Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Поглощение (абсорбция) света



Поглощением (абсорбцией) светаназыва­ется явление потери энергии световой во­лной, проходящей через вещество, вслед­ствие преобразования энергии волны в другие формы (внутреннюю энергию вещества и в энергию вторичного излучения других направлений и спектрально­го состава). В результате поглощения ин­тенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

Поглощение света в веществе описы­вается законом Бугера:

I=I0е-ax, (187.1)

где I0 и I — интенсивности плоской моно­хроматической световой волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, a коэффициент поглоще­ния,зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. При х=1/a интенсивность света I по сравнению с I0 уменьшается в е раз.

Коэффициент поглощения зависит от длины волны l (или частоты w) и для различных веществ различен. Например, одноатомные газы и пары металлов (т. е. вещества, в которых атомы рас­положены на значительных расстояниях друг от друга и их можно считать изо­лированными) обладают близким к нулю коэффициентом поглощения и лишь для очень узких спектральных областей (при­мерно 10-12—10-11 м) наблюдаются рез­кие максимумы (так называемый линейча­тый спектр поглощения).Эти линии со­ответствуют частотам собственных коле­баний электронов в атомах. Спектр поглощения молекул, определяемый коле­баниями атомов в молекулах, характери­зуется полосами поглощения(примерно 10-10— 10-7м).

Коэффициент поглощения для диэлек­триков невелик (примерно 10-3— 10-5см-1), однако у них наблюдается селективное поглощение света в опреде­ленных интервалах длин волн, когда а резко возрастает, и наблюдаются сравни­тельно широкие полосы поглощения, т. е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения.Это связано с тем, что в ди­электриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях

 

электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.

Коэффициент поглощения для метал­лов имеет большие значения (примерно 103—105 см-1) и поэтому металлы являют­ся непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, дви­жущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся вы­делением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьша­ется, превращаясь во внутреннюю энер­гию металла. Чем выше проводимость ме­талла, тем сильнее в нем поглощение света.



На рис. 271 представлены типичная зависимость коэффициента поглощения а от длины волны света X и зависимость показателя преломления n от l в области полосы поглощения. Из рисунка следует, что внутри полосы поглощения наблюда­ется аномальная дисперсия (n убывает с уменьшением l). Однако поглощение ве­щества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.

Зависимостью коэффициента поглоще­ния от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения света этих длин волн стекло будет казаться чер­ным. Это явление используется для изго­товления светофильтров,которые в зави­симости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители,

растворы красителей и т. д.) пропускают свет только определенных длин волн, по­глощая остальные. Разнообразие преде­лов селективного (избирательного) погло­щения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.

Явление поглощения широко использу­ется в абсорбционном спектральном ана­лизесмеси газов, основанном на измере­ниях спектров частот и интенсивностей линий (полос) поглощения. Структура спектров поглощения определяется соста­вом и строением молекул, поэтому изуче­ние спектров поглощения является одним из основных методов количественного и качественного исследования веществ.

Эффект Доплера

Эффект Доплера в акустике (см. § 159) объясняется тем, что частота колебаний, воспринимаемых приемником, определяет­ся скоростями движения источника коле­баний и приемника по отношению к среде, являющейся носителем звуковых волн. Эффект Доплера наблюдается также и для световых волн. Так как особой сре­ды, служащей носителем электромагнит­ных волн, не существует, то частота свето­вых волн, воспринимаемых приемником (наблюдателем), определяется только от­носительной скоростью источника и при­емника (наблюдателя).



Согласно принципу относительности Эйнштейна (см. §35), уравнение световой волны во всех инерциальных системах от­счета одинаково по форме. Используя пре­образования Лоренца (см. §36), можно получить уравнение волны, посылаемой источником, в направлении приемника в другой инерциальной системе отсчета, а следовательно, и связать частоты свето­вых волн, излучаемых источником (v0) и воспринимаемых приемником (v). Теория относительности приводит к следующей форме, описывающей эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме:

 

 

где v — скорость источника света относи­тельно приемника, с — скорость света в вакууме, b=v/c, q— угол между векто­ром скорости v и направлением наблюде­ния, измеряемый в системе отсчета, свя­занной с наблюдателем.

Из выражения (188.1) следует, что при q=0

Формула (188.2) определяет так называе­мый продольный эффект Доплера,наблю­даемый при движении приемника вдоль линии, соединяющей его с источником. При малых относительных скоростях v (v<<с), разлагая (188.2) в ряд по степе­ням b и пренебрегая членом порядка b2, получим

v=v0(l-b)=v0(l-v/c). (188.3)

Следовательно, при удалении источни­ка и приемника друг от друга (при их положительной относительной скорости) наблюдается сдвиг в область более длин­ных волн (v<v0, l>l0) — так называе­мое красное смещение.При сближении же источника и приемника (при их отрица­тельной относительной скорости) наблю­дается сдвиг в область более коротких волн (v>v0, l<l0) — так называемое фиолето­вое смещение.

Если q=p/2, то выражение (188.1) примет вид

Формула (188.4) определяет так называе­мый поперечный эффект Доплера,наблю­даемый при движении приемника перпен­дикулярно линии, соединяющей его с источником.

Из выражения (188.4) следует, что поперечный эффект Доплера зависит от b2, т. е. при малых b является эффектом второго порядка малости по сравнению с продольным эффектом, зависящим от b (см. (188.3)). Поэтому обнаружение по­перечного эффекта Доплера связано с большими трудностями. Поперечный эффект, хотя и много меньше продольного, имеет принципиальное значение, так как не наблюдается в акустике (при v<<с из (188.4) следует, что v=v0!), и является, следовательно, чисто релятивистским эф­фектом. Он связан с замедлением течения времени движущегося наблюдателя. Эк­спериментальное обнаружение поперечно­го эффекта Доплера явилось еще одним подтверждением справедливости теории относительности; он был обнаружен в 1938г. в опытах американского физика Г. Айвса.

Продольный эффект Доплера был впервые обнаружен в 1900 г. в лаборатор­ных условиях русским астрофизиком А. А. Белопольским (1854—1934) и повто­рен в 1907 г. русским физиком Б. Б. Голи­цыным (1862—1919). Продольный эффект Доплера используется при исследовании атомов, молекул, а также космических тел, так как по смещению частоты световых колебаний, которое проявляется в виде смещения или уширения спектральных ли­ний, определяется характер движения из­лучающих частиц или излучающих тел. Эффект Доплера получил широкое распространение в радиотехнике и радио­локации, например в радиолокационных измерениях расстояний до движущихся объектов.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!