Поглощение (абсорбция) света

Поглощением (абсорбцией) света называ­ется явление потери энергии световой во­лной, проходящей через вещество, вслед­ствие преобразования энергии волны в другие формы (внутреннюю энергию вещества и в энергию вторичного излучения других направлений и спектрально­го состава). В результате поглощения ин­тенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение света в веществе описы­вается законом Бугера:

I=I₀е^-ax, (187.1)

где I ₀ и I — интенсивности плоской моно­хроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, a — коэффициент поглоще­ния, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. При х=1/a интенсивность света I по сравнению с I ₀ уменьшается в е раз.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны l (или частоты w) и для различных веществ различен. Например, одноатомные газы и пары металлов (т. е. вещества, в которых атомы рас­положены на значительных расстояниях друг от друга и их можно считать изо­лированными) обладают близким к нулю коэффициентом поглощения и лишь для очень узких спектральных областей (при­мерно 10^-12—10^-11 м) наблюдаются рез­кие максимумы (так называемый линейча­тый спектр поглощения). Эти линии со­ответствуют частотам собственных коле­баний электронов в атомах. Спектр поглощения молекул, определяемый коле­баниями атомов в молекулах, характери­зуется полосами поглощения (примерно 10^-10— 10^-7м).

Коэффициент поглощения для диэлек­триков невелик (примерно 10^-3— 10^-5см^-1), однако у них наблюдается селективное поглощение света в опреде­ленных интервалах длин волн, когда а резко возрастает, и наблюдаются сравни­тельно широкие полосы поглощения, т. е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения. Это связано с тем, что в ди­электриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях

электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.

Коэффициент поглощения для метал­лов имеет большие значения (примерно 10³—10⁵ см^-1) и поэтому металлы являют­ся непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, дви­жущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся вы­делением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьша­ется, превращаясь во внутреннюю энер­гию металла. Чем выше проводимость ме­талла, тем сильнее в нем поглощение света.

На рис. 271 представлены типичная зависимость коэффициента поглощения а от длины волны света X 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). Однако поглощение ве­щества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.

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.