ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Прохождение света через оптически неоднородную среду из "Оптика " Наконец, следует считаться с тем обстоятельством, что светящиеся атомы могут оказаться под действием магнитных и электрических полей окружающих атомов, вызывающих изменение излучаемой частоты вследствие эффекта Зеемана и эффекта Штарка. Так как изменение частоты различных атомов различно, то эта причина также ведет к различному уширению спектральных линий. Действие ее (особенно эффекта Штарка) может быть весьма заметным при наличии сильной ионизации и, следовательно, сильных электрических полей. По-видимому, при свечении в разряде электрической искры действие этого фактора очень значительно и вызывает сильное уширение (десятые ангстрема и больше) некоторых линий. [c.575] Как уже упоминалось в 157, вторичные волны, вызываемые вынужденными колебаниями электронов, рассеивают в стороны часть энергии, приносимой световой волной. Другими словами, распространение света в веществе должно сопровождаться рассеянием света. Достаточным условием для возникновения такого явления служило бы, по-видимому, наличие электронов, способных колебаться под действием переменного поля световой волны, а такие электроны есть в достаточном количестве во всякой материальной среде. Однако нужно помнить, что эти вторичные волны когерентны между собой и, следовательно, при расчете интенсивности света, рассеянного в стороны, надо принять во внимание их взаимную интерференцию. [c.575] Если среда вполне однородная, взаимное гашение будет иметь место для вторичных волн, испускаемых любой парой равновеликих объемов, расположенных на волновом фронте и отстоящих друг от друга на расстояние I. Этим доказывается сделанное утверждение, что в однородной среде свет будет распространяться только в первоначальном направлении и рассеяние света будет отсутствовать. Полное гашение вторичных волн происходит для любого угла 9, кроме 0 = 0, ибо в этом направлении распространения падающей волны все вторичные волны складываются синфазно и образуют проходящую волну. [c.576] Таким образом, однородность среды и когерентность вторичных волн—-условия, необходимые и достаточные для того, чтобы рассеянный свет не мог возникнуть. В действительности же идеально однородных сред не существует. В реальных средах оптические неоднородности различного происхождения всегда имеются, и это означает, что рассеянный свет всегда есть — очень интенсивный в одних случаях и предельно слабый в других. [c.576] Приведенные выше рассуждения об интерференции вторичных волн аналогичны использованным во френелевой теории прямолинейного распространения света. Если френелевы вторичные волны испускаются фиктивными источниками, то при рассеянии излучатели реальны и представляют собой атомы и молекулы среды. Однако для однородности среды нужно, чтобы в малых, но равных объемах содержалось одинаковое число излучателей одного сорта. Но такую застывшую картину реально осуществить нельзя, и поэтому всегда возникают нарушения однородности разной природы. [c.576] Если неодаородности среды грубые, т. е. близкие между собой малые участки среды, равные по объему, являются источниками вторичных волн заметно различной интенсивности, то и рассеяние света проявляется очень отчетливо. При слабых нарушениях однородности свет, рассеянный в стороны, составляет лишь очень малую долю первичного пучка, и наблюдение его может потребовать специальных условий. Опыт показывает, что для явления рассеяния света существенно именно нарушение однородности среды а не сама способность среды давать вторичные волны. [c.577] Пусть пучок почти параллельных лучей от источника проходит через кювету с водой. Если вода очень тщательно очищена, то пучок почти не виден при наблюдении сбоку, т. е. в стороны от первоначального пучка свет Практически не рассеивается но если капнуть в кювету каплю одеколона, то возникает интенсивное рассеяние пучок света явственно виден со всех сторон, и если толщина кюветы достаточна, то практически весь свет рассеивается в стороны и за кюветой мы уже не будем иметь ясно очерченного первичного пучка, а лишь диффузное поле рассеянного света. Конечно, введение капли одеколона не изменяет существенным образом свойств громадной массы молекул воды, находящейся в кювете, но содержащиеся в одеколоне в растворенном видё вещества выпадают в водном растворе, образуя эмульсию — мелкие капельки, взвешенные в воде. Наличие таких неоднородностей создает совсем