3.5. Рассеяние света. Закон Рэлея

Пылинки, взвешенные в воздухе, частиц сажи, капельки воды, нефти и нефтепродуктов, флуктуации плотности воздуха характеризуются показателем преломления n, отличным от показателя преломления воздуха. Это обстоятельство обуславливает рассеяние света на перечисленных микронеоднородностях. Если средний размер неоднородностей r мал по сравнению с длиной волны света , т.е. R/ <<1, то такого типа рассеивание называют Рэлеевским.

Рэлеем было установлено, что интенсивность рассеянного света _рас обратно пропорциональна 4^ой степени длины волны :

- закон Рэлея.

Простое объяснение этого закона сводится к следующему. Пусть световая волна имеет частоту . Электроны в атомах совершают колебания с ускорением х₀ . Амплитуда напряженности электрического поля в рассеянной электромагнитной волне пропорциональна колебательному ускорению, т.е. , а интенсивность рассеянного света в свою очередь пропорциональна квадрату напряженности; поэтому

Из закона Рэлея следует, что в атмосфере лучше рассеиваются короткие волны света (синий, фиолетовый цвет). Поэтому в ясную погоду небо окрашено в голубой цвет. Наоборот, восход и закат Солнца отличаются красной окраской небосклона, т.к. прошедший через толщу воздуха солнечный свет содержит преимущественно длинноволновую компоненту видимого диапазона длин волн.

3.6 Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта

Поглощение света (излучения) в веществе связано с превращением энергии электромагнитных волн (или иного излучения) в другие виды энергии, в частности, - во внутреннюю энергию среды. Пусть в плоскости х=0 интенсивность плоской электромагнитной волны J₀. В результате поглощения в слое вещества толщиной dх (см. рис.3.8) произойдет приращение интенсивности излучения на величину: ,

откуда:

- закон Бугера - Ламберта,

 - коэффициент поглощения.

К оэффициент поглощения  не зависит от интенсивности света, а зависит от длины волны λ (или частоты ω) и для различных веществ различен.

Например, для металлов α ≈ 10³ 10⁵ см^-1 – это большие значения, поэтому металлы непрозрачны для света. В металлах из-за наличия у них свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нём поглощение света.

У веществ, в которых атомы расположены на значительных расстояниях друг от друга (одноатомные газы, пары металлов) α близок к нулю и лишь для узких спектральных областей (≈10^-12 – 10^-11м) наблюдаются резкие максимумы поглощения. Это линейчатый спектр поглощения. Эти линии соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах. Спектр поглощения молекул, определяемый колебаниями атомов в молекулах, характеризуется полосами поглощения (≈10^-10 – 10^-7м).

Для диэлектриков характерен небольшой коэффициент поглощения (α ≈10^-3 – 10^-5м). В диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика. В определённых интервалах длин волн α резко возрастает. Наблюдаются сравнительно широкие полосы поглощения, т.е диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения.