| 8406202 9216 1210 912 1 ультразвуковых и гиперзвуковых частот. Коэфф. П. з. обычно сильно зависит от темп-ры и от наличия примесей.
П. з. в твёрдых телах определяется в основном внутр. трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких темп-рах - различными процессами взаимодействия звука с внутр. возбуждениями в твёрдом теле, такими, как фононы, электроны, спиновые волны и пр. Величина П.з.в твёрдом теле зависит от кристаллич. состояния вещества (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов, примесей и дислокаций, от предварит, обработки, к-рой был подвергнут материал. В металлах, подвергнутых предварит, термообработке, а также ковке, прокатке и т. п., П. з. частозависит от амплитуды звука. Во мн. твёрдых телах при не очень высоких
[2006-7.jpg]
бротности не зависит от частоты и может служить характеристикой потерь материала. Самое малое П. з. при комнатных темп-pax было обнаружено в нек-рых диэлектриках, напр, в топазе, берилле,
[2006-8.jpg]
никах П. з. всегда больше, чем в диэлектриках, поскольку имеется дополнит, поглощение, связанное с взаимодействием звука с электронами проводимости. В полупроводниках это взаимодействие при определённых условиях может приводить к "отрицательному поглощению", т. е. к усилению звука (см. Усиление ультразвука). С ростом темп-ры П. з., как правило, увеличивается.
Наличие неоднородностей в среде приводит к увеличению П. з. В различных пористых и волокнистых веществах П. з. велико, что позволяет применять их для заглушения и звукоизоляции.
Лит.: Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Ми х а и л о в И. Г., Соловьев В. А. и Сырников Ю. П., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 2, ч. А, т. 3, ч. Б, М., 1968-1969; т. 7, М., 1974; Труэлл Р., Эльбаум Ч., Чик Б., Ультразвуковые методы в физике твердого тела, пер. с англ., М., 1972. А.Л.Полякова.
ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА, уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при П. с. переходит в различные формы внутр. энергии среды; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.
Осн. закон, описывающий П. с.,- закон Бугера I=I0l-kXl, к-рый связывает интенсивности I света, прошедшего слой среды толщиной l, и исходного светового потока Iо. Не зависящий от I, Iо и l коэфф. kx наз. поглощения показателем (ПП, в спектроскопии - поглощения коэффициентом); как правило, он различен для разных длин света X. Этот закон установил на опыте в 1729 П. Бугер. В 1760 И. Ламберт вывел его теоретически из очень простых предположений, сводящихся к тому, что при прохождении слоя вещества интенсивность светового потока уменьшается на долю, к-рая зависит только от ПП и толщины слоя, т. е. dI/I =-kxdl (дифференциальная, равносильная первой, запись закона Бугера). Физич. смысл закона состоит в том, что ПП не зависит от I и l (это было проверено С. И. Вавиловым экспериментально с изменением I~ в 1020 раз).
Зависимость kX от X наз. спектром поглощения вещества. Для изолированных атомов (напр., в разреженных газах) он имеет вид набора узких линий, т. е. kx отличен от О лишь в определённых узких диапазонах длин волн (шириной в десятые - сотые доли А). Эти диапазоны соответствуют частотам собств. колебаний электронов внутри атомов, "резонирующих" с проходящим излучением и поэтому поглощающих из него энергию (рис. 1). Спектры П. с. отд. молекул также соответствуют собств. частотам, но гораздо более медленных колебаний внутри молекул самих атомов, к-рые значительно тяжелее электронов. Молекулярные спектры П. с. занимают существенно более широкие области длин волн, т. н. полосы поглощения, шириной от единиц до тысяч А.
[2006-9.jpg]
Рис. 1. Схематическое изображение нескольких пар линий поглощения света в парах натрия. Набор линий соответствует набору собственных частот колебаний т. н. "оптических" электронов в атоме. В Na наблюдается до 50 пар таких линий (на рисунке для простоты показаны только три). Ввиду того, что максимумы поглощения чрезвычайно узки, масштаб рисунка грубо искажён.
Наконец, П. с. жидкостями и твёрдыми телами обычно характеризуется очень широкими областями (тысячи и десятки тысяч А) с большими значениями k\ и плавным ходом его изменения (рис. 2).
[2006-10.jpg]
Рис. 2. Схема-: тнческое изображение широкой полосы поглощения света.
