Квантовая теория дисперсии

Электронная теория дисперсии

Квантовая теория дисперсии

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Классическая теория дисперсии основана на воздействии электромагнитного поля световой волны на внешние слабосвязанные (оптические) электроны в атомах и молекулах среды.

В процессе взаимодействия возникают вынужденные колебания оптических электронов, при этом атомы излучают вторичные электромагнитные волны. Вторичные волны интерферируя с первичными волнами, образуют результирующие волны, скорости распространения которых отличны от скоростей первичных волн.

Это обстоятельство вызывает изменение показателя преломления (см. формулу 76).

Классическая теория дисперсии дала математическую формулу зависимости показателя преломления n от циклической частоты световой волны:

, (84)

где k0 — число атомов в единице объёма,

m, e — масса и абсолютная величина заряда электрона,

ε0 — электрическая постоянная,

ω0 — циклическая частота свободных незатухающих колебаний электрона.

График зависимости n от ω по формуле (84) показан на рис. 30.

Рис. 30

В основе квантовой теории дисперсии лежит тот факт, что атомы принимают дискретные значения энергий E1, E2… При взаимодействии со светом, атом изменяет своё состояние (энергию) скачком — от одного возможного состояния к другому. В квантовой теории используется частоты атомных переходов из состояния Ej в состояние Ei, если Ej < Ei (сравнить с формулой 83):

(85)

Взаимодействие света с атомом можно описать с помощью набора частот, соответствующих энергетическим атомным переходам. Как показывают расчёты, в квантовой теории для дисперсии получается такая же формула, какая была получена в классической (см. формулу 84), с той разницей, что вместо набора собственных частот ω0 электронов в квантовой теории используются частоты атомных переходов.

Поглощение света.

Явление поглощения света объясняется на основе как классической, так и квантовой теории.

Классическая теория объясняет поглощение следующим образом. Под действием поля световой волны электроны атомов и молекул совершают гармоническое колебательное движение. Колеблющийся электрон, превращаясь в источник, сам излучает вторичные волны.

В результате интерференции падающей волны со вторичной в среде возникает волна с амплитудой, отличной (меньшей) от амплитуды вынуждающего поля. Таким образом, не вся поглощённая атомами и молекулами среды энергия возвращается в виде излучения – произойдёт поглощение.

Поглощённая энергия может превратиться в другие виды энергии (например, в энергию хаотического движения – тепловую).

Согласно квантовой теории, атомы и молекулы обладают не непрерывными, а дискретными значениями энергии (основное и возбуждение состояния). При распространении света через среду часть энергии тратиться на возбуждение системы, а часть выходит из среды (вместе с возвращённой долей энергии за счёт переходов из возбуждённых состояний в основе).

Интенсивность света, прошедшего через вещество I , уменьшается согласно закону Бугера:

, (86)

где I0 – начальная интенсивность света,

d – толщина слоя вещества,

α – коэффициент поглощения, зависящий от длины волны λ0 света,

e – основание натурального логарифма.

Физический смысл коэффициента поглощения можно установить из формулы (86) закона Бугера, если приравнять: α = . Тогда I = I0e –d/d = I0/e, т.е. коэффициент поглощения α численно равен толщине слоя. После прохождения которого интенсивность света уменьшиться в e = 2,72 раза. (λпогл)

Рис. 31

Коэффициент поглощения есть функция длины волны α = f(λ0). Для некоторых веществ эта функция имеет сложный характер, обнаруживая узкие области сильного поглощения.

Максимумы поглощения находятся на тех участках спектра, где происходит аномальная дисперсия света, что графически изображено на рисунке 31; здесь дана зависимость показателя преломления n от длины волны λ0. Участок 3-4 аналогичен кривой, приведенной на рис. 1.

Участки 1-2 и 3-4 соответствуют нормальной дисперсии (dn/dλ00). На этот участок приходится максимум поглощения (пунктирная кривая). График поглощения света имеет вид резонансной кривой.

