Розсіяння світла
Коли світлова хвиля проходить крізь речовину, електрони всередині атомів та молекул здійснюють вимушені коливання з частотою падаючого випромінювання. У цьому випадку вони самі стають вторинними випромінювачами. Розрахунки свідчать про те, що в однорідних середовищах (оптичному склі, чистих, прозорих рідинах та газах) вторинні хвилі внаслідок інтерференції гасять одна одну по всіх напрямках, крім напрямку розповсюдження світла, що проходить крізь речовину. Для повного гасіння необхідна умова однорідності середовища, тому що необхідна не лише когерентність, але й рівність інтенсивностей вторинних хвиль. При наявності неоднорідностей інтенсивність вторинних хвиль в різних місцях та напрямках буде мати різні значення, а тому повного гасіння не відбудеться і спостерігатиметься явище розсіяння світла. Розрізняють два види неоднорідностей: 1. Неоднорідності, що зумовлені присутністю мілких сторонніх частинок (туман, дим, емульсія, суспензія). Такі середовища, які складаються з мілких сторонніх частинок, завислих в однорідному середовищі, звуться мутними. Розсіяння світла в мутному середовищі називається ефектом Тіндаля. 2. Неоднорідності середовища, що приводять до флуктуацій діелектричної проникності чи показника заломлення речовини, звуться оптичними. Розсіяння світла на флуктуаціях показника заломлення, що викликаються флуктуаціями густини, температури, концентрації тощо, називається молекулярним (нагадаємо, що флуктуація – це відхилення певної величини від її середнього значення). Релей встановив, що при розсіянні світла у мутному середовищі на частинках, менших за розміром, ніж 0.2 l, а також при молекулярному розсіянні інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна четвертій степені довжини хвилі (закон Релея): Якщо розміри неоднорідностей значно переважають довжину хвилі випромінювання, то Внаслідок розсіяння світла в усі інші напрямки інтенсивність світла в напрямку розповсюдження зменшується скоріше, ніж у випадку одного лише поглинання (мал. 8.35). Послаблення інтенсивності в цьому випадку описується формулою
де m = к +æ – коефіцієнт послаблення (m ¢ = 0.43 m), к – коефіцієнт розсіяння, æ – коефіцієнт поглинання, що віднесені до одиниці довжини шляху в речовині.
Мал. 8.35. Послаблення світла при проходженні крізь речовину внаслідок розсіяння. Інтенсивність розсіяного світла в різних напрямках (в наближенні Релея) можна визначити за формулою
Слід відзначити, що світло, розсіяне під кутом a = p / 2 до напрямку випромінювання, що проходить крізь речовину, виявляється поляризованим, а за інтенсивністю вдвічі меншим розсіяного під кутами a = 0 і a = p. Методи виміру параметрів (інтенсивності, ступеню поляризації) розсіяного світла з метою одержання інформації щодо концентрації, розмірів частинок і макромолекул в розчинах та характеру міжмолекулярної взаємодії звуться нефелометрією, а самі пристрої – нефелометрами.
|
, (8.20)
(8.21)