Качественно это можно объяснить тем, что в конденсированных средах сильное взаимодействие между частицами приводит к быстрой передаче всему коллективу частиц энергии, отданной светом одной из них. Другими словами, со световой волной "резонируют" не только отд. частицы, но и многочисл. связи между ними. Об этом свидетельствует, напр., изменение П. с. молекулярными газами с ростом давления - чем выше давление (чем сильнее взаимодействие частиц), тем "расплывчатое" полосы поглощения, к-рые при высоких давлениях становятся сходными со спектрами П. с. жидкостями.
Ещё Бугер высказал убеждение, что для П. с. важны "не толщины, а массы вещества, содержащиеся в этих толщинах". Позднее нем. учёный А. Бер (1852) экспериментально подтвердил это, показав, что при П. с. молекулами газа или вещества, растворённого в практически непоглощающем растворителе, ПП пропорционален числу поглощающих молекул на единицу объёма (и, следовательно, на единицу длины пути световой вол-
[2006-11.jpg]
висит от концентрации и характеризует молекулу поглощающего вещества. Физич. смысл правила Бера состоит в утверждении независимости П. с. молекулами от их взаимодействия с окружением, и в реальных газах (даже при невысоких давлениях) и растворах наблюдаются многочисл. отступления от него.
Сказанное выше относится к средам сравнительно малой оптической толщи-
[2006-12.jpg]
средой усиливается на всех частотах - линии и полосы поглощения расширяются. (Объяснение этому даёт квантовая теория П. с., учитывающая, в частности, многократное рассеяние фотонов в оптически "толстой" среде с изменением их частоты и, в конечном счёте, поглощением их частицами среды.) При достаточно больших kXl среда поглощает всё проникающее в неё излучение как абсолютно чёрное тело.
В проводящих средах (металлах, плазме и т. д.) световая энергия передаётся не только связанным электронам, но и (часто преимущественно) свобод-н ы м электронам. kXв таких средах сильно зависит от их электропроводности а. Значит. П. с. в проводящих средах очень сильно влияет на все процессы распространения света в них; это формально учитывается тем, что член, содержащий kX, входит в выражение для комплексного преломления показателя среды. В несколько идеализированном случае П. с. только свободными электронами (электронами про-
[2006-13.jpg]
ствит. часть показателя преломления, с - скорость света). Измерения П. с. металлами позволяют определить мн. характерные их свойства; опытные данные при этом хорошо описываются совр. квантовой теорией металлооптики. В теоретич. расчётах часто пользуются
[2006-14.jpg]
В терминах квантовой теории при П. с. электроны в поглощающих атомах, ионах, молекулах или твёрдых телах переходят с более низких уровней энергии на более высокие (см. также Квантовые переходы). Обратный переход в основное состояние или в "нижнее" возбуждённое состояние может совершаться с излучением фотона или безызлучательно. В последнем случае энергия возбуждённой частицы может, напр., в столкновении с др. частицей перейти в кинетич. энергию сталкивающихся частиц (см. Столкновения атомные). Тип "обратного" перехода определяет, в какую форму энергии среды превращается энергия поглощённого света.
В световых потоках чрезвычайно большой интенсивности П. с. мн. средами перестаёт подчиняться закону Бугера - k начинает зависеть от I. Связь между I и Iо становится нелинейной (нелинейное П. с.). Этот эффект, в частности, может быть обусловлен тем, что очень большая доля поглощающих частиц, перейдя в возбуждённое состояние и оставаясь в нём сравнительно долго, меняет (или совсем теряет) способность поглощать свет, что, разумеется, заметно изменяет характер П. с. средой. (Опыты Вавилова, показавшие соблюдение закона Бугера и при больших интенсив-ностях, выполнялись с веществами, молекулы к-рых возбуждаются очень ненадолго - на время ~ 10-8 сек - и в к-рых поэтому доля возбуждённых молекул всегда невелика.) Особый интерес представляет ситуация, когда в поглощающей среде искусственно создана инверсия населённостей энергетич. уровней, при к-рой число возбуждённых состояний на верх, уровне больше, чем на нижнем. В этом случае каждый фотон из падающего потока вызывает испускание ещё одного точно такого же фотона с большей вероятностью, чем поглощается сам (см. Излучение, в разделе Квантовая теория излучения). В результате интенсивность выходящего потока I превосходит интенсивность падающего Iо, т. е. имеет место усиление с в е-т а. Формально это явление соответствует отрицательности kX в законе |
