Рассеяние света

Нефелометрия

Нефелометрия — метод определения дисперс­ности и концентрации коллоидных систем по интен­сивности рассеянного ими света. Нефелометрия, из­мерения производятся в специальном приборе нефелометре, действие которого основано на срав­нении интенсивности рассеянного исследуемой сре­дой света с интенсивностью света, рассеянного дру­гой средой, служащей стандартом. Теория рассеяния света коллоидными системами , в которых размеры частиц не превышают длины полуволны падающего света, была разработана английским физиком Дж. Рэлеем в 1871.

Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана), рассеяние света молекулами, при котором частоты рассеянного света являются комбинациями частоты падающего света и колебаний или вращений молекул. В оптических спектрах молекул наблюдаются дополнительные линии с комбинационной частотой. Открыто в 1928 Г. С. Ландсбергом и Л. И. Мандельштамом (в кристаллах) и Ч. В. Раманом и К. С. Кришнаном (в жидкостях).

Явление рассеяния Мандельштама — Бриллюэна представляет собой, дискретное изменение частоты монохроматического света в твердых телах и жидкостях при взаимодействии световой волны с упругими колебаниями среды (рассеяние на флуктуациях плотности). Рассеяние Мандельштама — Бриллюэна приводит к появлению нескольких новых спектральных линий, расположенных симметрично относительно исходной линии и отличающихся от нее на частоту упругих колебаний среды. Предсказано независимо Л. И. Мандельштамом (1918) и Л. Бриллюэном (1922); впервые обнаружено экспериментально Е. Ф. Гроссом в 1930. ВРМБ  было открыто на опыте в 1964 г.  Таунсом и Стойчевым. Они обнаружили, что мощное лазерное излу­чение частоты  вызывает в кристалле появление когерентной упругой волны частоты и с одновременным испусканием света на частоте (Явление наблюдается лишь тогда, когда мощность лазерного излучения превышает некоторое пороговое значение.)

Установив законы рассеяния света мелкими частицами, Рэлей (1871г.) сделал попытку использовать полученные результаты для объяснения цвета неба, полагая, что голу­бой цвет неба есть результат рассеяния солнечных лучей в толще атмосферы. Первоначально Рэлей искал причину рассеяния света атмосферой в наличии мелких частиц, ее запыляющих; в дальнейшем он пришел к выводу, что молекулярная структура воздуха доста­точна для объяснения рассеяния света. Однако и в этом случае, как показал впоследствии Л. И. Мандельштам (1907 г.), необходимым ус­ловием рассеяния является нарушение оптической однородности среды в указанном выше смысле.

Закон Рэлея объясняет преимущественное рассеяние коротких волн, т.е. голубой тон, наблюдаемый при рассеянии белого света, и, следовательно, красный тон света, прошедшего через рассеиваю­щую среду (объяснение цвета неба и цвета зорь).

Изменение спектрального состава света, отраженного или рассеянного поверхностью тел, связано с наличием избирательного поглощения и отражения, выражающегося в зависимости коэффициентов а и r от длины волны.

Поляризация рассеянного света. Если естествен­ный свет падает на молекулу в направлении OY (рис. 8.5.1), то колебания его электрического вектора должны лежать в плоско­сти ZOX. Если наблюдать рассеянный свет в направлении ОХ, то в силу поперечности волн S в этом направлении пойдут волны, обусловленные лишь той слагающей колебания электрического вектора, которая перпендикулярна к ОХ. Таким образом, в свете, рассеянном под прямым углом к падаю­щему, должны наблюдаться только колебания (электри­ческого вектора), направлен­ные вдоль OZ, т. е. свет должен быть полностью по­ляризован.

Зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны установлена еще в первых теоретических работах Рэлея. Она гласит: интенсивность обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (закон Рэлея).

Особенный интерес представляют те случаи, когда мы не можем говорить о мутной среде в вышеупомянутом смысле слова, т. е. когда среда представляет собой жидкость (или газ), тщательно осво­божденную от посторонних примесей или загрязнений. Обычная схема для наблюдения молекулярного рассеяния в газах и жидкостях, обеспечивающая устранение паразитного света, отра­женного стенками сосуда, изображена на рис. 8.3.1.

Рассеяние света это — отклонения распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Рассеяние света обусловлено неоднородностью среды и взаимодействием света с частицами вещества, при котором меняются пространственное распределение интенсивности, частотный спектр и поляризация света.

С макроскопиче­ской точки зрения рассеяние света может быть обусловлено только не­однородностями среды. При слабых нарушениях однородности рассеянный в стороны свет составляет лишь малую долю первичного пучка. Па­раллельный пучок света в высоко­качественном стекле или в тщательно очищенной воде почти не виден при наблюдении сбоку, т. е. свет почти не рассеивается в стороны.