Поглощение света

Поглощение света

Поглощение света в среде

Прохождение световой (если шире, то электромагнитной) волны сквозь вещество сопровождается взаимодействием ее вихревого электрического поля с заряженными частицами. Вихревое электрическое поле волны возбуждает дополнительные колебания заряженных частиц, на что тратится определенная энергия. Частично она возвращается в виде вторичного электромагнитного излучения заряженными частицами, которые двигаются ускоренно под воздействием первичной волны.

Поглощение света и  определенная часть энергии первичной волны превращается в другие формы энергии и поглощается веществом: интенсивность электромагнитной волны уменьшается во время прохождения сквозь вещество.

Допустимо, что интенсивность волны, которая падает на поверхность раздела вакуум-среда (при ) равняется. Интенсивность на расстоянии от поверхности раздела обозначим как . Тогда на расстоянии интенсивность волны уменьшается на величину, какая пропорциональная произведению на толщину слоя. Выражение является законом поглощения волны в дифференциальном виде. Коэффициент пропорциональности имеет название линейного коэффициенту поглощения и является функцией температуры и длины волны. Интегрирование приводит к выражению, какой является известным как закон Бугера-Ламберта, или закон поглощения интенсивности электромагнитных волн в интегральном виде. Интенсивность волны уменьшается с расстоянием по экспоненте в поглощающем веществе.

Для газов и паровых фаз вещества зависимость коэффициенту поглощения, или, что эквивалентно, имеет вид отдельных узких максимумов (линий), которые отвечают резонансным частотам электронов в атомах. Лишь для этих частот (и соответствующих им длин волн) коэффициент поглощения отличается от нуля. На других частотах (длинах волн) свет проходит сквозь газы (пары) практически без поглощения. Зависимость коэффициента поглощения от частоты (длины волны) в широком интервале частот называют спектром поглощения света и вещества.

Следовательно, для газов и паров спектр поглощения является линейчатым (состоит из узких полос). Интервалы между полосами поглощения называют окнами прозрачности газа (в частности "окнами прозрачности" атмосферы, воздуха).

В конденсируемом состоянии вещества, то есть в жидкостях и твердых телах, коэффициент поглощения выглядит как достаточно широкие полосы сложной структуры (кстати так же, как и у газов при высоком давлению и высокой плотности). Следовательно, расширение полос поглощения является результатом усиления взаимодействия между атомами.

Металлы, с их большим количеством свободных электронов, является практически непрозрачными для света в широком диапазоне частот, коэффициент поглощения света для металлов может на несколько порядков превышать коэффициент поглощения для прозрачных диэлектриков.