مفهوم امتصاص الضوء

مفهوم امتصاص الضوء

امتصاص الضوء، هو العملية التي يتم فيها امتصاص الضوء بواسطة المادة وتحويله إلى طاقة، حيث تهتز الإلكترونات في الذرة بتردد معين، أو ما يسمى بالتردد الطبيعي، فإذا اصطدمت موجة من الضوء بمادة ما، تهتز الإلكترونات الموجودة في هذه المادة، بنفس تردد موجة الضوء، فإن الإلكترونات ستمتص الطاقة وتحولها إلى حركة اهتزازية، وهذا هو السبب في أن الأجسام لها ألوان مختلفة، حيث ستهتز إلكترونات المواد المختلفة بمعدلات مختلفة، وبالتالي تمتص ترددات مختلفة من الضوء.

قياس امتصاص الضوء

يتم قياس امتصاص الضوء للأوساط شبه الشفافة باستخدام معامل الامتصاص (بالإنجليزية: absorption coefficient)، والذي يعبر عن الأجزاء التي يتم فقدانها من الطاقة الضوئية لكل وحدة طول، حيث يتم التعبير عن طول الامتصاص بمصطلح معكوس معامل الامتصاص، وإذا تم الاكتشاف بأن كمية امتصاص الضوء التي تم قياسها قد كانت ناتجة عن امتصاص بعض الشوائب للضوء، فغالبًا ما يتم قياس كمية مساهمة كل ذرة أو أيون في الامتصاص من خلال مقطع عرضي للامتصاص.

ونظراً لأن معامل الامتصاص يعتمد على الطول الموجي للضوء، فإن الأجسام تنتج طيف امتصاص، مما يجعل معامل الامتصاص يعتبر كدالة للطول الموجي أو التردد البصري، فيما يمكن اعتبار أن الأجسام غير الشفافة هي التي تتميز بامتصاص الضوء، حيث إن الضوء الممتص بواسطتها هو جزء من الضوء الساقط الذي يتم امتصاصه بدلاً من أن ينتقل، أو ينعكس، أو يتشتت.

توليد ضوضاء الكم عن طريق الامتصاص

تنتج عمليات الامتصاص الخطية البسيطة قدراً من الضوضاء الكمومية، ويمكن فهم ذلك بشكل حدسي من خلال اعتبار أن بعض الفوتون الساقط يتم إزالته عشوائياً، بينما تبقى الفوتونات الأخرى في الحزمة الضوئية، وبالتالي، سيتم تحويل تيار منتظم من الفوتونات إلى تيار عشوائي من الفوتونات، مما ينتج بعض الضوضاء الشديدة.

امتصاص الضوء في الغلاف الجوي

يتفاعل الغلاف الجوي مع كل من الضوء الداخل والخارج، وتحدث عمليتان رئيسيتان هما تشتت الضوء وامتصاص الضوء، في حين أن تشتت الضوء يعيد توزيع أي طاقة خفيفة في الغلاف الجوي، فإن امتصاص الضوء يحول الطاقة الضوئية إلى طاقة داخلية للجزيئات الماصة وينقلها في النهاية إلى الغاز المحيط على شكل حرارة.

تمتص غازات الغلاف الجوي الضوء في مناطق طيفية معينه تحديداً في النطاقات العريضة، ويعتبر الامتصاص الواسع للأوزون في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة أمر ضروري لوجود الجزيئات البيولوجية على الأرض، كما أن الغازات المعروفة باسم غازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء تمتص نطاقاً واسعاً من الأشعة تحت الحمراء، وبالتالي فهي مسؤولة عن تأثيرات الاحتباس الحراري، نظراً لأن عمر هذه الغازات (باستثناء بخار الماء) كبير، فإن توزيعها حول العالم متجانس إلى حد ما.

ويساهم الهباء الجوي في امتصاص الضوء الجوي من خلال الأشعة فوق البنفسجية المرئية والكربون الغرافيتي (الأسود) الذي يعتبر المكون الرئيسي للسخام، وهو المسؤول عن امتصاص الضوء للجسيمات، كما أن امتصاص الضوء بواسطة الهباء الجوي مستمر ويغطي النطاق الطيفي المرئي بأكمله.