სინათლის შთანთქმა

სინათლის შთანთქმა, აბსორბცია (ლათ. absorptio — „შთანთქმა“) — სინათლის (ოპტიკური გამოსხივების) ინტენსიურობის შემცირება მატერიალურ გარემოში გავლის დროს გარემოსთან მისი ურთიერთქმედების შედეგად. სინათლის შთანთქმის დროს სინათლის ენერგია გარდაიქმნება გარემოს ამა თუ იმ ფორმის შინაგან ენერგიად. ეს ენერგია მთლიანად ან ნაწილობრივ შეიძლება კვლავ იქნეს გამოსხივებული გარემოს მიერ შთანთქმული გამოსხივების სიხშირისაგან განსხვავებულ სიხშირეებზე. სინათლის შთანთქმა აიწერება ბუგერის კანონით: I = I 0 ⋅ exp ⁡ ( − k ⋅ x ) {\displaystyle I=I_{0}\cdot \exp \left(-k\cdot x\right)} , რომელიც გამოსახავს კავშირს l {\displaystyle l} სისქის გარემოში გავლილი სინათლის I {\displaystyle I} ინტენსიურობასა და დაცემული I 0 {\displaystyle I_{0}} სინათლის ინტენსიურობას შორის. k λ {\displaystyle k\lambda } კოეფიციენტს, რომელიც არ არის დამოკიდებული I {\displaystyle I} , I 0 {\displaystyle I_{0}} და l {\displaystyle l} სიდიდეებზე, ეწოდება შთანთქმის მაჩვენებელი (სპექტროსკოპიაში შთანთქმის კოეფიციენტი). როგორც წესი, k λ {\displaystyle k\lambda } სხვადასხვაა სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ( λ {\displaystyle \lambda } ) სინათლისათვის. ეს კანონი ექსპერიმენტულად დაადგინა 1729 წელს პ. ბუგერმა. 1760 წელს ი. ლამბერტმა იგი გამოიყვანა თეორიულად იმ მარტივი მოსაზრებიდან, რომ ნივთიერების შრის გავლისას სინათლის ნაკადის I {\displaystyle I} მცირდება იმ ნაწილიხთ, რომელიც დამოკიდებულია მხოლოდ შთანთქმის მაჩვენებელსა და შრის სისქეზე, ე. ი. ∂ I / I = − k λ ∂ l {\displaystyle \partial I/I=-k\lambda \partial l} . ამ განტოლების ამოხსნაა ბუგერის კანონი, რომლის ფიზიკური არსი მდგომარეობს იმაში, რომ შთანთქმის მაჩვენებელი არ არის დამოკიდებული I {\displaystyle I} და l {\displaystyle l} სიდიდეებზე (ექსპერიმენტულად შეამოწმა ს. ვავილოვმა I {\displaystyle I} ცვლილებისას ∼ 10 20 {\displaystyle \sim 10^{20}} -ჯერ). k λ {\displaystyle k\lambda } -ს დამოკიდებულებას λ {\displaystyle \lambda } -ზე ეწოდება ნივთიერების შთანთქმის სპექტრი. ჯერ კიდევ ბუგერმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ სინათლის შთანთქმისათვის მნიშვნელოვანია „არა სისქე, არამედ ამ სისქეში შემავალ ნივთიერებათა მასები“. მოგვიანებით, 1852 წელს გერმანელმა მეცნიერმა ა. ბერმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცა ეს და აჩვენა, რომ აირის ან პრაქტიკულად არაშთამნთქმელ გამხსნელში გახსნილი ნივთიერების მოლეკულებით სინათლის შთანთქმისას შთანთქმის მაჩვენებელი მოცულობის ერთეულზე (და, მაშასადამე, სინათლის ტალღის გზის სიგრძის ერთეულზე) შთანთქმული მოლეკულების რიცხვის, ე. ი. კონცენტრაციის პროპორციულია: k λ = χ λ C {\displaystyle k_{\lambda }=\chi _{\lambda }C} (ბერის წესი). ამრიგად, სინათლის შთანთქმის კანონმა ბუგერ-ლამბერტ-ბერის კანონის სახე მიიღო: I = I 0 ⋅ exp ⁡ ( − χ λ C l ) {\displaystyle I=I_{0}\cdot \exp(-\chi _{\lambda }Cl)} , სადაც ჯე, არ არის დამოკიდებული კონცენტრაციაზე და ახასიათებს შთამნთქმელი ნივთიერების მოლეკულას. ზემოთ ნათქვამი მართებულია შედარებით მცირე, k λ l {\displaystyle k\lambda l} ტოლი, ოპტ. სისქის გარემოსათვის (როცა სინათლის გაბნევას უგულებელვყოფთ). თუ k λ l {\displaystyle k\lambda l} საკმაოდ დიდია, გარემო მასში მოხვედრილ გამოსხივებას შთანთქავს როგორც აბსოლუტურად შავი სხეული. გამტარ გარემოში (ლითონებში, პლაზმაში და სხვ.) სინათლის ენერგია გადაეცემა არა მარტო ბმულ ელექტრონებს, არამედ (და ხშირად უმეტესადაც) თავისუფალ ელექტრონებსაც. k λ {\displaystyle k\lambda } , ასეთ გარემოში ძლიერ არის დამოკიდებული მის ელექტროგამტარობაზე. კვანტური თეორიის თანახმად, სინათლის შთანთქმის დროს შთამნთქმელ ატომებში, იონებსა და მოლეკულებში ან მყარ სხეულებში ელექტრონები უფრო დაბალი ენერგიის დონეებიდან გადადიან უფრო მაღალზე. შექცეული გადასვლა ძირითად მდგომარეობაში ან „უდაბლეს“ აგზნებულ მდგომარეობაში შესაძლებელია ფოტონის გამოსხივებით ან გამოუსხივებლად. ან კომბინირებულად. მეტისმეტად დიდი ინტენსიურობის სინათლის ნაკადებში სინათლის შთანთქმა სხვადასხვა გარემოთი აღარ აიწერება ბუგერის კანონით — k λ {\displaystyle k\lambda } , უკვე λ {\displaystyle \lambda } -ზე დამოკიდებული ხდება. სინათლის შთანთქმას დიდი გამოყენება აქვს მეცნიერებისა და ტექნიკის მრავალ დარგში. ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 9, თბ., 1985. — გვ. 366.