ABSORPCJA

ABSORPCJA

PROMIENIOWANIA

PROMIENIOWANIA

W optyce proces poch

W optyce proces poch

ł

ł

aniania energii fali

aniania energii fali

przez substancj

przez substancj

ę

ę

. Na skutek absorpcji

. Na skutek absorpcji

nat

nat

ęż

ęż

enie

enie

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a wi

a wi

ą

ą

zki przechodz

zki przechodz

ą

ą

cej

cej

przez substancj

przez substancj

ę

ę

ulega zmniejszeniu, przy

ulega zmniejszeniu, przy

czym cz

czym cz

ęść

ęść

tego os

tego os

ł

ł

abienia spowodowania

abienia spowodowania

jest r

jest r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

rozpraszaniem

rozpraszaniem

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a.

a.

Mechanizm absorpcji

Mechanizm absorpcji

W procesie absorpcji

W procesie absorpcji

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

o zachowuje si

o zachowuje si

ę

ę

jak strumie

jak strumie

ń

ń

cz

cz

ą

ą

stek

stek

elementarnych i mo

elementarnych i mo

ż

ż

e by

e by

ć

ć

poch

poch

ł

ł

aniane tylko w okre

aniane tylko w okre

ś

ś

lonych

lonych

porcjach, kt

porcjach, kt

ó

ó

rych wielko

rych wielko

ść

ść

zale

zale

ż

ż

y od cz

y od cz

ę

ę

stotliwo

stotliwo

ś

ś

ci

ci

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a

a

Kwant

Kwant

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a, czyli foton nios

a, czyli foton nios

ą

ą

cy t

cy t

ę

ę

okre

okre

ś

ś

lon

lon

ą

ą

porcj

porcj

ę

ę

energii mo

energii mo

ż

ż

e

e

oddzia

oddzia

ł

ł

ywa

ywa

ć

ć

z elektronem walencyjnym w atomie substancji

z elektronem walencyjnym w atomie substancji

o

o

ś

ś

rodka. Je

rodka. Je

ż

ż

eli energia fotonu r

eli energia fotonu r

ó

ó

wna jest r

wna jest r

ó

ó

ż

ż

nicy energii

nicy energii

pomi

pomi

ę

ę

dzy dowolnym stanem wzbudzonym elektronu a stanem

dzy dowolnym stanem wzbudzonym elektronu a stanem

podstawowym, w

podstawowym, w

ó

ó

wczas foton zostanie poch

wczas foton zostanie poch

ł

ł

oni

oni

ę

ę

ty (nast

ty (nast

ę

ę

puje

puje

absorpcja fotonu). Gdy energia fotonu jest inna, w

absorpcja fotonu). Gdy energia fotonu jest inna, w

ó

ó

wczas albo

wczas albo

przechodzi on przez substancj

przechodzi on przez substancj

ę

ę

bez przeszk

bez przeszk

ó

ó

d lub jest

d lub jest

rozpraszany. Na skutek absorpcji fotonu atom przechodzi w stan

rozpraszany. Na skutek absorpcji fotonu atom przechodzi w stan

wzbudzenia o wy

wzbudzenia o wy

ż

ż

szej energii. Wzbudzone atomy powracaj

szej energii. Wzbudzone atomy powracaj

ą

ą

do

do

stanu podstawowego emituj

stanu podstawowego emituj

ą

ą

c foton o takiej samej lub mniejszej

c foton o takiej samej lub mniejszej

energii. Zmniejszenie energii emitowanego fotonu w por

energii. Zmniejszenie energii emitowanego fotonu w por

ó

ó

wnaniu

wnaniu

z energi

z energi

ą

ą

fotonu absorbowanego nosi nazw

fotonu absorbowanego nosi nazw

ę

ę

luminescencji.

luminescencji.

