Поглощение света.Закон Бугера.

В идеальной однородной среде колеблющиеся электроны возвращают всю падающую энергию в виде вторичных
волн, и поглощения света не происходит. В реальном теле часть падающей световой энергии переходит в другие формы (главным образом, в тепловую) – наблюдается поглощение света.

Особый интерес представляет случай, когда частота световой волны ω совпадает с частотой собственных колебаний электронов ω _оi. При этих частотах энергия световой волны полностью поглощается веществом. Такое явление называется резонансным поглощением света, а соответствующая частота – резонансной. Именно в области резонансного поглощения наблюдается аномальное поведение дисперсии. Вещество, состоящее из атомов или молекул с определенным набором частот собственных колебаний электронов ω _оi даст в спектре прошедшего через него света узкие линии поглощения. Коэффициент преломления окажется постоянным в областях, далеких от линий поглощения, и будет быстро меняться с частотой и сильно отличаться от единицы вблизи каждой линии поглощения, где взаимодействие света с веществом велико.

Теоретическое рассмотрение (см. И.В.Савельев. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. 2006г., §144), показывает, что зависимость показателя преломления среды n от частоты световойволны ω () можно представить в виде:

,

где N_o – концентрация атомов, ω _оi – собственные частоты колебаний электронов, m – масса электрона, ε _о – электрическая постоянная.

Экспериментальная зависимость коэффициента преломления n и коэффициента поглощения χ от длины световой волны представлена на рис. 2

Коэффициент поглощения – физическая величина, определяемая отношением потока излучения, поглощенного телом, к потоку излучения, упавшему на это тело.

Поглощение света в веществе связано с преобразованием энергии электромагнитного поля волны в тепловую энергию вещества (или в энергию вторичного фотолюминесцентного излучения). Закон поглощения света (закон Бугера) имеет вид:

I=I0 exp(-ax), (1)

где I0, I -интенсивности света на входе (х=0) и выходе из слоя среды толщины х, a-коэффициент поглощения, он зависит от l.

Для диэлектриков a=10-1¸ 10-5 м-1, для металлов a=105¸ 107 м-1, поэтому металлы непрозрачны для света.

Зависимостью a (l) объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красный свет, при освещении белым светом будет казаться красным.