Отбеливание зубов

Отбеливание зубов

 

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Электромагнетизм Курс лекций по оптике Интерференция света Дифракция света Квантовые явления Применение фотоэффекта Современная физика атомов и молекул Радиоактивное излучение и его виды

Поглощение (абсорбция) света

Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

При прохождении электромагнитной волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, возбуждаемых электронами; частично же она переходит в другие виды энергии (например, в энергию движения атомов, т. е. во внутреннюю энергию вещества). Таким образом, интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается - свет поглощается в веществе. Вынужденные колебания электронов, а, следовательно, и поглощение света, становятся особенно интенсивными при резонансной частоте (см. изображенную пунктиром кривую поглощения на рис.35.4).

Опыт показывает, что изменение интенсивности света на пути dl пропорционально величине этого пути и величине самой интенсивности:

dI = -æIdl. (35.13)

В этом выражении æ - постоянная, зависящая от свойств поглощающего вещества и называемая коэффициентом поглощения. Знак минус поставлен потому, что dI и dl имеют разные знаки.

Пусть на входе в поглощающий слой (на границе или в каком-то месте внутри вещества) интенсивность света равна Io. Найдем интенсивность I света, прошедшего слой вещества толщины l. Для этого проинтегрируем выражение (35.13), предварительно разделив переменные:

 

В результате получим: lnI - lnIo = - æl, откуда

 I = Ioe-æl. (35.14)

Соотношение (35.14) носит название закона Бугера. Согласно этому закону интенсивность света убывает в поглощающем веществе экспоненциально. При l = 1/æ интенсивность I оказывается в е раз меньше, чем Io. Таким образом, коэффициент поглощения есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в е раз.

  Коэффициент поглощения зависит от длины волны света l (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 в несколько сотых ангстрема) обнаруживает резкие максимумы, (рис.35.5).

Рис.35.5. Линейчатый спектр поглощения .

Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атомов. На рис. 35.6 представлены типичная зависимость коэффициента поглощения æ от длины волны света l и зависимость показателя преломления n от l в области полосы поглощения. Из рисунка следует, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия (n убывает с уменьшением l).

Рис.35.6. Поведение показателя преломления вещества вблизи полосы поглощения.

Однако поглощение вещества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.

В случае многоатомных молекул обнаруживаются также частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекул. Так как массы атомов в десятки тысяч раз больше массы электрона, молекулярные частоты бывают намного меньше атомных - они попадают в инфракрасную область спектра. В частности кристаллы кремния являются прозрачными в области инфракрасного света.

Твердые тела, жидкости и газы при высоких давлениях дают широкие полосы поглощения (рис.35.7).

Рис.35.7. Спектр поглощения конденсированной среды.

По мере повышения давления газов максимумы поглощения, первоначально очень узкие (см. рис. 35.5), все более расширяются, и при высоких давлениях спектр поглощения газов приближается к спектрам поглощения жидкостей. Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом.

Металлы практически непрозрачны для света (æ для них составляет величину порядка десятков тысяч обратных сантиметров; для сравнения укажем, что для стекла æ ~ 10 -2 см --1). Это обусловлено наличием в металлах свободных электронов. Под действием электрического поля световой волны свободные электроны приходят в движение - в металле возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением ленц-джоулева тепла. В результате энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения света этих длин 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 и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.

Явление поглощения широко используется в абсорбционном спектральном анализе смеси газов, основанном на измерениях спектров частот и интенсивностей линий (полос) поглощения. Структура спектров поглощения определяется составом и строением молекул, поэтому изучение спектров поглощения является одним из основных методов количественного и качественного исследования веществ.

Рассеяние света

С классической точки зрения процесс рассеяния света заключается в том, что свет, проходящий через вещество, возбуждает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны становятся источниками вторичных волн, распространяющихся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, должно при всех условиях приводить к рассеянию света. Однако вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию.

Соответствующий расчет показывает, что в случае однородной среды вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому перераспределение света по направлениям, т. е. рассеяние света, отсутствует. В направлении первичного луча вторичные волны, интерферируя с первичной проходящей волной, образуют результирующую волну с фазовой скоростью, отличной от с. Этим, как мы видели в предыдущих параграфах, объясняются преломление и дисперсия света.

Таким образом, рассеяние света возникает только в неоднородной среде. Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, дают дифракционную картину, характеризующуюся довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света.

Среды с явно выраженной оптической неоднородностью носят название мутных сред. К их числу принадлежат:

дымы, т. е. взвеси мельчайших частиц в газах;

туманы — взвеси в газах мельчайших капелек жидкости;

взвеси или суспензии, образованные плавающими в жидкости твердыми частичками;

эмульсии, т. е. взвеси мельчайших капелек одной жидкости в другой, не растворяющей первую (примером эмульсии может служить молоко, представляющее собой взвесь капелек жира в воде);

твердые тела вроде перламутра, опалов, молочных стекол и т. д.

В результате рассеяния света в боковых направлениях интенсивность в направлении распространения убывает быстрее, чем в случае одного лишь поглощения.

Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной световой волны (не более ~ 0,1l), интенсивность рассеянного света I оказывается пропорциональной четвертой степени частоты или обратно пропорциональной четвертой степени длины волны:

~w4~

Эта зависимость носит название закона Рэлея.

Рассеяние света наблюдается также в чистых средах, не содержащих каких-либо частиц примесей (например, в чистых газах и жидкостях, истинных растворах). Оно называется молекулярным рассеянием света и обусловлено, как впервые предположил в 1908т. М. Смолуховский, флуктуациями плотности, возникающими в процессе хаотического теплового движения молекул среды. Дополнительными причинами возникновения оптической неоднородности в чистых средах с анизотропными (полярными) молекулами являются флуктуации ориентации молекул (флуктуации анизотропии), а в истинных растворах, кроме того, — флуктуации концентрации. А. Эйнштейн, основываясь на идее М. Смолуховского, создал в 1910 г. теорию молекулярного рассеяния света. Как показывают расчеты, размеры участков среды, соответствующих более или менее значительным флуктуациям, при обычных условиях значительно меньше длин волн видимого света. Поэтому теория Эйнштейна привела к тем же результатам в отношении зависимости интенсивности рассеянного света от l, а также характера поляризации рассеянного света, что и теория Рэлея.

Молекулярным рассеянием в атмосфере коротковолновой части видимого солнечного света объясняется голубой цвет неба. По тем же причинам при восходе и закате прямой солнечный свет, прошедший сквозь значительную толщу атмосферы, должен быть красно-оранжевым. Флуктуации плотности и интенсивность рассеяния света возрастают с увеличением температуры. Этим объясняется более насыщенный цвет неба в ясный летний день по сравнению с таким же зимним днем.

Задача анализа процессов в цепи сводится к задачи Коши, т.е. к решению системы интегро-дифференциальных уравнений с заданными начальных условиями Для линейной цепи, составленной из постоянных элементов, система уравнений является линейной с постоянными коэффициентами. При исследовании процессов свободных колебаний в цепях, а также исследовании вынужденных колебаний, решение системы уравнений удобно находить операторным методом, т.к. функции описывающие источники колебательного процесса - воздействия, а, следовательно, и функции, описывающие возникающие колебания - отклики, преобразуемы по Лапласу.
Квантовые усилители и генераторы