Физическая энциклопедия - поглощение света

уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через среду, заполненную в-вом. Осн. законом, описывающим поглощение, явл. з а к о н Б у г е р а J=J0 ехр(-кll), связывающий интенсивность I пучка света, прошедшего слой поглощающей среды толщиной l, с интенсивностью падающего пучка J0. Не зависящий от интенсивности света J0 коэфф.

кl наз. показателем поглощения, причём кl, как правило, различен для разных длин волн l. Этот закон был экспериментально установлен в 1729 франц. физиком П. Бугером и впоследствии теоретически выведен нем. учёным И. Ламбертом (1760) при очень простых предположениях, к-рые сводятся к тому, что при прохождении любого слоя в-ва интенсивность светового потока уменьшается на определённую долю, зависящую только от кl и толщины слоя, т.

е. dJ/J=-кldl Решением этого ур-ния и явл. закон Бугера. С совр. точки зрения физич. смысл его состоит в том, что сам п р о ц е с с п о т е р и фотонов, характеризуемый кl, не зависит от их плотности в световом пучке, т. е. от интенсивности света, и от толщины поглощающего слоя l. Это справедливо при не слишком больших интенсивностях излучения (см.

ниже). Зависимость кl от длины волны света l наз. спектром поглощения в-ва. Спектр поглощения и з о л и р о в а н н ы х а т о м о в (напр., разреженные газы) имеет вид узких линий, т. е. кl отличен от нуля только в определённых узких диапазонах длин волн (десятые сотые доли А), соответствующих частотам собств.

колебаний эл-нов внутри атомов. М о л е к у л я р н ы й спектр поглощения, определяемый колебаниями атомов в молекулах, состоит из существенно более широких областей длин волн, в к-рых поглощение значительно (т.н. полосы поглощения, единицы тысячи А). Поглощение твёрдых тел характеризуется, как правило, очень широкими областями (тысячи и десятки тысяч А) с большим значением кl; качественно это объясняется тем, что в конденсированных средах сильное вз-ствие между ч-цами приводит к быстрой передаче всему коллективу ч-ц энергии, отданной светом одной из них.

В случае, когда свет поглощается молекулами в-ва, растворённого в практически не поглощающем растворителе, или молекулами газа, кl оказывается пропорциональным числу поглощающих молекул на единицу длины пути световой волны, или, что то же, на единицу объёма, заполненного проходящим светом, т.

е. пропорционален концентрации С: кl=clС (правило Бера). Тогда закон поглощения принимает вид J=J0e-clCl (Бугера-Ламберта Бера закон), где cl новый коэфф., не зависящий от концентрации и характерный для молекулы поглощающего в-ва. В реальных газах и растворах закон Бугера Ламберта Бера выполняется далеко не всегда. В проводящих средах (металлах, плазме) вз-ствие со светом в значит.

степени определяется свободными эл-нами, в связи с чем кl зависит от электропроводности s. Значит. П. с. в проводящих средах сильно влияет на все процессы распространения света в них; формально это учитывается тем, что член, содержащий кl, входит в выражение для комплексного преломления показателя среды. В терминах квант. теории процесс П.

с. связан с переходом эл-нов в поглощающих атомах, ионах, молекулах или тв. теле с более низких уровней энергии на более высокие. Обратный переход в осн. или нижнее возбуждённое состояние может совершаться с излучением фотона или безызлучательно, или комбинированным путём, причём способ перехода обратно определяет, в какой вид энергии переходит энергия поглощённого света. В световых пучках очень большой интенсивности П. с. перестаёт подчиняться закону Бугера, т. е. кl становится функцией интенсивности света J0 (н е л и н е й н о е П. с.). Этот эффект может быть обусловлен тем, что очень большая доля поглощающих ч-ц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, теряет способность поглощать свет, что заметно изменяет характер П.

с. средой. Если в поглощающей среде искусственно создана инверсия населённости, т. е. число возбуждённых состояний на верхнем уровне превосходит таковое на нижнем, то каждый фотон из падающего потока имеет большую вероятность индуцировать испускание точно такого же фотона, чем быть поглощённым самому (см. ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ). В этом случае интенсивность выходящего света J превосходит интенсивность падающего J0, т. е. имеет место усиление света. Формально это явление в законе Бугера соответствует отрицательности kl, поэтому явление наз. о т р и ц а т е л ь н ы м П. с. На нём основано действие квантовых генераторов (лазеров) и квантовых усилителей. П. с. используется в разл. областях науки и техники. Так, на нём основаны мн. особо высокочувствит. методы количеств. и качеств. хим. анализа, в частности а б с о р б ц и о н н ы й спектральный анализ, спектрофотометрия, колориметрия и пр. Вид спектра П. с. удаётся связать с хим. структурой в-ва, по виду спектра поглощения можно исследовать характер движения эл-нов в металлах, выяснить зонную структуру полупроводников и мн. др. .