6.5.3. Розсіяння світла

Коли світлова хвиля проходить крізь речовину, електро­ни всередині атомів та молекул здійснюють вимушені коливання з частотою падаючого випромінювання. У цьому випадку вони самі стають вторинними випромінювачами. Розрахунки свідчать про те, що в однорідних середовищах (оптичному склі, чистих, прозорих рідинах та газах) вторин-

ні хвилі внаслідок інтерференції гасять одна одну по всіх напрямках, крім напрямку поширення світла, що проходить крізь речовину. Для повного гасіння необхідна умова однорідності середовища, тому що необхідна не лише когерентність, а й рівність інтенсивностей вторинних хвиль. При наявності неоднорідностей інтенсивність вторинних хвиль в різних місцях та напрямках буде мати різні значення, а тому повного гасіння не відбудеться і спостері­гатиметься явище розсіяння світла.

Розрізняють два види неоднорідностей:

1. Неоднорідності, що зумовлені присутністю мілких сторонніх частинок (туман, дим, емульсія, суспензія). Такі середовища, які складаються з мілких сторонніх частинок, завислих в однорідному середовищі, називаються мутни­ми. Розсіяння світла в мутному середовищі називається ефектом Тіндаля.

2. Неоднорідності середовища, що спонукають до флук­туацій діелектричної проникності чи показника заломлення речовини, називаються оптичними. Розсіяння світла на флуктуаціях показника заломлення, що викликаються флуктуаціями густини, температури, концентрації тощо, називається молекулярним (нагадаємо, що флуктуація - це відхилення певної величини від її середнього значення).

Релей встановив, що під час розсіяння світла у мутному середовищі на частинках, менших за розміром, ніж а також при молекулярному розсіянніінтенсивність розсі­яного світла обернено пропорційна четвертій степені довжини хвилі (закон Релея):

Якщо розміри неоднорідностей значно переважають довжину хвилі випромінювання, то

Внаслідок розсіяння світла в усі інші напрямки інтен­сивність світла в напрямку поширення зменшується скоріше, ніж у разі одного лише поглинання (рис. 6.35). Послаблення інтенсивності в цьому випадку описується такими формулами:

(6.20)

де - коефіцієнт послаблення- коефіцієнт розсіяння;- коефіцієнт поглинання, що віднесені до одиниці довжини шляху в речовині.

Рис. 6.35. Послаблення світла при проходженні крізь речовину внаслідок розсіяння.

Інтенсивність розсіяного світла в різних напрямках (в наближенні Релея) можна визначити за формулою

(6.21)

Слід відзначити, що світло, розсіяне під кутом до напрямку випромінювання, що проходить крізь речови­ну, виявляється поляризованим, а за інтенсивністю вдвічі меншим розсіяного під кутамиМетоди виміру параметрів (інтенсивності, ступеню поляризації) розсіяного світла з метою одержання інформації щодо концентрації, розмірів частинок і макромолекул в розчинах та характеру міжмолекулярної взаємодії називаються нефелометрією, а самі пристрої - нефелометрами.