Область резкого возрастания поглощения света (λпогл) соответствует частоте собственных колебаний электронов в атомах, а для сложных веществ — частоте собственных колебаний электронов в молекулах.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Дата добавления: 2016-12-06; просмотров: 726 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Источник: https://lektsii.org/12-70430.html

Квантовая теория дисперсии [1971 Кудрявцев П.С. — История физики. Том 3. От открытия квант до квантовой механики]

Квантовая теория дисперсии

Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте

Заметим, что эйнштейновская теория излучения, вводящая коэффициенты, определяющие вероятность излучения и поглощения энергии атомом, уже начала применяться в квантовой теории дисперсии и абсорбции света.

Первые шаги в этом направлении были предприняты учеником Рентгена Рудольфом Ладенбургом, который посвятил этому вопросу статью, опубликованную в четвертом томе журнала «Annalen der Physik».

Выдвинутые им в этой статье положения были подробно развиты в статье «Абсорбция, рассеяние и дисперсия в Ооровской теории атома», опубликованной в уже неоднократно упоминавшемся нами юбилейном номере «Die Naturwissenschaften» (1923).

Основные положения теории Ладенбурга следующие:

1. Излучение и поглощение света осуществляется согласно постулату Бора в процессе перехода атома из одного квантового состояния в другое. Излучаемая (или поглощаемая) энергия определяется разностью энергии E' и E» в обоих стационарных состояниях, при этом частота излучаемой энергии в соответствии с постулатом Бора равняется:

v = 1/h(E'-E»).

Процесс абсорбции является полным обращением процесса излучения, и поглощаемая частота в точности равняется частоте, испускаемой при обратном переходе.

2. «Оптические линии поглощения невозбужденного атома соответствуют переходам наиболее слабо связанных электронов атома с нормальной орбиты на высшие возможные орбиты». Далее, возбужденный каким-либо образом атом может при дальнейшем поглощении кванта перейти в еще более высокое квантовое состояние.

«Так возникают линии, поглощения возбужденных, и светящихся паров и газов, не принадлежащие к сериям поглощения нормального атома». При этом меняется дисперсия газа. «Эти процессы являются экспериментальным доказательством конечного времени пребывания атома в возбужденном состоянии и тем самым первого постулата Бора».

«Опыты по абсобрции и аномальной дисперсии электрически или оптически возбужденных светящихся газов и паров можно истолковать только благодаря воровскому постулату, что атомы и в состоянии с высшей энергией могут находиться конечное время не излучая.

Например, в водороде молекула под действие электрического возбуждения расщепляется на атомы, и в то же время электрон переходит во второе квантовое состояние — основное состояние известной серии Бальмера».

3. В вопросе об интенсивности процессов поглощения Ладенбург опирается на результаты Эйнштейна. «При нашем незнании процессов перехода мы при описании этих процессов вынуждены пока принять вместе с Эйнштейном, что они регулируются вероятностными законами». Ладенбург имеет в виду знаменитую работу Эйнштейна 1917 г. о световых квантах.

Вместе с Эйнштейном Ладенбург вводит коэффициент аki, характеризующий вероятность спонтанного перехода атома из состояния (k) в состояние (/). Далее, вероятность обратного перехода атома из состояния (i) в состояние (k) при поглощении энергии hv характеризуется коэффициентом bki («отрицательное излучение»).

Ладенбург усматривает здесь аналогию с поведением классического квазиупругого осциллятора, способность к излучению которого определяется только внутренними свободами отциллятора, подобно тому как коэффициент им зависит только от свойств атомной системы.

Точно так же действие внешнего излучения на атом «соответствует тому, что испытывает классический осциллятор под действием внешней волны». Эта важная аналогия связана с принципом соответствия.

