Når lys rammer et objekt, har det normalt ikke kun en enkelt frekvens (eller bølgelængde), men mange. Objekter har en tendens til selektivt at absorbere, reflektere eller transmittere lys af bestemte frekvenser. Det vil sige, at et objekt kan reflektere grønt lys, mens det absorberer alle andre frekvenser af synligt lys. Et andet objekt kan selektivt transmittere blåt lys, mens absorbere alle andre frekvenser af synligt lys., Den måde, hvorpå synligt lys interagerer med et objekt, afhænger af lysets frekvens, arten af atomerne i objektet og ofte arten af elektronerne i objektets atomer.
nogle materialer tillader, at meget af det lys, der falder på dem, overføres gennem materialet uden at blive reflekteret. Materialer, der tillader transmission af lysbølger gennem dem kaldes optisk gennemsigtige. Kemisk rent (undoped) vinduesglas og rent flod-eller kildevand er gode eksempler på dette.,
materialer, der ikke tillader transmission af lysbølgefrekvenser, kaldes uigennemsigtige. Sådanne stoffer kan have en kemisk sammensætning, som omfatter, hvad der betegnes som absorptionscentre. De fleste materialer er sammensat af materialer, der er selektive i deres absorption af lysfrekvenser. Således absorberer de kun visse dele af det synlige spektrum. Frekvenserne af spektret, som ikke absorberes, reflekteres enten tilbage eller transmitteres til vores fysiske observation. I den synlige del af spektret er det det, der giver anledning til farve.,
Absorptionscentre er stort set ansvarlige for udseendet af specifikke bølgelængder af synligt lys rundt omkring os. Flytter fra længere (0,7 mikrometer) til kortere (0.4 mikrometer) bølgelængder: rød, orange, gul, grøn og blå (ROYGB) kan alle identificeres af vores sanser i udseendet af farve ved selektiv absorption af specifikke lys bølge frekvenser (eller bølgelængder). Mekanismer for selektiv lysbølgeabsorption inkluderer:
- elektronisk: overgange i elektronenerginiveauer inden for atomet (f.pigmenter)., Disse overgange er typisk i ultraviolet (UV) og / eller synlige dele af spektret.
- vibrationelle: resonans i atomare / molekylære vibrationelle tilstande. Disse overgange er typisk i den infrarøde del af spektret.
UV-Vis: elektroniske overgangerediger
Ved elektronisk absorption er frekvensen af den indkommende lysbølge ved eller nær energiniveauerne for elektronerne i de atomer, der udgør stoffet., I dette tilfælde vil elektronerne absorbere lysbølgens energi og øge deres energitilstand, der ofte bevæger sig udad fra atomets kerne til en ydre skal eller orbital.
atomerne, der binder sammen for at gøre molekylerne af et bestemt stof, indeholder et antal elektroner (givet af atomnummeret.i det periodiske diagram). Husk at alle lysbølger er elektromagnetiske af oprindelse. Således påvirkes de stærkt, når de kommer i kontakt med negativt ladede elektroner i materie., Når fotoner (individuelle pakker med lysenergi) kommer i kontakt med valenselektronerne i atom, kan og vil en af flere ting forekomme:
- et molekyle absorberer fotonen, noget af energien kan gå tabt via luminescens, fluorescens og phosphorescens.
- et molekyle absorberer fotonen, hvilket resulterer i refleksion eller spredning.
- et molekyle kan ikke absorbere fotonens energi, og fotonen fortsætter på sin vej. Dette resulterer i transmission (forudsat at ingen andre absorptionsmekanismer er aktive).,
det meste af tiden er det en kombination af ovenstående, der sker med lyset, der rammer et objekt. Staterne i forskellige materialer varierer i det område af energi, de kan absorbere. De fleste briller blokerer for eksempel ultraviolet (UV) lys. Hvad der sker, er elektronerne i glasset absorberer fotonernes energi i UV-området, mens man ignorerer den svagere energi af fotoner i det synlige lysspektrum. Men der findes også eksisterende specielle glastyper, som specielle typer borosilikatglas eller kvarts, der er UV-gennemtrængelige og således tillader en høj transmission af ultraviolet lys.,
når et materiale belyses, kan individuelle fotoner af lys således gøre valenselektronerne i et atom overgang til et højere elektronisk energiniveau. Fotonen ødelægges i processen, og den absorberede strålingsenergi omdannes til elektrisk potentiel energi. Flere ting kan ske med den absorberede energi: det kan genudgives af elektronen som strålingsenergi (i dette tilfælde er den samlede effekt faktisk en spredning af lys), spredt til resten af materialet (dvs ., eller elektronen kan frigøres fra atomet (som i de fotoelektriske og Compton effekter).
