Взаимодействие света с веществом

Многие опытные факты, в частности, явление дисперсии света в веществе, могут быть объяснены с позиций волновой природы света, т.е. основываясь на том, что при распространении света в веществе частицы вещества оказываются в переменном электромагнитном поле. Это обстоятельство оказывается весьма существенным для зарядов, входящих в атомы и молекулы, поскольку они будут совершать вынужденные механические колебания.

Электромагнитная волна содержит электрическую и магнитную компоненты, поэтому на заряженную частицу, например, электрон, будет действовать сила:

(3.1)

Однако расчет показывает, что магнитная составляющая силы _м ничтожно мала, т.е. F_м << F_э. Следовательно, под действием переменного электрического поля электроны будут совершать колебательное движение с частотой вынуждающей силы . На рис.3.1 показано смещение х электрона, входящего в электронную оболочку атома, из положения равновесия. Электрон получает колебательное ускорение

. (3.2)

Здесь - амплитуда смещения. Движущийся ускоренно электрон излучает электромагнитную волну, в которой амплитуда напряженности электрического поля Е₀ пропорциональна колебательному ускорению, т.е. ~ ~ . Но электрон и ядро в атоме представляют собой механическую колебательную систему с собственной частотой . Действительно, здесь присутствуют все признаки колебательной системы: положение равновесия, масса, возвращающая сила. Поэтому при наступает резонанс, при котором амплитуда колебаний максимальна.

Атомы некоторых оптически прозрачных веществ характеризуются набором собственных частот, лежащих в световом диапазоне. Соответствующие компоненты белого света лучше поглощаются и лучше отражаются, чем остальные компоненты. Последнее объясняет окраску тел в определенный цвет. (Природа окраски может быть и другая: интерференционные спектры, окраска пленок, рассеяние синих тонов мелкодисперсными неоднородностями.)

Атомы красящего вещества содержат электроны, собственная частота колебаний которых совпадает с частотой соответствующей компоненты видимого света. Если тело, окрашенное в желтый цвет, осветить светом, не содержащим желтой компоненты, то такое тело не будет видно в темноте, т.к. оно почти ничего не отражает.