Når lyset treffer en gjenstand, er det vanligvis har ikke bare en enkelt frekvens (eller bølgelengden), men mange. Ting har en tendens til å selektivt absorberer, reflektere eller overføre lys av visse frekvenser. Det er ett objekt kan gjenspeile grønt lys mens absorbere alle andre frekvenser i synlig lys. Et annet objekt kan velge å overføre blått lys, mens absorbere alle andre frekvenser i synlig lys., Den måte som synlig lys i samspill med et objekt er avhengig av frekvensen til lys, arten av atomer i objektet, og ofte arten av elektroner i atomer av objektet.
Noen materialer gir mye lys som faller på dem for å bli overført gjennom materialet uten å bli reflektert. Materiale som tillater overføring av lys bølger gjennom dem er kalt optisk gjennomsiktig. Kjemisk ren (undoped) vinduet ruter og ren elv eller kildevann er gode eksempler på dette.,
Materialer som ikke tillater overføring av alle lys bølge frekvenser kalles ugjennomsiktig. Slike stoffer kan ha en kjemisk sammensetning som omfatter det som er referert til som absorpsjon sentre. De fleste materialer er sammensatt av materialer som er selektiv i sine absorpsjon av lys frekvenser. Dermed er de absorberer bare enkelte deler av det synlige spekteret. Frekvensene av spekteret som ikke absorberes enten reflektert tilbake eller overføres for vår fysiske observasjon. I den synlige delen av spekteret, det er dette som gir opphav til farge.,
Absorpsjon sentrene er i stor grad ansvarlig for utseendet på bestemte bølgelengder av synlig lys rundt oss. Flytting fra lenger (0.7 mikrometer) til kortere (0.4 mikrometer) bølgelengder: rød, oransje, gul, grønn og blå (ROYGB) kan alle bli identifisert av våre sanser i utseende farge ved selektiv absorpsjon av spesifikke lys bølge frekvenser (eller bølgelengder). Mekanismer for selektiv lys bølge absorpsjon inkluderer:
- Elektronisk: Overganger i elektron energi nivåer innen atom (f.eks., pigmenter)., Disse overgangene er vanligvis i den ultrafiolette (UV) og/eller synlige deler av spekteret.
- Vibrerende: Resonans i atomic/molekylær vibrasjons-modus. Disse overgangene er vanligvis i den infrarøde delen av spekteret.
UV-Vis: Elektronisk transitionsEdit
I elektronisk absorpsjon, frekvensen av innkommende lys bølge er på eller i nærheten av energi nivåer av elektroner i atomer som inngår i stoffet., I dette tilfellet, elektroner vil absorbere energien i lys bølge og øke sin energi tilstand, som ofte beveger seg utover fra kjernen i et atom til et ytre skall eller orbital.
atomer som binder seg sammen for å lage molekyler av et bestemt stoff inneholde et antall elektroner (gitt av atomnummer Z i den periodiske tabell). Husker at alle lysbølger er elektromagnetisk opprinnelse. Dermed er de påvirkes sterkt når det kommer i kontakt med negativt ladede elektroner i saken., Når fotoner (individuelle pakker med lys energi) komme i kontakt med valence elektroner i et atom, en av flere ting kan og vil skje:
- Et molekyl absorberer fotoner, noen av energi kan være tapt via verdien, fluorescens og phosphorescence.
- Et molekyl absorberer fotoner som resulterer i refleksjon eller spredning.
- Et molekyl kan ikke absorbere energien i fotonet og fotonet fortsetter på sin vei. Dette resulterer i overføring (forutsatt at ingen andre absorpsjon mekanismer som er aktiv).,
de Fleste av tiden, det er en kombinasjon av de ovennevnte som skjer med lyset som treffer et objekt. Statene i ulike materialer varierer i området av energi at de kan absorbere. De fleste briller, for eksempel, blokkerer ultrafiolett (UV) lys. Hva som skjer er elektronene i glasset absorbere energien av fotoner i UV-serien samtidig som de ignorerer de svakere energi av fotoner i det synlige lysspekteret. Men det er også eksisterende spesielle typer glass, som spesielle typer av borsilikatglass eller kvarts som er UV-permeable og dermed tillate en høy overføring av uv-lys.,
Derfor, når et materiale er opplyst, enkelte fotoner av lys kan gjøre det valence elektroner i et atom overgang til en høyere elektronisk energi nivå. Fotonet er ødelagt i prosessen og absorbert strålende energien omdannes til elektrisk potensiell energi. Flere ting kan skje så til absorbert energi: det kan være re-slippes ut av elektronet som radiant energi (i dette tilfellet den samlede effekten er faktisk en spredning av lys), utsvevende til resten av materialet (dvs., omgjort til varme), eller elektronet kan bli frigjort fra atom (som i den fotoelektriske og Compton effekten).
