Рассеяние света
Рассмотрим этот вопрос только качественно и кратко.
Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества.
Рассеяние света наблюдается в оптически неоднородных средах. Оптические неоднородности могут возникать по разным причинам. Например, твёрдые тела в газе (дым). Капли жидкости (воды) в воздухе (туман). Твёрдые тела в жидкости (суспензии). Такие оптически неоднородные среды принято называть мутными средами.
В 1869 году английский физик Джон Тиндаль (1620 – 1893) впервые экспериментально изучил этот вид рассеяния. В мутных средах, где размеры частиц не более (0,2 0,1) были установлены следующие закономерности.
1) Белый свет, рассеянный под углом к первоначальному пучку (в боковом направлении) обнаруживает сине-голубоватый оттенок, т.е. рассеяние происходит преимущественно в коротковолновой части спектра.
2) Свет, рассеянный под прямым углом к первоначальному пучку, полностью (если рассеивающие частицы изотропны) или почти полностью линейно поляризован.
3)
I и I/2 – интенсивности рассеянного света соответственно под углами и /2. Это выражение определяет зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния, если падающий луч света является естественным (неполяризованным).
Теория этого вида рассеяния была разработана английским физиком Д.У. Рэлеем (1842 – 1919) в 1889 году. Он получил выражение для рассеяния на сферических частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны света.
r – расстояние от рассеивающей частицы до точки наблюдения;
N1 – число частиц в 1 см3; V1 – объём одной частицы; - угол рассеяния;
и ' – относительные диэлектрические проницаемости частиц и среды;
– длина волны.
Таким образом, интенсивность рассеянного света оказывается пропорциональной четвёртой степени частоты или обратно пропорциональной четвёртой степени длины волны.
Эта зависимость носит название закона Рэлея и выполняется для любой мутной среды.
Как показал опыт, рассеяние света может происходить и в свободных от чужеродных примесей прозрачных (чистых) средах. Подобное рассеяние света в однородных средах называется молекулярным рассеиванием.
Как показали исследования, этот вид рассеяния обусловлен флуктуациями плотности среды. Идея о флуктуациях плотности среды и её влияние на рассеяние света лежит в основе статистической теории рассеяния света. Так как отклонения от среднего распределения плотности могут осуществляться в малых объёмах, то именно они будут являться источниками рассеянного света.
В твёрдых телах основная причина рассеяния света связана с наличием посторонних включений (примесей, дефектов кристаллической структуры). Влияние молекулярного рассеяния не существенно.
С
уществует
ещё один вид рассеяния света. Это
комбинационное (или рамановское)
рассеяние света. Оно было открыто в 1928
году советскими физиками Л.И. Мандельштамом
(1879 – 1944) и Г.С. Ландсбергом (1890 – 1957) и
индийским физиком Ч.В. Раманом (1888 –
1970). При молекулярном рассеянии света
в среде, содержащей многоатомные
молекулы, в спектре рассеянного света
наблюдаются добавочные линии (сателлиты).
Они сопровождают каждую из спектральных
линий и их частоты отстоят от центральной
частоты рассеянного излучения на
величины характерные для данной молекулы.
Происхождение сателлитов связано с
модуляцией рассеянного света
низкочастотными колебаниями атомов в
молекулах, образующих рассеивающие
среды. С помощью комбинационного
рассеяния света изучают строение
молекул.