Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

РАССЕ́ЯНИЕ СВЕ́ТА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 28. Москва, 2015, стр. 239

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. П. Кандидов

РАССЕ́ЯНИЕ СВЕ́ТА, из­ме­не­ние на­прав­ле­ния рас­про­стра­не­ния, по­ля­ри­за­ции и час­то­ты оп­тич. из­лу­че­ния при его взаи­мо­дей­ст­вии со сре­дой. Раз­ли­ча­ют уп­ру­гое Р. с., при ко­то­ром час­то­та рас­се­ян­но­го из­лу­че­ния рав­на час­то­те па­даю­ще­го, и не­уп­ру­гое Р. с., при ко­то­ром час­то­та оп­тич. из­лу­че­ния ме­ня­ет­ся при взаи­мо­дей­ст­вии со сре­дой.

Уп­ру­гое Р. с. воз­ни­ка­ет при рас­про­стра­не­нии све­та в сплош­ной сре­де со слу­чай­ны­ми воз­му­ще­ния­ми по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния, вы­зван­ны­ми флук­туа­ция­ми темп-ры, плот­но­сти, кон­цен­тра­ции (напр., в рас­тво­рах, в тур­бу­лент­ных по­то­ках воз­ду­ха); при рас­про­стра­не­нии све­та в дис­перс­ной сре­де, со­дер­жа­щей мно­же­ст­во слу­чай­но рас­по­ло­жен­ных мел­ких час­тиц (пыль­ный воз­дух, ту­ман, взве­си); в био­ло­гич. тка­ни, в кро­ви. В ста­ти­сти­че­ски изо­троп­ной сплош­ной сре­де и дис­перс­ной сре­де со сфе­ри­че­ски изо­троп­ны­ми час­ти­ца­ми Р. с. сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но оси, сов­па­даю­щей с на­прав­ле­ни­ем рас­про­стра­не­ния па­даю­ще­го све­та, и ин­тен­сив­ность рас­се­ян­но­го из­лу­че­ния $I_s(θ)$ не за­ви­сит от ази­му­таль­но­го уг­ла $φ$.

Индикатриса рэлеевского рассеяния света сферической частицей (a⩽0,05λ): штриховая линия – падающий свет поляризован в плоскости рассеяния; штрихпунктирная линия – перпендикулярно плоскости рассеяния; ...

Р. с. на час­ти­цах и воз­му­ще­ни­ях сре­ды, раз­мер ко­то­рых мно­го мень­ше дли­ны вол­ны све­та $λ$, на­зы­ва­ет­ся рэ­ле­ев­ским рас­сея­ни­ем. При рэ­ле­ев­ском рас­сея­нии ес­те­ст­вен­но­го (не­по­ля­ри­зо­ван­но­го) све­та ин­тен­сив­ность из­лу­че­ния, рас­се­ян­но­го под уг­лом $θ$, оп­ре­де­ля­ет­ся на рас­стоя­нии $r$ со­от­но­ше­ни­ем$$I_s(θ)∝I_0\frac{V}{r^2λ^4}\frac{1\cos^2θ}{2},$$где $I_0$ – ин­тен­сив­ность па­даю­ще­го све­та, $V$ – объ­ём рас­сеи­ваю­щей час­ти­цы. Уве­ли­че­ни­ем ин­тен­сив­но­сти рас­се­ян­но­го све­та с умень­ше­ни­ем дли­ны вол­ны объ­яс­ня­ет­ся го­лу­бой цвет не­ба. Днев­ной свет – это рас­се­ян­ное сол­неч­ное из­лу­че­ние, в ко­то­ром пре­об­ла­да­ют ко­рот­ко­вол­но­вые ком­по­нен­ты, со­от­вет­ст­вую­щие го­лу­бо­му цве­ту. На за­ка­те и вос­хо­де Солн­це име­ет крас­ный цвет, т. к. в это вре­мя су­ток его лу­чи про­хо­дят бо­лее тол­стый слой ат­мо­сфе­ры, что вы­зы­ва­ет ос­лаб­ле­ние ко­рот­ко­вол­но­вых (си­них) ком­по­нент при рас­про­стра­не­нии.

