11.1. Распространение света в веществе

Дисперсия. В общем случае дисперсия — это совокупность оптических явлений, вызванных тем, что скорость распространения света различна в разных средах. Рассматриваемое явление приводит к тому, что показатель преломления световых волн в одной и той же среде различен для волн разной длины (см. формулу 10.1). Данную зависимость также называют дисперсией.

Кроме того, если разные спектральные составляющие световой волны имеют разные показатели преломления, то и преломляться они в одной и той же среде будут по-разному. Что тоже является дисперсией, которая проявляется в разложении белого света в спектр при прохождении через среду. Заметим, что в вакууме или воздухе, где показатель преломления равен n = 1 для всех спектральных компонент, дисперсии не происходит. Помимо этого, в среде, отличной от вакуума и воздуха, будет происходить поглощение света.

Поглощение света — процесс, когда часть энергии, затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов, переходит во внутреннюю энергию. Поглощение света описывается законом Бугера

где I0 — интенсивность света на входе в среду, I — интенсивность света на выходе из среды, k — коэффициент поглощения, l — толщина слоя. Равенство коэффициента поглощения нулю (k = 0) говорит о том, что поглощение отсутствует, а по закону Бугера получим, что I = I0, следовательно, интенсивность света на входе и на выходе одинакова, т.е., поглощения не происходит.

В жидкостях и газах коэффициент поглощения — не постоянная величина и зависит от длины волны света (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Коэффициент поглощения: а) в газах; б) в жидкостях

Рассеяние света — это дифракция на мелких неоднородностях среды. Обратите внимание, правильно говорить «рассеяние», но не «рассеивание». Рассеяние приводит к тому, что проходящая через среду волна расширяется в сечении и теряет свою интенсивность. Среды, в которых происходит рассеяние, называют мутными средами. К ним можно отнести дымы, туманы, суспензии и взвеси, эмульсии и некоторые твердые тела. Размеры неоднородностей, на которых происходит рассеяние, не могут превышать десятой части длины волны 0,1λ. Кроме того, в мутных средах справедлив закон Рэлея.

Закон Рэлея

Закон говорит о том, что интенсивность рассеянного света, прошедшего через мутную среду (I), обратно пропорциональна четвертой степени длины волны λ. Если считать, что атмосфера — это мутная среда, а солнечный свет имеет полный спектральный состав, то, как вы думаете, почему небо кажется нам голубым?

Важно запомнить

  1. Закон Бугера:
  2. Закон Рэлея
Последнее изменение: понедельник, 19 Сентябрь 2016, 11:38