Коефіцієнт поглинання, формула і приклади
Визначення і формула коефіцієнта поглинання
Хвиля світла, проходячи через речовину, частина енергії витрачає на збудження електронів. Частина енергії повертається випромінювання у вигляді вторинних хвиль, які породжують електрони. Фрагментарно енергія переходить в енергію руху атомів, тобто внутрішню енергію речовини. З вище сказаного можна зробити висновок про те, що світло зменшує свою інтенсивність при проходженні через речовину, тобто світло в речовині поглинається.
Емпірично отримано, що інтенсивність монохроматичного світла, який проходить через речовину зменшується в наступному закону:
де - інтенсивність світла, що падає на поглинаючий шар, - товщина шару речовини, - коефіцієнт поглинання. Рівняння (1) називають законом Бугера.
Коефіцієнтом поглинання () називають фізичну величину, що залежить від властивостей поглинає речовини, рівна зворотного товщині шару (), при проходженні якого інтенсивність світла зменшується в e раз.
У деяких речовин коефіцієнт поглинання не залежить від інтенсивності світла. Однак існують середовища, в яких закон Бугера порушується і виникає залежність (I). Для пояснення поведінки цих речовин, слід врахувати квантові властивості світла. залежить від довжини хвилі () світла. Залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі (частоти) світла називають спектром поглинання речовини. У речовин, атоми (молекули) яких мало взаємодіють один з одним (наприклад, розріджений газ) коефіцієнт поглинання для більшості довжин хвиль майже дорівнює нулю, тільки у вузьких областях спектра проявляє різкі максимуми. Дані максимуми відповідають частотам резонансу для коливань електронів усередині атомів.
Гази в умовах високого тиску, рідини і тверді тіла дають широкі смуги поглинання. Розширення смуг поглинання - результат посилення взаємодії атомів.
Метали є майже непрозорими для світла для них м -1. Непрозорість металів для світла пояснюється тим, що в металі присутні вільні електрони. Вони під дією електричного поля хвилі світла починають рухатися, виникають швидкозмінних струми в металі, які викликають виділення тепла. Енергія хвилі світла швидко зменшується, переходячи у внутрішню енергію металу.
Коефіцієнт поглинання можуть позначати по-різному, часто зустрічаються позначення:. Індексом підкреслюють сильну залежність коефіцієнта поглинання від частоти (довжини хвилі) світла.
закон Бера
У разі слабких розчинів при розчиннику, який не поглинає світло, коефіцієнт поглинання пропорційний концентрації:
де C - концентрація, - коефіцієнт пропорційності, який залежить від частоти світла і властивостей молекул розчиненої речовини.
Закон Бера вузько застосуємо. Він зазвичай виконується при малих концентраціях, коли взаємодія молекул можна вважати несуттєвим.
Для речовин, які підкоряються закону Бера закон Бугера можна трансформувати до виду:
Цей закон (3) носить назву закон Ламберта - Бугера - Бера. Він застосовується для визначення концентрації речовин за допомогою вимірювань поглинання світла в розчині.
Одиниці виміру коефіцієнта поглинання
Основною одиницею виміру коефіцієнта поглинання світла в системі СІ є:
Приклади розв'язання задач
На шляху світлового пучка розміщена перепона, яка зменшує інтенсивність світла. Коефіцієнт поглинання 0,5 м -1. У скільки разів буде зменшена інтенсивність світла, якщо він проходить шар товщиною 5,44 м?
Основою для вирішення завдання може служити закон Бугера:
Слід знайти відношення::
Зменшилася в 14, 88 разів.
Знайдіть коефіцієнт поглинання середовища, якщо світлова хвиля падає по черзі на дві пластинки, причому товщина однієї платівки, другий. Після проходження першої пластини інтенсивність світла зменшується на%, після проходження другого на 0,5% від початкової інтенсивності. Вважайте, що світло падає на пластини перпендикулярно (рис.1).
Для вирішення задачі використовуємо закон Бугера:
Для хвилі світла, яка пройшла крізь першу пластину, отримаємо:
Для хвилі світла, яка пройшла через другу пластину, маємо:
Відповідно до умов завдання запишемо:
З огляду на формули (2.2) і (2.3) отримаємо відношення:
Прологаріфміруем по підставі e рівняння (2.6), маємо:
Тоді при обліку виразів (2.4) і (2.5) шуканий коефіцієнт поглинання дорівнює: