Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
В разл. агрегатных состояниях характер флуктуаций различный, и в соответствии с этим различается Р. с. в них. В разреженных газах 6 = 1 + 4лар, где 1/р — объём, приходящийся на одну молекулу, а а — её поляризуемость. Флуктуации е определяются флуктуациями р. Пространственное взаимное положение частиц в газе статистически независимо, поэтому длину корреляции Ic можно считать нулевок. Это означает, что фаза волны, рассеянной отд. частицей, не связана с остальными и интерференц, эффекты несущественны. Поэтому интенсивность рассеянного света равна сумме интенсивностей полей, рассеянных отд. молекулами. Если молекулы оптически анизотропны, то интенсивность рассеяния иа каждой зависит от её ориентации относительно вектора полиризации падающего света. Поэтому, как и в случае отд. молекул, картина Р. с. в среде зависит от его поляризации. Рассеяние неполярпзованного падающего излучения описывается коэф. рассеяния
2 Jt2 , 6+6 Д
Ял=—P(^-I)1TrTT' <10>
в к-ром последний множитель определяет влияние анизотропии; для газа изотропных молекул он равен единице. Обычно Д < 0,1 и растёт с увеличением плотности.
Рэлеевскаи линия рассеянного в газе света уширена из-за связанного с движением частнц доплеровского эффекта. Уширенне зависит от угла рассеянии 0 и, согласно (4), его величина порядка Дел ~ oi(y/c)sm0/2, где г — средняя тепловая скорость молекул. Следует отметить, что спектр рассеянного вперёд света ие уширен, а ширина спектра, рассеянного назад,— порядка доплеровской ширины атомной лнннй поглощения.
Резонансное Р. с. в газах обычно сопровождается пленением излучения. При этом происходят пространственные и спектральные преобразования излучения, приводящие, в частности, к явлению самообращения спектральных линий в рассеянном свете.
В жидкостях Р. с. в пересчёте на одну молеку-лу на один-два порядна меньше, чем в газах. Это объясняется меньшей сжимаемостью жидкостей и связанной с этим меньшей величиной флуктуаций р, к-рая, как и в газах, в осн. определяет флуктуации е. С флуктуациями T обычно связано менее 1% рассеяния, т. к, движение молекул мало влияет на их поляризуемость. Протяжённость флуктуаций Ic в жидкости порядка неск. межмолекулярных расстояний, что гораздо меньше К. Поэтому можно считать, что фазы волн, рассеянных каждым элементом объёма жидкости, независимы (как и в газе), но, в отличие от последнего, флуктуации числа рассеивающих молекул в этих объёмах не подчиняются закону Пуассона. Флуктуации р в жид-
костях в термодинамически равновесных условнях вызывают малые флуктуации диэлектрич. проницаемости, в этих условиях коэф. рассеяния иеполяризов. излучения равен
p<wp>s-|p^-. (И)
где Pr = (дЫр/др)? — нзотермич. сжимаемость.
Зависимость е(р) даётся разл. модельными теориями ср. поля, однако не каждая из них даёт результаты, согласующиеся с экспериментом. Напр., использование в (11) зависимости е(р) в виде Клаузиуса —Moccommu формулы не даёт согласия теорнн с экспериментом; нанлуч-шее согласие с опытными данными получается для выражения
р<?е/0р=3е{в—1)/(2е-(-1). (12)
В жидкостях, в отличне от газов, движение частнц более сложное, и в нём выражеи коллективный характер. Это определяет особенности временной эволюции флуктуаций и проявляется в спектрах неупругого (т. н. кван зиупругого) Р. с. в жидкостях. ,Наиб, интенсивно Р. с.
происходит на больших флуктуациях, затухание к-рых
мало, напр, на упругих волнах, вызывающих соответствующую неоднородность поназателя преломления (Мандельштама — Бриллюэна рассеяние). Это процесс неупругий, происходящий с изменением частоты света: в результате рассеяния монохроматич. излучения получается спектр, состоящий из несмещённой рэлеевской лниии и дублета линий-сателлитов, симметрично удалённых от рэлеевской на величину Дш, зависящую от скорости и упругой волны и угла рассеяния 0:
Aci)—(o—йї'=±2йї(і>/с) sin 0/2. (13)
В спектрах Р. с. в жидкостях выделяют близкую к рэлеевской ЛИНИН область (Дсо/с < 1 CM-1) тонкой структуры, область крыла рэлеевской линии (до 100— 150 см-1) и далёкую область, спектр к-рой определяется внутримолекулярными движениями.
Тонкая структура, имеющая вид спектрального триплета (рнс. 5), объясняется двумя типами коллективных
лі
$=134,2*
1-ГГ —1_> с —^ \ у-^Дш/2я
-S -4 -2 0 2 4 6-109!?
Рис. 5. Спектры рассеяния Мандельштама — Бриллюэна (тонкая структура рэлеевской линии) в CCl4 для разных углов рассеяния.
движений: нзоэнтропийнымн флуктуациями давления (звуком), к-рые вызывают в спектре дублет Мандельштама — Бриллюэна, н нзобарич. флуктуациями, с к-рымн связана центр, компонента. Отношение интенсивности последней и сумме боковых определяется с хорошей точностью соотношением Ландау — Плачека ItZI8 = (Ср — су)/Cp1 в и-ром Cp н с у — изобарич. и изо-хорич. теплоёмкости соответственно. Для большинства жидкостей интенсивности всех компонент близки по величине, за исключением воды, в спектре тонкой структуры к-рой центр, компонента сильно подавлена при комнатной темп-ре н ниже. Это свидетельствует о ква-зииристаллнч. структуре воды. Формы компонент триплета б лизни к дисперсионным (лоренцевым контурам), и их ширины Г — V2sin-20/2 пропорциональны скоростям затухання соответствующих флуктуаций
