Закон поглощения света

Интенсивность света, распространяющегося в среде, уменьшается из-за поглощения и рассеяния его молекулами (атомами) вещества.

Уменьшение интенсивности является следствием взаимодействия световой волны с электронами вещества, в ре­зультате которого часть световой энергии передается электронам. Это явление получило название поглощения света.

Поглощением света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Установим закон поглощения света веществом.

Пусть через однородное вещество проходит пучок параллель­ных монохроматических лучей длиной волны . Выделим элемен­тарный участок слоя вещества толщиной d l (рис.1).

Рис.1

При прохождении света через такой участок его интенсивность ослабляется. Изменение интенсивности пропорционально ин­тенсивности падающего света и толщине слоя :

(1)

где - нату­ральный показатель поглощения, за­висящий от природы вещества и длины волны. Знак «—» в формуле 1 означает, что интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Найдем интенсивность света, прошедшего слой вещества толщи­ной , если интенсивность падающего света равна . Для этого проинте­грируем выражение (1), предва­рительно разделив переменные:

В результате интегрирования получим:

.

Откуда потенцируя, имеем:

, (2)

или

. (3)

Формула (3) выражает закон поглощения света Бугера. Он показывает, что интенсивность света уменьшается в геометрической прогрессии, если толщина слоя возрастает в арифметической прогрессии. Натуральный моно­хроматический показатель поглощения является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабля­ется в результате поглощения в среде в е раз.

В случае, когда свет поглощается молекулами вещества, растворенного в практически не поглощающем растворителе, или молекулами газа, оказывается пропорциональным числу поглощающих молекул на единицу длины пути световой волны, т.е. пропорционален концентрации :

. (4)

Выражение (4) называется законом или правилом Бера. Коэффициент не зависит от концентрации и характерен для молекулы поглощающего вещества.

Закон Бера выполняется только для разбавленных растворов. В концентрированных растворах он нарушается вследствие взаимодействия между близко расположенными молекулами по­глощающего вещества.

Подставляя выражение (4) в формулу (3), получаем закон Бугера - Ламберта - Бера:

. (5)

В лабораторной практике закон Бугера – Ламберта - Бера обычно выражают через показательную функцию с основанием 10:

, (6)

где - молярный показатель поглощения.