Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции


НазваниеЛекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции
Дата публикации28.03.2014
Размер65.4 Kb.
ТипЛекция
vb2.userdocs.ru > Физика > Лекция



Лекция № 6.

Поглощение света. Рассеяние света.
План лекции:

1. Поглощение света. Законы Бугера, Бугера-Ламберта и Бугера-Ламберта-Бера.

2. Коэффициент пропускания. Оптическая плотность раствора.

3. Рассеяние света. Закон Рэлея.
Вопрос 1. Поглощение света. Законы Бугера, Бугера-Ламберта и Бугера-Ламберта-Бера.
Интенсивность света, распространяющегося в среде, может уменьшаться из-за поглощения и рассеивания его молекулами (атомами) вещества.

Поглощением (абсорбцией) света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Установим закон поглощения света веществом. Если выбрать небольшой слой вещества толщиной dx (рис.1).



Рис.1
то естественно считать, что ослабление интенсивности dI света этим слоем при поглощении будет тем больше, чем больше толщина слоя и интенсивность света, падающего на этот слой:
(1)
k - натуральный показатель преломления

(k - коэффициент пропорциональности, зависящий от поглощающей среды и не зависящей в определённых пределах от интенсивности света);

Знак « минус » означает, что интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается, т.е. dI<0.
Интегрируя (1) и подставляя соответствующие пределы, получаем:





откуда, потенцируя, имеем:
(2)
этот экспоненциальный закон поглощения света Бугера.

Для различных веществ значениия коэффициента поглощения – k весьма различны:

- для воздуха (при нормальном давлении) k имеет порядок 10-3 м-1

- для стекла – 1 м-1

- для металлов – 106 м-1

Это означает, что для трехкратного ослабления интенсивности света достаточен слой металла толщиной ℓ = (1/106 м) = 1 мкм, или слой стекла ℓ = (1/1 м) = 1 м, или слой воздуха толщиной ℓ = (1/10-3 м) = 1 км.

Как видно, натуральный показатель поглощения k является величиной, обратной расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в среде в e раз. Натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света, поэтому целесообразно закон (2) записать для монохроматического света:
(3)

(3) закон Бугера-Ламберта
kλ – монохроматический натуральный показатель поглощения.

Как уже указывалось в предыдущих лекциях, в области аномальной дисперсии происходит наиболее сильное поглощение света, монохроматический натуральный показатель поглощения kλ при этом достигает max.

Зависимость kλ = f(λ) является источником информации о состоянии вещества.


ЛАМБЕРТ Иоганн Генрих
Закон поглощения с учетом концентрации называют законом Бугера-Ламберта-Бера:
(4)
α – натуральный показатель поглощения света, относительный к концентрации вещества,

k=αС – это соотношение установил Бер для слабых растворов.

В лабораторной практике закон (4) обычно выражают через показательную функцию:

(5)
Причем ε и α связаны соотношением:

(6)
ε – молекулярная оптическая плотность.

^ Вопрос 2. Коэффициент пропускания. Оптическая плотность.
Отношение (7)

называют коэффициентом пропускания (иногда прозрачностью или светопропусканием раствора).

Десятичный логарифм отношения I0/I называют оптической плотностью:

(8)

или (9)

Молекулярная оптическая плотность – ε колеблется от 500 (слабо окрашенные растворы) до 200 000 (сильно окрашенные растворы).

На основе закона Бугера-Ламберта-Бера разработан ряд фотометрических методов по определению концентрации вещества в окрашенном растворе – концентрационная колориметрия. В этих методах непосредственно измеряют световые потоки, прошедшие через раствор, коэффициент пропускания или оптическую плотность. Прибор называется колориметром.

Если два раствора одного и того же вещества, имеющие концентрации C1 и C2 и толщины ℓ1 и ℓ2 поглощают свет одинаково, то их оптические плотности равны:




откуда (10)

Соотношение (10) показывает возможность измерения концентрации растворов.
^ Вопрос 3. Рассеяние света
Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям.

Необходимое условие для возникновения рассеяния света – наличие оптических неоднородностей, т.е. областей с иным, чем основная среда, показателем преломления.

^ Рассеянию и дифракции света присущи некоторые общие черты, оба явления зависят от соотношения преграды или неоднородности и длины волны.

Отличие между ними в том, что дифракция обусловливается интерференцией вторичных волн, а рассеяние- сложением (неинтерференцией) излучений, возникающих при вынужденных колебаниях электронов в неоднородностях под действием света.
Различают 2 вида неоднородностей:


  1. мелкие инородные частицы в однородном прозрачном веществе. Такие среды являются мутными: дым, туман, эмульсии и т.п. Рассеяние света в мутных средах называют явлением Тиндаля.

