Главная » Просмотр файлов » Ландсберг Г.С. - Оптика

Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 124

Файл №1070727 Ландсберг Г.С. - Оптика (Ландсберг Г.С. - Оптика) 124 страницаЛандсберг Г.С. - Оптика (1070727) страница 1242017-12-28СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 124)

Полагая гео = 0 в формулах (156.13) и (156.14), найдем ') ГЛ. ХХ17П1. ДИСПЕРСИЯ И АВСОРВЦИЯ СВЕТА 513 величиной мо цо сравнени1о с 11, и формула дисперсии примет вид (без учета затухания) у 2 п2 =1— (1У» 2й) Таким образом, показатель преломления в для рентгеновских лучей оказывается меньше единицы, хотя и отличается от единицы очень незначительно, ибо а1 очень велико.

Удалось измерить показатель преломления, наблюдая отклонение рентгеновских лучей в призме из различных материалов. Для стекла при длине волны около 0,1 нм получено и. = 0,999999 = 1 — 1 10 То обстоятельство, что л < 1, позволило осуществить в рентгеновской области явление полного внутреннего отражения на границе воздух — стекло. Впоследствии наблюдения были распространены и на другие материалы, и этот метод был даже использован для надежных измерений величины показателя преломления рентгеновских лучей, Варьируя длину волны рентгеновского излучения, можно наблюдать также и аномальную дисперсию рентгеновских лучей вблизи характеристических частот вещества, которые интерпретируются, следовательно, как собственные частоты электронов, связанных с атомом более жестко, чем оптические электроны. ~ 157.

Поглощение (абсорбция) света Прохождение света через вещество ведет к возникновению колебаний электронов среды под действием электромагнитного поля волны и сопровождается потерей энергии последней, затрачиваемой на возбуждение колебаний электронов. Частично эта энергия вновь возвращается излучению в виде вторичных волн, посылаемых электронами, частично же она может переходить и в другие формы энергии.

Если на поверхность вещества падает параллельный пучок (плоская волна) с интенсивностью 1, то описываемые процессы должны вести к уменьшению 1 по мере проникновения волны в вещество. Действительно, опыт показывает, что интенсивность плоской волны обнаруживает такое систематическое уменьшение, согласно закону Х=Хее (157.1) где Хо — интенсивность волны, вступающей в вещество, д — толщина слоя и а — коэффициент поглощения, зависящий, вообще говоря, от длинны волны (ср. ~ 141). При измерении а надо, конечно, учитывать, что часть света отражается на границе исследуемого вещества, и вносить соответствующие поправки, например, при помощи формул Френеля.

Еще удобнее измерять интенсивности света 11 и 1~, прошедшего соответственно сквозь слои толщины 4 и д~. Вычисляя коэффициент поглощения из соотношения 11/12 = ехр~а(11~ — 111)~, найдем истинное значение а, свободное от поправок на отражение. Числовое значение этого коэффициента а показывает толщину слоя д, равную 1/а, после прохождения которого интенсивность плоской волны падает в е = 2,72 раза. Так как а есть функция длины 17 Г.С.

Ландеберг МОЛВКУЛЯРПАЯ ОПТИКА 1,0 0 4000 5000 6000 7000 8000 Х,А О~ <~1 < 4 г'1 оо <~) С~\ с~~ с'~ Рис. 28.14. Схематическое изображение нескольких дублетов поглощения в парах натрия. Ввиду того, что максимумы поглощения чрезвычайно узки, масштаб грубо искажен быть изображен в виде кривой, показанной на рис. 28.14. При тщательно контролируемых условиях опыта удавалось наблюдать в спектре поглощения паров Ха до 50 таких пар (дублетов), которые расположены тем ближе, чем короче длина волны. Указанные области резкой абсорбции атомов соответствуют частотам собствеиныт колебаний электронов внутри атомов.

В случае газов, молекулы которых построены из нескольких атомов, обнаруживаются также собственные частоты, соответствующие колебаниям атомов внутри молекулы. Так как массы атомов в десятки тысяч раз больше массы электрона, то эти молекулярные собственные частоты обладают гораздо большими периодами, т.е. соответствуют инфракрасной области спектра. Качественное представление о зависимости коэффициента поглощения от длины волны можно получить, сфотографировав сплошной волны, то обычно зна ~ения его дают в виде таблицы или графика, имеющего вид, подобный изображенному на рис.

