Электронная теория дисперсии.
Электронная теория дисперсии Лоренца рассматривает дисперсию света как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.
Абсолютный показатель преломления среды , где ε — диэлектрическая проницаемость среды, μ — магнитная проницаемость. В оптической области спектра для всех веществ μ≈1, поэтому .
Согласно теории Лоренца, дисперсия света — следствие зависимости е от частоты (длины волны) световых волн. По определению
где — диэлектрическая восприимчивость среды, — электрическая постоянная, Р и Е — мгновенные значение поляризованности и напряженности внешнего электрического поля.
В оптической области спектра частота колебаний электрического поля световой волны высока (v=1013Гц), поэтому ориентационная поляризация диэлектриков несущественна, и главную роль играет электронная (деформационная) поляризация — вынужденные колебания электронов под действием электрической составляющей поля световой волны.
Пусть вынужденные колебания совершает только один внешний, слабо связанный с ядром атома, электрон — оптический электрон. Его наведенный дипольный момент: р = ех, где е—заряд электрона, х—смещение электрона под действием электрического поля световой волны.
Мгновенное значение поляризованности: P=n0p=n0ex,где n0 –
концентрация атомов в диэлектрике. Отсюда:
Пусть внешнее поле Е изменяется по гармоническому закону. E = E0cosωt. Тогда уравнение вынужденных колебаний электрона (без учета
силы сопротивления, обуславливающей поглощение энергии падающей волны):
где Fo = еЕ0— амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, ω0— собственная частота колебаний электрона, т— масса электрона.
Решение этого уравнения: x = A cosωt, где . Поэтому
Полученная зависимость выражает явление дисперсии:n = n(ω). График этой зависимости приведен на рисунке. Разрыв п вблизи ω0 обусловлен тем, что не учтены силы сопротивления среды (поглощение электромагнитных волн средой).
Если учесть поглощение, то в области ω0 зависимость n(ω) задается пунктирной линией АВ — это область аномальной дисперсии (n убывает с ростом ω). Остальные участки описывают нормальную со дисперсию (n растет с ростом ω).
В общем случае, если в веществе имеются различные заряды еi, с массами mi, совершающие вынужденные колебания с различными собственными частотами ω0i , то
и кривая п(ω) имеет особенности вблизи каждой собственной частоты ω0i.
27. Поглощение (абсорбция) света.
Поглощением (абсорбцией) светаназывается явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии (внутреннюю энергию вещества, энергию вторичного излучения в других направлениях и другого спектрального состава и др.).
В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается:
— закон Бугера
Здесь I0 и I — интенсивности плоской монохроматической волны на входеи выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, а— коэффициент поглощения, зависящий от длины волны света, химической природы и состояния вещества и не зависящий от интенсивности света. Численное значение этого коэффициента апоказывает толщину слоя х, равную , после прохождения которого интенсивность плоской волны падает в е=2,72 раза.
28. Виды спектров поглощения:
Ø Линейчатый спектр поглощения — характерен для одноатомных газов (или паров). Очень резкие и узкие линии в таких спектрах соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах. Если плотность газа увеличивать, то взаимодействие атомов между собой приводит к уширению линий поглощения.
Ø Спектр поглощения в виде полос поглощения— характерен для поглощения молекул. Колебания атомов (и вращение групп атомов) в молекулах приводит к тому, что образуются широкие полосы поглощения.
Ø Сплошной спектр поглощения — характерен для жидкостей и твердых тел, в которых образуются коллективные возбуждения (например, электроны проводимости в металлах) которые обуславливают поглощение света в широкой области частот (длин волн).
На рисунке показана типичная зависимость коэффициента поглощения а от длины волны света А и зависимость показателя преломления п от А в области полосы поглощения. Внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия.
Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел.
Поляризация света.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|