Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
наведенные в молекулах электромагнитной волной.
3. Наведенные моменты рассчитываются квантовомеханически.
Глава XIII РАССЕЯНИЕ СВЕТА
Многочисленные опытные данные свидетельствуют о том, что свет в оптически
однородной среде распространяется прямолинейно. Такой же вывод следует из
принципов Гюйгенса, Ферма и т. д. Наличие же оптической неоднородности в
среде приводит к рассеянию света *.
Оптические неоднородности могут возникать по разным причинам. Например,
твердые частицы, взвешенные в газе (дым), капли жидкости (воды) в
атмосфере (туман), твердые частицы, взвешенные в жидкости (суспензии), и
т. д. приводят к оптически неоднородным средам. Такие оптические
неоднородные среды принято называть мутными средами.
Рассеяние света, как показал опыт, может происходить также при
распространении света через свободные от чужеродных примесей прозрачные
однородные (чистые) среды. Подобное рассеяние - рассеяние света в
однородных средах- называется молекулярным рассеянием света. О причинах
возникновения оптической неоднородности в этом случае речь будет идти в §
2.
Дальнейшие исследования (Мандельштам, Раман) показали, что возможно также
рассеяние, отличное по механизму возникновения и всем другим признакам от
рессеячия света в мутных средах йог молекулярного рассеяния свет, Это
есть так называемое комбинационное рассеяние света.
§ 1. РАССЕЯНИЕ СВЕТА В МУТНЫХ СРЕДАХ
Опыты Тиндаля. Рассеяние света в мутных средах ** было впервые
экспериментально изучено Тиндалем (1869 г.) и поэтому, как правило,
называется явлением Тиндаля.
Пропуская интенсивный пучок белого света вдоль оси стеклянной 1рубы
(длиной около метра, диаметром около 7 см), внутри которой находилось
небольшое количество малых по сравнению с длиной волны видимого света
частиц, Тиндаль произвел наблюдение
* См,- Подробнее см • Мандельштам Л. И. Поли. собр. трудов, т. 1. М , №д
во АН СССР, 1948, Ландсберг Г. С. Иэбр. груды М , Изд-во АН СССР, 1959
его же. Вступительная статья к книге К. Кольра^ша ('Спектры
комбинационного рассеяния". М , ИЛ, 1952.
* * Подробнее см.: Ш и ф р и н К. С. Рассеяние света в мутной среде. М.-
Л.,
Гостехиздат, 1951.
306
рассеянного света под различными углами к направлению падающего света.
Схематично опыт Тиндаля представлен на рис. 13.1.
Тиндаль и ряд его последователей, изучая рассеяние белого света в мутных
средах, где размеры неоднородностей (частиц) малы по сравнению с длиной
волны видимого света (не более 0,2-0, IX), установили следующие
закономерности:
1) рвет, рассеянный под углом к первичному ду.чку~ (в баковом
направлении), обнаруживает сине-голубой оттенок, другими словами,
рассеяние в этом случае происходит преимущественно е коротковолновой
части видимой области спектра;
2) свет, рассеянный под прямым углом к первичному пучку естественного
света, полностью (если рассеивающие частицы изотропные) или почти
полностью линейно-поляризован;
о) индикатриса рассеяния * симметрична относительно направлений
первичного пучка н перпендикулярного ему, т. е.
/ф = /я 2 (1 + С052ф),
(13.1)
где /ф и /я/2 - интенсивности рассеянного света соответственно под углами
ф и л/2. Выражение (13.1) определяет зависимость интенсивности
рассеянного света от угла рассеяния, если падающий первичный пучок света
является естественным (неполя-ризованным).
К теории рассеяния света Рэлея.
Первая теория рассеяния света была разработана Рэлеем в 1889 г. Он,
рассматривая задачу распространения естественного света в сплошной среде
с вкрапленными в нее частицами сферической формы, размеры которых малы по
сравнению с длиной волны света и диэлектрическая проницаемость е отлична
от диэлектрической проницаемости е0 сплошной среды, получил следующее
выражение для интенсивности рассеянного
Ш"
Рис. 13.1
света
/о
9л2еlN\v\ /е -е0\2
e-f-Co
(1 -(- COS2 ф),
(13.1а)
где г - расстояние от рассеивающей частицы до точки наблюдения, - число
частиц в 1 см3, v± - объем одной частицы, ф - угол рассеяния. При выводе
этой формулы Рэлей полагал, что вторичные волны, исходящие от разных
рассеивающих свет частиц, взаимно когерентны, и поэтому при вычислении
интенсивности рассеянного света он суммировал именно амплитуды рассеянных
волн.
* Кривая распределения интенсивности рассеянного света в зависимости от
угла рассеяния (jiaa между направлением распространения первичного пучка
света и направлением наблюдения)
** См.: Волькенштейн М В. Молекулярная оптика, § 28; Ф а б е-л и н с к и
й И. Л. Молекулярное рассеяние света. М., "Наука", 1965, с. 16-17.
307
Легко видеть из формулы (13.1а), что при е = е0 интенсивность рассеянного
света /ф = 0, т. е. рассеяние света не имеет места если диэлектрические
проницаемости частиц и окружающей среды совпадают, другими словами, если
оптическая неоднородность (разность е - е0) отсутствует.
Из формулы (13.1а) вытекают два важных вывода:
1. Интенсивность рассеянного света прямо пропорциональна шестой степени
радиуса частицы.
