Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
6°. Рассеяние наблюдается также в оптически чистых средах, т. е. в средах, не содержащих каких-либо инородных частиц (например, в чистых газах и жидкостях). Это явление называют молекулярным рассеянием света. Оно обусловлено флуктуациями плотности, возникающими в процессе хаотического теплового движения молекул. Дополнительными причинами возникновения оптической неоднородности в чистых средах с электрически анизотропными молекулами явля-
г- Направление первичного пучка
Направление
наблюдения
Рис. V.8.4
714
V.8. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
ются флуктуации ориентаций молекул (флуктуации анизотропии), а в истинных растворах, кроме того, — флуктуации концентрации.
Флуктуации плотности в газе особенно велики в критической точке. Наблюдаемое при этом сильное молекулярное рассеяние называют критической опалесценцией.
7°. Согласно статистической теории флуктуаций размеры участков среды, соответствующих сколько-нибудь значительным флуктуациям плотности (а следовательно и показателя преломления), при обычных условиях значительно меньше длин волн видимого света. Поэтому зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны X и угла рассеяния 0 для молекулярного рассеяния такая же, как и для рэлеевского рассеяния в мелкодисперсных мутных средах. Для молекулярного рассеяния естественного света, рассеянного под углом 0 объемом Vсреды, молекулы которой электрически изотропны, справедлива формула Эйнштейна:
где k — постоянная Больцмана, T — температура, (5 и р — термодинамический коэффициент сжимаемости и плотность среды, п — показатель преломления среды для длины волны X, R — расстояние от рассматриваемого объема до точки наблюдения рассеянного света. В частности, для молекулярного рассеяния естественного света в идеальном газе
где п — показатель преломления газа, N0 — концентрация молекул газа. Сильным рассеянием коротких световых волн в атмосфере объясняется голубой цвет неба, а также голубоватая окраска света, рассеиваемого газом, освещенным белым светом.
Рассеяние света на флуктуациях анизотропии значительно слабее рассеяния на флуктуациях плотности.
8°. При молекулярном рассеянии естественного света происходит его частичная поляризация. При угле рассеяния 0 = л/2 в случае электрически изотропных неполярных молекул рассеянный свет полностью ПОЛЯ-
V.9.1 ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
715
ризован, как и в п. 4°. В случае анизотропных молекул рассеянный свет при том же угле рассеяния поляризован лишь частично.
9°. В результате рассеяния света в оптически неоднородной среде интенсивность плоской световой волны постепенно уменьшается по мере распространения волны в среде. Эта зависимость аналогична закону Бугера—Ламберта
I = I0^pd,
где d — толщина слоя рассеивающей среды, ар — коэффициент экстинкции. Если рассеивающая среда, кроме того, поглощает свет, то
I = I0 ехр [-(a + p)d],
где а — показатель поглощения, а ц = а + р — натуральный показатель ослабления света.
Глава 9 ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
1. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
1°. Все тела в той или иной степени излучают электромагнитные волны. Например, сильно нагретые (раскаленные) тела светятся, а при обычной температуре испускают только невидимое инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет внутренней энергии излучающего тела, называют тепловым излучением. Оно зависит только от температуры и оптических свойств этого тела.
Теплообменом излучения (радиационным теплообменом) называют самопроизвольный процесс передачи энергии от более нагретого тела к менее нагретому, осуществляющийся путем испускания и поглощения этими телами электромагнитных волн.
Тепловое излучение — единственное, способное находиться в термодинамическом равновесии с веществом. Такое равновесное излучение устанавливается в адиабатически изолированной системе, все тела которой находятся при одной и той же температуре. При равно-
716
V.9. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
весии расход энергии каждым из тел системы на тепловое излучение покрывается за счет поглощения этим телом такого же количества энергии падающего на него излучения. Поэтому справедливо правило Прево-, если два тела при одной и той же температуре поглощают за единицу времени разные количества энергии, то их тепловое излучение при этой температуре должно быть различным.
2°. Характеристиками распределения энергии теплового излучения тела по его спектру, т. е. по частотам
и по длинам волн в вакууме X = - , служат физические
величины Ev т и Ey у, называемые спектральными плотностями энергетической светимости тела, или излучателъными (лучеиспускательными) способностями тела. Они равны:
ri _ dW тр _ AW _ с г,
Ь'-Г d7 и Ьх-Т d7 JSbW
где AW — энергия теплового излучения с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале частот от V до V + dv (соответственно, в интервале длин волн в вакууме от X до X + dX). Излучательная способность тела зависит v (X), температуры тела, его материала и состояния поверхности.
3°. Поглощательной способностью или монохроматическим коэффициентом поглощения тела называют величину Av Т, показывающую, какая доля энергии dWnafl, доставляемой за единицу времени на единицу площади, поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частотами от v до v + dv, поглощается телом:
