Взаимодействие на светлината с веществата

Както вече казахме, според електронната теория на Лоренц, светлината преминавайки през някаква среда, възбужда трептения на електроните в атомите на веществото. Под влияние на падащата светлинна вълна електроните извършват принудени трептения с честота, съвпадаща с честотата на падащата вълна. Знаем, че амплитудата на принудените колебания зависи от съотношението между собствената честота на трептене и честотата на принудителната сила (виж темата Принудени трептения). Честотата на трептене на светлинните вълни е сравнима с честотата на трептене на електроните в атомите, поради което взаимодействието на светлината с веществото зависи съществено от дължината на вълната на светлината, следователно диелектричната проницаемост на средата e зависи от дължината на вълната k, e(k).

Според Максуел (виж темата Развитие на учението за светлината) големината на скоростта на светлината в среда , , .

За всички прозрачни диелектрици магнитната проницаемост практически е равна на единица. Следователно, за коефициента на пречупване на веществото n получаваме

n ²(k) = (k). Коефициентът на пречупване на веществото зависи от дължината на вълната.

Дисперсия на светлината

Явлението, предизвикано от зависимостта на коефициента на пречупване на веществото n от дължината на светлинната вълна , наричаме дисперсия на светлината. За всички прозрачни вещества коефициентът на пречупване расте с намаляване на дължината на вълната , т.е. в прозрачните вещества виолетовите лъчи се пречупват по-силно от зелените, зелените по-силно от червените и т.н.

Аналитично (приблизително): , където коефициентите А и В зависят от веществото.

Различното пречупване на светлинните лъчи с различна дължина на вълната дава възможност да разложим бялата (естествената) светлина на нейните монохроматични съставящи. Такъв опит най-напред е бил извършен от Нютон в 1672 г. :

Лъч слънчева светлина преминава през малък отвор и след като се пречупи в стъклена призма пада върху бял лист хартия. Върху белия лист хартия получаваме цветна ивица. Най-слабо отклонен от първоначалната посока на светлинния лъч е червеният край на ивицата, което съответства на най-малък коефициент на пречупване (за най-голяма дължина на вълната), най-силно отклонен от първоначалната посока е виолетовият край на ивицата, което съответства на най-голям коефициент на пречупване (за най-малка дължина на вълната).

Поглъщане на светлината

Преминавайки през каквото и да е вещество, светлината се поглъща от него до една или друга степен.

От гледна точка на вълновия характер на светлината поглъщането на светлината може да се обясни в общи черти от енергетична гледна точка, без да влизаме в детайли в механизма на взаимодействие на светлинните вълни с атомите и молекулите на поглъщащото вещество.

Поглъщането на светлината е изследвано от френският физик Пиер Бугер. Той извежда експериментално закон (1729 г.), който носи неговото име. Нека проследим процеса на поглъщане. Нека върху еднородно вещество пада плоска монохроматична вълна с интензитет ( виж темата Интензитет на вълна) I₀.

Да изберем оста Х в направление на разпространение на вълната, насочена в посока на разпространение на вълната и с начало, точката в която се проектира границата на веществото, върху която пада вълната.