Поглощение света

Явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии электромагнитного поля волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения (фотолюминесценцию), имеющего другой спектральный состав и направление распространения, называется поглощением света.

Бугер в 1729 году экспериментально, а Ламберт в 1760 году теоретически установили закон поглощения света.

Интенсивность света при прохождении через поглощающую среду уменьшается по экспоненциальному закону:

,

где и - интенсивности света на входе и выходе из слоя толщиной , - показатель поглощения среды, который зависит от химической природы и состояния вещества, и от длины волны падающего света. не зависит от интенсивности света.

Для разбавленного раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе выполняется закон Бера:

,

где - концентрация раствора, - коэффициент пропорциональности, не зависящий от концентрации. Отсюда получается закон Бугера-Ламберта-Бера:

.

Зависимость коэффициентов или от длины волны, характеризующая спектр поглощения света в среде, связана с явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах. Поглощение велико в области собственных колебаний электронов и атомов.

Для изолированных атомов (в парах или газах) характерен линейчатый спектр. Дискретные частоты интенсивного поглощения света совпадают с частотами собственного излучения возбужденных атомов этих газов.

У газов с многоатомными молекулами наблюдаются системы тесно расположенных линий, образующих полосы поглощения. Жидкие и твердые вещества – имеют сплошные спектры поглощения, состоящие из широких полос. Это связано с сильным взаимодействием между частицами среды, приводящим к появлению множества дополнительных резонансных частот.

На рис.4. представлена типичная зависимость коэффициента поглощения от длины волны света и зависимость показателя преломления от в области поглощения.

Рис.4.

Из рисунка видно, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия (убывает с уменьшением ). Однако поглощение вещества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающие красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый или синий свет, то из-за сильного поглощения света этих волн стекло будет казаться черным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители, растворы красителей и т.д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.