Infrarød: Bond stretchingEdit
Normal modus av vibrasjoner i en krystallinsk solid
Den primære fysiske mekanismen for lagring av mekanisk energi i bevegelse i kondenserte fasers er gjennom varme, eller termisk energi. Termisk energi som manifesterer seg som energi i bevegelse. Dermed, varme er bevegelse i atomære og molekylære nivå. Den primære modus av bevegelse i krystallinske stoffer er vibrasjon., En gitt atom vibrerer rundt noen mener, eller gjennomsnittlig posisjon i en krystallinsk struktur, omgitt av sine nærmeste naboer. Denne vibrasjonen i to dimensjoner er tilsvarende til svingning av en klokke pendel. Det svinger frem og tilbake symmetrisk om noen mener, eller gjennomsnittlig (loddrett) posisjon. Atomic and molecular vibrerende frekvenser kan gjennomsnittlig bestilling av 1012 sykluser per sekund (Terahertz-stråling).,
Når en lys bølge av en gitt frekvens treffer et materiale med partikler, for å ha samme eller (resonans) vibrerende frekvenser, så er disse partiklene vil absorbere energien i lys bølge og transformere det til termisk energi av vibrerende bevegelse. Siden forskjellige atomer og molekyler har forskjellige naturlige frekvenser av vibrasjon, vil de selektivt absorberer forskjellige frekvenser (eller deler av spekteret) av infrarødt lys., Refleksjon og transmisjon av lys bølger oppstår fordi frekvensene av lys bølger ikke er like naturlig resonansfrekvenser av vibrasjon av objekter. Når infrarød lys av disse frekvensene treffer et objekt, energien er reflektert eller overføres.
Hvis objektet er gjennomsiktig, så lys bølger er overlevert til nærliggende atomer gjennom mesteparten av materialet og re-slippes ut på motsatt side av objektet. Slike frekvenser av lys bølger er sa å bli overført.,
Åpenhet i insulatorsEdit
Et objekt kan ikke være gjennomsiktig, enten fordi det reflekterer innkommende lyset, eller fordi det absorberer innkommende lys. Nesten alle faste stoffer reflektere en del og absorberer en del av det innkommende lyset.
Når lyset faller på en blokk av metall, det møter atomer som er tett i tett i et regulært gitter og et «hav av elektroner» beveger seg tilfeldig mellom atomene., I metaller, de fleste av disse er ikke-bonding elektroner (eller frie elektroner) i motsetning til bonding elektroner som vanligvis finnes i covalently limt eller ionically limt ikke-metallisk (isolerende) faste stoffer. I en metallisk bond, eventuelle bonding elektroner kan lett bli borte av atomene i en krystallinsk struktur. Effekten av dette delocalization er rett og slett for å overdrive effekten av «hav av elektroner». Som et resultat av disse elektroner, de fleste av innkommende lys i metaller blir reflektert tilbake, noe som er grunnen til at vi ser en skinnende overflate av metall.,
de Fleste isolatorer (eller dielektriske materialer) er holdt sammen av ioniske bindinger. Dermed er disse materialene ikke har gratis conduction elektroner, og bonding elektroner reflekterer bare en liten brøkdel av hendelsen bølge. De øvrige frekvensene (eller bølgelengder) står fritt til å formere seg (eller sendes). Denne klassen av materialer inkluderer alle keramikk og glass.
Hvis en dielektrisk materiale ikke inkluderer lys-absorberende additiv molekyler (pigmenter, fargestoffer fargestoffer), det er som regel gjennomsiktig spekteret av synlig lys., Farge sentre (eller fargestoffer, eller «stoffene») i en dielektrisk absorbere en del av det innkommende lyset. De øvrige frekvensene (eller bølgelengder) er gratis å være reflektert eller overføres. Dette er hvordan farget glass er produsert.
de Fleste væsker og vandige løsninger er svært transparent. For eksempel, vann, matolje, rubbing alkohol, luft og naturgass er alt klart. Fravær av strukturelle defekter (porer, sprekker, etc.) og molekylære strukturen av de fleste væsker er hovedsakelig ansvarlig for sine fremragende optisk overføring., Evne til væske for å «helbrede» intern feil via viskøs strømning er en av grunnene til at noen fibrøse materialer (f.eks., papir eller stoff), øker deres tilsynelatende åpenhet når fuktet. Væsken fyller opp mange tomrom å gjøre materialet mer strukturelt homogen.
Lys spredning i en ideell feilfri krystallinsk (ikke-metalliske) solid som gir ingen spredning sentre for innkommende lys vil være hovedsakelig eventuelle virkninger av anharmonicity bestilt innenfor gitteret., Lys overføring vil være svært retningsbestemt på grunn av den typiske anisotropy av krystallinske stoffer, som inkluderer deres symmetri gruppe og Bravais gitter. For eksempel, de syv forskjellige krystallinske former av kvarts silisium (silicon dioxide, SiO2) er alle klare, gjennomsiktige materialer.