4. Методом расчета дисперсии и поглощения у Ладенбурга является введение классических осцилляторов — «электронов дисперсии», которые в совокупности производят такое же действие, как и N квантовых переходов в N атомах. Обозначая число этих электронов дисперсии через N', Ладенбург пишет для энергии, поглощаемой ими в единицу времени в единице объема, коэффициент излучения:

где uv0 — объемная плотность энергии излучаемой частоты v0. С другой стороны, если Ni — число атомов в единице объема, находящихся на энергетическом уровне i, то при переходе их на высший уровень k под влиянием энергии падающей волны будет поглощаться энергия:

Приравнивая Akl и Ae, находим

По Эйнштейну, в равновесном состоянии

uv0bikNi = uvbkiNk + akiNk.

Далее, согласно Эйнштейну

gibik = gkbk,

где gi и gk — статистические веса квантовых состояний i и k. Тогда

И Ладенбург получает соотношение

Это число N' электронов дисперсии определяет закон дисперсии:

В случае многих резонирующих центров формула Ладенбурга принимает вид

где aki — вероятность перехода из высшего состояния k в низшее состояние i, причем низший уровень i может быть и возбужденным.

Суммируя итоги своей теории, Ладенбург и Рейхе подчеркивают, что хотя «мы не знаем механизма, посредством которого падающая волна воздействует на атом» и «не можем описать в деталях реакцию атомов», однако можно думать, что «конечный результат воздействия излучения частоты v на атом не отличается существенно от действия, производимого такой волной на осциллятор». Это действие сострит в том, что «возникают вторичные волны с той же частотой v и в фазе с падающей волной».

Эйнштейн на лекции в Принстоне

Таким образом, классический расчет дает результаты, приближенно согласующиеся с наблюдениями. «Но не всегда!»- подчеркивают авторы. «В предложенном сообщении,- пишут они,- была сделана попытка объяснить эту несостоятельность классической теории на основе атомной теории Бора в духе принципа соответствия.

Именно было показано, что количество рассеянной энергии излучения и преломляющая способность, которые классически измерялись числом N' электронов дисперсии, квантовотеоретически определялись величиной вероятности возможных квантовых переходов действительного атома и отношением статистических весов рассматриваемых квантовых состояний».

Сотрудник Бора Гендрик Антони Крамерс развил результаты Ладенбурга и Рейхе. Он не только допустил (это допускали и Ладенбург и Рейхе), что низший уровень i может быть возбужденным, но и учитывал переходы на этот уровень как с высшего уровня k, так и с более низкого уровня j. Формула дисперсии Крамерса в этих предположениях принимает вид ne2N

где

и aki, aij — эйнштейновские коэффициенты для вероятностей перехода с уровня k на уровень i и с уровня i на уровень j. Это введение Кра-мерсом «отрицательной дисперсии» оказалось оправданным. Сама же формула Крамерса «выходила за рамки качественных следствий принципа соответствия и в действительности представляла результат, который получается из квантовой механики в ее современной форме».

Источник: http://www.physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000058/st095.shtml

Квантовая теория дисперсии

Квантовая теория дисперсии

Определение 1

Дисперсия света — это процесс, который обуславливается зависимостью показателя общего преломления вещества от длины волны и ее частоты.

Рисунок 1. Квантовая теория. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В данном случае, производную определяют, как дисперсию вещества. Дисперсия света в квантовой физике напрямую зависит от фазовой скорости преломляющих световых волн от частоты.

Результатом данного действия является расслоение элементов в спектр пучка белого света, происходящее при прохождении сквозь конкретную призму. Исследование этого явления привело И.

Ньютона (1672) к открытию квантовой гипотезы дисперсии света.

Для более прозрачных в этой области спектра веществ показатель $n$ всегда увеличивается с уменьшением $l$, чему и соответствует определенное распределение цветовой гаммы в спектре. Также такая зависимость $n$ от $l$ называется элементарной дисперсией света.

