gdy światło uderza w obiekt, zwykle ma nie tylko jedną częstotliwość (lub długość fali), ale wiele. Obiekty mają tendencję do selektywnego pochłaniania, odbijania lub przekazywania światła o określonych częstotliwościach. Oznacza to, że jeden obiekt może odbijać Zielone światło, pochłaniając wszystkie inne częstotliwości światła widzialnego. Inny obiekt może selektywnie transmitować światło niebieskie, pochłaniając wszystkie inne częstotliwości światła widzialnego., Sposób, w jaki światło widzialne oddziałuje z obiektem, zależy od częstotliwości światła, natury atomów w obiekcie, a często natury elektronów w atomach obiektu.
niektóre materiały pozwalają, aby większość światła, które na nie pada, była przenoszona przez materiał bez odbicia. Materiały pozwalające na przepuszczanie przez nie fal świetlnych nazywane są optycznie przezroczystymi. Chemicznie czyste (niedoped) szkło okienne i czysta woda rzeczna lub źródlana są tego najlepszymi przykładami.,
materiały, które nie pozwalają na transmisję jakichkolwiek częstotliwości fal świetlnych, nazywane są nieprzezroczystymi. Takie substancje mogą mieć skład chemiczny, który obejmuje to, co określa się jako centra absorpcji. Większość materiałów składa się z materiałów, które są selektywne w absorpcji częstotliwości światła. W ten sposób absorbują tylko niektóre części widma widzialnego. Częstotliwości widma, które nie są pochłonięte, są albo odbijane z powrotem, albo przekazywane do naszej fizycznej obserwacji. W widocznej części widma, to jest to, co powoduje kolor.,
centra absorpcji są w dużej mierze odpowiedzialne za pojawienie się określonych długości fal światła widzialnego wokół nas. Przechodzenie od dłuższych (0,7 mikrometra) do krótszych (0,4 mikrometra) długości fal: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony i niebieski (ROYGB) można zidentyfikować przez nasze zmysły w wyglądzie koloru przez selektywną absorpcję określonych częstotliwości fal świetlnych (lub długości fal). Mechanizmy selektywnej absorpcji fali świetlnej obejmują:
- Elektronika: przejścia w poziomach energii elektronów w atomie (np. pigmenty)., Te przejścia są zazwyczaj w ultrafiolecie (UV) i / lub widoczne części widma.
- wibracyjne: rezonans w atomowych / molekularnych trybach wibracyjnych. Te przejścia są zazwyczaj w podczerwieni części widma.
UV-VIS: przejścia Elektroniczneedytuj
w absorpcji elektronicznej częstotliwość przychodzącej fali świetlnej jest na poziomie lub w pobliżu poziomów energetycznych elektronów w atomach tworzących substancję., W tym przypadku elektrony absorbują energię fali świetlnej i zwiększają swój stan energetyczny, często poruszając się na zewnątrz od jądra atomu do zewnętrznej powłoki lub orbitalu.
atomy, które wiążą się ze sobą, aby cząsteczki danej substancji zawierały pewną liczbę elektronów (określoną przez liczbę atomową Z na wykresie okresowym). Przypomnijmy, że wszystkie fale świetlne są pochodzenia elektromagnetycznego. W ten sposób są one silnie oddziaływane, gdy wchodzą w kontakt z ujemnie naładowanymi elektronami w materii., Kiedy fotony (pojedyncze pakiety energii świetlnej) wchodzą w kontakt z elektronami walencyjnymi atomu, jedna z kilku rzeczy może i nastąpi:
- cząsteczka pochłania Foton, część energii może zostać utracona przez luminescencję, fluorescencję i fosforescencję.
- cząsteczka pochłania Foton, co powoduje odbicie lub rozproszenie.
- cząsteczka nie może wchłonąć energii fotonu i Foton kontynuuje swoją drogę. Powoduje to transmisję (pod warunkiem, że nie są aktywne inne mechanizmy absorpcji).,
w większości przypadków jest to kombinacja powyższego, która dzieje się ze światłem, które uderza w obiekt. Stany w różnych materiałach różnią się w zakresie energii, którą mogą wchłonąć. Większość okularów, na przykład, blokuje światło Ultrafioletowe (UV). To, co się dzieje, to elektrony w szkle pochłaniają energię fotonów w zakresie UV, ignorując słabszą energię fotonów w widmie światła widzialnego. Ale istnieją również istniejące specjalne rodzaje szkła, takie jak specjalne rodzaje szkła borokrzemianowego lub kwarcu, które są przepuszczalne przez promieniowanie UV, a tym samym umożliwiają wysoką transmisję światła ultrafioletowego.,
Tak więc, gdy materiał jest oświetlony, pojedyncze fotony światła mogą sprawić, że elektrony walencyjne atomu przejdą na wyższy poziom energii elektronicznej. Foton jest niszczony w procesie, a pochłonięta energia promieniowania jest przekształcana w energię potencjału elektrycznego. Może się wtedy zdarzyć kilka rzeczy dla pochłoniętej energii: może ona być ponownie emitowana przez elektron jako energia promienna (w tym przypadku ogólny efekt jest w rzeczywistości rozpraszaniem światła), rozpraszana na resztę materiału (tj., przekształcony w ciepło), lub elektron może zostać uwolniony od atomu (jak w efektach fotoelektrycznych i Comptona).
