Wie reflektieren Oberflächen bestimmte Farben und absorbieren andere?
Kurze Antwort : Licht wird ständig absorbiert und wieder emittiert. Farben und Reflexionsvermögen hängen alle von den Elektronen im Material ab und davon, was das Material ist. Manchmal werden Photonen in einem Material in Wärme umgewandelt. In anderen Fällen passieren Photonen ein Material oder werden erneut emittiert (es kann also so aussehen, als wären sie gerade "durchgegangen"). Je nachdem, welche Photonen wieder emittiert werden, erhalten Sie unterschiedliche Farben. Es gibt keine Regel, die besagt, dass Elektronen in einen Energiezustand fallen müssen , den sie zuvor eingenommen haben, sodass „seltsame“ Dinge passieren können.
Weitere Details : Atome und die Elektronen in ihnen haben Energieniveaus. Elektronen können Photonen absorbieren und in einen höheren Energiezustand „aufspringen“. Elektronen, die in niedrigere Energiezustände "herunterspringen" können, werden dies schließlich tun. Auch hier gilt das Pauli-Ausschlussprinzip; Wenn ein Elektron bereits einen Zustand einnimmt, können keine Elektronen zu dieser Energie auf- oder abspringen. In Schüttgütern bilden die Elektronenenergieniveaus Energie-"Bänder", die im Grunde ähnlich wie die Energieniveaus in einzelnen Atomen funktionieren, jedoch mit zusätzlichen Komplikationen.
Wenn Licht auf ein Material scheint, kann jedes Atom, das das Licht passiert, entweder das Licht absorbieren (wenn die richtigen Zustände verfügbar sind) oder nicht. Wenn das Licht nicht absorbiert wird, geht es einfach durch das Material, als wäre es nicht da . Wenn das Licht die richtige Energie hat und der potentielle Energiezustand eines Elektrons verfügbar ist, wird es von einem Elektron absorbiert und springt auf ein anderes Energieniveau! Das Elektron kann in einen anderen Energiezustand zurückspringen, oder die Energie aus der Erregung kann in Wärmeenergie umgewandelt werden. Springt das Elektron nach unten, wird das Licht wieder emittiert.
Farben entstehen im Allgemeinen, weil das Licht, das auf ein Material trifft, sich aus vielen verschiedenen Lichtarten zusammensetzt. Bestimmte Lichtwellenlängen werden von einem Material absorbiert. Manchmal ist ein Material eine Farbe, weil es alles außer einer bestimmten Farbe „auffrisst“. In anderen Fällen ist ein Material eine Farbe, weil es eine Wellenlänge absorbiert und Photonen wieder aussendet, manchmal mit einer völlig anderen Wellenlänge!
Reflexionen treten auf, weil einige Materialien Lichtenergie wirklich schlecht in Wärme umwandeln und Materialien Photonen derselben Energie erneut emittieren können. Jedes Mal, wenn ein Lichtstrahl einen Medienwechsel durchläuft, erzeugt er einen reflektierten und einen durchgelassenen Strahl. (In kleinerem Maßstab sind dies nur die Oberflächenatome, die Photonen in einer mehr oder weniger zufälligen Richtung absorbieren und wieder emittieren.) Wenn Sie Materialien so anordnen können, dass das reflektierte Licht intensiver ist als das von der anderen Seite übertragene Licht, Sie werden eine Reflexion sehen!
Licht unterschiedlicher Farbe wird als Welle unterschiedlicher Schwingungsfrequenz verstanden. Materie in Oberflächen hat für jede dieser Frequenzen ein charakteristisches Verhalten, basierend auf ihrer chemischen Zusammensetzung: Elektronen in der Oberfläche schwingen und absorbieren viel Licht, wenn ihre Frequenz um eine der Resonanzfrequenzen der Materie liegt; und die Elektronen schwingen weniger, wenn die Lichtfrequenz weit von ihren Resonanzfrequenzen entfernt ist, und dann übertragen und reflektieren sie mehr, auch abhängig von ihrer Dichte und dem Einfallswinkel der Welle auf der Oberfläche.
Du fragst:
Regen Atome einer Oberfläche an, das Licht zu reflektieren?
aber eigentlich ist es umgekehrt. Reflexion tritt auf, weil das oszillierende elektrische Feld des Lichts oszillierende Dipole in den Elektronen im Substrat erzeugt. Diese schwingenden Dipole strahlen wiederum isotrop Licht ab und das zurückgestrahlte Licht interferiert konstruktiv nur in Transmissions- und Reflexionsrichtung. Beachten Sie, dass bei diesem Vorgang keine Energie verloren geht – die Summe der reflektierten und übertragenen Energien ist gleich der einfallenden Energie.
Das Substrat kann jedoch eine elektronische Erregung aufweisen, die der Wellenlänge des einfallenden Lichts entspricht. In diesem Fall wird Licht absorbiert und regt Elektronen im Substrat auf höhere Energieniveaus an. In einem Feststoff oder einer Flüssigkeit entspannen sich die angeregten Elektronen typischerweise, indem sie Energie auf Gitterschwingungen übertragen, anstatt Licht zurückzustrahlen, und das Endergebnis ist, dass das Licht absorbiert wird und als Wärme endet.
Was also tatsächlich passiert ist:
Atome einer Oberfläche regen an, das Licht zu absorbieren