Absorbția, difuzia și dispersia luminii - tratare fenomenologică

Absorbţia luminii

Lumina este absorbită la trecerea prin medii optice, în sensul că unda luminoasă pierde energie la parcurgerea mediului respectiv.

Absorbţia are un caracter selectiv, ea depinzând de natura mediului absorbant şi de lungimea de undă a undei luminoase, astfel, sticla nu absoarbe radiaţiile vizibile, dar absoarbe radiaţiile infraroşii şi ultraviolete, atmosfera prezintă câteva ferestre de transparenţă – în vizibil, domeniul radio şi o parte a domeniului infraroşu – pentru observaţii astronomice în domeniile de absorbţie receptorii trebuind să fie situaţi în spaţiul extraatmosferic.

Absorbţia explică culoarea corpurilor: astfel, corpurile transparente (filtre) absorb radiaţiile de toate lungimile de undă cu excepţia celor care determină culoarea filtrului, în timp ce corpurile opace absorb toate lungimile de undă cu excepţia celor refleflectate şi care determină culoarea corpului.

Scăderea dI a intensităţii luminii la străbaterea unui strat absorbant elementar de grosime dx este proporţională cu grosimea stratului absorbant, cu intensitatea iniţială a fasciculului şi depinde de natura mediului şi de lungimea de undă a luminii (figura 7.1).

dI ~ I , dI ~ dx  dI = – kIdx

(7. 1)

Relaţia (7.1) reprezintă legea Bouguer-Lambert, unde Il şi I0 sunt intensităţile fasciculului incident, respectiv emergent din mediul absorbant de grosime x şi k coeficientul de absorbţie care depinde de lungimea de undă şi de natura mediului absorbant. Această relaţie, dedusă aici din considerente experimentale, este echivalentă cu relaţia (5.40), dedusă pe cale teoretică.

În cazul soluţiilor, trebuie să se ţină seama şi de concentraţia acestora, având în vedere faptul că absorbţia depinde şi de acest factor. Dacă se neglijează efectul solventului, intensitatea luminii după parcurgerea unui strat de grosime x dintr-o soluţie de concentraţie c, este:

(7. 2)

unde  este coeficientul de extincţie natural iar c concentraţia soluţiei.

Relaţia (7.2) reprezintă legea lui Beer, care se aplică la absorbţia luminii de către soluţii.

Raportul:

(7. 3)

se numeşte coeficient de transmisie, iar mărimea:

(7. 4)

se numeşte extincţie. Aceste două mărimi sunt folosite la studiul experimental al absorbţiei.

Analizele prin absorbţie se folosesc pentru determinarea concentraţiilor soluţiilor sau pentru studiul structurii mediilor absorbante, care absorb anumite lungimi de undă caracteristice.

Difuzia (împrăştierea) luminii

Difuzia este fenomenul datorită căruia rezele de lumină care sunt invizibile într-un mediu transparent, devin vizibile dacă în mediu se află impurităţi microscopice (praf, fum, suspensii).

Fenomenul se explică prin producerea undelor secundare în mediul difuzant, a căror direcţie este diferită de a undei primare. Când frecvenţa undelor secundare este aceeaşi cu a undei primare, difuzia se numeşte difuzia elastică (difuzie Rayleigh), iar când frecvenţa undelor secundare este diferită de a undelor primare, difuzia se numeşte