§ Рэлеевское рассеяние

К олеблющиеся заряды излучают электромагнитное поле. Распределение света в среде можно представить в виде интерференции первичных и вторичных электромагнитных волн, возникающих в результате колебания заряда под действием внешнего электромагнитного поля.

Согласно принципу Гюйгенса-Френеля оптически идеальная среда не рассеивает и не поглощает свет. Рассмотри электрон в веществе:

М ожно показать, что видеальной однородной среде лучи типа 1 и 2 бдут гаситься, поскольку на каждый такой луч найдется луч в противофазе с раностью в . Лучи типа 3 сонаправлены => имеют всегда одинаковую фазу, т.е. интерференционно усиливаются, а значит вся энергия распространяется в напрвлении 3.

Рассуждения Френеля показали, что нарушение однородности ведет к явлению дифракции, возникающей на неоднородностяхпространства. Если неоднородности невелики (малы по сравнению с λ), то дифракционная картина будет характеризоваться довольно равномерным распределением интенсивности света по всем направлениям. Такую дифракцию называют диффузной или рассеянным светом. Примером того, что причины рассеяния именно неоднородности, может служить смеси вода-одеколон и вода-молоко. Стоит помнить, что рассеяние вызывает именно оптически неоднородная среда.

exp. Стеклянная крошка в смеси бензола и сероуглерода становится прозрачной.

1869 г. Кендаль провёл первые эксперименты по наблюдению рассеянного света в лабороторных условиях. Среда Кендаля – среда с малыми неоднородностями (d≪λ). Среды же с ярко выраженными неодородностями называются мутными средами (эмульсии, аэрозоли, взвеси).

Рассеяние зависит от λ излучения и размеров частиц. Закон рассеяния света для среды Кендаля был получен Рэлеем в 1880.

,

N – число рассеивающихся частиц в единице объёма, V’ – объём неоднородностей, L – расстояние от рассеивающего объёма до наблюдения, 𝞮 – диэлектрическая проницаемость неоднородности, – мера неоднородности среды.

1 . интенсивность рассеянного света => c увеличением частоты интенсивность рассеянного света возрастает. Данная закономерность совпадаетс рассуждением для колебаний элементарного диполя.

.

+ r - Именно данный факт обуславливает голубой цвет неба и красный цвет зари.

2.

индикатриса рассеяния

3. Опыт показывает, что рассеянный свет будет поляризован даже в том случае, если падающий свет не был поляризован.

Более тонкие наблюдения показывают, что поляризация рассеянного света не бывает полной. Свет всегда частично деполяризован. За меру деполяризации света испльзуют величину .

exp. Меры поляризации газов: водород – 1%; азот – 4%; пары – 14%, жидкостей: бензол – 44%, жидкий – 65 %.

Рэлей указал, что данное явление может быть связано с оптической анизотропией рассеивания. Если среда будет отлична от среды Кендаля, то закон её рассеяния отличен от закона Рэлея. Особым случаем является, когда среда – жидкость, тщательно очищенная от примесей или загрязнений. По идее такая среда не должна рассеивать, но слабо рассеяние тем не менее наблюдается. Объяснение молекулярного рассеяния дал Смолоховский. Он указал не то, что главную роль в этом случае играют флуктуации плотности/концентрации. Наиболее ярко данное явление наблюдается при прохождении излучения через вещество, находящееся при критической температуре. Целенаправленное наблюдение критической

аполисценции было произведено в 1808 году. Основываясь на его идеях, Эйнштейн создал теорию молекулярного рассеяния света:

– флуктуации плотности.

– флуктуации концентрации,

– коэффициент изотермической сжимаемости, С – концентрация, М – молярный вес.