Определение оптических характеристик окрашенных растворов и рассеивающих сред, страница 2

          Пусть на входе в поглощающий слой вещества интенсивность света равна . Найдем интенсивность света , прошедшего слой вещества толщиной  относительно исходного слоя. Интегрируя выражение (1), получаем:

                                                                 .                                                  (2)

Это выражение называется законом Бугера. При  интенсивность  оказывается в  раз меньше, чем . Таким образом, коэффициент поглощения есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого интенсивность света убывает в  раз.

          Коэффициент поглощения  зависит от длины волны света . У вещества, находящегося в таком состоянии, что атомы или молекулы практически не взаимодействуют друг с другом (газы, пары металлов при не высоких давлениях) коэффициент поглощения для большинства длин волн близок к 0 и  лишь для очень узких спектральных областей (шириной всего в несколько сотых ангстрема) обнаруживает резкие максимумы (рис.1). Эти максимумы соответствуют резонансным частотам колебаний электронов внутри атомов (молекул).

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны

для газов и паров металлов при низких давлениях

Рис. 1

          Твердые тела, жидкости и газы при высоких давлениях дают широкие полосы поглощения (рис.2). По мере повышения давления газов максимумы поглощения, первоначально очень узкие (рис.1), все 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 (молекул) вещества.

          Переходим теперь к описанию другого механизма ослабления света – рассеяния. С классической точки зрения процесс рассеяния заключается в том, что свет, проходящий через вещество, возбуждает колебания электронов в атомах.  Колеблющиеся электроны становятся источниками вторичных волн, распространяющихся по всем направлениям. Это явление, казалось бы, при всех условиях должно приводить к рассеянию света. Однако, вторичные волны являются когерентными, так что необходимо учесть их взаимную интерференцию, а последняя приводит к формированию максимума только в направлении идущего пучка.

Зависимость коэффициента поглощения от длины волны света

для плотных газов, жидкостей и твердых тел

Рис. 2

          Рассеяние света возникает только в неоднородной среде. Световые волны, дифрагируя на неоднородностях среды, характеризуются довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию на мелких неоднородностях называют рассеянием света, иногда его же называют диффузией (явлением) Тиндаля. Механизмы возникновения неоднородностей могут быть различными. Более подробно с этим явлением можно познакомиться по литературе (см. список  в конце пособия).

          Обычно коэффициент экстинкции, т.е. ослабления света за счет действия механизмов поглощения и рассеяния одновременно для однородных растворов оказывается пропорциональным его концентрации С:

                                                                 ,                                                   (3)