Все элементы в той или иной степени можно назвать диспергирующими. Многочисленный исследования доказали, что вакуум, дисперсией не обладает. Подобный вид зависимости в сфере нормального разделения для небольших интервалов длин световых волн можно обозначить только приближенной формулой.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Основные положения квантовой теории дисперсии

Эйнштейновская гипотеза излучения, предполагающая введения новых коэффициентов, определяет вероятность самого излучения и поглощения энергии атомом и уже используется в квантовой теории дисперсии и стабильной абсорбции света. Первые шаги в указанном направлении были сделаны последователем Рентгена Рудольфом Ладенбургом, который посвятил этому вопросу все свою жизнь.

Ключевые положения теории Ладенбурга заключаются в следующем:

  • преломление и излучение света происходит согласно постулату Бора в процессе трансформации атома из одного квантового состояния в другое, а излучаемая энергия выступает в виде разности энергии в двух стационарных процессах, при этом диапазон получаемой энергии в соответствии с законом Бора приравнивается к показателю получаемой энергии;
  • оптические линии светового поглощения нестабильного атома совпадают с переходами наиболее слабо действующих электронов с обычной орбиты на высшие вероятные сферы;
  • в вопросе об интенсивности явлений поглощения света учения Ладенбург опираются на результаты деятельности Эйнштейна, который утверждал, что все элементы в атоме регулируются вероятностными законами;
  • способом расчета дисперсии и светового излучения у Ладенбурга выступает введение классических осцилляторов в виде «электронов дисперсии», целостность которых формирует такое же действие, как и квантовых переходов в атомах.

Суммируя итоги теории Ладенбург и Рейха можно отметить, что полностью узнать механизм, посредством которого падающая световая волна воздействует на атом просто невозможно и нельзя тщательно описать реакцию вещества на такие изменения, однако можно предполагать, что «итоговый результат влияния излучения частоты $v$ на сам атом кардинально не отличается от действия, осуществляемого такой волной на осциллятор».

Замечание 1

Это явление заключается в возникновении определенных вторичных волн, которые перемещаются с той же динамикой $v$ и в фазе с падающим элементом.

Атом в поле световой волны

Поведение атома в быстро меняющемся поле световой волны достаточно неоднозначно и может меняться в зависимости от определенных условий. При этом, так же как в классической гипотезе дисперсии, про электромагнитные силы стоит забыть. В данном случае энергия возмущения и излучения включает время в явном виде.

Для решения указанной задачи волновое уравнение непригодно в привычном виде, так как оно состоит из собственных значений, как показатели интенсивности и массы, поэтому для каждого состояния возможно задействовать новое дифференциальное уравнение.

Однако изначально необходимо исключить параметр собственного определения, где коэффициент напряженности электромагнитного поля падающей световой волны будет направляться вдоль центральной оси, и иметь собственную амплитуду.

Из этого решения согласно представленным ранее законом можно получить средний квантово-механический показатель е дипольного электрического момента атома.

Классическая теория дисперсии

Дисперсию светового луча можно объяснить на основе общих понятий электромагнитной теории и квантовой гипотезы вещества.

Другими словами, поведение и взаимодействие электронов в атомах полностью подчиняется законам квантовой физики.

Однако для более качественного понимания самого определения «дисперсии света» необходимо изначально ограничиться классическими законами, который в итоге приводят к таким же результатам, что и квантовое предположение.

Замечание 2

Каждый атом в этой системе представляет собой ядро, которое окружают стремительно движущиеся электроны и в совокупности начинают как бы «размазываться» по сферически пропорциональной сфере вокруг ядра.

Поэтому принято утверждать, что элементарное ядро с положительным зарядом q обладает свойствами «электронного облака» с зарядом.

В отсутствие действия внешнего поля $E$ весь центр данного облака совпадает по параметрам с ядром, и дипольный момент мельчайшего вещества оказывается на нулевой отметке.

При наличии же принципов перемещения внешнего поля $E$ электронное поле постепенно смещается в отношении неподвижного ядра, и формируется дипольный момент.

Заметим, что личных частот может быть сразу несколько в атоме, в результате чего будет и несколько сфер и вероятностей аномальной дисперсии. Кроме того, при показателе преломления в атоме будет меньше единиц, а это значит, что базовая скорость электрической и магнитной волн будет одинаковой.

Аналогичное явление можно наблюдать в плазме и для рентгеновского мощного излучения. С теорией относительности здесь нет никаких противоречий, так как данная гипотеза утверждает, что скорость светового импульса не может превышать показатель с.

Понятие же коэффициента преломления можно применить к электромагнитным монохроматическим волнам, действующим бесконечно в пространстве и во времени.

Такие процессы не могут помочь передать сигнала, ведь их в принципе невозможно осуществить. Следует помнить, что в канальной аномальной дисперсии интенсивность энергии сильно деформируется, в результате чего групповая скорость элементов в таких условиях теряет свое физическое содержание.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kvantovaya_teoriya/kvantovaya_teoriya_dispersii/

Элементарная (классическая) теория дисперсия

Квантовая теория дисперсии

Взаимодействие света с веществом

Дисперсия света

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от частоты (или длины) световой волны. Или зависимость фазовой скорости света в среде от его частоты (или длины волны). .

Впервые эту зависимость установил в 1672 году И. Ньютон, разлагая белый свет с помощью стеклянной призмы.

Зависимость показателя преломления среды от частоты или длины волны не линейна и не монотонна. Области значений частот (или длин волн), в которых , соответствует нормальной дисперсии света. Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света.

Например, обычное стекло прозрачно для видимого света. Именно в этой области наблюдается нормальная дисперсия для них. На основе явления нормальной дисперсии основано разложение белого света стеклянной призмой в монохроматорах.

Например, в монохроматоре УМ-2, который используется в лабораторных работах.

Дисперсия называется аномальной, если , т.е. с ростом частоты n показатель преломления n уменьшается. Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде. Например, у обычного стекла в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра.

Зависимость показателя преломления n от частоты n  и длины волны l приведены на рисунках.

В зависимости от характера дисперсии групповая скорость в веществе может быть как больше, так и меньше фазовой скорости. В среде, где дисперсия отсутствует, групповая скорость равна фазовой скорости

(U = v).

Групповая скорость связана с циклической частотой и волновым числом следующим соотношением.

      Возьмём полный дифференциал от w и k.

Отсюда перепишем.

Можно записать.

 Зная, что с = l×n можно легко получит подобное выражение через длину волны.

При нормальной дисперсии U < v, т.к.

При аномальной дисперсии U > v и, в частности, если , то U > c. Этот результат не противоречит специальной теории относительности. Понятие групповой скорости правильно описывает распространение только такого сигнала (волнового пакета), форма которого не изменяется при перемещении сигнала в среде.

Строго говоря, это условие выполняется только для вакуума, т.е. в не диспергирующей среде. В области частот, соответствующих аномальной дисперсии, групповая скорость не совпадает со скоростью распространения сигнала, так как вследствие значительной дисперсии форма сигнала так быстро изменяется, что не имеет смысла говорить о групповой скорости.

Элементарная (классическая) теория дисперсия

Дисперсия света является результатом взаимодействия электромагнитной волны с заряженными частицами, входящими в состав вещества (электронами). Теория Максвелла не могла объяснить это явление, т.к. в те годы не было известно о сложном строении атома.

Классическая теория была разработана голландским физиком Х.А. Лоренцем (1853 – 1928). Это нобелевский лауреат 1902 года за предсказание эффекта расщепления спектральных линий в магнитном поле – эффект Зеемана.

Теория была разработана лишь после создания им же электронной теории строения вещества и после того как была получена формула, связывающая диэлектрическую проницаемость с поляризуемостью молекулы (формула Лорентца – Лоренца или Lorentz — Lorenz). Первый это датский физик Л.В.

Лорентц (1829 – 1891). В русской литературе фамилии этих ученых пишут одинаково, как Лоренц.

