Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
электрического вектора падающего света, то во втором случае оно имеет
существенное значение. В зависимости от ориентации молекулы по отношению
к возбуждающему полю направление индуцированного колеблющегося диполя
может совпадать с направлением электрического поля света (возбуждающего
поля). В качестве примера рассмотрим предельный случай ¦- полную
анизотропию, т. е. модели так называемой "жесткой палочки" где
поляризуемость во всех направлениях, кроме одного, совпадающего с осью
"палочки", равна нулю (ах = а, а2 = а3 = 0).
Пусть на такую молекулу, поляризуемость которой отлична от нуля, только
вдоль АВ (рис. 13.5) падает линейно-поляризованный свет, причем так, что
электрический вектор падающего света, колеблющийся вдоль оси Z,
составляет некоторый угол ф с осью молекулы АВ. Положим, что АВ
расположена в плоскости XZ. Из-за полной анизотропии молекулы возбуждение
диполя под действием светового поля возможно только вдоль АВ, другими
словами, вынужденное колебание будет вызываться вектором Ег -
составляющей вектора Е вдоль АВ. Ввиду того что ?х составляет отличный от
90° угол с направлениями ОХ и OZ, вдоль оси (под углом 90° к
первоначальному направлению падения света) распространяются световые
волны с колебаниями электрического вектора как вдоль оси Z, так и вдоль
оси X, т. е. происходит деполяризация рассеянного под углом 90° света.
Линейная поляризация рассеянного света имела бы место, если бы рассеянный
свет был обусловлен только колебанием электрического вектора вдоль оси Z,
т. е. Elz Ф 0, Е1Х = 0. Поэтому в качестве количественной характеристики
степени деполяризации удобно пользоваться отношением интенсивности
рассеянного света Iх с колебанием электрического вектора вдоль оси X к
интенсивности рассеянного света Iz с колебанием электрического вектора
316
вдоль оси Z:
Р -¦ 1х!Iг>
(13.10)
где р ¦- коэффициент деполяризации.
Действительно, для системы, состоящей из изотропных молекул, 1Х = 0 и р =
0, т. е. деполяризация отсутствует; для системы, состоящей из
анизотропных молекул, IХФ 0 и р Ф 0, т. е. всегда имеет место
деполяризация рассеянного света.
Поскольку реальная анизотропная молекула характеризуется тремя главными
значениями поляризуемости аъ а2 и а3, то в общем случае степень
деполяризации рассеянного света должна зависеть от этих трех величин, т.
е. р = f(alt а2, а3). Соответствующие теоретические расчеты показывают *,
что
" _ 6Ь2 /ю 1 п
Р-45а2+763' Но-и;
если падающий свет является естественным. Здесь Ь - У 1/2-[(а1 - - а2)2 +
(а2 - а3)2 + (а3 - ах)2] - так называемая оптическая анизотропия молекулы
(она равна нулю для изотропной молекулы, где ау = а2 аъ, а- средняя
поляризуемость, определяемая формулой
а = (а1 + а2 + йз)/3. (13.12)
Легко видеть из формулы (13.11), что для среды, состоящей из изотропных
(ах = а2 = а3) молекул, р = 0, а для среды, состоящей из анизотропных (ах
- а, а2 = а3 = 0) молекул, р = 1/2. Изучение рассеяния света в газе, в
частности исследование деполяризации рассеянного света, позволяет изучить
строение молекул газа, т. е. определить величину главных поляризуемостей
аъ а2 и а3. Поскольку из одного уравнения (13.11) одновременно нельзя
определить три неизвестные аъ а2 и а3, то приходится прибегнуть к
дополнительным двум уравнениям, тоже содержащим аъ а2 и а3. В качестве
одного из них можно пользоваться выражением показателя преломления
п= 1 +2nN-fi = 1 +2лЛ^ (а1-{-а2-\-а3)13. (13.13)
Соответствующие теоретические расчеты показывают **, что постоянная Керра
является функцией величин аъ а2, а3.
В частности, если молекула не имеет постоянного дипольного момента, то
В ~ [(ах - а2)2 + (а2 - а3)2 + (а3 - ах)2]. (13.14)
Итак, используя выражения (13.11), (13.13) и (13.14), можно на основе
измерений показателя преломления, постоянной Керра и коэффициента
деполяризации рассчитать все три главные поляризуемости молекул газа и
пара.
* См.: Фабелинский И. Л. Молекулярное рассеяние света, § 4 гл. I (более
подробное изложение деполяризации рассеянного света газом дано в
цитированном параграфе).
** См.: фабелинский И. Л. Молекулярное рассеяние света, § 4 гл. I.
317
§ 5. РАССЕЯНИЕ СВЕТА В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ
Указание Смолуховского на наличие флуктуаций, приводящих к оптическим
неоднородностям вблизи критической точки, не ограничивается одним только
объяснением критической опалесценции. Оно показывает, где надо искать
причину нарушения оптической однородности среды, приводящую к рассеянию
света * вообще. Дело в том, что хотя однородное распределение молекул
удовлетворяет второму началу термодинамики (такое распределение
соответствует максимуму энтропии системы), в системе всегда возможны
отклонения от наиболее вероятного (среднего), соответствующего максимуму
энтропии распределения.
Поскольку отклонения от среднего распределения могут осуществляться в
малых объемах, то именно они будут являться источниками рассеянного
света.
Работа Смолуховского позволила объяснить рассеяние света в чистых
