Вопрос 9. Поглощ-е и рассеяние света. З-н Бугера. Формула Релея.




При прохож-и свет-й волны ч/з вещ-во часть энер. волны затрач-ся на возбуж-е колеб-й электронов. Частично эта энер.вновь возвращ-ся излучению в виде вторич-х волн, порожд-х электр-ми; частично она перех-т в энер.движ-я атомов, т.е. во внутр-ю энер. в-ва. Поэтому интен-ть света при прохож-и ч/з в-во умень-ся – свет поглощ-ся в в-ве. Вынужденные колеб-я электр-в, а =>, и поглощ-е света становятся особенно интен-ми при резонансной частоте (рис. 1). Поглощ-е света – явл-е уменьш-я энергии световой волны при ее распростран-и в веществе вследствие преобразов-я энерг. Волны в другие виды энергии.

λ0 рез
χ
λ
Рис. 1

 

Опыт показ-т, что интен-ть света при прохож-и ч/з в-во убывает по экспоненц-му з-ну: Здесь I0 – интен-ть света на входе в погл-й слой, l – толщина слоя, χ – постоянная, завис-я от свойств поглощающ-го в-ва и назыв-я коэфф-м поглощ-я. Соотнош-е (*) носит назв-е з-на Бугера. Продиффер-в его, получим Из этого выраж-я =>, что убыль интен-ти на пути dl пропорц-на длине этого пути и знач-ю самой интен-ти. Коэф-ом пропорц-ти служит коэфф-т поглощ-я. Из форм. (*) =>, что при l =1/χ инт-ть I оказ-ся в е раз меньше, чем I0. Т.о. коэф-т поглощ-я есть величина, обратная толщине слоя, при прохож-и кот-го инт-ть света убывает в е раз. Коэф-т поглощ-я зав-т от длины волны света λ или частоты ω. У в-ва, атомы (или молек) кот-го практич. не взаим-ют друг с другом (газы и пары металлом при высоком давлении), коэф-т погл-я для большинства длин волн близок к нулю и лишь для очень узких спектральных областей (шириной в неск-ко сотых ангстрема) обнаруживает резкие максимумы (рис. 2).

χ
λ
Рис. 2

 

Эти макс-мы соотв-т резонансным частотам колеб-й электр-в внутри атомов. Газы при высоких давл-х, а также жидкости и твёрдые тела дают широкие полосы поглощ-я (рис. 3).

χ
λ
Рис. 3

 

По мере повыш-я давл. газов сначала узкие макс-мы погл-я (рис. 2) всё более расшир-ся и при выс-х давл-х спектр погл-я газов приближ-ся к спектрам погл-я жид-й. Это указ-т на то, что расшир-е полос погл-я есть рез-т взаим-я атомов друг с другом. Металлы практ-ки непрозрачны для света (коэф-т погл-я χ для них порядка 106 м-1; для сравн-я: у стекла χ≈1 м-1). Это обусл. наличием в мет-х своб-х электр-в.

Рассеяние света.

С класс-й точки зр. проц. расс-я света закл-ся в том, что свет, проходя ч/з в-во, вызывает колеб-я элек-в в атомах. Колеблющиеся элект-ны возб-ют вторичные волны, распр-ся по всем направ-м. Это явл-е, должно приводить к расс-ю света. Однако, вторич-е волны явл-ся когерентными, так что у них происх-т взаимная интерфер-я. Соответ-й расчёт даёт, что в случае однор-й среды втор-е волны полностью гасят друг друга во всех напр-ях, кроме напр-я распр-я первичной волны. Поэтому расс-я не происх-т. Втор-е волны не гасят друг друга в бок-х напр-ях только при распр-и в неоднор-й среде. Свет-е волны, дефрагируя на неоднор-ях среды, дают дифр-ю картину, характериз-ся довольно равномерным распред-ем интен-ти по всем направ-м. Такую дифракцию на мелких неоднород-ях наз. рассеянием света. Среды с явно выраж-й опт-й неоднор-ю носят назв. мутных сред. Это: дымы, туманы, эмульсии, твёрдые тела вроде перламутров, молочных стёкол и т.д. Свет, рассеянный на частицах, размеры кот-х << длины свет-й волны, оказ. частично поляриз-м. Это объяс-ся тем, что колеб-я элект-в, вызванные свет-м пучком, проис-т в плос-ти, перпен-й пучку. Поэтому свет, рассеиваемый частицами в напр-ях, перпен-х пучку, будет полностью поляр-н. В осталь-х напр-ях, расс-й свет поляр-н частично. В рез-те расс-я света в бок-х напр-ях интен-ть в напр-и распр-я убывает быстрее, чем в случае одного лишь погл-я.

Поэтому для мутного в-ва в выраж-и (*), I оказ-ся ~ четвёртой степени частоты или обратно пропорц-ной 4-й степени длины волны: I4~1/λ4. Эта завис-ть носит назв. закона Рэлея. Если размеры неоднор-й сравнимы с длиной волны, элект-ны, наход-ся в разл-х местах неоднор-ти, колебл-ся с заметным сдвигом по фазе. Это приводит к другим законом-м – интен-ть расс-го света стан-ся ~ лишь квадрату частоты (и обратно ~ квадр-ту длины волны). Молек-м расс-ем объяс-ся, например, голубой цвет неба. Согласно закону Рэлея, голубые и синие лучи расс-ся сильнее, чем жёлтые и кр-е.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-08-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: