Молекулярная оптика, поглощение света (закон Бугера-Ламберта-Бера), полоса поглощения в металлах и диэлектриках, рассеяние света в неоднородной среде

Поглощением (абсорбцией) света называется явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество, вследствие преобразования энергии волны в другие формы (внутреннюю энергию вещества и в энергию вторичного излучения других направлений и

спектрального состава). В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается. Поглощение света в веществе описывается законом Бугера:

где Iо и I — интенсивности плоской монохроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, а — коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. Не путать безразмерныq показателm поглощения ɑ, который связан с ɑ _λ формулой ɑ _λ =4πɑ / λ.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны (или частоты) и для различных веществ различен. Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов в молекулах,

характеризуется полосами поглощения. Участок спектра (диапазон волн) радиации, в котором радиация поглощается тем или иным веществом.

Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик, однако у них наблюдается селективное поглощение света в определенных интервалах длин волн, когда а резко возрастает, и наблюдаются сравнительно широкие полосы поглощения, т. е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.

Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения и поэтому металлы

являются непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают переменные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света.

С классической точки зрения процесс рассеяния света заключается в том, что свет, проходя через вещество, возбуждает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны становятся источниками вторичных волн. Вторичные волны являются когерентными и поэтому должны интерферировать. В случае однородной среды вторичные волны гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому рассеяние света, то есть перераспределение его по разным направлениям, отсутствует. В направлении первичной волны вторичные волны, интерферируя с первичной волной, образуют результирующую волну, фазовая скорость которой отлична от скорости света в вакууме. Этим объясняется дисперсия света. Следовательно, рассеяние света возникает только в неоднородной среде.