Взаимодействие света с веществом. Коэффициенты светоотражения, светопропускания, светопоглощения и их взаимосвязь.

Пропускание, поглощение, преломление, рассеяние и отражение света являются результатом взаимодействия электромагнитного излучения с веществом.

Луч «белого» света разлагается стеклом на спектр, что носит название «дисперсии» света. Показатель преломления и дисперсию относят к определенным длинам волн.

Стекла с определенными заданными коэффициентами преломления и дисперсией называются оптическими. При падении монохроматического излучения интенсивностью I0 на образец стекла происходят следующие явления (рис.1):

Рис. 1. Путь луча при прохождении через плоскопараллельную пластину:

1 - воздух; 2 – стекло отражение света от двух поверхностей раздела стекло-воздух – I1; рассеяние и поглощение света –l2; пропускание света – l3; преломление света (изменение направления его распространения на границах раздела фаз с различными плотностями стекло-воздух).

Эти отношения характеризуют: коэффициент отражения R = l 1/ l 0; коэффициент поглощения и рассеяния А = l 2/ l 0; коэффициент светопропускания Т = l 3/ l 0.   Эти коэффициенты выражают в долях единицы или в процентах.

Для листового стекла толщиной 1 см коэффициент светопропускания Т составляет 88...90%, поглощения А - от 0,5 до 3% в зависимости от содержания красящих компонентов, а коэффициент отражения R - 8...9%. Особенно высокой прозрачностью должны обладать оптические стекла. Для строительного листового стекла (оконного, витринного) необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания Т прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, непоглощающее свет cтекло не может пропускать света более 92%, так как обе его поверхности отразят не менее 8% световых лучей.

· Рассеяние света – явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. Условие для рассеяния света - наличие оптических неоднородностей (т.е. областей с отличным от среды показателем преломления), которые не поглощают свет).

Виды рассеяния света:

а) Явление (рассеяние) Тиндаля - рассеяние в мутных средах Мутной называют среду с явно выраженными оптическими неоднородностями Неоднородности – мелкие инородные частицы в однородном веществе Примеры мутных сред: – дым (мельчайшие твердые частицы в газе) – туман (капли жидкости в воздухе, газе) – суспензия клеток – эмульсия (дисперсная система, состоящая из нерастворяющихся друг в друге жидкостей)

б) молекулярное рассеяние – возникает в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равновесного распределения (флуктуации плотности) Пример: – рассеяние света в атмосфере (при отсутствии тумана или дыма)

 

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.

Рассмотрим 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:

Рис. 28.1. Поглощение света веществом

Коэффициент пропорциональности k_λ 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).

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).