Uk

Uk

ł

ł

ad poziom

ad poziom

ó

ó

w energetycznych elektron

w energetycznych elektron

ó

ó

w w atomach, czas

w w atomach, czas

ż

ż

ycia stan

ycia stan

ó

ó

w wzbudzonych i sam proces absorpcji wynika z

w wzbudzonych i sam proces absorpcji wynika z

praw mechaniki kwantowej.

praw mechaniki kwantowej.

Absorpcja w gazach

Absorpcja w gazach

atomowych

atomowych

W zimnych gazach atomowych poziomy energetyczne

W zimnych gazach atomowych poziomy energetyczne

charakteryzuj

charakteryzuj

ą

ą

ce stany wzbudzenia le

ce stany wzbudzenia le

żą

żą

stosunkowo

stosunkowo

daleko od siebie. Dlatego substancje te mog

daleko od siebie. Dlatego substancje te mog

ą

ą

absorbowa

absorbowa

ć

ć

tylko niekt

tylko niekt

ó

ó

re fotony o

re fotony o

ś

ś

ci

ci

ś

ś

le okre

le okre

ś

ś

lonych

lonych

energiach (i cz

energiach (i cz

ę

ę

stotliwo

stotliwo

ś

ś

ciach). Je

ciach). Je

ż

ż

eli widmo

eli widmo

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a

a

padaj

padaj

ą

ą

cego jest widmem ci

cego jest widmem ci

ą

ą

g

g

ł

ł

ym, powoduje to

ym, powoduje to

powstawanie w tym widmie ciemnych linii. Po raz

powstawanie w tym widmie ciemnych linii. Po raz

pierwszy zjawisko absorpcji zosta

pierwszy zjawisko absorpcji zosta

ł

ł

o zaobserwowane w

o zaobserwowane w

widmie s

widmie s

ł

ł

onecznym przez

onecznym przez

Fraunhofera

Fraunhofera

a jego

a jego

prawid

prawid

ł

ł

ow

ow

ą

ą

interpretacj

interpretacj

ę

ę

poda

poda

ł

ł

Bunsen i

Bunsen i

Kirchhoff

Kirchhoff

.

.

Mo

Mo

ż

ż

liwa jest r

liwa jest r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

absorpcja przez wzbudzony atom

absorpcja przez wzbudzony atom

(absorpcja ze stan

(absorpcja ze stan

ó

ó

w wzbudzonych).

w wzbudzonych).

Absorpcja w gazach

Absorpcja w gazach

cz

cz

ą

ą

steczkowych

steczkowych

W przypadku cz

W przypadku cz

ą

ą

steczek uk

steczek uk

ł

ł

ad poziom

ad poziom

ó

ó

w

w

energetycznych elektron

energetycznych elektron

ó

ó

w jest du

w jest du

ż

ż

o bardziej

o bardziej

z

z

ł

ł

o

o

ż

ż

ony, poniewa

ony, poniewa

ż

ż

opr

opr

ó

ó

cz poziom

cz poziom

ó

ó

w

w

zwi

zwi

ą

ą

zanych z konfiguracj

zanych z konfiguracj

ą

ą

elektron

elektron

ó

ó

w

w

dochodz

dochodz

ą

ą

jeszcze poziomy oscylacyjne

jeszcze poziomy oscylacyjne

–

–

zwi

zwi

ą

ą

zane z drganiami atom

zane z drganiami atom

ó

ó

w wewn

w wewn

ą

ą

trz

trz

cz

cz

ą

ą

steczki i poziomy rotacyjne

steczki i poziomy rotacyjne

–

–

zwi

zwi

ą

ą

zane z

zane z

obrotami ca

obrotami ca

ł

ł

ej cz

ej cz

ą

ą

steczki. Poziomy

steczki. Poziomy

energetyczne le

energetyczne le

żą

żą

tak blisko siebie,

tak blisko siebie,

ż

ż

e zlewaj

e zlewaj

ą

ą

si

si

ę

ę

w ca

w ca

ł

ł

e pasma o r

e pasma o r

ó

ó

ż

ż

nej szeroko

nej szeroko

ś

ś

ci.

ci.

