Взаимодействие излучения с твердыми телами

Мы видели, что взаимодействие между падающим фотоном и электроном происходит лишь в том случае, если энергия фотона точно соответствует значению энергии, необходимой для перехода электрона на другую допустимую орбиту. В этом случае говорят, что атом обладает дискретным поглощением, то есть из всего спектра длин волн поглощаются лишь те, которые соответствуют квантовым числам. Однако в твердом теле число допустимых энергетических уровней значительно больше, чем в изолированном атоме. Атомы расположены настолько близко друг к другу, что электроны каждого атома оказываются под влиянием и других ядер. А в электрических проводниках внешние, или валентные, электроны перемещаются настолько свободно, словно они не принадлежат "своим" атомам. Кроме того, сами атомы в твердом теле совершают колебательные движения, что также увеличивает число возможных энергетических уровней. Поэтому твердые тела поглощают излучение в очень широком диапазоне длин волн, и обычно они характеризуются не дискретным, а сплошным (непрерывным) спектром поглощения.

Однако твердое тело поглощает не все падающие на него фотоны: одни из них рассеиваются в столкновениях, а другие проходят сквозь тело без взаимодействия.

Но даже для твердых тел, обладающих почти непрерывным спектром поглощения, вероятность поглощения фотона зависит от энергии последнего и, следовательно, длины волны. Если число фотонов, прошедших сквозь тело либо без всякого взаимодействия, либо после рассеяния, составляет значительную долю от общего числа падающих на его поверхность фотонов, то говорят, что тело проницаемо для излучения. Когда речь идет лишь о видимой части спектра излучения, вещество называют прозрачным, если большинство падающих фотонов проходит сквозь него, или просвечивающим, если многие из них рассеиваются без поглощения.

Некоторые фотоны рассеиваются в обратном направлении, и их можно вновь обнаружить у поверхности, на которую они падали. В материале, проницаемом для излучения, фотоны могут претерпевать внутри тела многократное рассеяние, но если поглощение . в "материале велико, назад возвращаются лишь те фотоны, которые рассеиваются вблизи поверхности. В обоих случаях мы говорим, что тело отражает фотоны. Таким образом, падающие на тело фотоны могут отражаться, поглощаться или проходить сквозь него. Доля фотонов каждой из названных категорий в общем количестве падающих фотонов соответственно характеризует отражательную, поглощательную и пропускательную способность тела. Сумма всех этих показателей должна составлять единицу. Их величина зависит не только от длины волны, но и угла падения излучения, а также состояния поверхности тела. Например, отражательная способность гладкой поверхности высока, особенно при наклонном падении излучения, при шероховатой же поверхности некоторые фотоны могут оказаться во впадинах, и тогда вероятность их поглощения возрастает.