Флуктуации и рассеяние света

Флуктуации и рассеяние света [c.382]

ФЛУКТУАЦИИ И РАССЕЯНИЕ СВЕТА Ш [c.383]

M. B. Волькенштейн, Стеклование флуктуаций и рассеяние света, ДАН СССР 116, 207 (1957). [c.497]

Мандельштам предположил, что флуктуации плотности в кристаллах и жидкостях, о которых идет речь в теории рассеяния Эйнштейна, в действительности являются реальными акустическими волнами Дебая. Иными словами, флуктуации плотности в кристалле имеют периодичность, определяемую частотами этих волн. Мы можем рассматривать данные волны как стоячие или как бегущие. В первом случае кристалл можно представить как пространственную дифракционную решетку, состоящую из системы сгущений и разрежений плотности (система стоячих воли), и рассеяние света на такой решетке должно быть подобным рассеянию рентгеновских лучей обычной кристаллической решеткой. Различие заключается в том, что рассеяние света происходит па периодических сгущениях и разрежениях плотности, а рассеяние рентгеновских лучей — на периодически расположенных атомах, ионах или молекулах. Дебаевский спектр упругих волн включает частоты 10 °—10 Гц, т. е. относится к гиперзвуковой области. [c.122]

Опыт показывает, что такое явление действительно существует. Оно называется молекулярным рассеянием света. Молекулярное рассеяние удается наблюдать в твердых телах, жидкостях и газах. Обычно вследствие малости флуктуаций интенсивность рассеянного света очень мала. Исключение представляет молекулярное рассеяние света газом, находящимся вблизи критического состояния ), когда имеют место очень сильные флуктуации плотности. Этот случай молекулярного рассеяния называется критической опалесценцией ). [c.489]

Как известно, рассеянием света молекулами атмосферы объясняется голубой цвет неба, а также и поляризация света неба. Количественно выводы теории рассеяния в газах в изложенном здесь виде хорошо подтверждаются на опыте, например для инертных газов (гелия, аргона). Для других газов, например для углекислого, имеются отклонения от выводов теории. А именно, мы видели, что согласно изложенной теории для случая линейно-поляризованного падающего света и рассеянный свет оказывается полностью поляризованным. Это получается на опыте лишь в случае, когда газ состоит из молекул, обладающих шаровой симметрией, что и имеет место, например, для инертных газов. Для углекислого и других газов, молекулы которых несимметричны, рассеянный свет оказывается поляризованным только частично.. Это объясняется тем, что в этих случаях газ, в среднем оптически изотропный, может при флуктуациях приобретать местные отклонения от оптической изотропии. Если учесть это обстоятельство, то теория оказывается в состоянии объяснить результаты опыта для газов во всех деталях. [c.258]

Флуктуации плотности и рассеяние света [c.271]

Отсюда видно, что, в отличие от идеального газа, в жидкости (а также в сжатом газе, не подчиняющемся уравнению состояния Клапейрона) средний квадрат флуктуации плотности зависит не только от плотности, но и от температуры. Флуктуации плотности <а значит, и рассеяние света) становятся очень большими при приближении к критической точке данного вещества, так как при атом dp/dv стремится к нулю. Этим объясняется очень сильное рассеяние света веществом, находящимся в состоянии, близком к критическому,—так называемая критическая опалесценция . Это явление было открыто задолго до развития Смолуховским и Эйнштейном теории флуктуаций, но причина его была неясна вплоть до появления их работ. [c.271]

Основными характеристиками рассеянного излучения в исследованиях является его интенсивность и поляризация [16], а также автокорреляционные и спектральные функции (они взаимно связаны преобразованиями Фурье) флуктуаций интенсивности рассеянного света 120, 4]. [c.124]

Для каждого образца флуктуации интенсивности рассеянного света измеряли при различных углах рассеяния с шагом 3° в диапазоне 35—160 градусов. Для получения спектра с высоким разрешением (в диапазоне 1 Hz) эксперименты ставили отдельно для каждого образца и флуктуации интенсивности набирали на конкретно выбранных углах рассеяния. [c.141]

Рассеяние света в жидкостях. В 1910 г. А. Эйнштейн, исходя из идеи Смолуховского, дал количественную термодинамическую теорию рассеяния света в жидкости, учитывающую ее сжимаемость. Эйнштейн установил что интенсивность рассеянного света определяется кроме длины падающей световой волны абсолютной температурой и физическими постоянными среды — сжимаемостью, зависимостью оптической диэлектрической постоянной (обусловленной только световым полем, т. е. квадратом показателя преломления), от плотности. Эйнштейн, полагая, что рассеивающий объем и имеет форму куба, представляя флуктуацию оптической диэлектрической постоянной в виде [c.318]

