Поглощение света. Закон Бугера–Ламберта–Бера

При прохождении пучка света сквозь слой вещества его интенсивность уменьшается – часть световой энергии поглощается веществом. Поглощение света веществом обычно носит избирательный (селективный) характер: свет разных длин волн поглощается по-разному. Поэтому большинство окружающих нас тел имеет «собственный» цвет. Из потока белого света тело поглощает лучи только определенных длин волн, остальные – отражаются, пропускаются или рассеиваются и могут восприниматься глазом. Наблюдаемая окраска тела – дополнительная к суммарной цветности лучей, поглощенных телом. Так, желтый светофильтр поглощает в сине-зеленой и красной областях спектра.

Многие вещества, прозрачные для света, обладают сильным избирательным поглощение в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Например, обычное стекло поглощает ультрафиолетовые и дальние инфракрасные лучи. Прозрачными для ультрафиолета являются специальные стекла (кварцевое, увиолевое), а для инфракрасных лучей (в определенных интервалах длин волн) – кристаллы NaCl, LiF, флюорит и др.

Избирательным поглощением стекла (или полиэтиленовой пленки) обусловлен парниковый эффект: значительная часть инфракрасного излучения, испускаемого нагретой землей, поглощается стеклом (или пленкой) и таким образом задерживается внутри парника. Слой озона в верхних слоях атмосферы (высота 15-60 км) интенсивно поглощает ультрафиолет и тем самым надежно защищает живую природу на Земле от губительного действия коротковолнового излучения. Биологические ткани, клеточные структуры, отдельные органические молекулы также сильно поглощают ультрафиолетовое излучение.

При распространении света в однородной среде, как показали опыты П.Бугера (1729 г.) и И.Ламберта (1760 г.), уменьшение интенсивности света dI на малом пути dl пропорционально длине этого пути и самой интенсивности I:

,

где k – коэффициент поглощения, зависящий от рода вещества и длины волны. Данное равенство означает, что слои вещества одинаковой толщины, поглощают одну и ту же долю падающего на них светового потока.

Чтобы определить полное изменение интенсивности света после его прохождения сквозь слой толщиной l (рис. 113, а), проинтегрируем уравнение, предварительно разделив переменные:

,

,

,

где I₀ и I – интенсивности светового пучка при входе в слой и выходе из него. Последнее соотношение называют законом Бугера–Ламберта. При распространении света в веществе его интенсивность падает по экспоненте (рис. 113, б). В слое толщиной интенсивность света падает в е ≈ 2,72 раза.

Большое практическое значение имеет поглощение света растворами. А.Бер (1852 г.) показал, что для веществ, растворенных в прозрачных растворителях, коэффициент поглощения k пропорционален их концентрации в растворе (закон Бера):

,

где А – коэффициент пропорциональности, постоянный в случае слабых растворов и зависящий от рода молекул растворенного вещества (при больших концентрациях С этот коэффициент начинает зависеть от С и пропорциональная зависимость k(С) нарушается).

Поглощение света растворами описывается законом Бугера–Ламберта–Бера:

.