Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
6°. Шириной (полушириной) спектральной линии называют интервал частот Лы (или длин волн ДА) между точ-
708
V.8. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
ками ее контура, для которых g2 =
(рис. V.8.3).
Естественная ширина спектральных линий связана с конечной длительностью каждого акта излучения атома (т ~ IO-8 с), обусловленной потерями энергии на излучение (радиационное затухание):
7°. Ширина спектральных линий, наблюдаемая в опытах, обычно значительно превосходит их естественную ширину. Это связано, во-первых, с тем, что излучающие атомы, участвуя в хаотическом тепловом движении, перемещаются по отношению к измерительному прибору CO скоростями, различными по величине и направлению. Поэтому вследствие эффекта Доплера должно возникать уширение спектральных линий тем большее, чем интенсивнее тепловое движение, т. е. чем выше температура газа. Это явление называют доплеровским уши-рением спектральных линий.
Величина доплеровского уширения
где т — масса атома, k — постоянная Больцмана, T — температура, с — скорость света в вакууме, ш — циклическая частота спектральной линии. Доплеровское уширение наиболее велико для легких атомов и в усло-
Дыдоп~ (IO10—IO11) с 1 и ДХдоп~(10 3—10 2мн).
8°. Вторая причина уширения спектральных линий связана с уменьшением продолжительности т излучения возбужденных атомов вследствие их взаимодействия с другими атомами. Это явление называют ударным уширением спектральных линий. Оно зависит от типа взаимодействия частиц, их концентрации и других причин. В условиях газового разряда ударное уширение имеет тот же порядок, что и доплеровское уширение, или даже превосходит последнее. Ударное
Дшест ~ 2л - IO8 C1H Д/.ест ~ 10 5 нм.
виях газовых разрядов при
~ (IO3—IO4) м/с для
видимого света составляет
V.8.3. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
709
уширение сопровождается также возникновением некоторой асимметрии в распределении энергии в пределах спектральной линии, максимум интенсивности которой несколько смещается, как правило, в сторону больших частот.
9°. Спектр электромагнитных волн, излучаемых ка-ким-либо веществом, называют спектром испускания (эмиссионным спектром) этого вещества. Спектр электромагнитных волн, поглощаемых каким-либо веществом, называют спектром поглощения (абсорбционным спектром) этого вещества.
3. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
1°. Поглощением света называют явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразований энергии волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения, имеющего иной спектральный состав и иные направления распространения (фотолюминесценция). В результате поглощения света могут происходить: нагревание вещества, ионизация атомов или молекул, фотохимические реакции, фотолюминесценция и т. д. Поглощение света («истинное поглощение») не следует смешивать с явлением уменьшения энергии проходящей световой волны в оптически неоднородной среде вследствие рассеяния света.
2°. Поглощение света в веществе описывается законом Бугера—Ламберта:
I = I0e~ad,
где I0 и I — интенсивности плоской монохроматической световой волны на входе в слой поглощающего вещества толщиной d и на выходе из него, а — линейный коэффициент поглощения или натуральный показатель поглощения света веществом. Показатель поглощения а = — , где (I0 — толщина слоя вещества, после d0
прохождения которого интенсивность света уменьшается ве = 2,718... раз. Значение а зависит от частоты (длины волны) света, химической природы и состояния
710
V.8. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
вещества. Связь а с комплексным показателем преломления п поглощающего вещества имеет вид
CX — К, п = п — tK,
A0
где A0 — длина волны в вакууме, к — показатель поглощения вещества.
Для некоторых веществ при достаточно больших интенсивностях света наблюдаются отступления от закона Бугера—Ламберта: показатель поглощения а убывает с ростом I0. Это явление объясняется квантовой теорией поглощения света. Оно связано с тем, что при больших интенсивностях света в веществе, у которого сравнительно велико время жизни молекул в возбужденном состоянии, доля возбужденных молекул может быть значительной и тем большей, чем больше I0.
3°. Для разбавленных растворов поглощающего вещества в непоглощающем растворителе справедлив закон Бера:
a =Ac,
•
и закон Бугера—Ламберта—Бера имеет вид
T=T сь-Acd
1 — 10е ,
где с — концентрация растворенного вещества, А — постоянная, зависящая от свойств растворенного вещества и частоты света.
При больших концентрациях закон Бера нарушается, так как из-за влияния взаимодействия между близко расположенными молекулами поглощающего вещества А начинает зависеть от концентрации раствора.
4°. Вид спектра поглощения света веществом определяется характером зависимости а от частоты. Разреженный газ, состоящий из атомов, которые находятся на значительных средних расстояниях друг от друга, имеет простейший — линейчатый — спектр поглощения. Частоты линий поглощения совпадают с частотами линий в спектре испускания этого же газа. Разряженный молекулярный газ имеет полосатый спектр поглощения. Структура полос поглощения определяется структурой энергетических уровней молекул. Жидкие и твердые диэлектрики имеют сплошные спектры поглощения, состоящие из сравнительно широких полос частот, для ко-
