Как поверхности отражают одни цвета и поглощают другие?
Краткий ответ : свет постоянно поглощается и переизлучается. Цвета и отражательная способность зависят от электронов в материале и от того, что это за материал. Иногда фотоны преобразуются в тепло в материале. В других случаях фотоны проходят через материал или переизлучаются (поэтому может показаться, что они только что «прошли сквозь»). В зависимости от того, какие фотоны переизлучаются, вы получите разные цвета. Не существует правила, согласно которому электроны должны вернуться в то энергетическое состояние, которое они занимали ранее, поэтому могут происходить «странные» вещи.
Подробнее : Атомы и электроны в них имеют энергетические уровни. Электроны могут поглощать фотоны и «перепрыгивать» в более высокое энергетическое состояние. Электроны, которые могут «прыгнуть» в более низкие энергетические состояния, в конечном итоге сделают это. Принцип исключения Паули также важен здесь; если электрон уже занимает состояние, никакие электроны не могут прыгнуть вверх или вниз до этой энергии. В объемных материалах энергетические уровни электронов образуют энергетические «зоны», которые в основном работают аналогично уровням энергии в отдельных атомах, но с дополнительными сложностями.
Когда свет падает на материал, каждый атом, через который проходит свет, может либо поглощать свет (если доступны правильные состояния), либо нет. Если свет не поглощается, он просто проходит сквозь материал, как будто его там и не было . Если свет имеет правильную энергию и потенциальное энергетическое состояние электрона доступно, он поглощается электроном и переходит на другой энергетический уровень! Электрон может перепрыгнуть обратно в другое энергетическое состояние, или энергия возбуждения может превратиться в тепловую энергию. Если электрон прыгает вниз, то свет переизлучается.
Цвета обычно возникают из-за того, что свет, падающий на материал, состоит из множества различных типов света. Определенные длины волн света поглощаются материалом. Иногда материал является цветом, потому что он «поглощает» все, кроме определенного цвета. В других случаях материал является цветом, потому что он поглощает длину волны и переизлучает фотоны, иногда с совершенно другой длиной волны!
Отражения происходят потому, что некоторые материалы очень плохо преобразуют энергию света в тепло, а материалы могут переизлучать фотоны с той же энергией. Каждый раз, когда луч света проходит через изменение среды, он производит отраженный и прошедший лучи. (В меньшем масштабе это просто те поверхностные атомы, которые поглощают и переизлучают фотоны в более или менее случайном направлении.) Если вы можете расположить материалы так, чтобы отраженный свет был более интенсивным, чем свет, проходящий с другой стороны, ты увидишь отражение!
Под светом разного цвета понимается волна разной частоты колебаний. Материя на поверхностях имеет характерное поведение для каждой из этих частот, основанное на ее химическом составе: электроны на поверхности колеблются и поглощают много света, когда его частота находится около одной из резонансных частот материи; и электроны меньше колеблются, если частота света далека от их резонансных частот, и тогда они пропускают и отражают больше, в зависимости также от их плотности и угла падения волны на поверхность.
Ты спрашиваешь:
Возбуждают ли атомы поверхности отражать свет?
а на самом деле все наоборот. Отражение происходит потому, что колеблющееся электрическое поле света создает колеблющиеся диполи в электронах в подложке. Эти колеблющиеся диполи, в свою очередь, изотропно излучают свет, а переизлученный свет конструктивно интерферирует только в направлениях прохождения и отражения. Обратите внимание, что в этом процессе энергия не теряется - сумма отраженной и переданной энергий равна падающей энергии.
Однако подложка может иметь электронное возбуждение, соответствующее длине волны падающего света. В этом случае свет будет поглощаться и возбуждать электроны в подложке на более высокие энергетические уровни. В твердом теле или жидкости возбужденные электроны обычно релаксируют, передавая энергию колебаниям решетки, а не переизлучая свет, и конечным результатом является то, что свет поглощается и превращается в тепло.
Итак, что происходит на самом деле:
Атомы поверхности возбуждаются, чтобы поглотить свет