14章光的吸收

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第14章光的吸收、色散和散射光的吸收、色散和散射是光在介质中传播时所发生的普遍现象。14.1光的吸收光通过介质时，其强度随介质的厚度增加而减少的现象，称为介质对光的吸收。从能量的角度考虑，光的吸收就是光在通过介质时，光能转换成了其它形式的能量。应用于红外遥感、红外导航和红外跟踪等技术。 14.1.1一般吸收和选择吸收吸收可分为一般吸收选择吸收在一定波长范围内，若某种介质对于通过它的各种波长的光波能量都作等量吸收，并且吸收的能量很少，则称这种吸收为一般吸收。若介质吸收某种波长的光能特别显著，则称其为选择吸收。如果不把光局限于可见光范围内，可以说一切物质都具有一般吸收和选择吸收两种特性。 介质对不同波长的光表现出不同程度的吸收例如：石英对波长范围在3.5~5.0µm的红外光几乎是不透明的，即石英对该波段的光对应选择吸收。对可见光几乎是完全透明的，说明石英对可见光吸收很少，是一般吸收。选择吸收是物体呈现颜色的主要原因。一些透明物体的颜色，是由于某些波长的光透入其内一定距离后被吸收掉而引起的。 例如：海水对红光是选择吸收，这样红光被很快吸收掉。海水对蓝绿光是一般吸收，所以蓝绿光可以透过相当的深度，所以海水呈现蓝绿色。不透明物体反射什么颜色的光到我们眼里，我们就感觉不透明物体是什么颜色。如果一个物体对白光中所有波长的光都强烈吸收，它呈现黑色；若白光照射，一个物体对白光中所有波长的光都不吸收，它就反射各种波长的光而呈现白色。 研究小组的负责人普利克尔·阿加延北京时间09年1月16日消息，据国外媒体报道，美国研究人员当地时间15日表示，他们制造出了地球上最黑的材料，这种材料对光的吸收达到99.9%这种材料是由极细的碳纳米管制成，一端直立，几乎比美国国家标准与技术研究院用作当前黑色基准的碳物质黑了近30倍。该材料接近于科学家梦寐以求的理想黑色，这种理想黑色能吸收各种颜色的光，而且还不反射光。 例如：在白光下见到的白纸红字，在红光照射下，看到的都是红色；在蓝光照射下，看到的是蓝纸黑字。14.1.2光的吸收定律朗伯定律的数学表达式为x——是平行光在均匀介质中通过的距离——是x=0处的光强I——是光在介质中通过x距离后的光强——是吸收系数，是波长的函数负号反映出x增加时，I减弱 对于可见光波段：大气压强下的空气，约10-5cm-1一般玻璃，约10-2cm-1金属，约104~105cm-1朗伯定律对于激光不适用稀溶液服从比尔定律比尔定律数学形式：C——溶液的浓度A——是常数，与浓度无关，它表征吸收物质的分子特性 通过测量光在溶液中强度的变化，来计算溶液的浓度，这就是吸收光谱分析的原理。 14.1.3吸收光谱产生连续光谱的光源所发出的光，通过有选择吸收的介质后，用分光光度计可以观测出，某些波段或某些波长的光被吸收，这就形成了吸收光谱。分光光度计以入射光的波长为横坐标，物质对光的吸收程度为纵坐标作图，即可得到该吸收物质的吸收光谱曲线。 不同分子有显著不同的红外吸收光谱,广泛用于有机物研究及生产上。吸收光谱的研究对红外遥感、红外导航和红外跟踪等技术的发展也起到很大作用，还可为气象预报提供必要的依据。 14.2光的色散各色光在介质的分界面处将折向不同的方向，这就是色散现象。白光入射棱镜时，可折射出彩色光带。 为表征介质的折射率随波长变化的程度，定义色散率色散分类正常色散，反常色散，正常色散有三个特点：波长越长，折射率越小；波长越长，色散率越小；波长很长时折射率趋于常数。一切无色透明介质在可见光区域均表现为正常色散。 几种材料的正常色散曲线: 正常色散时n与关系的经验公式为科西方程：其中λ为真空中的波长，A、B、C是由介质决定的常数，可由实验测定。在波长λ变化不大时，柯西公式可以简化为由上式可求得介质的色散率为 色散率的现象称为反常色散。每一种介质都具有正常色散和反常色散的性质，只是表现在不同的波长范围内。石英的色散曲线可见既有正常色散，又有反常色散。 14.3光的散射光线通过光学性质不相同的介质时，我们可以从侧面清晰地看到光线的轨迹，这种现象称为光的散射。——入射光强I——光通过距离x后的光强光的吸收和散射使光强减弱：x——光在介质中通过距离的距离k——衰减系数 散射分类廷德尔散射：散射粒子的大小和入射光波波长具有相同数量级（按散射粒子的大小）散射粒子的线度比入射光波波长小得多的散射瑞利散射:（分子散射）散射光中各种波长的能量不是均匀分布的，短波长的能量占有明显优势，散射光的强度I与波长λ的四次方成反比，即瑞利定律： 按照瑞利定律，白光中的短波部分比长波部分的散射强烈得多。散射光中因短波成分多，因而天空呈现蔚蓝色。白昼天空是亮的，是大气对太阳光散射的结果。如果没有大气，即使是白昼，人们仰观天空，将看到耀眼的太阳悬挂在漆黑的背景中。这是宇航员在太空中观察到的事实。 当雨后大气中的尘埃少时，瑞利散射更明显，所以雨后天晴时，天空格外蓝。但污染较严重的城市的天空就不那么蓝，原因就是悬浮的烟雾和尘埃产生的廷德尔散射相对加强了。问题：吸烟者口中吐出的烟呈白色，而点燃的香烟冒出的烟是淡蓝色的？