28.13. Иногда зависимость а от Л имеет прихотливый вид, обнаруживая существование довольно узких областей сильного поглощения (большие зна ~ения а), в то время как близко расположенные длины волн проходят без заметного ослабления. Особенно замечательно поглощение, обнаруживаемое при невысоком давлении в парах большинства металлов, представляющих собой собрание атомов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, т.е.

практически рис. 28.18. Схематическое изобра- изолированных. Коэффициент по- жение широкой полосы погчоще- глогцения таких паров везде очень мал (близок к нулю) и лишь для очень узких спектральных областей (шириной в несколько сотых ангстрема) обнаруживает резкие максимумы. Так, для паров натрия коэффициент поглощения может 515 ГЛ. ХХУП1. ДИСПЕРСИЯ И АВСОРВПИЯ СВЕТА спектр какого-нибудь источника через слой поглощающего вещества.

Чем больше коэффициент поглощения для данной длины волны, тем отчетливее обнаружится ослабление соответствующих участков спектра. На рис. 28,15 приведено несколько таких характерных спектров Рис. 28.15. Спектры поглощения растворов различных веществ (негатив): а — спло1пной спектр источника, б -- спектр поглощения азотнокислого неодима; в спектр поглощения родамина В; г спектр поглощения марганцевокислого калия поглощения. Как правило, спектры поглощения твердых тел и жидкостей (включая и растворы красок) дают широкие полосы поглощения (плавный ход коэффициента 1т), хотя встречаются вещества со сравнительно узкими полосами поглощения (соли редких земель), которые, тем не менее, в сотни и тысячи раз 1пире линий поглощения атомарных газов.

Спектр поглощения многоатомных газов представляет ряд более или менее сложных полос, а одноатомные газы (пары металлов) характеризуются резкими линиями поглощения, ширина которых нередко измеряется сотыми долями апгстрема. По мере повышения давления газов спектры поглощения их становятся все более и более расплывчатыми и при высоких давлениях приближаются к спектрам поглощения жидкостей. Эти наблюдения с очевидностью показывают, что расширение узких полос поглощения есть результат взаимодействия атомов друг с другом. Общая закономерность 1 = 1о ехр ( — ад), вводящая понятие коэффициента поглощения а и показывающая, что интенсивность света падает в геометрической прогрессии, когда толщина слоя нарастает в арифметической прогрессии, была установлена экспериментально и обоснована теоретически Ьугером (1729 г.).

Она. называется законом Бугера. Физический смысл этого закона состоит в том, что показатель поглощения не зависит от интенсивности света, а следовательно, и от толщины поглощающего слоя (см. упражнение 212). С.И. Вавилов установил, что закон Бугера выполняется в крайне широких пределах изменения интенсивности света (примерно 10-о раз). Однако следует принять во внимание, что при поглощении света молекула переходит в новое, возбужденное состояние, запасая поглощенную энергию.

Пока она находится в таком состоянии, ее способность поглощать свет изменена. То обстоятельство, что в опытах Вавилова закон Бугера соблюдался при самых больших интенсивностях, доказывает, что число таких возбужденных молекул в каждый момент остается незначительным, т.е.

они очень короткое время находятся в возбужденном состоянии. Действительно, для веществ, с которыми МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОптИКА были выполнены указанные опыты, его длительность не превышает 10 ~ с. К этому тину относится огромное большинство веществ, для которых, следовательно, справедлив закон Бугера. Выбрав специально вещества со значительно большим временем возбужденного состояния, Вавилов мог наблюдать, что при достаточно большой интенсивности света коэффициент поглощения уменьшается, ибо заметная часть молекул пребывает в возбужденном состоянии.

Эти отступления от закона Бугера представляют особый интерес, так как они представляют собой исторически первые указания на существование нелинейных оптических явлений, т.е. явлений, для которых несправедлив принцип суперпозиции. Последующие исследования привели к открытию большого класса родственных явлений, содержание которых излагается в главах Х1 и ХЫ.