иные условия для взаимной интерференции вторичных волн. В результате первичный пучок дифрагирует на этих неоднородностях и дает картину рассеяния, характерную для мутной среды. [c.577] Вернемся еще раз к вопросу об оптической однородности среды, нарушение которой, как мы видели, является физической причиной явления рассеяния света. Как сказано, в случае оптически однородной среды близкие между собой малые участки ее, равные по объему, становятся под действием световой волны источниками вторичных излучений одинаковой интенсивности. Это означает, что соответствующие участки приобретают под действием переменного поля световой волны равные между собой электрические моменты, изменением которых со временем и вызывается вторичное излучение. Условие оптической однородности означает, что показатель преломления для разных участков нашей среды имеет одинаковое значение. Отсюда следует, что при постоянстве показателя преломления во всем объеме среды нельзя ждать явлений рассеяния света. [c.577] Таким образом, постоянство показателя преломления означает, что для равных объемов (не очень малых по линейным размерам сравнительно с длиной волны) произведение Na в разных местах среды одинаково. Это означает, что если оптически однородная среда построена из совершенно одинаковых молекул (а постоянно), то постоянным должно быть и М, т. е. плотность среды повсюду постоянна если же среда состоит из разных молекул или групп, то постоянство показателя преломления может быть обеспечено соответствующим подбором N н а. Например, подобранная соответствующим образом смесь бензола и сероуглерода с погруженными в нее кусочками стекла может представлять однородную среду граница раздела между стеклом и жидкостью перестает быть заметной. [c.578] Тиндаль первый наблюдал в лабораторных условиях рассеяние света на частицах, малых по сравнению с длиной волны видимого света (1869 г.). Он обратил внимание на то, что рассеянный под различными углами свет отличается от первоначального белого цвета синим оттенком, а свет, рассеянный под углом л/2 относительно направления падающего света, полностью или почти полностью линейно-поляризован. [c.579] Тиндаль высказал предположение, что голубой цвет неба, возможно, объясняется рассеянием солнечного света на пылинках, взвешенных в атмосфере Земли. [c.579] Изучение рассеяния в мутных средах, где размеры частиц малы по сравнению с длиной волны, привело к установлению некоторых общих закономерностей, экспериментально открытых Тиндалем и рядом позднейших исследователей и теоретически объясненных Рэлеем. Представление об этих закономерностях можно получить на следующем простом опыте. [c.580] Пучок интенсивного света направляется на прямоугольную кювету, наполненную водой, которую сделали мутной, прибавив к ней несколько капель молока. След светового пучка будет ясно виден в воде. [c.580] При наблюдении сбоку (в направлении А, рис. 29.2) рассеянный свет имеет более голубой оттенок, чем свет источника 5 наоборот, свет, прошедший сквозь кювету (в направлении В), обогащен длинноволновым излучением и при достаточной толщине кюветы имеет красноватый оттенок. [c.580] Пространственная индикатриса получается вращением кривой (см. рис. 29.3) относительно оси ВВ. [c.581] Здесь N — число частиц в рассеивающем объеме, V и е — объем и диэлектрическая проницаемость частицы, — диэлектрическая проницаемость среды, в которой взвешены частицы, 8 — угол рассеяния, — интенсивность падающего света, L —расстояние от рассеивающего объема до точки наблюдения. [c.581] Формула Рэлея (159.3) описывает перечисленные закономерности. Интенсивность рассеянного света оказывается обратно пропорциональной четвертой степени длины волны, что находится в соответствии с измерениями и может объяснить голубой цвет неба. Закон / 1Д носит название закона Рэлея. Однако, как будет показано ниже, голубой цвет неба на связан с наличием пыли в атмосфере. [c.581] Из формулы (159.3) следует также, что интенсивность рассеянного света пропорциональна квадрату объема рассеивающей частицы или шестой степени радиуса сферической частицы. [c.581] Выше уже приводился пример, когда кусок стекла, погруженный в жидкость с подходящим показателем преломления, практически переставал быть видимым. [c.581] Обсужденные закономерности рассеяния света перестают быть справедливыми, если размеры рассеивающих частиц становятся сравнимыми с длиной волны, что нередко наблюдается в коллоидных растворах. [c.581] Вернуться к основной статье