Рассеяние света

При прохождении света через оптически неоднородную среду его лучи отклоняются от первоначального направления — рассеиваются. Оптически неоднородной называется среда, показатель преломления которой статистически меняется от одной точки (микрообъема среды) к другой.

Наиболее просты закономерности рассеяния света для того случая, когда размеры рассеивающих областей намного меньше длины световой волны. Этот случай рассеяния экспериментально и теоретически был исследован Релеем. Сформулируем основные закономерности рассеяния света в этом случае.

1. Длина волны рассеянного света равна длине волны падающего.

2. Зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния (индикатриса рассеяния) описывается формулой

(28.21)

Рис. 28.2

где I и I90—интенсивности света, рассеянного соответственно под углом φ и 90°. Графически зависимость (28.21) показана на рис. 28.2.

3. Рассеянный свет поляризован, при этом плоскость поляризации пер­пендикулярна к плоскости, в которой находятся исходный и рассеянный лучи.

4. Интенсивность рассеянного света пропорциональна четвертой степени его частоты.

Остановимся кратко на схеме рассуждений, обосновывающих это положение.

В электрическом поле световой волны электроны начинают колебать­ся по законуx = xo sin wt, где w — частота световой волны. Скорость движения электронов определится выражением v = dx/dt = xo w cos wt. Движущиеся электроны — это электрический ток и сила последнего Скорость изменения тока di/dt определится, очевидно, выражением dI/dt ~ -ex0 w² sinwt (т.е. пропорциональна квадрату частоты световой волны).

По первому уравнению Максвелла переменный ток создает в окружаю­щем пространстве вихревое электрическое поле, напряженность которого E пропорциональна скорости изменения магнитного потока, т.е. скорости изменения силы тока: E ~ dI/dt ~ w². Поскольку интенсивность света определяется квадратом напряженности светового вектора E, то соответственноI ~ w⁴. Поэтому при прохождении белого света через оптически неоднородную среду больше рассеиваются коротковолновые лучи (синие и голубые) и меньше рассеиваются оранжевые и красные. Голубой цвет неба и красный цвет Солнца на восходе и назакате объясняются этой закономерностью.

[1] Антипараллельное расположение векторов и соответствует неустойчивому равновесию и поэтому не реализуется.

[2]Точнее, потоки электронов в прямом и обратном направлениях сравняются.

[3] "Магнитные заряды", использовавшиеся ранее в § 17.1, представляют собой фиктивные величины и введены лишь для удобства описания.

Дата добавления: 2015-06-04