§ 67. Рассеяние света

Рассеяние света — это изменение пространственного распределения света при его взаимодействии с веществом. Проходящий через вещество свет возбуждает колебания электронов, которые становятся источниками вторичных волн, распространяющихся по всем направлениям. Вторичные волны когерентны. Если вещество однородное, то в результате сложения эти волны гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления первичной световой волны. Рассеяния света не происходит. Если вещество имеет очень мелкие неоднородности (сравнимые с длиной световой волны), то вторичные волны дифрагируют на них и дают интерференционную картину с равным распределением интенсивности по всем направлениям. Происходит рассеяние света. Такие среды с оптической неоднородностью называют мутными средами. К ним относятся дымы, туманы, суспензии, эмульсии, матовые стекла.

Если размер неоднородностей меньше длины световой волны (< 0,1 λ), то интенсивность рассеянного света

(67.1)

— интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (закон Рэлея). Такие неоднородности возникают даже в жидкостях и газах, тщательно очищенных от примесей и загрязнений. Причиной их возникновения являются флуктуации плотности (т. е. наблюдаемые в пределах малых объемов отклонения плотности от ее среднего значения). Эти флуктуации вызваны беспорядочным движением молекул вещества. Поэтому обусловленное ими рассеяние света называют молекулярным.

Молекулярным рассеянием объясняется голубой цвет неба. Согласно закону Рэлея (67.1), высокочастотную (голубую) составляющую спектра лучей Солнца атмосфера рассеивает гораздо сильнее, чем низкочастотную (красную).

§ 68. Поляризация света

Явление поляризации света заключается в упорядочивании направлений колебаний вектора световой волны при взаимодействии света с веществом.

В неполяризованном или естественном свете направление колебаний вектора непрерывно хаотически меняется (оставаясь перпендикулярным лучу, т. е. линии, вдоль которой распространяется энергия) (рис. 68.1).

Рис. 68.1

В поляризованном свете колебания вектора происходят только в одной плоскости, проходящей через луч.

Обозначение поляризованного света:

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Поляризатор свободно пропускает колебания вектора , параллельные определенной плоскости, называемой плоскостью поляризатора (рис. 68.2). Колебания вектора , перпендикулярные плоскости поляризации, поляризатор не пропускает.

Рис. 68.2

§ 69. Закон Малюса

Рассмотрим прохождение света через систему двух поляризаторов, последовательно расположенных на одной оси. Назовем один из них собственно поляризатором, а другой — анализатором (рис. 69.1).

Рис. 69.1

Обозначим через φ угол между плоскостями поляризаторов. Тогда интенсивность I вышедшего из анализатора поляризованного света

(69.1)

где I₀ — интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор. Соотношение (69.1) носит название закона Малюса.

Из соотношения (69.1) видно, что при при (установка на гашение).

Назовем плоскостью поляризации плоскость, проходящую через луч, и плоскость, в которой колеблется вектор (рис. 69.2). Тогда в соотношении (69.1) φ является углом между плоскостью поляризации и плоскостью поляризатора.

Рис. 69.2