Widmo absorpcyjne

Widmo absorpcyjne

Jest to widmo, kt

Jest to widmo, kt

ó

ó

re powstaje podczas przechodzenia

re powstaje podczas przechodzenia

promieniowania elektromagnetycznego przez ch

promieniowania elektromagnetycznego przez ch

ł

ł

onny o

onny o

ś

ś

rodek

rodek

absorbuj

absorbuj

ą

ą

cy promieniowanie o okre

cy promieniowanie o okre

ś

ś

lonych d

lonych d

ł

ł

ugo

ugo

ś

ś

ciach. Mo

ciach. Mo

ż

ż

na

na

zarejestrowa

zarejestrowa

ć

ć

przy u

przy u

ż

ż

yciu metod spektroskopii. Graficznie ma

yciu metod spektroskopii. Graficznie ma

posta

posta

ć

ć

widma ci

widma ci

ą

ą

g

g

ł

ł

ego z ciemnymi liniami (dla gazowych

ego z ciemnymi liniami (dla gazowych

pierwiastk

pierwiastk

ó

ó

w). Wyst

w). Wyst

ę

ę

powanie widma absorpcyjnego jest

powanie widma absorpcyjnego jest

spowodowane poch

spowodowane poch

ł

ł

anianiem przez substancje foton

anianiem przez substancje foton

ó

ó

w tylko o

w tylko o

okre

okre

ś

ś

lonych d

lonych d

ł

ł

ugo

ugo

ś

ś

ciach fali

ciach fali

–

–

takich kt

takich kt

ó

ó

re mog

re mog

ą

ą

spowodowa

spowodowa

ć

ć

wzbudzenie atomu lub cz

wzbudzenie atomu lub cz

ą

ą

steczki do stanu dopuszczanego przez

steczki do stanu dopuszczanego przez

prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotycz

prawa mechaniki kwantowej. Zmiany stanu wzbudzenia dotycz

ą

ą

zar

zar

ó

ó

wno elektron

wno elektron

ó

ó

w jak i oscylacji i rotacji ca

w jak i oscylacji i rotacji ca

ł

ł

ych cz

ych cz

ą

ą

stek.

stek.

Obrazem widma absorpcyjnego zwi

Obrazem widma absorpcyjnego zwi

ą

ą

zku chemicznego s

zku chemicznego s

ą

ą

pasma o

pasma o

strukturze liniowej lub ci

strukturze liniowej lub ci

ą

ą

g

g

ł

ł

ej z silniej lub s

ej z silniej lub s

ł

ł

abiej zaznaczonymi

abiej zaznaczonymi

ekstremami

ekstremami

Liniowe widmo absorpcyjne

Liniowe widmo absorpcyjne

Wykorzystanie zjawiska

Wykorzystanie zjawiska

absorpcji

absorpcji

W wyniku absorpcji

W wyniku absorpcji

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a przechodz

a przechodz

ą

ą

cego

cego

przez substancje (

przez substancje (

np

np

. gaz) z widma

. gaz) z widma

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a

a

padaj

padaj

ą

ą

cego zostaj

cego zostaj

ą

ą

usuni

usuni

ę

ę

te fotony o

te fotony o

okre

okre

ś

ś

lonej cz

lonej cz

ę

ę

stotliwo

stotliwo

ś

ś

ci. Na tej podstawie

ci. Na tej podstawie

mo

mo

ż

ż

na stwierdzi

na stwierdzi

ć

ć

, przez jakie substancje

, przez jakie substancje

przechodzi

przechodzi

ł

ł

o

o

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

o. Zjawisko to wykorzystuje

o. Zjawisko to wykorzystuje

si

si

ę

ę

do badania sk

do badania sk

ł

ł

adu chemicznego mieszanin

adu chemicznego mieszanin

zwi

zwi

ą

ą

zk

zk

ó

ó

w chemicznych,

w chemicznych,

np

np

. gaz

. gaz

ó

ó

w

w

otaczaj

otaczaj

ą

ą

cych gwiazdy. Zajmuje si

cych gwiazdy. Zajmuje si

ę

ę

tym

tym

spektroskopia absorpcyjna.

spektroskopia absorpcyjna.