podczerwień: rozciąganie Wiązańedytuj
normalne tryby wibracji w krystalicznym ciele stałym
podstawowym mechanizmem fizycznym do przechowywania energii mechanicznej ruchu w skondensowanej materii jest ciepło lub energia cieplna. Energia cieplna przejawia się jako energia ruchu. Tak więc ciepło jest ruchem na poziomie atomowym i molekularnym. Podstawowym trybem ruchu w substancjach krystalicznych jest wibracja., Każdy atom będzie wibrował wokół jakiejś średniej lub średniej pozycji w strukturze krystalicznej, otoczonej najbliższymi sąsiadami. Drgania te w dwóch wymiarach są równoważne oscylacji wahadła zegara. Przesuwa się symetrycznie w przód i w tył o jakąś średnią lub średnią (pionową) pozycję. Atomowe i molekularne częstotliwości drgań mogą być średnio rzędu 1012 cykli na sekundę (promieniowanie terahercowe).,
gdy fala świetlna o danej częstotliwości uderzy w materiał z cząstkami o takich samych lub (rezonansowych) częstotliwościach wibracyjnych, wówczas cząstki te zaabsorbują energię fali świetlnej i przekształcają ją w energię cieplną ruchu wibracyjnego. Ponieważ różne atomy i cząsteczki mają różne naturalne częstotliwości wibracji, selektywnie absorbują różne częstotliwości (lub części widma) światła podczerwonego., Odbicie i transmisja fal świetlnych zachodzi, ponieważ częstotliwości fal świetlnych nie odpowiadają naturalnym częstotliwościom rezonansowym drgań obiektów. Gdy światło podczerwone o tych częstotliwościach uderza w obiekt, energia jest odbijana lub przesyłana.
Jeśli obiekt jest przezroczysty, to fale świetlne są przekazywane do sąsiednich atomów przez większość materiału i ponownie emitowane po przeciwnej stronie obiektu. Mówi się, że takie częstotliwości fal świetlnych są transmitowane.,
przezroczystość w izolatorachedit
obiekt może nie być przezroczysty, ponieważ odbija przychodzące światło lub ponieważ pochłania przychodzące światło. Prawie wszystkie ciała stałe odbijają część i pochłaniają część przychodzącego światła.
Kiedy światło pada na blok metalu, napotyka atomy, które są szczelnie upakowane w regularną siatkę i „morze elektronów” poruszających się losowo między atomami., W metalach większość z nich to elektrony niewiązujące (lub wolne elektrony), w przeciwieństwie do elektronów wiążących zwykle występujących w kowalencyjnie związanych lub jonowo związanych niemetalicznych (izolacyjnych) ciałach stałych. W wiązaniu metalicznym wszelkie potencjalne elektrony wiązania mogą być łatwo tracone przez atomy w strukturze krystalicznej. Efektem tej delokalizacji jest po prostu wyolbrzymianie efektu „morza elektronów”. W wyniku tych elektronów większość światła wpadającego w metale jest odbijana z powrotem, dlatego widzimy błyszczącą metalową powierzchnię.,
Większość izolatorów (lub materiałów dielektrycznych) jest utrzymywana razem przez wiązania jonowe. W związku z tym materiały te nie mają elektronów przewodzenia swobodnego, a elektrony wiązania odzwierciedlają tylko niewielki ułamek fali padającej. Pozostałe częstotliwości (lub długości fal) mogą swobodnie się propagować (lub być transmitowane). Ta klasa materiałów obejmuje wszystkie ceramiki i szkła.
Jeśli materiał dielektryczny nie zawiera absorbujących światło cząsteczek addytywnych (pigmentów, barwników, barwników), jest zwykle przezroczysty dla widma światła widzialnego., Centra kolorów (lub cząsteczki barwnika lub „domieszki”) w dielektryku pochłaniają część światła przychodzącego. Pozostałe częstotliwości (lub długości fal) mogą być swobodnie odbijane lub transmitowane. Tak powstaje kolorowe szkło.
większość płynów i roztworów wodnych jest wysoce przezroczysta. Na przykład woda, olej kuchenny, alkohol, powietrze i gaz ziemny są czyste. Brak wad konstrukcyjnych (pustki, pęknięcia itp.), a struktura molekularna większości cieczy odpowiada głównie za ich doskonałą transmisję optyczną., Zdolność cieczy do „leczyć” defektów wewnętrznych za pomocą lepkiego przepływu jest jednym z powodów, dla których niektóre materiały włókniste (np. papier lub tkanina) zwiększają ich widoczną przezroczystość po zwilżeniu. Ciecz wypełnia liczne pustki, dzięki czemu materiał jest bardziej jednorodny strukturalnie.
rozpraszanie światła w idealnej bez defektów krystalicznej (niemetalicznej) bryle, która nie zapewnia centrów rozpraszania przychodzącego światła, będzie spowodowane przede wszystkim wszelkimi efektami anharmoniczności w uporządkowanej sieci., Transmisja światła będzie wysoce kierunkowa ze względu na typową anizotropię substancji krystalicznych, która obejmuje ich grupę symetrii i siatkę Bravaisa. Na przykład siedem różnych krystalicznych form krzemionki kwarcowej (dwutlenek krzemu, SiO2) jest przezroczystymi, przezroczystymi materiałami.