Прежде чем перейти к обсуждению теории Рэлея, дадим краткую характеристику рассеяния света в жидкости и газе. Грубые оценки показывают, что в обоих случаях интенсивность рассеянного света пропорциональна числу молекул в единице объема. С учетом этого интенсивность рассеянного света для жидкостей должна быть примерно в тысячу раз меньше, чем для газов. В действительности, как показывают опыты, интенсивность рассеяния жидкостями примерно в 50 раз меньше, чем интенсивность рассеяния газами. Это объясняется меньшими флуктуациями в жидкости, чем в газе. [c.319]

До сих пор мы рассматривали рассеяние света в объеме. Во всех случаях независимо от агрегатного состояния вещества физической причиной рассеяния света является флуктуация той или иной величины, характеризующей данное вещество. В одном случае это была флуктуация плотности (чистые вещества, состоящие из изотропных молекул), в другом случае — флуктуация концентрации (чистые растворы), а в третьем случае — дополнительно к этим и флуктуация анизотропии поляризуемости (если молекулы анизотропны) и т. д. [c.321]

Таким образом, под действием сил поверхностного натяжения, стремящегося сделать поверхность минимальной и энергии теплового движения, обусловливающего отклонение от этого равновесного состояния, возникают мелкие неоднородности на поверхности жидкости. Эти неоднородности на поверхности представляют собой молекулярные шероховатости поверхности, нарушающие правильное зеркальное отражение, тем самым приводящие к рассеянию света на поверхности. Если соприкосновение двух несмешивающихся жидкостей приводит к уменьшению поверхностного натяжения на границе их раздела, то из-за уменьшения противодействия (поверхностного натяжения) флуктуации поверхности должны усиливаться тем самым должна увеличиваться интенсивность рассеянного света. Опыты, проведенные Мандельштамом на смеси из метилового спирта [c.321]

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]

Теперь, в случае молекулярного рассеяния света, мерой оптической неоднородности служит величина (Ае) . Если считать, что флуктуации Ае определяются только двумя независимыми термодинамическими переменными — плотностью и температурой или давлением р и энтропией 5, то можно написать [c.585]

Вследствие теплового движения анизотропных молекул среды кроме флуктуаций плотности возникают также и флуктуации ориентаций анизотропных молекул, или флуктуации анизотропии. Это означает, что статистический характер движения молекул приводит к тому, что в объемах, малых по сравнению с длиной волны света, в некотором направлении оказалось больше молекул, ориентированных одинаково, чем в любом другом направлении. Такая преимущественная ориентация анизотропных молекул или такие флуктуации анизотропии создадут оптическую неоднородность и, следовательно, вызовут рассеяния света. [c.590]

Действительно, временные изменения оптических неоднородностей, вызванных флуктуациями энтропии или температуры (см. (160.2)), подчиняются уравнению температуропроводности, решение которого в данном случае дает экспоненциальную зависимость от времени. Следовательно, в этом случае функция, модулирующая амплитуду световой волны, экспоненциально зависит от времени, и в рассеянном свете возникнет спектральная линия с максимумом на частоте первоначального света — центральная компонента — с полушириной [c.595]

Рассеяние света наблюдается не только в мутной среде, но и в чистом веществе, в котором нет никаких посторонних взвешенных частиц, т. е. на первый взгляд совершенно однородное вещество рассеивает свет, причем тем больше, чем выше температура среды. Объяснить это явление можно следующим образом. В совершенно очищенном от посторонних примесей веществе возникают оптические микроскопические неоднородности, вызывающие рассеяние света. Эти неоднородности представляют собой флуктуации плотности, которые вы- [c.111]

В предыдущем параграфе мы рассматривали оптически однородную среду, плотность которой по всему объему постоянна. Однако вследствие теплового движения молекулы распределены в пространстве не строго равномерно. В каждый момент времени имеются отклонения от равномерного распределения, т. е. число молекул в единице объема испытывает колебания (флуктуации). Схема флуктуаций плотности изображена на рис. 23.9. В рассматриваемой среде выделены три объема. В объеме 1 плотность молекул близка к средней, в объеме 2 имеет место флуктуация с увеличением плотности относительно ее средней величины, а в объеме 3 показана флуктуация плотности, обусловленная уменьшением плотности среды. Таким образом, благодаря флуктуациям плотности среда становится мутной и в ней может происходить рассеяние света. Поскольку мутность среды не обусловлена никакими посторонними частицами, то рассеяние света в такой среде получило название молекулярного рассеяния. Так как линейные размеры объема, в котором происходит флуктуация числа частиц, значительно меньше длин волн видимого света, то молекулярное рассеяние называют также рэлеевским рассеянием. [c.118]

Другим примером интенсивного молекулярного рассеяния является рассеяние, возникающее при смешении некоторых жидкостей. В обычных условиях в растворах распределение одного вещества в другом происходит равномерно, так что они представляют собой среду, в оптическом отношении не менее однородную, чем чистые жидкости. Это означает, что распределение концентрации растворенного вещества во всем объеме одинаково и флуктуации концентрации очень малы. Однако существует много комбинаций веществ, которые при комнатной температуре растворяются друг в друге очень плохо, но при повышении температуры их растворимость резко возрастает н при некоторой критической температуре они способны смешиваться в любых соотношениях. Критическая температура смешения характеризует такое состояние с.меси, когда легко осуществимы местные отступления от равномерного распределения, т. е. нарушения оптической однородности, приводящие к интенсивному рассеянию света. [c.119]

Флуктуациями обусловлены многие экспериментальные наблюдаемые явления. Так, ло-кальные флуктуации плотности (и, следовательно, показателя преломления прозрачной среды) являются причиной молекулярного рассеяния света. Наиболее сильное рассеяние наблюдается в жидкости вблизи критической точки (критическая опалесценция), где флуктуации плотности особенно ве- [c.291]

Еще в своей основной работе (Ann. d. Phys., 1900, v. 25, p. 190 и 205) Смолуховский, не учитывая взаимодействия между разными объемами, пытался в критической точке, для которой квадратичные члены равны нулю, учитывать член четвертого порядка в разложении Ai ). Это, как мы видели, лежит вне границ применимости принципа Больцмана. Действительно, можно показать, что тогда мы приходим к внутренне противоречивому выражению для вероятности, ведущему также к нелепому результату интенсивность света, рассеянного объемом, пропорциональна не этому объему У, а У . Теория флуктуаций и рассеяния света для состояний, очень близких к критическому, свободная от этих недостатков, основанная иа учете взаимодействия, дана Орнстейном и Цернике. [c.274]

Рассеяние, обусловленное флуктуациями температуры (энтропии) среды, называется температурным (энтропийным) рассеянием (12, 13]. Флуктуации температуры распространяются в среде относительно медленно, со скоростью, определяемой температуропроводностью среды. Они приводят к и.чменениям в пределах спектра несмещенного (рэлеевского) рассеяния. Несмещенная линия расщепляется иа триплет с полушириной A o y.lk — kpl, где х — коэффициент температуропроводности, а к, кр — волновые векторы падающего и рассеянного света. [c.131]

Изменения е, имеющие статистич. характер и обусловленные термодинамическими плп турбулентными флуктуациями, приводят, с одной стороны, к статистич. нарушония.м формы волновых поверхностей и, соответственно, — к флуктуациям амплитуды (мерцанию) и углов прихода (дрожанию и размыванию изображения) световой волны и, с другой стороны, — к релеевскому рассеянию света. Аналогичную природу имеет и рассеяние света на ультразвуковых волнах. [c.502]

Рио. 5. Рзлеевскос рассеяние света при 20° С в растворах ортоксилол — метиловый спирт, характеризующихся полошит, отклонениями от идеальности. Показано соотношение коэфф. рассеяния света й,, — иа флуктуациях концентрации, Дор — на флуктуациях ориентации, Н [jj] — на флуктуациях плотпости.. а едтгацу измерения принят коэфф. рассеяния света в ССЦ при 20° С. Угол между направлениями падающего и рассеянного света — 90°. [c.367]

