тогда закон поглощения принимает вид J=J0e-clCl (Бугера-Ламберта — Бера закон), где cl — новый коэфф., не зависящий от концентрации и характерный для молекулы поглощающего в-ва. В реальных газах и растворах закон Бугера — Ламберта — Бера выполняется далеко не всегда.

В проводящих средах (металлах, плазме) вз-ствие со светом в значит. степени определяется свободными эл-нами, в связи с чем кl зависит от электропроводности s. Значит. П. с. в проводящих средах сильно влияет на все процессы распространения света в них; формально это учитывается тем, что член, содержащий кl, входит в выражение для комплексного преломления показателя среды.

В терминах квант. теории процесс П. с. связан с переходом эл-нов в поглощающих атомах, ионах, молекулах или тв. теле с более низких уровней энергии на более высокие. Обратный переход в осн.

или нижнее возбуждённое состояние может совершаться с излучением фотона или безызлучательно, или комбинированным путём, причём способ перехода обратно определяет, в какой вид энергии переходит энергия поглощённого света.

Этот эффект может быть обусловлен тем, что очень большая доля поглощающих ч-ц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, теряет способность поглощать свет, что заметно изменяет характер П. с. средой.

Если в поглощающей среде искусственно создана инверсия населённости, т. е.

число возбуждённых состояний на верхнем уровне превосходит таковое на нижнем, то каждый фотон из падающего потока имеет большую вероятность индуцировать испускание точно такого же фотона, чем быть поглощённым самому (см.

ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ). В этом случае интенсивность выходящего света J превосходит интенсивность падающего J0, т. е. имеет место усиление света.

Формально это явление в законе Бугера соответствует отрицательности kl, поэтому явление наз. о т р и ц а т е л ь н ы м П. с. На нём основано действие квантовых генераторов (лазеров) и квантовых усилителей.

П. с. используется в разл. областях науки и техники. Так, на нём основаны мн. особо высокочувствит. методы количеств. и качеств. хим.

анализа, в частности а б с о р б ц и о н н ы й спектральный анализ, спектрофотометрия, колориметрия и пр. Вид спектра П. с. удаётся связать с хим.

структурой в-ва, по виду спектра поглощения можно исследовать характер движения эл-нов в металлах, выяснить зонную структуру полупроводников и мн. др.

• © 2000- NIV

Источник: http://es.niv.ru/doc/dictionary/physical/articles/541/pogloschenie-sveta.htm