Поглощение света

Если на прозрачную среду направить параллельный пучок света, то интенсивность вышедшего света уменьшается. Потеря энергии световой волны происходит из-за возбуждения колебаний электронов в атоме. Частично эта энергия возвращается излучению в виде вторичных волн, частично переходит в энергию движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию вещества. Это уменьшение интенсивности называют поглощением света.

Поглощением света называется уменьшение интенсивности света, проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой.

Пусть на поверхность прозрачной однородной среды толщиной х направлен нормально параллельный пучок света с интенсивностью . В результате поглощения, интенсивность вышедшего пучка уменьшится до . Французский ученый Пьер Бугер в 1729 г. экспериментально установил, что , где - коэффициент поглощения. Впоследствии в 1760 г. немецкий ученый И. Ламберт этот закон вывел теоретически. Ламберт исходил из предположения о том, что при прохождении любого слоя вещества интенсивность светового потока уменьшается на определённую долю, зависящую только от толщины слоя, т.е. процесс потери энергии не зависит ни от интенсивности света, ни от толщины поглощающего слоя. Поэтому этот закон называют или закономБугераили законом Бугера – Ламберта. Немецкий учёный А. Бер в 1852 г. проверял на опыте правильность этого закона для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях. Поэтому иногда его называют законом Бугера-Ламберта-Бера.

Зако́н Бугера-Ламберта — это физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде. Это означает, что закон Бугера-Ламберта справедлив только для монохроматического излучения.

Интенсивность монохроматического света уменьшается по мере прохождения через поглощающую среду по экспоненциальному закону.

Коэффициент поглощения зависит от свойств поглощающего вещества и длины волны λ, но не зависит от интенсивности. Следовательно, излучение различных длин волн на одном и том же пути поглощается в различной степени.

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны света называется спектром поглощения вещества. Его часто представляют с помощью графика зависимости k от λ.

1. У вещества, атомы (или молекулы) которого практически не воздействуют друг на друга (газы и пары металлов при невысоком давлении), коэффициент поглощения для большинства длин волн близок к нулю и лишь для очень узких спектральных областей (шириной в несколько сотых ангстрема) обнаруживает резкие максимумы. Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атома. Лучи с частотами, близкими к резонансной, практически поглощаются в слое очень малой толщины, т.к. вблизи резонанса резко возрастают амплитуды вынужденных колебаний зарядов. При этом увеличивается вероятность перехода их энергии в энергию хаотического теплового движения.

2. Газы при высоких давлениях, жидкости и твердые тела имеют широкие полосы поглощения, то есть плавное изменение коэффициента поглощения в зависимости от длины волны λ. Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом.

3. Металлы практически не прозрачны для света. 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 тепла. В результате энергия световой волны быстро убывает, превращаясь во внутреннюю энергию металла.