  2. оптические неоднородности, возникающие в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равномерного распределения (флуктуации плотности).


Рассеяние света на неоднородностях этого типа называют молекулярным, например, рассеяние света в атмосфере.

Уменьшение интенсивности света вследствие рассеяния, как и при поглощении, описывают с помощью показательной функции:
(11)

k′ - показатель рассеяния.
При совместном действии поглощения и рассеяния света ослабления интенсивности также является показательной функцией:
(12)

μ'- показатель ослабления.
Нетрудно увидеть, что μ'=ε+k′

Рэлей установил, что при рассеянии в мутной среде на неоднородностях, приблизительно меньших 0.2λ, а также при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны – закон Рэлея:
(13)

Это означает, что из белого света веществом будут преимущественно рассеиваться голубые и фиолетовые лучи, а красные проходить в направлении падающего света. (рис.2)

Д


рис.2
Аналогичное явление наблюдается в природе: голубой цвет неба – рассеянный свет, красный свет заходящего Солнца – изменение спектра белого света из-за значимого рассеяния голубых и фиолетовых лучей в толще атмосферы при наклонном падении.

Меньшее рассеяние красных лучей используют в сигнализации: опознавательные огни на аэродромах, наиболее ответственный свет светофора – красный и т.п.

^ Инфракрасные лучи (ИК - лучи) рассеиваются еще меньше.

Если взвешенные частицы велики по сравнению с длиной волны, то рассеяние не соответствует закону Рэлея – в знаменателе дроби будет стоять λ2. Рассеянный свет теряет свою голубизну и становиться белее. Так, пыльное небо городов кажется нам белёсым в противоположность темно-синему небу чистых морских просторов.

Направление рассеянного света, степень его поляризации (см. в следующей лекции), спектральный состав и т.д. приносят информацию о параметрах, характеризующих межмолекулярное взаимодействие, размерах макромолекул в растворах, частиц в коллоидных растворах, эмульсиях, аэрозолях и т.д.

Методы измерения рассеянного света с целью получения такого рода сведений называют нефелометрией, а соответствующие приборы – нефелометрами.

В этом методе закон Рэлея:
(14)

k – коэффициент пропорциональности,

С – концентрация раствора,

V – объем,

ρ – плотность коллоидных частиц,

λ – длина волны света.

Концентрация вещества определяется по формуле:

(15)
h1 и h2 – пути пройденные рассеянным светом.


Литература:


  1. А.Н. Ремизов. Курс физики, электроники и кибернетики. – М.: Издательство «Высшая школа», 1982.

  2. Л.А. Аксенович, Н.Н. Ракина. Физика. – М.: Издательство «Дизайн Про», 2001.

  3. Ф.К. Горский, Н.М. Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. – М.: Издательство «Высшая школа», 1980.

  4. Р.И. Грабовский. Курс Физики. – СПБ.: Издательство «Лань», 2006.


Похожие:

Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconПлан лекции: Электромагнитная природа света Интерференция света....
Это позволило в 70-х годах 19 века Максвеллу создать электромагнитную теорию поля. Максвелл рассчитал скорость распространения эмв...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconЛекция 5 Взаимодействие света с веществом. Явление дисперсии света План лекции
В одних случаях (дифракция, преломление, отражение) механизм такого взаимодействия несущественен для описания явления, в других –...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconЛекция №4 Дифракция света План лекции
Явление дифракции механических волн проявляется в том, что волны огибают препятствия
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconЛекция №7 Поляризация света План лекции
Эвм, т е совокупность двух поперечных взаимно перпендикулярных волн – электрической (образованной колебанием вектора напряженности...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconЗаконы преломления света
Полное (внутреннее) отражение света. Предельный угол полного отражения. Световоды
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconAnnotation в другом переводе название звучит как «Валет из страны...

Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconЗакон прямолинейного распространения света. Световые лучи. Принцип Ферма
Оптика (от греч оptike наука о зрительных восприятиях) является разделом физики, в котором изучаются процессы излучения света, его...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconКнига воина света» Пауло Коэльо Книга воина света «
Пауло Коэльо помогает каждому из нас обнаружить в себе своего собственного воина света. Короткие вдохновляющие притчи приглашают...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconКнига воина света» Пауло Коэльо Книга воина света «
Пауло Коэльо помогает каждому из нас обнаружить в себе своего собственного воина света. Короткие вдохновляющие притчи приглашают...
Лекция № Поглощение света. Рассеяние света. План лекции iconКонец Света «Страна Чудес без тормозов и Конец Света, Харуки Мураками»
Все тени умирают в Городе. Иначе от них останется нежить, которая уходит в Лес. Именно там живут люди, которые не смогли до конца...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница