ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Молекулярное рассеяние света из "Оптика " Казалось, что голубой цвет неба можно объяснить явлением рассеяния света на пылинках, однако опыты показали, что это не так, ибо и в чистой атмосфере, лишенной пыли (высокогорные обсерватории), наблюдается еще более насыщенная голубизна неба и поляризация его света. Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования показали, что все эти эффекты объясняются молекулярным рассеянием света в воздухе. [c.582] Особенный интерес представляют те случаи, когда мы не можем говорить о мутной среде в упомянутом выше смысле слова, т. е. когда среда представляет собой жидкость (или газ), тщательно освобожденную от посторонних примесей или загрязнений. [c.582] В таких средах наблюдается рассеяние света и, следовательно, существует физическая причина, ведущая к возникновению оптической неоднородности (Л. И. Мандельштам, 1907 г.). Физическая причина, вызывающая появление оптической неоднородности в идеально чистых средах, была найдена не сразу. [c.582] Смолуховский объяснил явление критической опалесценции, дав тем самым указание, где надо искать причину нарушения однородности среды, приводящего к рассеянию света вообще. [c.583] Другой легко осуществимый случай молекулярного рассеяния света наблюдается при исследовании некоторых растворов. В растворах мы имеем дело со смесью двух (или более) сортов молекул, которые характеризуются своими значениями поляризуемости а. В обычных условиях распределение одного вещества в другом происходит настолько равномерно, что и растворы представляют, собой среду, в оптическом отношении не менее однородную, чем обычные жидкости. Мы можем сказать, что концентрация растворенного вещества во всем объеме одинакова и отступления от среднего флуктуации концентрации) крайне малы. Однако известны многочисленные комбинации веществ, которые при обычной температуре лишь частично растворяются друг в друге, но при повышении температуры становятся способными смешиваться друг с другом в любых соотношениях. Температура, выше которой наблюдается такое смешивание, называется критической температурой смешения. При этой температуре две жидкости полностью смешиваются, если их весовые соотношения подобраны вполне определенным образом. Так, например, сероуглерод и метиловый спирт при 40 °С дают вполне однородную смесь, если взято 20 частей по весу сероуглерода и 80 частей метилового спирта. При более низкой температуре растворение происходит лишь частично, и мы имеем две ясно различимые жидкости раствор сероуглерода в спирте и раствор спирта в сероуглероде. При температурах выше 40 °С можно получить однородную смесь при любом весовом соотношении компонент. С интересующей нас точкй зрения критическая температура смещения характеризует такое состояние смеси, при котором особенно легко осуществляется местное отступление от равномерного распределения. Следовательно, при критической температуре смешения следует ожидать значительных флуктуаций концентрации и связанных с ними нарушений оптической однородности. Действительно, в таких смесях при критической температуре смешения имеет место очень интенсивное рассеяние света, легко наблюдаемое на опыте. [c.583] В обычных условиях, однако, матовость свободной поверхности жидкости выражена крайне слабо, ибо искажающему действию теплового движения препятствуют силы молекулярного сцепления, стремящиеся сохранить свободную поверхность минимальной (поверхностное натяжение). [c.584] На границе двух жидкостей эти капиллярные силы обычно меньше, чем на границе жидкость — газ. Они особенно малы вблизи критической температуры смешения. Действительно, в этом случае свет не только отражается от границы по законам Френеля, но интенсивно рассеивается во все стороны (Л. И. Мандельштам, 1913 г). В благоприятных случаях молекулярная шероховатость так велика, что правильное отражение не наблюдается даже при больших углах падения, причем исчезновение правильного отражения легче наблюдать для волн меньшей длины, как и должно быть для матовых поверхностей (ср. упражнение 55). [c.584] Значительно труднее наблюдать свет, рассеянный свободной поверхностью, однако и это удалось даже для жидкости с такой большой капиллярной постоянной, как ртуть (Раман, 1926 г.). [c.584] Законы поверхностного рассеяния отличны от законов объемного рассеяния. Так, интенсивность поверхностно рассеянного света обратно пропорциональна второй степени длины волны (а не четвертой) своеобразны также и условия поляризации рассеянного света. Полная молекулярная теория этих явлений при молекулярных шероховатостях, еще малых по сравнению с длиной волны, находится в согласии с наблюдаемыми на опыте закономерностями (Ф. С. Барышанская, 1936 г.). [c.584] Вдали от критической точки флуктуации не так велики, как в области критической точки, но они существуют и ими объясняется молекулярное рассеяние света в чистом веществе. [c.584] В 1910 г. Эйнштейн дал количественную теорию молекулярного рассеяния света вдали от критической точки, основанную на идее возникновения оптических неоднородностей среды вследствие флуктуаций диэлектрической проницаемости, As. [c.584] Здесь V — объем флуктуации, малый по сравнению с длиной волны света, но содержащий много молекул. Другие обозначения те же, что и в формуле (159.3). [c.585] Из формул (160.2) и (160.3) вытекает закон Рэлея I 1Д . Таким образом, молекулярное рассеяние света способно объяснить голубой цвет неба и красный цвет Солнца на закате. Принимая в расчет уравнение состояния идеального газа и связь между е и р, из формулы (160.3) можно получить выражение для интенсивности света, рассеянного в газе, — первоначальную формулу Рэлея (см. упражнение 206). [c.586] Развитие теории Эйнштейна на случай рассеяния в различных полимерах и белках (Дебай) дало один из лучших методов определения молекулярных весов и строения полимерных молекул с размерами порядка длины вблны падающего света (или большими). [c.586] рассеянный вследствие флуктуаций плотности и флуктуаций концентрации, полностью линейно-поляризован. [c.586] Измерения интенсивности света, рассеянного атмосферой, проведенные в безоблачные дни в горных условиях, когда допустимо считать атмосферу свободной от случайных запылений, дали для числа Авогадро цифру, удовлетворительно согласующуюся с общепризнанным значением по исправленным данным, полученным между 1938 и 1951 гг., эти измерения дают для числа Авогадро значение (61,0 0,8) 10 моль в прекрасном согласии с принятым значением (60,2 0,3) 10 моль ). Хорошие результаты получены также из опытов по рассеянию света в газах в лабораторных условиях (Кабанн и его сотрудники по их последним данным Na = (61,0 0,8)моль-1). [c.587] Измерения абсолютной интенсивности рассеянного света встречают серьезные экспериментальные трудности, которые, однако, удается преодолевать. Некоторое представление о результатах подобных измерений можно получить из следующих данных. [c.587] Молекулярное рассеяние в кристаллах также было надежно обнаружено (Г. С. Ландсберг с сотрудниками, 1927—1930 гг.). [c.587] Кристаллы невозможно очистить от случайных включений, поэтому число изученных объектов здесь невелико. Метод, который позволил отличить молекулярно-рассеянный свет от света, рассеянного случайными включениями, состояд в исследовании зависимости интенсивности от температуры интенсивность молекулярно-рассеянного света растет пропорционально абсолютной температуре, а интенсивность паразитного света от температуры не зависит. [c.588] На рис. 29.4 и 29.5 приведены фотографии рассеянного разными веществами света в условиях тождественного освещения для каждого из веществ. Они позволяют судить об относительной рассеивающей способности для разных веществ. [c.588] Вернуться к основной статье