Поглощение света. Закон Бугера
При прохождении электромагнитной волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия возвращается излучению в виде энергии вторичных волн, возбуждаемых электронами; частично же она переходит во внутреннюю энергию вещества. Таким образом, интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается, то есть свет поглощается в веществе. Вынужденные колебания электронов, а следовательно, и поглощение света, становится особенно интенсивными при резонансной частоте
(рис. 2.19.4).
Опыт показывает, что изменение интенсивности света dJ на пути dl пропорционально величине этого пути и самой интенсивности:
(2.19.10)
В этом выражении c - постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества и называемая коэффициентом поглощения. Знак минус учитывает, что dJ и dl имеют разные знаки.
Пусть на входе в поглощающий слой интенсивность света равна J0. Найдем интенсивность J света, прошедшего слой вещества толщины l.Для этого разделим переменные в выражении 2.19.10 и проинтегрируем:
В результате получим
lnJ-lnJ0=-cl,
откуда
J=J0 e-cl. (2.19.11)
Соотношение (2.19.11) носит название закона Бугера. При 
интенсивность J оказывается в e раз меньше, чем Jo. Таким образом, коэффициент поглощения обратно пропорционален толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в e раз.
Коэффициент поглощения зависит от длины волны света (или частоты w). У вещества, находящегося в таком состоянии, что атомы или молекулы 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 несколько сотых ангстрема) обнаруживает
|
|
|
 |
Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний внутри атомов. У многоатомных молекул также обнаруживаются частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекул. Так как массы атомов в десятки тысяч раз больше массы электрона, то молекулярные частоты намного меньше, чем атомные (попадают в инфракрасную область спектра).
Твердые тела, жидкости и газы при высоких давлениях дают широкие полосы поглощения (рис. 2.19.6).
|
С ростом давления газа узкие максимумы поглощения (рис. 2.19.5) расширяются и приближаются к спектрам поглощения жидкостей. Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения является результатом взаимодействия атомов друг с другом.
Металлы практически непрозрачны для света (c составляет величину порядка десятков тысяч обратных сантиметров). Это обусловлено наличием в металлах свободных электронов. Под действием электрического поля световой волны в металле возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением ленц-джоулева тепла. В результате энергия волны превращается во внутреннюю энергию металлов.
Дата добавления: 2015-07-22; просмотров: 1046;