Wielko

Wielko

ś

ś

ci

ci

charakteryzuj

charakteryzuj

ą

ą

ce

ce

absorpcj

absorpcj

ę

ę

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a

a

Ilo

Ilo

ś

ś

ciow

ciow

ą

ą

miar

miar

ą

ą

wielko

wielko

ś

ś

ci absorpcji s

ci absorpcji s

ą

ą

transmitancja i

transmitancja i

absorbancja

absorbancja

promieniowania.

promieniowania.

Absorbancja

Absorbancja

Wielko

Wielko

ść

ść

absorpcji

absorpcji

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a mo

a mo

ż

ż

na obliczy

na obliczy

ć

ć

na podstawie prawa

na podstawie prawa

Bouguera

Bouguera

. Zgodnie z

. Zgodnie z

tym prawem, nat

tym prawem, nat

ęż

ęż

enie

enie

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a zmienia si

a zmienia si

ę

ę

wyk

wyk

ł

ł

adniczo wraz z grubo

adniczo wraz z grubo

ś

ś

ci

ci

ą

ą

substancji.

substancji.

Aby u

Aby u

ł

ł

atwi

atwi

ć

ć

obliczanie wielko

obliczanie wielko

ś

ś

ci absorpcji

ci absorpcji

wprowadzono, w miejsce nat

wprowadzono, w miejsce nat

ęż

ęż

enia,

enia,

wielko

wielko

ść

ść

addytywn

addytywn

ą

ą

–

–

absorbancj

absorbancj

ę

ę

zwan

zwan

ą

ą

r

r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

g

g

ę

ę

sto

sto

ś

ś

ci

ci

ą

ą

optyczn

optyczn

ą

ą

. Oznacza si

. Oznacza si

ę

ę

j

j

ą

ą

symbolem

symbolem

ABS

ABS

,

,

ε

ε

lub

lub

A

A

.

.

Absorbancja

Absorbancja

jest miar

jest miar

ą

ą

absorpcji promieniowania i

absorpcji promieniowania i

wyra

wyra

ż

ż

a si

a si

ę

ę

wzorem

wzorem

ABS = log (I

ABS = log (I

0

0

/I)

/I)

gdzie:

gdzie:

I

I

o

o

–

–

nat

nat

ęż

ęż

enie

enie

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a padaj

a padaj

ą

ą

cego,

cego,

I

I

–

–

nat

nat

ęż

ęż

enie

enie

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a po przej

a po przej

ś

ś

ciu przez

ciu przez

absorbuj

absorbuj

ą

ą

cy o

cy o

ś

ś

rodek.

rodek.

ABS = log (I

ABS = log (I

0

0

/I) =

/I) =

-

-

log T

log T

Transmitancja

Transmitancja

Transmitancja

Transmitancja

wskazuje, jaka cz

wskazuje, jaka cz

ęść

ęść

promieniowania padaj

promieniowania padaj

ą

ą

cego zosta

cego zosta

ł

ł

a

a

przepuszczona przez substancj

przepuszczona przez substancj

ę

ę

.

.

Mo

Mo

ż

ż

na j

na j

ą

ą

r

r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

wyra

wyra

ż

ż

a

a

ć

ć

w procentach.

w procentach.

