II. Поглощение света и его особенности. Основной закон поглощения в дифференциальной и интегральной формах.

Поглощение - явление ослабления лучистого потока по мере проникновения его вглубь вещества или среды.

Смысл поглощения заключается в том, что энергия оптического излучения переходит в другие виды энергии (тепловую, химическую, люминесцентную и др.)

Особенности:

1. Зависит от вида поглощающего вещества.

2. Зависит от концентрации поглощающего растворенного вещества.

3. Зависит от толщины слоя вещества.

4. Происходит по закону убывающей показательной (экспоненциальной) функции.

Закон поглощения в однородной среде для монохроматического излучения был установлен французским ученым Бугером в 1729 году и теоретически обоснован французским ученым Ламбертом в 1760 году.

Формулировка основного закона поглощения:

Слои вещества одинаковой толщины поглощают равные доли (части) падающего на них монохроматического светового (лучистого) потока независимо от его абсолютной величины.

1. Закон поглощения в дифференциальной форме:

Пусть на пластину толщиной «L» падает неослабленный лучистый поток Ф₀ .

Выделим в этом слое элементарный слой «dx». Проходя через вещество, лучистый поток поглощается слоем x, а также самим элементарным слоем «dx». На выходе из вещества слоем толщиной «l» лучистый поток ослабляется до значения «Ф _l». Введем обозначения:

Ф₀ - неослабленный лучистый поток;

Ф_х - лучистый поток, падающий на элементарный слой;

F_х - лучистый поток, поглощённый слоем «x»;

dF_х - лучистый поток, поглощённый элементарным слоем «dx»;

Ф _l - ослабленный лучистый поток на слое толщиной «l»;

dx - толщина элементарного слоя.

Закон поглощения в дифференциальной форме:

 

dF_x = k_х · Ф_х · dx

Формулировка:

Лучистый поток, поглощённый элементарным слоем, пропорционален лучистому потоку, падающему на этот слой, и толщине этого слоя.

«k_λ» - коэффициент пропорциональности, показатель поглощения, зависит от длины волны (λ) или частоты (ν) падающего излучения и от природы вещества. (k_λ по СИ [м^-1]).

Закон поглощения в дифференциальной форме можно записать в другом виде. По закону сохранения знергии:

F_x = Ф₀ – Ф_x

dF_x = d(Ф₀ – Ф_x) = - d Ф_х

 

dФ_x = -k_х · Ф_хdx

Знак «-» означает убыль интенсивности излучения.

Следствия:

1. dФ_x/dx = - k_λ · Фх — абсолютная скорость поглощения

Абсолютная скорость поглощения прямо пропорциональна лучистому потоку, падающему на этот слой.

2. dФ_x/Ф_xdx = - k_λ — относительная скорость поглощения. Относительная скорость поглощения есть показатель поглощения.