Уг­ло­вую за­ви­си­мость $I_s(θ)$ в по­ляр­ных ко­ор­ди­на­тах ха­рак­те­ри­зу­ет ин­ди­кат­ри­са рас­сея­ния (рис.), на ко­то­рой дли­на ра­ди­ус-век­то­ра про­пор­цио­наль­на ин­тен­сив­но­сти. При рэ­ле­ев­ском рас­сея­нии уг­ло­вое рас­пре­де­ле­ние сим­мет­рич­но от­но­си­тель­но плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной на­прав­ле­нию рас­про­стра­не­ния из­лу­че­ния (плос­ко­сти ри­сун­ка). В на­прав­ле­нии рас­про­стра­не­ния $(θ=0°)$ и об­рат­ном $(θ=180°)$ ин­тен­сив­ность рас­се­ян­но­го све­та мак­си­маль­на. Для ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та от­сут­ст­ву­ет рас­сея­ние в на­прав­ле­нии, сов­па­даю­щем с по­ля­ри­за­ци­ей. С уве­ли­че­ни­ем раз­ме­ра час­тиц или воз­му­ще­ний по­ка­за­те­ля пре­лом­ле­ния в сплош­ной сре­де воз­рас­та­ет рас­сея­ние впе­рёд и уг­ло­вая ши­ри­на ин­ди­кат­ри­сы в пря­мом на­прав­ле­нии ста­но­вит­ся бо­лее уз­кой.

Осн. ха­рак­те­ри­сти­кой Р. с. яв­ля­ет­ся се­че­ние рас­сея­ния час­ти­цы $σ_s$ – от­но­шение ин­тен­сив­но­сти все­го рас­се­ян­но­го ею све­та к ин­тен­сив­но­сти па­даю­ще­го све­та. Се­че­ние $σ_s$ ма­лых час­тиц, ра­ди­ус ко­то­рых $a⩽0,05λ$, оп­ре­де­ля­ет­ся урав­не­ни­ем Рэ­лея:$$\frac{σ_s}{πa^2}=\frac{8}{3} \left( \frac{2πa}{λ} \right)^4 \left| \frac{m^2-1}{m^2+2} \right|^2$$где $m$ – от­но­ше­ние по­ка­за­те­лей пре­ломле­ния час­ти­цы и сре­ды. С уве­ли­че­ни­ем раз­ме­ра час­ти­цы се­че­ние рас­сея­ния $σ_s→2πa^2$. Ко­эф. рас­сея­ния дис­перс­ной или сплош­ной сре­ды $a_s$ ра­вен от­но­ше­нию мощ­но­сти, рас­се­ян­ной её еди­нич­ным объ­ё­мом, к ин­тен­сив­но­сти па­даю­ще­го све­та I0. При рас­про­стра­не­нии в рас­сеи­ваю­щей сре­де ин­тен­сив­ность све­та $I(z)$ умень­ша­ет­ся с рас­стоя­ни­ем $z$ в со­от­вет­ствии с Бу­ге­ра – Лам­бер­та – Бе­ра за­ко­ном. Умень­ше­ние ин­тен­сив­но­сти све­та при рас­сея­нии ха­рак­те­ри­зу­ют дли­на экс­тинк­ции $l_e=1/a_s$ и оп­тич. тол­щи­на $τ=a_sL$ уча­ст­ка сре­ды про­тя­жён­но­стью $L$. В ат­мо­сфе­ре ос­лаб­ле­ние ин­тен­сив­но­сти све­та с рас­стоя­ни­ем оп­ре­де­ля­ет­ся как рас­сея­ни­ем, так и по­гло­ще­ни­ем из­лу­че­ния в воз­ду­хе и час­ти­ца­ми аэ­ро­зо­ля. Напр., в сла­бой дым­ке при даль­но­сти ви­ди­мо­сти 1 км ко­эф. ос­лаб­ле­ния ра­вен 0,004 м–1. При рас­про­стра­не­нии све­та в био­ло­гич. тка­ни пре­об­ла­да­ет рас­сея­ние с ко­эф. 100–400 см–1 на дли­не вол­ны 633 нм, от­но­ся­щей­ся к те­ра­пев­тич. ок­ну про­зрач­но­сти. В ро­го­ви­це и хру­ста­ли­ке гла­за прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет рас­сея­ние и по­гло­ще­ние све­та на дли­не вол­ны в ви­ди­мой об­лас­ти спек­тра.

К не­уп­ру­го­му рас­сея­нию све­та от­но­сят­ся Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна рас­сея­ние, ком­би­на­ци­он­ное рас­сея­ние све­та, вы­ну­ж­ден­ное рас­сея­ние све­та и па­ра­мет­ри­че­ское рас­сея­ние.

Лит.: Борн М., Вольф Э. Ос­но­вы оп­ти­ки. 2-е изд. М., 1973; Кро­синь­я­ни Б., Ди Пор­то П., Бер­то­лот­ти М. Ста­ти­сти­че­ские свой­ст­ва рас­се­ян­но­го све­та. М., 1980; Ланд­сберг Г. С. Оп­ти­ка. 6-е изд. М., 2010.

Вернуться к началу