Оптика: Методические указания по лабораторному практикуму, страница 6

Введение. Если на слой какого-нибудь вещества направить пучок параллельных лучей, то в результате взаимодействия с веществом прошедший через него поток энергии будет меньше вошедшего в него. Объясняется это поглощением, рассеянием и отражением света.

Поглощение и рассеяние происходят внутри вещества, поэтому вызываемые ими изменения светового потока, зависят от толщины слоя вещества. Отражение света наблюдается на границах раздела сред, и ослабление потока в этом случае не зависит от толщины слоя. Если свет нормально падает на границу раздела двух сред, отношение отраженного потока световой энергии к падающему будет

где: R – коэффициент отражения; n₁ и n₂ – показатели преломления соответствующих сред (см. раздел «Дисперсия света» в книге: «Физическая оптика», ЛГИ, 1976).

После отражения на каждой границе поток световой энергии ослабится в    раз.

Обычно первая среда – воздух (), и можно с достаточной точностью считать

,

где n – показатель преломления поглощающей среды.

Ослабление светового потока при учете только рассеяния и поглощения света описывается формулой закона Бугера – Бэра:

,

где: I₀ – световой поток, вошедший в поглощающий слой;
I – вышедший световой поток; l – толщина слоя; k¢-  коэффициент рассеяния; k - коэффициент поглощения.

Величина  называется пропусканием. Величина, обратная пропусканию, - ослаблением. Коэффициенты k и k¢ характеризуют свойства вещества и, как правило, зависят от длины волны распространяющегося в веществе света.

Коэффициент рассеяния k¢ обычно пропорционален четвертой степени частоты:

k¢ » n⁴

Величина его для обычных прозрачных сред (газов, жидкостей, стекол) невелика, и ослабление света происходит главным образом вследствие поглощения. В мутных средах (тумане, дыме, коллоидных растворах) ослабление света вследствие рассеяния может быть значительным.

Если не учитывать рассеяние света и отражение на границах слоя, то для ослабления вызванного только поглощением получим

.                                                              (1)

Если учесть как отражение света на границах раздела, так и  поглощение света в толще вещества то  ослабление светового потока  может быть рассчитано по формуле

.                                                    (2)

Из последней формулы ясно, что можно найти значение k (l), если известна величина коэффициента отражения R(l) и проведены измерения ослабления света.

Однако рассчитывать коэффициент отражения необязательно. Можно поступить следующим образом. Световой поток I₀ пропускают через поглощающий слой толщины l₁ . Затем такой же световой поток  пропускают через слой того же вещества толщины l₂. В первом случае

                                                      (3)

во втором

                                                       (4)

Поделив уравнение (3) на (4), получим

                                                              (5)

Логарифмируя последнее соотношение получаем рабочую формулу для определения коэффициента поглощения, которая не зависит уже от коэффициента отражения