Лоренц показал, что показатель преломления , а относительная диэлектрическая проницаемость e также зависит от частоты ( ). Для видимого света частота n ~ 1015 Гц. В этом диапазоне частот существует только поляризация электрически упругого смещения. Смещаются в основном валентные электроны.

Рассмотрим в общих чертах, как происходит взаимодействие световой электромагнитной волна с веществом с позиций классической физики.

Под действием падающей световой волны происходят вынужденные колебания электронов в атомах вещества с частотой световой волны n.  При этом периодически изменяются дипольные электрические моменты атомов. Следовательно, атомы излучают вторичные электромагнитные волны, частота которых тоже n.

 Среднее расстояние между атомами вещества много меньше протяжённости одного цуга волн, следовательно, вторичные волны, излучаемые большим числом соседних атомов, когерентны, как между собой, так и с первичной волной.

При сложении этих волн они интерферируют, в результате этой интерференции и получаются все наблюдаемые оптические явления, связанные с взаимодействием света с веществом. Фаза вторичной волны будет другой, так как сказывается запаздывание смещения электрона из положения равновесия.

Смещение электрона становится заметным только при достижении электромагнитной волной определённой величины напряжённости электрического поля. Разность фаз между первичной и вторичной волнами будет постоянной. Скорость распространения фронта волны (фазовая скорость) зависит от результата сложения волн.

В однородном изотропном веществе в результате интерференции образуется проходящая волна, направление распространения которой совпадает с направлением первичной волны.

В оптически неоднородной среде (среде с разными показателями преломления n) сложение первичной и вторичной волн приводит к рассеянию света. Рассеяние света мы рассмотрим позже.

При падении света на границу раздела двух сред с разными показателями преломления в результате интерференции возникает не только проходящая (преломлённая) волна, но и отражённая волна. Отражение происходит не от геометрической поверхности раздела, а от более или менее значительного слоя частиц среды, прилегающих к границе раздела.

Всё это общие качественные положения.

Рассмотрим только элементарную теорию дисперсии в однородном изотропном диэлектрике.

Наша цель – найти зависимость показателя преломления от частоты , а так как , то найдём вначале зависимость относительной диэлектрической проницаемости от частоты .

Из электростатики мы знаем.

                                                                               (1)

P – вектор поляризации или дипольный момент единицы объёма (в данном случае его проекция на направление внешнего электрического поля E); c — диэлектрическая восприимчивость среды. Тогда для показателя преломления можно записать.

                                                                                              (2)

Примем, что поляризация обусловлена смещением только валентных (оптических) электронов. Для атомов с одним оптическим электроном имеем.

Тогда вектор поляризации можно записать следующим образом.

p – дипольный электрический момент атома; n0 – концентрация атомов; r – смещение электрона. Знак () учитывает отрицательный заряд электрона.

Тогда для показателя преломления имеем.

                                                                                   (2')

Таким образом, задача сводится к нахождению зависимости r = r(E).

Оптический электрон совершает вынужденные колебания под действием следующих сил:

а) возвращающей квазиупругой силы , где m и w0 – масса и частота незатухающих колебаний электрона;

б) силы сопротивления (со стороны других атомов кристаллической решётки),

, где b – коэффициент затухания;

в) вынуждающей силы , где E – напряжённость электрического поля световой волны.

Уравнение вынужденных колебаний имеет вид.

                                                          (3)

В случае линейно поляризованного монохроматического света с циклической частотой w, , где E0 – амплитуда колебаний электрического поля световой волны. Тогда имеем.

Решение этого уравнения имеет вид.

j0 найдём из выражения.

Если среда не поглощает свет, то b = 0 и тогда решение будет иметь вид.

 Подставим последнее выражение в (2') и получим для показателя преломления.

Графическая зависимость показателя преломления от круговой частоты представлена на рисунке.

В классической теории предполагается, что каждый атом можно рассматривать как систему гармонических осцилляторов.

Атомы вещества тоже колеблются, поэтому внутреннее поле (поле остальных атомов) непостоянно во времени. Т.е. действительная картина получается более сложной.

Конечно, реально коэффициент затухания

b ¹ 0. Кроме того, у каждого атома наблюдается по нескольку характеристических полос поглощения. Тогда зависимость будет иметь более сложный вид.

Расчёт таких систем, как атомы и молекулы, а тем более в их взаимодействующей совокупности, следует вести по законам квантовой механики. Но квантовая механика привела к такому же результату, что и классическая теория. Квантовая механика более точно указала принципы нахождения сил, действующих на электрон, и частоты осцилляторов.

Поглощение света

При прохождении света (электромагнитной волны) через вещество его интенсивность уменьшается. В 1729 году французский учёный Пьер Бугер (1698 – 1758) открыл закон ослабления света в среде.

Получим этот закон.

На толщине слоя dx интенсивность света будет уменьшаться.

В области линейной оптики коэффициент a ¹ f(I).

Перепишем и проинтегрируем по всей толщине образца.

 После интегрирования получаем.

В итоге получаем.

a – коэффициент поглощения. Это величина обратная расстоянию, на котором интенсивность света уменьшается в l раз. Размерность – 1/м. Коэффициент поглощения зависит от природы вещества, длины волны.

При поглощении света энергия световой волны частично вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами. Частично она переходит в энергию движения атомов, т.е.

во внутреннюю энергию вещества. Вынужденные колебания электронов, а, следовательно, и поглощение света становится особенно интенсивным при резонансных частотах поглощения.

А это наблюдается в области аномальной дисперсии.

Разные вещества по-разному поглощают свет.

Для одноатомных газов и паров металлов (у них атомы расположены далеко друг от друга и их можно считать изолированными) резкие линии поглощения наблюдаются лишь в узких спектральных областях. Это линейчатые спектры поглощения.

Эти узкие линии поглощения соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах и обусловлены переходами электронов в атомах с нижних энергетических уровней на более высокие. Ширина этих полос составляет 10-12 – 10-11 м.

Спектры поглощения молекул, кроме этого определяются колебаниями атомов в молекуле и их вращением относительно центра масс и характеризуются полосами поглощения. Их ширина составляет 10-10 – 10-7 м. Более подробно молекулярные спектры мы рассмотрим в третьем семестре.

У твёрдых диэлектриков наблюдается селективное поглощение в относительно широких полосах поглощения. Их ширина составляет 10-7 – 10-6 м. Т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения.

Газы при высоких давлениях, а также жидкости как твёрдые тела имеют широкие полосы поглощения.

По мере повышения давления газов максимумы поглощения, первоначально очень узкие, всё более расширяются, и при высоких давлениях спектр поглощения газов приближается к спектрам поглощения жидкостей.

Этот факт указывает на то, что расширение полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом.

Металлы практически непрозрачны для света. Их коэффициент поглощения имеет значение на 5 – 6 порядков выше, чем у прозрачных диэлектриков, например, стекла. Это обусловлено наличием в металлах свободных электронов.

Под действием электрического поля световой волны свободные электроны приходят в движение – в металле возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты.

В результате энергия световой волны быстро убывает, превращаясь во внутреннюю энергию металла.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел.

Например, стекло слабо поглощающее красные и оранжевые лучи, но сильно поглощающее синие и зелёные лучи при освещении белым светом будет казаться красным. Если на это стекло направить синий или зелёный свет, то из-за сильного поглощения этих длин волн стекло будет казаться чёрным.

Это явление используется для изготовления светофильтров.

Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие и богатство цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.

Рассеяние света

Рассмотрим этот вопрос только качественно и кратко.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1473;

Источник: https://studopedia.net/1_56934_elementarnaya-klassicheskaya-teoriya-dispersiya.html

Booksm
Добавить комментарий