Взаимодействие света с веществом

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) падающего света, т.е. или.Эту зависимость можно изобразить графически (рис. 21.1). Следствие дисперсии света – разложение в спектр пучка белого света при прохождении сквозь трехгранную призму (рис. 21.2). Изучение этого спектра привело И.Ньютона (1672) к открытию дисперсии света. Для веществ, прозрачных в данной области спектра, n увеличивается с увеличением w (уменьшением l), чему и соответствует распределение цветов в спектре; такая зависимость n от l называется нормальной (участки АВ, СD). Мерой дисперсии является изменение показателя преломления при изменении длины волны . При нормальной дисперсии . На участке ВС – ано мальная дисперсия. Участки наблюдаются вблизи тех длин волн, которые сильно поглощаются веществом. Дисперсия объясняется взаимодействием световой электромагнитной волны с электронами вещества. Падающая волна вызывает вынужденные колебания электронов, которые порождают вторичные электромагнитные волны. Эти волны, складываясь с падающей волной, дают результирующую волну, скорость которой отлична от скорости падающей волны.

Поглощение света – уменьшение интенсивности световой волныпри ее прохождении через вещество.

Основной закон, описывающий поглощение света, закон Бугера, который связывает интенсивности I света, прошедшего слой среды толщиной d, и исходного светового потока I₀:

.

a – коэффициент поглощения, который не зависит от I, I₀ , d. Если , то .

Поглощение объясняется тем, что часть энергии падающей волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов и превращается в энергию вторичных волна, частично превращается во внутреннюю энергию вещества. Коэффициент поглощения зависит от рода вещества и от ω или . Зависимость a от называют спектром поглощения. Различают сплошной, линейчатый, полосатый спектры поглощения (рис.21.4). Сплошной – имеют твердые тела, газы при высоких давлениях, линейчатый – пары металла, разряженные газы, полосатый – сложные молекулярные соединения, жидкости.

Рассеяние света – изменение направления световой волны при прохождении через оптически неоднородную («мутную») среду. Такими средами являются – дым, туман, эмульсии, суспензии, молочное стекло, перламутр, опал. Рассеяние объясняется взаимодействием падающей световой волны с электронами вещества. Падающие волны вызывают колебания электронов в атомах. Эти колебания порождают вторичные волны, распространяясь по всем направлениям. Когерентные волны при наложении интерферируют. Если среда однородная, то вторичные волны гасят друг друга по всем направлениям, кроме первоначальных – рассеяние отсутствует. Если среда неоднородная, световые волны дифрагируют на неоднородностях среды и за счет этого не погашают друг друга по разным направлениям. Интенсивность рассеянного света зависит от размеров неоднородности (d). Если , то интенсивность рассеянного света I пропорциональна четвертой степени частоты или обратно пропорциональна четвертой степени длины волны, . Зависимость эта носит название закона Рэлея. Если , тогда . И, наконец, если , тогда интенсивность рассеянного света не зависит от длины волны. Рассеянием света объясняется белый цвет облаков, голубой цвет неба и другие оптические явления в атмосфере.

ВОПРОСЫ