Спектры испускания и поглощения. Спектрометры. Спектральный анализ

Атмосфера сильно поглощает значительную часть излучения (от солнца). Имеется два окна прозрачности: видимые и ИК лучи с λ от 0,3 до 14мкм (с полосой поглощения от 5 до 8мкм) и радикально λ от 1мм до 30 м (с полосами поглощения 2,5 и 5мм и 0,16 и 1,35 мм). Существование окна прозрачности определило строение глаза.

Изменение n с высотой приводит к рефракции.

высота подъема звезды у горизонта до . Случайные колебания плотности атмосферы нарушают прямолинейность распространения света от звезд. Плоский волновой фронт приобретает выпуклости и вогнутости и происходит перераспределение светового потока. Наблюдается мерцание звезды. Планеты не мерцают, так как их угловые размеры больше и угловые прохождения через атмосферу лучей от разных участков диска пл. достаточно различны и в среднем лучи всегда доходят до глаза наблюдателя.

Если распределение плотности испытывает местное отклонение от нормы, то может возникнуть мираж.

например, воздух над асфальтом нагревается и n приобретает аномальный ход. Таким образом, лучи идущие сверху могут испытать искривление у поверхности земли и кажется, что у поверхности образовалась лужа, от которой и отражается участок небесного свода.

При излучении дифракции выяснено, что дифракционная картина создаваемая системой периодически расположенных одинаковых объектов (например, решетка) определяется произведением 2-х сомножителей. Один из них учитывает влияние единичного объекта, создающего дифракцию, другой – их совместное действие. При этом последний сомножитель в направлениях max света пропорционален квадрату числа объектов. Если объекты создающие дифракцию расположены хаотически, то этот сомножитель пропорционален числу объектов. Поэтому при прохождении световой волны, например от луны, через хаотически расположенные многочисленные микроскопические кристаллы льда, иногда появляющиеся в верхних слоях атмосферы. Создается достаточно яркая дифракционная картина, состоящая из цветных колец, окружающих светило. Такую картину можно наблюдать, рассматривая удаленный светильник через запотевшее стекло.

Если монокристаллы однородны (редко) то наблюдается образование вокруг солнца или луны четких колец определенного радиуса (). При этом внутренний край кольца – красный, а наружный - почти белый.

если кристаллы льда имеют форму правильного прямоугольника, то свет, преломленный на грани 1 может выйти через грань 3 (усеченная призма с преломляющим углом ). Причем угол наименьшего отклонения равно , так как n≈1,3.кроме того, в направлении наименьшего отклонения призмы пропускают наибольшее количество света, чем и объясняется образование гало на фоне более слабого света, прошедшего через кристаллы в других направлениях.

С этих же позиций можно понять и образовании радуги. Она может появиться, если два условия: наблюдатель находится между солнцем и дождем и солнце расположено низко (не выше над горизонтом).

Радуга – цветная дуга углового размера ~ причем центр ее О расположен на линии, проходящей через солнце и глаз наблюдателя.

наружный край радуги красный, внутренний - голубой. Иногда появляются вторичные радуги с обратным порядком цветов. Главная радуга возникает благодаря двукратному преломлению и однократному отражению света внутри дождевых капель и дифракционному эффекту. Создаваемому громадным числом хаотически расположенных капель.

В некотором направлении CВ произойдет концентрация лучей (зависит от n т.е. от λ).

Изменение направления луча определяется углом .

Найдем экстремальное значение D.

Заменим

Если взять вторую производную D по i можно показать, что полученный экстремум есть max, т.e. в направлении CВ происходит концентрация света, что и воспринимается как радуга.

Пологая n=1,33, получим . Что отвечает действительности. Так как n для синих лучей больше чем для красных, то угол для синего цвета меньше. Т.е. нижний внутренний край радуги должен быть синим.

Если учесть многократные отражения, то получаются верные результаты и для второй (иногда) радуги.

Рассеяния света

При распространении света в среде, вторичные волны, вызываемые вынужденными колебаниями эл. могут рассеивать в стороны часть энергии. Т.е. должно, быть рассеянии, но вторичные волны когерентны между собой и, следовательно, при расчете интенсивности света рассеянного в стороны надо учесть их взаимную интерференцию. Если среда однородна(n=const), то в одинаковых малых объемах индуцируются одинаковые вторичные волны одинаковой амплитуды. В однородной среде эти волны гасят друг друга, т.к. всегда можно выделить пару объемов на волновом фронте, отстоящих друг от друга на расстоянии , т.е. . Поэтому в однородной среде свет не рассеивается. Лишь в направлении все вторичные волны складываются и образуются проходящую волну. В реальных средах оптические неоднородности всегда есть и рассеянный свет тоже есть. При наблюдении сбоку рассеянный свет имеет голубой оттенок, и прошедший в направлении волны - красноватый. Рассеянный свет под большим углом ( ~ ) линейно поляризован;

Если оценить J рассеянного по разным направлениям, то она окажется симметричной относительно оси первичного пучка

рассеяние частицами с размерами меньше λ.

рассеяние частицами размером больше или равно λ.

Рэлей(1899) произвел расчет J света рассеянного на сферических частицах размерами меньше λ.

V и объем и диэлектрическая проницаемость частицы; - среды; L- расстояние до точки наблюдения.

Закон ~ - закон Рэлея. Это может объяснить голубой цвет неба (за счет флуктуаций плотности атмосферы высоко).

Если , то оптическая неоднородность исчезает. Для частиц больше рассеянный свет оказывается менее голубоватым и более сложнее закономерности рассеяния (нет зависимости от ).

При восходе и заходе Солнца его лучи проходят значительный путь в атмосфере (нижних слоях) содержащих различные загрязнения. Возникает рассеяние и солнце кажется красноватым.

при рассеянии линейно поляризованного света распространяющегося вдоль х, наблюдение рассеяния вдоль у показывает большую интенсивность (молекулярные диполи излучают в этом направлении). Но при наблюдении вдоль z интенсивность стремиться к нулю.

Понятие о когерентности