Absorpce (optická)

Absorpce v optické nebo elektromagnetické , je fyzikální proces, při kterém elektromagnetická energie se mění na jinou formu energie.

Mikroskopická úroveň

Na úrovni fotonů ( kvant světla) představuje absorpce jev, kterým je energie fotonu odebírána jinou částicemi, například atomem. V tomto případě, je-li energie fotonu ( , Planckova-Einstein vztah ) se rovná z excitovaného stavu atomu , světlo bude absorbováno prostřednictvím elektronického přechodu z valenčního elektronu. Elektron přechází ze stavu základní energie do stavu excitovaného, viz obrázek níže). ${\ displaystyle E = h \ nu}$

Foton je poté operací zničen .

Elektromagnetická energie je absorbována a transformována na elektronickou energii, kterou lze transformovat do následujících forem:

elektromagnetická energie vyzařováním fotonu (ů) (světla);
přeměněn na míchání částic (zvýšení rychlosti částice), které se na makroskopické úrovni odráží zvýšením teploty (elektromagnetická energie byla přeměněna na teplo);
ve fononu (míchání krystalové mřížky v krystalu);
v plasmonu (kolektivní oscilace elektronu v kovu).

Viz spektroskopie a elektromagnetické spektrum .

Nerezonanční difúze

V případě fotonů s energií nižší, než jsou excitované stavy částice (například atom), dochází k nerezonančnímu rozptylu. Pokud je částice v základním stavu, dopadající energie nebude dostatečná pro elektronický přechod. Tato energie však indukuje nastavení vibrací elektronického mraku kolem atomového jádra. Systém se proto stává oscilačním dipólem, který bude zdrojem záření o stejné frekvenci: foton , shodný s dopadajícím, v jiném směru. Jedná se tedy o nerezonanční elastickou difúzi (systém nevstupuje do rezonance).

Makroskopická úroveň

Na úrovni klasického elektromagnetismu představuje absorpce jev, kterým neprůhledný materiál (α ≠ 0) tlumí jakoukoli elektromagnetickou vlnu procházející skrz něj (to je makroskopický důsledek předchozího odstavce), absorbovaná energie se poté převádí na teplo ( Jouleův efekt ). Každý materiál má své vlastní charakteristiky elektromagnetické absorpce v závislosti na vlnové délce (nebo frekvenci) vlny.

Tyto vlastnosti jsou označeny imaginární částí její permitivity a její propustnosti :

$\ varepsilon (\ omega) = \ varepsilon ^ {{\ prime}} (\ omega) -i \ varepsilon ^ {{\ prime \ prime}} (\ omega)$ , pro komplexní permitivitu, ve F m -1 ; $\ varepsilon$
${\ displaystyle \ mu (\ omega) = \ mu '(\ omega) -i \ mu' (\ omega)}$ , pro komplexní permeabilitu v H m -1 . $\ mu$

Fenomén absorpce je spojen s fenoménem disperze pomocí vztahů Kramers-Kronig .

Praktický aspekt

U většiny látek se rychlost absorpce mění s vlnovou délkou dopadajícího světla, což vede ke vzniku barvy v pigmentech, které absorbují některé vlnové délky, ale jiné ne. Tato selektivní absorpce bílého světla dopadajícího na objekt, který absorbuje vlnové délky v modré, zelené a žluté barvě, bude mít červenou barvu. Černě zbarvený materiál tak absorbuje všechny vlnové délky (přeměněné na teplo), zatímco bíle zbarvený materiál je odráží.

Vědci z Rensselaer Polytechnic Institute vytvořili materiál z nanotrubic z uhlí může absorbovat 99.955% světla.

Poznámky a odkazy