光的散射和吸收

光通过某种物体时，光的强度降低，其原因是散射和吸收。

吸收分为一般吸收和选择吸收。光通过物体时，不论何种波长，都被同等程度地吸收，称为一般吸收。如果白光通过一般吸收介质时，白光只会变暗，颜色不会发生变化，绝对的一般吸收介质是不存在的。选择吸收是指介质对某个频段范围内的光吸收的特别多，对于其他波长的光吸收得很少，例如绿玻璃，是因为玻璃对白光中的红光、蓝光等吸收特别多，对于绿光吸收得很少，所以玻璃就显示为绿色。

体色和表面色是有区别的，对于显示体色的物体，光需要透射进入介质一定深度，然后发射反射或散射，脱离介质表面。光透射进入介质一定深度时，其中某些波长的光被选择吸收，介质显示为未被吸收波长的光。表面色是由于被表面反射的原因，介质对不同波长的光反射程度不同，如黄金对黄光反射能力非常强，但对其他颜色的光反射能力很弱，因而黄金显示为金黄色，透过黄金的光为蓝绿色。

可见光的波长范围在770～390纳米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。770～622nm，感觉为红色；622～597nm，橙色；597～577nm，黄色；577～492nm，绿色；492～455nm，蓝靛色；455～390nm，紫色。1666 年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验说明太阳光是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。烟颗粒的直径小于0.1微米。溶液中分散质粒子直径小于1纳米，胶体中分散质粒子直径为1-100纳米，浊液分散质粒子直径大于100纳米，水分子直径为0.4纳米。

分散系：一种或几种物质微粒分散到另一种物质中形成的混合物。按照分散剂可以分为三类：气溶胶、液溶胶和固溶胶。分散系中依据分散相的微粒大小不同，系统具有不同性质，依据颗粒大小可以将分散系分为三类：溶液（分散质颗粒直径小于1纳米）、胶体（分散质颗粒直径为1-100纳米）、浊液（分散质颗粒直径大于100纳米）。

在光的传播过程中，光线照射到粒子时，如果粒子大于入射光波长很多倍，则发生光的反射；如果粒子小于入射光波长，则发生光的散射，这时观察到的是光波环绕微粒而向其四周放射的光，称为散射光或乳光。丁达尔效应就是光的散射现象或称乳光现象。由于溶液粒子大小一般不超过1 nm，胶体粒子介于溶液中溶质粒子和浊液粒子之间，其大小在1～100nm。小于可见光波长（400 nm～700 nm），因此，当可见光透过胶体时会产生明显的散射作用。而对于真溶液，虽然分子或离子更小，但因散射光的强度随散射粒子体积的减小而明显减弱，因此，真溶液对光的散射作用很微弱。此外，散射光的强度还随分散体系中粒子浓度增大而增强。

所以说，胶体能有丁达尔现象，而溶液几乎没有，可以采用丁达尔现象来区分胶体和溶液，注意：当有光线通过悬浊液时有时也会出现光路，但是由于悬浊液中的颗粒对光线的阻碍过大，使得产生的光路很短。

可见光的波长约在400～700nm之间，当光线射入分散体系时，一部分自由地通过，一部分被吸收、反射或散射，可能发生以下三种情况：

（1）当光束通过粗分散体系，由于分散质的粒子大于入射光的波长，主要发生反射或折射现象，使体系呈现混浊。

（2）当光线通过胶体溶液，由于分散质粒子的半径一般在1～100nm之间，小于入射光的波长，主要发生散射，可以看见乳白色的光柱，出现丁达尔现象。

（3）当光束通过分子溶液（分子直径小于1纳米），由于溶液十分均匀，散射光因相互干涉而完全抵消，看不见散射光。

1869年，英国科学家丁达尔发现了丁达尔现象。丁达尔现象是胶体中分散质微粒对可见光（波长为400~700nm）散射而形成的。它在实验室里可用于胶体与溶液的鉴别。光射到微粒上可以发生两种情况，一是当微粒直径大于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是微粒直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。

散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬(乳)浊液分散质微粒直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质微粒太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔现象；只有溶胶才有比较明显的乳光，这时微粒好像一个发光体，无数发光体散射结果，就形成了光的通路。

散射光的强度，还随着微粒浓度增大而增加，因此进行实验时，胶体浓度不要太稀

在暗室中，让一束平行光线通过肉眼看来完全透明的胶体，从垂直于光束的方向，可以观察到有

一浑浊发亮的光柱，其中有微粒闪烁，该现象称为丁达尔效应。在胶体中分散质粒子直径比可见光波长要短，入射光的电磁波使颗粒中的电子做与入射光波同频率的强迫振动，致使颗粒本身象一个新光源一样，向各方向发出与入射光同频率的光波。丁达尔效应就是粒子对光散射（光波偏离原来方向而发散传播）作用的结果，如黑夜中看到的探照灯的光束、晴天时天空中的蓝色，都是粒子对光的散射作用。根据散射光强的规律和溶胶粒子的特点，只有溶胶具有较强的光散射现象，故丁达尔现象常被认为是胶体体系。

清晨，在茂密的树林中，常常可以看到从枝叶间透过的一道道光柱，类似于这种自然界现象，也是丁达尔现象。这是因为云、雾、烟尘也是胶体，只是这些胶体的分散剂是空气，分散质是微小的尘埃或液滴。

它在实验室里可用于胶体与溶液的鉴别。

光射到微粒上可以发生两种情况，一是当微粒直径大于入射光波长很多倍时，发生光的反射；二是微粒直径小于入射光的波长时，发生光的散射，散射出来的光称为乳光。散射光的强度，随着颗粒半径增加而变化。悬(乳)浊液分散质微粒直径太大，对于入射光只有反射而不散射；溶液里溶质微粒太小，对于入射光散射很微弱，观察不到丁达尔现象；只有溶胶才有比较明显的乳光，这时微粒好像一个发光体，无数发光体散射结果，就形成了光的通路。散射光的强度，还随着微粒浓度增大而增加，因此进行实验时，溶胶浓度不要太稀。

假设一个细长玻璃圆筒里装着烟，一束强度为I0的光，光透过圆筒后强度为I，光的强度变化公式为

0l

I I eα-

=

式中α为吸收系数，l为圆筒的长度。

在这个试验中，光的强度降低，只有小部分的光是真正的吸收了，而大部分是被散射了，没有烟时，从圆筒的四周看不到光，有烟时，从圆筒的四周可以看到光，光被烟散射，改变了传播方向，所以在圆筒四周可以看到光。光被吸收，其能量变成吸收物质的分子的热运动。所以上述实验称α为吸收系数并不合适，α应为吸收系数和散射系数之和。

可见光完全不能透过的银膜，但是对于波长为316纳米的紫外光却是透明的的，由此表明，银膜是选择性吸收，在某些条件下，高频波具有更强的穿透能力，与常规认识-高频波衰减快正好相反。

对于电介质来说，通常具有三个透明区域，一个是极短的波长，一个是不长不短的波长，包括可见光，一个是很长的波长。例如水这种电介质，对于可见光来说，是透明的，但是对于红外线是不透明的，橡皮这种电介质，对于可见光是不透明的，但是对红外线是透明的。