Рассеяние света на адиабатических флуктуациях плотности или на тепловых упругих волнах в твердом теле, в котором установлен постоянный температурный градиент, будет зависеть от того, в какой мере затухают в этом теле упругие волны, определяющие рассеяние света. Если выбрать такой размер кристалла, чтобы упругие волны, существенные для релеевского рассеяния, в нем практически не затухали бы вовсе, а с другой стороны, в этом кристалле создать большой градиент температуры, то в таком кристалле, несмотря на любой градиент температуры, интенсивность рассеяния из любого места кристалла будет одной и той же. При увеличении размеров кристалла затухание тепловых волн может стать ощутимым, и рассеяние света из разных объемов такого кристалла при наличии градиента температуры уже не будет одинаковым. Поэтому Мандельштам [570] сразу отметил, что предсказываемый им эффект зависит от формы и размеров кристалла. Чем меньше затухание упругой волны, тем больше будет отличаться интенсивность света, рассеянного в данной точке неравномерно нагретого кристалла, от интенсивности рассеяния равномерно нагретого кристалла при той же температуре. Следовательно, в неравномерно нагретом кристалле интенсивность рассеяния в данной точке зависит не только от температуры в этой точке, но и от распределения температуры во всем кристалле. Экспериментальные исследования этого явления были предприняты Ландсбергом и 1Бубиным [571], а количественная теория эффекта была дана Леонтовичем [572, 573]. [c.402]

Объяснить причину теперь легко. Причина справедливости формулы Рэлея заключается лишь в том, что, согласно теории Эйнштейна, рассеяние света в атмосфере обусловлено флуктуацией плотности, а для идеальных газов флуктуация плотности равна числу частиц в единице объема. Теперь становится ясным удовлетворительное качественное и количественгюе объяснение молекулярного рассеяния света в атмосфере формулой Рэлея. Указание Мандельштама на то, что совпадение числа Авогадро, рассчитанное из данных опытов по рассеянию света в атмосфере согласно формуле Рэлея, со значениями, полученными другими путями, должно рассматриваться как случайное и т. д. [c.319]

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]

Смесь света, рассеянного вследствие флуктуаций плотности и флуктуаций анизотропии, характеризуется некоторым коэффициентом деполяризации А (см. формулу (160.5)), который определяется относительными вкладами деполяризованного света и поляризованного света. Расчет интенсивности света, рассеянного вследствие флуктуаций анизотропии, встречает большие трудности, поскольку флуктуации анизотропии не могут быть вычислены таким же путем, как флуктуации плотности. Однако задача о расчете соответствующей интенсивности была решена феноменологически для определенной модели жидкости. Мы не будем воспроизводить здесь этот расчет, но учтем вклад света, рассеянного вследствие флуктуации анизотропии в общую интенсивность, пользуясь значениями коэффициентов деполяризации, как это сделано Кабаниом (1927). Пусть суммарная интенсивность рассеянного света есть У = / + 1, где / выражается формулой (160.2) для 0 = 90° (в дальнейшем будем обозначать ее /д ), а 1 есть интенсивность света, рассеянного вследствие флуктуаций анизотропии. Если принять, что падающий естественный свет распространяется вдоль оси У (рис. 29.8), наблюдение рассеянного света производится вдоль оси X, а ось Z перпендикулярна к плоскости рассеяния, то / = / и I = -Ь и, следовательно, [c.591]

Молекулы, поляризуемость котбрых отличается от средней поляризуемости, распределены по всему объему вещества по законам случая, и кроме того, колебания различных молекул характеризуются различными фазами. Это обстоятельство может вести к флуктуации показателя преломления, т. е. к нарушению оптической однородности, обусловливая, следовательно, рассеяние света. [c.605]

В 2 уже говорилось о том, что рассеяние света на флуктуациях плотности воздуха в верхних слоях атмосферы определяет голубой цвет неба. Можно выполнить некоторые оценки этого явления. Средняя длина света (видимый диапазон) равна примерно А 0,510 см. Объем см . В этом объеме содержится примерно 210 молекул. Относительная флуктуация пропорциональна 1/V , т. е.яа 0,001. Таким образом, реально рассеивают свет флук1уации плотности в гораздо меньших объемах. Рассеиваемая энергия обратно пропорциональна Х , благодаря чему синий цвет рассеивается сильнее, чем красный, что и объясняет цвет неба. [c.92]

С 1893 г. известно, что в критическом состоянии газ особенно сильно рассеивает свет он начинает, как говорят, опалесцировать. М. Смолуховский впервые (1908) указал, что критическая опалесценция возникает вследствие увеличения флуктуации плотности газа. Из-за неоднородного распределения плотности при флуктуациях коэффициент преломления среды в разных точках различен, и это вызывает рассеяние света. [c.304]

В критической точке (дР1ди)г = 0, и согласно (17.46) интенсивность рассеянного света бесконечна. В действительности же рассеяние в критическом состоянии очень велико, но конечно. Формула (17.46) в этом случае (и практически до 1—2 К от критического состояния) неприменима, так как она получена в предположении статистической независимости флуктуаций плотности в различных элементах объема v (в том числе и соседних) рассеивающего объема V. [c.305]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...