Поглинання світла
При проходженні електромагнітних хвиль через речовину частина енергії хвилі витрачається на збудження коливань електронів в атомах і молекулах. В ідеальній однорідному середовищі періодично коливаються диполі випромінюють когерентні вторинні електромагнітні хвилі тієї ж частоти і при цьому повністю віддають поглинену частку енергії. Відповідний розрахунок дає, що в результаті інтерференції вторинні хвилі повністю гасять один одного у всіх напрямках, крім напрямку поширення первинної хвилі, і змінюють її фазову швидкість. Тому у випадку ідеальної однорідного середовища поглинання світла і перерозподілу світла за напрямками, тобто розсіювання світла, не відбувається.
У реальному речовині не вся енергія коливних електронів випускається назад у вигляді електромагнітної хвилі, а частина її переходить в інші форми енергії і, головним чином, – в теплову. Збуджені атоми і молекули взаємодіють і стикаються один з одним. При цих зіткненнях енергія коливань електронів усередині атомів може переходити в енергію зовнішніх хаотичних рухів атомів в цілому. У металах електромагнітна хвиля приводить в коливальний рух вільні електрони, які потім при зіткненнях віддають накопичений надлишок енергії іонів кристалічної решітки і тим самим нагрівають її. У деяких випадках енергія, поглинена молекулою, може сконцентруватися на певній хімічного зв’язку і повністю витрати на її розрив. Це так звані фотохімічні реакції, тобто реакції, що відбуваються за рахунок енергії світлової хвилі.
Для всіх речовин поглинання має вибірковий характер. Для рідких і твердих речовин залежність має вигляд, подібний зображеному на рис. 4.9. У цьому випадку сильне поглинання спостерігається в широкому інтервалі довжин хвиль. Наявність таких смуг поглинання лежить в основі дії світлофільтрів – пластин, що містять добавки солей або органічних барвників. Фільтр прозорий для тих довжин хвиль, які він не поглинає.
Метали практично непрозорі для світла. Це пов’язано з наявністю в них вільних електронів, які під дією електричного поля світлової хвилі приходять в рух. Відповідно до закону Джоуля-Ленца виникають при цьому в металі швидкозмінних струми супроводжуються виділенням тепла. В результаті енергія світлової хвилі швидко зменшується, перетворюючись у внутрішню енергію металу.
У разі газів або парів при невисокому тиску лише для дуже вузьких спектральних інтервалів (рис. 4.10). У цьому випадку атоми практично не взаємодіють один з одним, і максимуми відповідають резонансним частотам коливань електронів усередині атомів. Всередині смуги поглинання спостерігається аномальна дисперсія, тобто показник заломлення зменшується з зменшенням довжини хвилі.
У разі багатоатомних молекул можливо також поглинання на частотах, відповідних коливань атомів всередині молекул. Але так як маси атомів в десятки тисяч разів більше маси електронів, то ці частоти відповідають інфрачервоній області спектра. Тому багато речовини, прозорі для видимого світла, мають поглинанням в ультрафіолетовій та інфрачервоній областях спектру. Так, звичайне скло поглинає ультрафіолетові промені і інфрачервоні промені з великими частотами. Прозорими для ультрафіолетових променів є кварцові скла.
Виборчим поглинанням скла або поліетиленової плівки обумовлений так званий парниковий ефект: інфрачервоне випромінювання, що випускається нагрітої землею, поглинається склом або плівкою і, отже, затримується всередині парника.
Біологічні тканини і деякі органічні молекули сильно поглинають ультрафіолетове випромінювання, згубне для них. Живу природу на Землі від ультрафіолетового випромінювання захищає шар озону у верхніх шарах атмосфери, інтенсивно поглинає ультрафіолетове випромінювання. Ось чому людство так стурбоване появою озонової діри в районі Південного полюса.
Залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі пояснюється окрашенностью поглинаючих тел. Так, пелюстки троянди (рис. 4.11) при висвітленні її сонячним світлом слабо поглинають червоні промені і сильно поглинають промені, відповідні іншим довжинах сонячного спектру, тому троянда червона. Пелюстки білої орхідеї (рис. 4.12) відображають всі довжини хвиль сонячного спектра. А листя у обох квіток зелені, це означає, що з усього діапазону хвиль вони відображають в основному хвилі зеленої частини спектру, а решта поглинають.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)