Поглощение и рассеяние света

Свет, проходя через любое вещество, в той или иной мере в нем поглощается. Причем, свет различных длин волн поглощается различно.

Прозрачными неокрашенными телами являются тела, мало поглощающие свет всех длин волн, относящихся к видимому свету. Так, стекло в слое толщиной 1 см поглощает около 1 % проходящих через него видимых лучей, но то же стекло сильно поглощает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Цветные прозрачные тела поглощают лучи определенной длины волны. Например, красное стекло слабо поглощает красные и оранжевые лучи и сильно зеленые, синие и фиолетовые. Поэтому, если на такое стекло падает белый свет, оно будет ″красным″, так как пропустит только красные лучи. Если осветить это стекло зеленым или синим светом, оно покажется ″черным″ так как поглотит эти цвета.

С точки зрения классической теории взаимодействия излучения с веществом поглощение света вызвано тем, что световая волна возбуждает вынужденные колебания электронов. На поддержание колебаний электронов идет энергия, которая частично возвращается излучению в виде вторичных волн, частично переходит во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается (интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды световой волны, а значит энергии).

Следовательно, поглощение – это явление потери энергии излучения, проходящего через вещество.

Экспериментально доказано, что интенсивность света убывает по экспоненциальному закону

                                    ,– закон Бугера

где I ₀ и I – интенсивность света на входе и выходе световой волны из поглощающего слоя вещества толщиной x; a – коэффициент поглощения, величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность убывает в e раз. Коэффициент поглощения зависит от длины волны падающего света, химической природы и состояния вещества

При поглощении света веществом, растворенным в прозрачном растворителе, коэффициент поглощения пропорционален концентрации раствора С, т. е.

                                    a = c C,

где c – коэффициент, который не зависит от концентрации и определяется свойствами молекул поглощающего вещества. Закон носит название Бера и выполняется только при низких концентрациях, когда наличие соседних молекул не меняет свойств каждой молекулы.

Металлы почти непрозрачны для света, это обусловлено наличием в них свободных электронов; энергия, поглощенная на таких электронах, очень быстро переходит во внутреннюю энергию металлов (Джоулево тепло).

При прохождении световых лучей через мутные среды (туман, жидкость, содержащая взвешенные частицы, коллоидный раствор и т. д.) часть светового пучка рассеиваетс я.

Изменение интенсивности света, вызванное поглощением и рассеянием, называется экстинкцией, закон изменения интенсивности называется законом Бугера – Ламберта и имеет вид

,

где k – коэффициент рассеяния. Частота рассеянного света совпадает с частотой падающего света, а интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени.

~ .

Это соотношение называется законом Релея.

Если в веществе распространяется белый свет, то интенсивность волн разного цвета меняется неодинаково. При прохождении через газы ослабляются сильнее волны с меньшей длиной волны, и рассеянный свет кажется синим или голубым. Примером может служить цвет нашей атмосферы.