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 – аномальная 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