|
|
свет с молекулами. реферат атомы и молекулы 2. Взаимодействия света с молекулами
Выполнила студент КарУ им. Академика Букетова факультет физико-технический Березнева-Раевская Алина Поглощение света. Закон Бугера. - При прохождении света через вещество часть энергии расходуется на возбуждение атомов или молекул. Некоторая доля этой энергии возвращается излучению в виде вторичных волн. Однако другая доля переходит во внутреннюю энергию вещества. В результате световая энергия уменьшается. Этот процесс называют поглощением света.
- Поглощение света - уменьшение его интенсивности при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.
- Закономерности уменьшения интенсивности света в однородной среде вследствие поглощения (рис. 28.1).
- При прохождении монохроматического света через тонкий слой вещества толщины dl изменение интенсивности света dI будет пропорционально толщине этого слоя и интенсивности подающего света I:
- Коэффициент пропорциональности kλ характеризует поглощающую способность данной среды и называется натуральным показателем поглощения. Его величина зависит от длины волны света (λ), но не зависит от его интенсивности. Знак «-» означает, что интенсивность света уменьшается.
- Индекс λ подчеркивает, что натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света. В задачах этот индекс обычно не пишется (k).
- Дифференциальное уравнение (28.1) решается методом разделения переменных:
где I0 - интенсивность падающего света; I - интенсивность света после прохождения слоя вещества толщины l.
Формула (28.2) выражает закон поглощения света (носящий имя одного из основоположников фотометрии - французского ученого Пьера Бугера, получившего его еще в 18 веке).
- Интенсивность света при поглощении в веществе убывает экспоненциально в зависимости от пройденного пути.
- Для вычислений часто используют логарифмический вид закона Бугера:
который ослабляет интенсивность света в «е» раз.
Рис. 28.2. Уменьшение интенсивности света при прохождении через вещество
График зависимости интенсивности света от толщины поглощающего слоя представлен на рис. 28.2.
Поглощения света растворами. Закон Бугера-Ламберта-Бера - Поглощение света растворами происходит за счет его взаимодействия как с молекулами растворителя, так и с молекулами растворенного вещества. В том случае, когда вещество растворено в практически не поглощающем растворителе, натуральный показатель поглощения оказывается пропорциональным концентрации раствора С:
Уравнение (28.4) называют законом Бера. Закон Бера предполагает, что поглощающая способность молекул не зависит от концентрации вещества. При значительном увеличении концентрации раствора расстояние между молекулами растворенного вещества уменьшается и начинает сказываться их взаимодействие. При этом закон Бера перестает выполняться.
Закон Бугера-Ламберта-Бера перестает выполняться, когда интенсивность падающего света очень высока (лазерное излучение).
Заменив в законе Бугера показатель kλ на его значение (28.4), мы получим закон Бугера-Ламберта-Бера, который описывает ослабле-
ние света в растворе в зависимости от его концентрации С и толщины поглощающего слоя l:
Примечание - Примечание
- Все рассмотренные законы поглощения записаны без учета отражения света на границах раздела сред. На самом деле при падении света из воздуха на твердые тела или жидкие среды отражение всегда имеет место. Поэтому в реальных задачах его обязательно учитывают специальными методами или устраняют эффект его влияния. Например, фотоэлемент, измеряющий интенсивность проникающего в жидкость света, располагают внутри жидкости у передней стенки кюветы.
- На использовании логарифмической формы закона Бугера-Ламберта- Бера основан оптический метод определения концентрации растворов, получивший название «концентрационная колориметрия». Для определения концентрации известного растворенного вещества на кювету с раствором направляют луч света и измеряют его интенсивности на входе в кювету (I0) и на выходе из нее (I). По формуле (28.7) находят концентрацию раствора:
значение молярного показателя поглощения ε находят по таблицам.
Выражение, стоящее в левой части равенства (28.7), называют оптической плотностью.
Зависимость оптической плотности раствора от длины волны света используют в качестве спектральной характеристики.
Спектры поглощения - Спектром поглощения в широком смысле называют зависимость любой физической величины, характеризующей процесс поглощения света, от его частоты или длины волны.
- В качестве спектральной характеристики процесса поглощения мы будем рассматривать зависимость оптической плотности от длины волны света - D(λ).
- Наибольшей простотой отличаются спектры одноатомных разреженных газов или паров металлов. В этом случае атомы расположены далеко друг от друга и практически не взаимодействуют между собой. Кванты света взаимодействуют с отдельными атомами и спектр поглощаемых волн определяется условием
Энергетические уровни отдельного атома (Ek и Ei) отстоят друг от друга достаточно «далеко». Поэтому атомарные спектры состоят из отдельных линий и называются линейчатыми (рис. 28.3).
Спектры поглощения - Спектры газов, состоящих из многоатомных молекул (молекулярные спектры), значительно сложнее атомных, что обусловлено большим разнообразием движений.
Рис.28.3.
Спектры поглощения
Примерный вид линейного спектра переходов в молекуле.
(рис. 28.4).
Спектры поглощения - У плотных газов, жидких и твердых тел частицы взаимодействуют между собой. Вследствие этого «расстояния» между соседними энергетическими уровнями столь малы, что отдельные уровни неразличимы. Спектры таких тел являются непрерывными с наличием характерных максимумов и минимумов
- Спектры поглощения являются важным источником информации о строении вещества и широко используются в современных биохимических и биофизических исследованиях.
Рассеяние света - При прохождении естественного света через неоднородную среду световые волны дифрагируют на имеющихся неоднородностях и дают дифракционную картину с довольно равномерным распределением интенсивности по всем направлениям. Такую дифракцию называют рассеянием.
- Рассеяние света - явление, при котором свет, распространяющийся в среде, отклоняется по всевозможным направлениям.
- Теорию рассеяния света разработал английский физик Дж. Релей (1842-1919 г.).
Рассеяние света - Различают два вида рассеяния.
- Рассеяние в мутных средах - явление Тиндаля
- Мутной называют среду с явно выраженными оптическими неоднородностями. Примеры мутных сред: туман (капельки жидкости в газе), дым (мельчайшие твердые частицы в газе), эмульсия (дисперсная система, состоящая из мельчайших капелек двух не растворяющихся друг в друге жидкостей), взвесь или суспензия (дисперсная система, состоящая из взвешенных в жидкости мелких твердых частиц), аэрозоль (дисперсная система, состоящая из мелких частиц,
- взвешенных в воздухе или другом газе). Рассеяние света в мутных средах называют явлением Тиндаля.
Рассеяние света - Молекулярное рассеяние на оптических неоднородностях
- Рассеяние имеет место и при отсутствии в среде инородных частиц. Оно обусловлено тем, что даже в «чистой» среде имеются микроскопические флуктуации плотности - отклонения плотности от ее среднего значения, наблюдаемые в пределах малых объемов. Соответствующие флуктуации имеет и показатель преломления света. Эти флуктуации вызваны беспорядочным движением молекул вещества; поэтому обусловленное ими рассеяние света называется молекулярным. Молекулярным, например, является рассеяние света в атмосфере (при отсутствии тумана или дыма).
- Если неоднородности распределены в среде достаточно равномерно, то уменьшение интенсивности проходящего света для рассеяния обоих типов описывается функцией
где mλ - натуральный показатель рассеяния, зависящий от длины волны.
- При прохождении света через вещество уменьшение его интенсивности обусловлено совместным действием поглощения и рассеяния. Общее ослабление света вследствие совместного действия поглощения и рассеяния описывается формулой.
|
|
|
Скачать 0.89 Mb.