T = I/I

T = I/I

0

0

Albedo

Albedo

BIA

BIA

Ł

Ł

O

O

ŚĆ

ŚĆ

–

–

to stosunek ilo

to stosunek ilo

ś

ś

ci

ci

promieniowania odbitego do padaj

promieniowania odbitego do padaj

ą

ą

cego,

cego,

jest parametrem okre

jest parametrem okre

ś

ś

laj

laj

ą

ą

cym zdolno

cym zdolno

ść

ść

odbijania promieni przez dan

odbijania promieni przez dan

ą

ą

powierzchni

powierzchni

ę

ę

.

.

Albedo Ziemi

Albedo Ziemi

Odbijalno

Odbijalno

ść

ść

Ziemi nie jest wielko

Ziemi nie jest wielko

ś

ś

ci

ci

ą

ą

sta

sta

ł

ą

ł

ą

i jednakow

i jednakow

ą

ą

w

w

ka

ka

ż

ż

dym miejscu Ziemi. Spotykana w literaturze warto

dym miejscu Ziemi. Spotykana w literaturze warto

ść

ść

A

A

=

=

0,30 to wielko

0,30 to wielko

ść

ść

u

u

ś

ś

redniona po ca

redniona po ca

ł

ł

ej powierzchni i

ej powierzchni i

czasie.

czasie.

Odbijalno

Odbijalno

ść

ść

promieniowania s

promieniowania s

ł

ł

onecznego od Ziemi

onecznego od Ziemi

zale

zale

ż

ż

y m.in. od rodzaju pod

y m.in. od rodzaju pod

ł

ł

o

o

ż

ż

a, od pokrywy chmur,

a, od pokrywy chmur,

obecno

obecno

ś

ś

ci pokrywy

ci pokrywy

ś

ś

nie

nie

ż

ż

nej, obecno

nej, obecno

ś

ś

ci i stanu ro

ci i stanu ro

ś

ś

linno

linno

ś

ś

ci

ci

(pory roku). Ze wzgl

(pory roku). Ze wzgl

ę

ę

du na obecno

du na obecno

ść

ść

l

l

ą

ą

dolod

dolod

ó

ó

w oraz

w oraz

pokrywy lodowej na morzach, w du

pokrywy lodowej na morzach, w du

ż

ż

ych szeroko

ych szeroko

ś

ś

ciach

ciach

geograficznych albedo jest zatem znacznie wi

geograficznych albedo jest zatem znacznie wi

ę

ę

ksze ni

ksze ni

ż

ż

w

w

szeroko

szeroko

ś

ś

ci oko

ci oko

ł

ł

or

or

ó

ó

wnikowej. Zmiana ziemskiego albedo i

wnikowej. Zmiana ziemskiego albedo i

efekt cieplarniany s

efekt cieplarniany s

ą

ą

cz

cz

ę

ę

sto uwa

sto uwa

ż

ż

ane za podstawy

ane za podstawy

mo

mo

ż

ż

liwych zmian klimatu.

liwych zmian klimatu.

Albedo mo

Albedo mo

ż

ż

e r

e r

ó

ó

wnie

wnie

ż

ż

zale

zale

ż

ż

e

e

ć

ć

od k

od k

ą

ą

ta, pod jakim promienie

ta, pod jakim promienie

s

s

ł

ł

oneczne padaj

oneczne padaj

ą

ą

na powierzchni

na powierzchni

ę

ę

. Przyk

. Przyk

ł

ł

adem

adem

zale

zale

ż

ż

no

no

ś

ś

ci wsp

ci wsp

ó

ó

ł

ł

czynnika odbicia od kierunku jest refleks

czynnika odbicia od kierunku jest refleks

s

s

ł

ł

o

o

ń

ń

ca.

ca.

Warto

Warto

ść

ść

procentowa odbijanego

procentowa odbijanego

ś

ś

wiat

wiat

ł

ł

a s

a s

ł

ł

onecznego na Ziemi w

onecznego na Ziemi w

r

r

ó

ó

ż

ż

nych warunkach .

nych warunkach .