Infrarød: Bond stretchingEdit
Normale tilstande af vibrationer i en krystallinsk fast stof
Den primære fysiske mekanisme til opbevaring af mekanisk energi af bevægelse i condensed sagen er, gennem varme eller termisk energi. Termisk energi manifesterer sig som bevægelsesenergi. Således er varme bevægelse på atomare og molekylære niveauer. Den primære bevægelsesmåde i krystallinske stoffer er vibrationer., Ethvert givet atom vil vibrere omkring en middel eller gennemsnitlig position inden for en krystallinsk struktur, omgivet af dens nærmeste naboer. Denne vibration i to dimensioner svarer til oscillationen af et ur pendul. Det svinger frem og tilbage symmetrisk omkring en gennemsnitlig eller gennemsnitlig (lodret) position. Atomiske og molekylære vibrationsfrekvenser kan gennemsnit i størrelsesordenen 1012 cyklusser pr.,
når en lysbølge af en given frekvens rammer et materiale med partikler, der har de samme eller (resonante) vibrationsfrekvenser, vil disse partikler absorbere lysbølgens energi og omdanne den til termisk energi af vibrationsbevægelse. Da forskellige atomer og molekyler har forskellige naturlige frekvenser af vibrationer, vil de selektivt absorbere forskellige frekvenser (eller dele af spektret) af infrarødt lys., Refleksion og transmission af lysbølger opstår, fordi frekvenserne af lysbølgerne ikke svarer til de naturlige resonansfrekvenser for objektets vibrationer. Når infrarødt lys af disse frekvenser rammer et objekt, reflekteres eller transmitteres energien.
hvis objektet er gennemsigtigt, overføres lysbølgerne til nærliggende atomer gennem hovedparten af materialet og genudgives på den modsatte side af objektet. Sådanne frekvenser af lysbølger siges at blive transmitteret.,
gennemsigtighed i isolatoreredit
et objekt er muligvis ikke gennemsigtigt, enten fordi det afspejler det indkommende lys, eller fordi det absorberer det indkommende lys. Næsten alle faste stoffer afspejler en del og absorberer en del af det indkommende lys.
når lys falder på en metalblok, møder det atomer, der er tæt pakket i et almindeligt gitter og et “hav af elektroner”, der bevæger sig tilfældigt mellem atomerne., I metaller er de fleste af disse ikke-bindende elektroner (eller frie elektroner) i modsætning til de bindingselektroner, der typisk findes i kovalent bundne eller ionisk bundne ikke-metalliske (isolerende) faste stoffer. I en metallisk binding kan eventuelle potentielle bindingselektroner let gå tabt af atomerne i en krystallinsk struktur. Effekten af denne delokalisering er simpelthen at overdrive effekten af “havet af elektroner”. Som et resultat af disse elektroner reflekteres det meste af det indkommende lys i metaller tilbage, hvorfor vi ser en skinnende metaloverflade.,de fleste isolatorer (eller dielektriske materialer) holdes sammen af ionbindinger. Disse materialer har således ikke frie ledningselektroner, og bindingselektronerne afspejler kun en lille del af hændelsesbølgen. De resterende frekvenser (eller bølgelængder) er fri til at udbrede (eller overføres). Denne klasse af materialer omfatter alle keramik og briller.
Hvis et dielektrisk materiale ikke indeholder lysabsorberende additivmolekyler (pigmenter, farvestoffer, farvestoffer), er det normalt gennemsigtigt for spektret af synligt lys., Farvecentre (eller farvestofmolekyler eller “dopingmidler”) i et dielektrisk absorberer en del af det indkommende lys. De resterende frekvenser (eller bølgelængder) kan frit reflekteres eller transmitteres. Sådan produceres farvet glas.de fleste væsker og vandige opløsninger er meget gennemsigtige. For eksempel er vand, madolie, gnidning af alkohol, luft og naturgas alle klare. Fravær af strukturelle defekter (hulrum, revner osv.) og molekylstruktur af de fleste væsker er hovedansvarlige for deres fremragende optiske transmission., Væskers evne til at “helbrede” interne defekter via viskøs strømning er en af grundene til, at nogle fibrøse materialer (f.eks. Væsken fylder adskillige hulrum, hvilket gør materialet mere strukturelt homogent.
lysspredning i et ideelt fejlfrit krystallinsk (ikke-metallisk) fast stof, der ikke giver nogen spredningscentre for indgående lys, skyldes primært eventuelle virkninger af anharmonicitet inden for det bestilte gitter., Lystransmission vil være meget retningsbestemt på grund af den typiske anisotropi af krystallinske stoffer, som inkluderer deres symmetrigruppe og Bravais gitter. For eksempel er de syv forskellige krystallinske former af kvarts silica (siliciumdio .id, SiO2) alle klare, gennemsigtige materialer.