В чем причина высокой оптической отражательной способности металлов?
Я предполагаю, что вы имеете в виду видимый диапазон спектра, поэтому ответ на этот вопрос сводится по существу к трем вещам:
Факты (1) и (2) приводят к большой, друдовской проводимости металла, которая в видимом диапазоне является в основном мнимой (имеется в виду колебательный электрический ток в металле, возбуждаемый светом, по существу не в фазе со светом). Таким образом, повторно излучаемый свет полностью не совпадает по фазе, и поэтому электрическое поле света практически стремится к нулю на поверхности металла. Это условие применимо только в том случае, если вспомогательное поглощение очень мало (т.е. если верен факт (3), что верно, скажем, для серебра, но не для золота в сине-зеленой части спектра, поэтому золото имеет свой цвет ).
Поскольку световое поле стремится (близко) к нулю на поверхности, оно вообще очень мало проникает в металл, а это означает, что подавляющая часть световой мощности отражается. Это можно понять как свободные электроны в металле, движущиеся по поверхности, чтобы эффективно экранировать световое поле от проникновения в объем, и при этом снова излучая мощность наружу.
Учитывая, что свет представляет собой колеблющееся, бегущее электромагнитное поле, достигнув поверхности металла, он заставит электроны вибрировать. Из-за природы металлической связи существует множество делокализованных мобильных электронов, которые реагируют на падающий свет. А поскольку движущийся электрический заряд создает движущееся электромагнитное поле, результатом будет излучаемая электромагнитная волна с той же длиной волны, что и падающая волна. Это будет отраженная волна. Другими словами, падающий фотон поглощается и испускается новый фотон. Это очень упрощенный ответ на вопрос, но эй, я преподавал физику в средней школе.
Вы спрашиваете, почему металлы обладают высокой оптической отражательной способностью.
Теперь это имеет слишком мало общего с тем, почему металлы часто бывают серебряными. То же самое касается и того, почему мы используем алюминий в наших зеркалах.
Когда фотон взаимодействует с атомом металла, могут произойти три вещи:
при упругом рассеянии фотон сохраняет свой энергетический уровень и фазу и меняет угол
при неупругом рассеянии фотон отдает часть своей энергии атомам и молекулам металла, а также меняет угол
поглощение, фотон отдает всю свою энергию атому в металле, поглощающий электрон переходит на более высокий энергетический уровень в соответствии с КМ
Теперь в случае с металлом соотношение трех другое:
упругое рассеяние, это то, что имеет самый высокий коэффициент, большинство фотонов упруго рассеиваются. Вот почему зеркала создают зеркальное отражение, сохраняя уровень энергии и фазу фотонов. Это создает зеркальное отражение.
неупругое рассеяние, теперь в случае металлов, это имеет более низкое отношение, меньшие фотоны рассеиваются неупруго, это нагревает металл, отдает энергию фотонов колебательной кинетической энергии молекул, тепловой энергии
поглощение, это придает металлам обычно серебристый цвет, потому что, согласно КМ, в металлах d-электроны поглощают видимый свет и переходят на d-орбитали. Теперь в металлах, таких как серебро, запрещенная зона между s- и d-орбиталями слишком велика, а уровень энергии всех фотонов видимой длины волны слишком мал, чтобы быть поглощенным. Таким образом, большая часть фотонов видимой длины волны не может быть поглощена, они отражаются. Поскольку фотоны всех видимых длин волн отражаются, серебро не имеет собственного цвета, оно выглядит блестящим, серебристого цвета.
Таким образом, металлы обладают высокой отражательной способностью, потому что:
большая часть фотонов упруго рассеивается, то есть отражается
меньшее количество фотонов неупруго рассеивается, они нагревают металл
очень небольшое количество фотонов поглощается в видимом диапазоне, большинство из них отражается, что придает металлам блестящий цвет
При низкой частоте для веществ с высокой проводимостью коэффициент отражения близок к единице, поэтому практически вся энергия отражается. Вот почему металлы, т. е. хорошие проводники электричества, непрозрачны для света. потери тепла, связанные с индукционным током.
Гилберт