Таким образом, закон Бугера имеет ограниченную область применимости. Однако в огромном числе случаев, когда интенсивность света не слишком велика и продолжительность пребывания атомов и молекул в возбужденном состоянии достаточно мала, закон Бугера выполняется с высокой степенью точности. Бугер рассмотрел вопрос о поглощении света средой, плотность которой не везде одинакова, и высказал убеждение, что «свет может претерпевать равные изменения, лишь встречая равное число частиц, способных задерживать лучи или рассеивать их», и что, следовательно, для поглощения имеют значение «пе толщины, а массы вещества, содержащиеся в этих толщинах».

Этот второй закон Бргера приобретает большое практическое значение, ибо опыт действительно показал, что во многих случаях, когда имеет место поглощение света молекулами газов или молекулами вещества, растворенного в практически непоглощающем растворителе, коэффициент поглощения оказывается пропорциональным числу поглощающих молекул на единицу длины пути световой волны или, что то же, на единицу объема, т.е. пропорционален концентрации с. Другими словами, коэффициент абсорбции а выражается соотношением а = Ас, и обобгценный закон Бугера принимает вид 1 = 1о ехр~ — Асд), (157.2) где А — новый коэффициент, не зависящий от концентрации и характерный для молекулы поглощающего вещества.

Утверждение, что А есть постоянная величина. не зависящая от концентрации, нередко именуется законом Бери, который на основании своих измерений поглощения света окрашенными жидкостями также пришел к этому выводу (1852 г.). Его физический смысл состоит в том, что поглощающая способность молекулы не зависит от влияния окружающих молекул. Закон этот надо рассматривать скорее как правило, ибо наблюдаются многочисленные отступления от него, особешю при значительном увеличении концентрации, т.е. значительном уменыпении взаимного расстояния между молекулами поглощающего вещества. Точно так же нередко можно обнаружить зависимость А для растворенных веществ от природы растворителя, что также ГЛ. ХХЧП1.

ДИСПИ1~СИЯ И АВСОРБЦИЯ СВЕТА 517 указывает на влияние окружающих молекул на поглощательную способность изучаемой молекулы. В тех случаях, когда А можно считать не зависящим от концентрации, обобщенный закон Бугера (157.2) оказывается очень полезным для определения концентрации поглощающего вещества путем измерения поглощения, которое может быть выполнено очень точно при помощи фотометров более или менее сложной конструкции. Этим приемом нередко пользуются в лабораторной и промышленной практике для быстрого определения концентрации веществ, химический анализ которых оказывается очень сложным (колориметрия и спектрофотометрия, абсорбционный спектральный анализ).

За последние годы особое развитие получил анализ молекулярного состава сложных смесей, основанный на измерении поглощения в ультрафиолетовой и особенно в инфракрасной областях спектра. Спектры поглощения многих органических молекул оказываются очень характерными, благодаря чему удается надежно устанавливать как молекулярный состав, так и количественное содержание отдельных компонент в смеси. Метод этот отличается большой чувствительностью, ибо при малых концентрациях исследуемого вещества с можно увеличить поглощение за счет увеличения толщины слоя д.

При исследовании смесей очень сложного состава возникают затруднения вследствие наложения полос поглощения разных веществ. Эти затруднения в большей степени проявляются в ультрафиолетовой области, чем в инфракрасной, ибо, как правило, полосы поглощения в ультрафиолетовой (и видимой) части спектра 1пире, чем в инфракрасной. Существенную помощь при анализе оказывает предварительная подготовка пробы (разгонка и некоторые другие физико-химические операции), которые позволяют разделить сложную смесь на ряд фракций более простого состава. Нередко очень полезным оказывается переход от жидкостей к парам, а также изучение абсорбции при возможно низких температурах. Изложенные выше закономерности, установленные на опыте, показывают, что законы абсорбции света в основном определяются свойствами атома или молекулы, поглощающей свет, хотя действие окружа1ощих молекул может значительно исказить результат.

Характеристики

Тип файла
DJVU-файл
Размер
8,44 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6552
Авторов
на СтудИзбе
299
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее