Když světlo zasáhne objekt, obvykle nemá pouze jednu frekvenci (nebo vlnovou délku), ale mnoho. Objekty mají tendenci selektivně absorbovat, odrážet nebo přenášet světlo určitých frekvencí. To znamená, že jeden objekt může odrážet zelené světlo a zároveň absorbovat všechny ostatní frekvence viditelného světla. Jiný objekt může selektivně přenášet modré světlo a zároveň absorbovat všechny ostatní frekvence viditelného světla., Jakým způsobem viditelné světlo interaguje s objektem, je závislý na frekvenci světla, povaha atomů v objektu, a často povahu elektronů v atomech objektu.
některé materiály umožňují, aby velká část světla, která na ně dopadá, byla přenášena materiálem, aniž by se odrážela. Materiály, které umožňují přenos světelných vln přes ně, se nazývají opticky průhledné. Chemicky čisté (nekopaté) okenní sklo a čistá říční nebo pramenitá voda jsou toho ukázkovým příkladem.,
materiály, které neumožňují přenos frekvencí světelných vln, se nazývají neprůhledné. Tyto látky mohou mít chemické složení, které zahrnuje to, co se označuje jako absorpční centra. Většina materiálů se skládá z materiálů, které jsou selektivní při absorpci světelných frekvencí. Absorbují tak pouze určité části viditelného spektra. Frekvence spektra, které nejsou absorbovány, se buď odrážejí zpět, nebo jsou přenášeny pro naše fyzické pozorování. Ve viditelné části spektra to vyvolává barvu.,
absorpční centra jsou z velké části zodpovědná za výskyt specifických vlnových délek viditelného světla všude kolem nás. Pohybující se od delší (o 0,7 mikrometru) kratší (o 0,4 mikrometru) vlnové délky: červená, oranžová, žlutá, zelená a modrá (ROYGB) mohou být identifikovány všechny naše smysly ve vzhledu barev na selektivní absorpci určitých světelných vln frekvence (nebo vlnové délky). Mechanismy selektivní absorpce světelných vln zahrnují:
- Electronic: přechody v hladinách energie elektronů v atomu (např. pigmenty)., Tyto přechody jsou obvykle v ultrafialové (UV) A/nebo viditelné části spektra.
- vibrační: rezonance v atomových / molekulárních vibračních režimech. Tyto přechody jsou obvykle v infračervené části spektra.
UV-Vis: Elektronické transitionsEdit
V elektronické absorpce, frekvence příchozí světelné vlny je v blízkosti energetické hladiny elektronů v atomech, které tvoří látku., V tomto případě elektrony absorbují energii světelné vlny a zvyšují svůj energetický stav, často se pohybují ven z jádra atomu do vnějšího pláště nebo orbitalu.
atomy, které se spojují, aby molekuly jakékoli konkrétní látky obsahovaly řadu elektronů (dané atomovým číslem Z v periodickém grafu). Připomeňme, že všechny světelné vlny mají elektromagnetický původ. Při kontaktu s negativně nabitými elektrony v hmotě jsou tedy silně ovlivněny., Když fotony (jednotlivé pakety světelné energie) přijít do kontaktu s valenčními elektrony atomu, jeden z několika věcí, které může nastat:
- molekula absorbuje foton, část energie může být ztracen přes luminiscence, fluorescence a fosforescence.
- molekula absorbuje foton, který má za následek odraz nebo rozptyl.
- molekula nemůže absorbovat energii fotonu a foton pokračuje na své cestě. To má za následek přenos (za předpokladu, že nejsou aktivní žádné jiné absorpční mechanismy).,
většinou se jedná o kombinaci výše uvedeného, která se stane se světlem, které zasáhne objekt. Stavy v různých materiálech se liší v rozsahu energie, kterou mohou absorbovat. Většina brýlí například blokuje ultrafialové (UV) světlo. Stane se, že elektrony ve skle absorbují energii fotonů v UV rozsahu a zároveň ignorují slabší energii fotonů ve viditelném světelném spektru. Existují však také speciální typy skla, jako jsou speciální typy borosilikátového skla nebo křemene, které jsou propustné pro UV záření a umožňují tak vysoký přenos ultrafialového světla.,
Tak, když materiál je osvětlené, jednotlivé fotony světla může být valenční elektrony atomu přechod na vyšší elektronických energetické úrovni. Foton je v procesu zničen a absorbovaná sálavá energie je přeměněna na energii elektrického potenciálu. Několik věcí se může stát, pak je absorbovaná energie: to může být re-emitovaného elektronu jako zářivá energie (v tomto případě celkový efekt je ve skutečnosti rozptyl světla), rozptýlit, aby se zbytek materiálu (tj., přeměněna na teplo), nebo elektron může být uvolněn z atomu (jako u fotoelektrických a Comptonových efektů).
Ič: Bond stretchingEdit
Normální režimy vibrací v krystalická látka
primární fyzikální mechanismus pro ukládání mechanickou energii pohybu v kondenzované ohledu na to, je skrz teplo, nebo tepelné energie. Tepelná energie se projevuje jako energie pohybu. Teplo je tedy pohyb na atomové a molekulární úrovni. Primárním způsobem pohybu v krystalických látkách jsou vibrace., Každý daný atom bude vibrovat kolem nějaké střední nebo průměrné polohy v krystalické struktuře obklopené nejbližšími sousedy. Tato vibrace ve dvou rozměrech odpovídá oscilaci kyvadla hodin. Symetricky se houpe tam a zpět o nějaké střední nebo průměrné (vertikální) poloze. Atomové a molekulární vibrační frekvence mohou být v průměru řádově 1012 cyklů za sekundu (terahertzové záření).,
Když se světelné vlny o dané frekvenci úderů materiálu s částic, které mají stejné nebo (rezonanční) frekvence vibrací, pak ty částice, bude absorbovat energii světelné vlny a transformovat ji na tepelnou energii vibračního pohybu. Protože různé atomy a molekuly mají různé přirozené frekvence vibrací, selektivně absorbují různé frekvence (nebo části spektra) infračerveného světla., K odrazu a přenosu světelných vln dochází, protože frekvence světelných vln neodpovídají přirozeným rezonančním frekvencím vibrací objektů. Když infračervené světlo těchto frekvencí zasáhne objekt, energie se odráží nebo přenáší.
Pokud je objekt průhledný, světelné vlny jsou přenášeny na sousední atomy přes většinu materiálu a znovu emitovány na opačné straně objektu. O takových frekvencích světelných vln se říká, že jsou přenášeny.,
průhlednost v izolátorechedit
objekt nemusí být průhledný ani proto, že odráží příchozí světlo, nebo proto, že absorbuje příchozí světlo. Téměř všechny pevné látky odrážejí část a absorbují část přicházejícího světla.
Když světlo dopadne na kovový blok, narazí na atomy, které jsou pevně zabaleny v pravidelné mřížce a „moře elektronů“, které se náhodně pohybují mezi atomy., V kovech, většina z nich jsou non-vazebné elektrony (nebo volné elektrony), na rozdíl od lepení elektrony typicky nalézt v kovalentně vázané nebo iontově vázané non-metallic (izolační) pevných látek. V kovové vazbě mohou být atomy v krystalické struktuře snadno ztraceny potenciálními spojovacími elektrony. Účinek této delokalizace je jednoduše zveličovat účinek „moře elektronů“. V důsledku těchto elektronů se většina přicházejícího světla v kovech odráží zpět, a proto vidíme lesklý kovový povrch.,
většina izolátorů (nebo dielektrických materiálů) je držena pohromadě iontovými vazbami. Tyto materiály tedy nemají volné vodivé elektrony a spojovací elektrony odrážejí pouze malou část dopadající vlny. Zbývající frekvence (nebo vlnové délky) se mohou volně šířit (nebo být přenášeny). Tato třída materiálů zahrnuje veškerou keramiku a brýle.
Pokud dielektrický materiál neobsahuje molekuly aditiv absorbující světlo (pigmenty, barviva, barviva), je obvykle průhledný do spektra viditelného světla., Barevná centra (nebo molekuly barviva nebo „dopanty“) v dielektriku absorbují část přicházejícího světla. Zbývající frekvence (nebo vlnové délky) se mohou odrazit nebo přenášet. Takto se vyrábí barevné sklo.
většina kapalin a vodných roztoků je vysoce průhledná. Například voda, olej na vaření, alkohol, vzduch a zemní plyn jsou čisté. Absence konstrukčních vad (dutiny, praskliny atd.) a molekulární struktura většiny kapalin je zodpovědná především za jejich vynikající optický přenos., Schopnost kapalin“ léčit “ vnitřní vady viskózním tokem je jedním z důvodů, proč některé vláknité materiály (např. papír nebo tkanina) zvyšují svou zjevnou průhlednost při navlhčení. Kapalina vyplňuje četné dutiny, čímž je materiál strukturálně homogennější.
rozptyl Světla v ideálním vady-zdarma krystalické (nekovové) pevná látka, která se poskytuje bez rozptylu centra pro příchozí světlo bude především z důvodu nějaké účinky anharmonicity v rámci objednané mříže., Přenos světla bude vysoce směrový díky typické anizotropii krystalických látek, která zahrnuje jejich skupinu symetrie a mřížku Bravais. Například sedm různých krystalických forem křemenného oxidu křemičitého (oxid křemičitý, SiO2) jsou čiré, průhledné materiály.