Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Можно осуществить такое неравновесное состояние среды, при котором доля возбужденных молекул будет столь велика, что натуральный показатель поглощения среды станет отрицательным. Это явление используется в квантовых генераторах радиоволн и света (VI.2.6.8°).
5°. Металлы, находящиеся в конденсированном состоянии, содержат огромное количество электронов проводимости и потому обладают высокой электрической проводимостью. Под действием света электроны проводимости совершают переменное движение и излучают вторичные волны. В результате наложения первичной волны, падающей на поверхность металла, и вторичных волн образуются интенсивная отраженная волна и сравнительно слабая волна, проходящая
§ V.3.3. РАССЕЯНИЕ СВЕТА
483
в металл. Коэффициент отражения (IV.4.5.6°) может достигать 95% и более. Он зависит от чистоты поверхности металла, его электрической проводимости и частоты света. Преломленная волна очень быстро поглощается в металле. Ее энергия расходуется на джоулеву теплоту, выделяемую токами проводимости, возникающими под действием света в тонком слое металла у его поверхности. В области частот инфракрасного излучения оптические свойства металлов определяются главным образом электронами проводимости. Однако в области видимого света и особенно ультрафиолетового излучения заметную роль начинают играть связанные электроны, находящиеся в ионах металла. Это приводит к уменьшению коэффициента отражения и заметной его зависимости от частоты.
§ V.3.3. Рассеяние света
1°. Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах рассеивающей среды под действием падающего света. Рассеяние света происходит в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой нерегулярно изменяется от точки к точке вследствие флуктуаций плотности среды либо за счет присутствия в среде инородных малых частиц. В первом случае рассеяние света называется молекулярным рассеянием, а во втором — рассеянием света в мутной среде. Примерами мутных сред могут служить аэрозоли (дым, туман), эмульсии, коллоидные растворы и другие среды.
2°. Рассеяние света в мутных средах на частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны Я, называется явлением Тиндаля. Система электронов, совершающих вынужденные колебания в атомах электрически изотропной частицы малого размера /? ~ (0,1 + 0,2)Я, эквивалентна одному колеблющемуся электрическому диполю (линейному гармоническому осциллятору). Этот диполь колеблется с частотой V падающего на него света, а интенсивность излучаемого им света про-
484
ГЛ. V.3. ПОГЛОЩЕНИЕ, РАССЕЯНИЕ И ДИСПЕРСИЯ СВЕТА
порциональна V4 (IV.4.3.3°). Поэтому для рассеянного света справедлив закон Рэлея, согласно которому интенсивность I рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени
длины волны: I ~ X-4. При прохождении белого света через мелкодисперсную мутную среду в рассеянном свете преобладает коротковолновый (сине-голубой) свет, а в проходящем — длинноволновый (желто-красный). Этим объясняется, например, голубой цвет неба и желто-красный цвет заходящего и восходящего Солнца.
В случае рассеяния естественного света (V.4.1.10) зависимость интенсивности рассеянного света от угла рассеяния ¦& имеет вид
h =1я/2(1 + cos2 в).
Здесь 1$ и I71/2 — интенсивности света, рассеянного под углами •в и п/2 к направлению первичного пучка света, падающего на мутную среду. Свет, рассеянный под произвольным углом •&, частично поляризован (V.4.1.10), а под углом ¦& = п/2 — полностью линейно поляризован (IV.4.1.70): вектор E поля этого света перпендикулярен к плоскости, проходящей через падающий и рассеянный лучи.
3°. По мере увеличения размера г0 неоднородностей в мутной среде закономерности рассеяния света изменяются. При Tq > А, зависимость Iq от -д имеет сложную форму, причем интенсивность рассеяния света вперед (в направлениях ¦& < п/2) больше, чем назад. Это явление называется эффектом Ми. Свет, рассеянный под углом Ф = п/2, поляризован лишь частично. Зависимость интенсивности I рассеянного света от длины волны X имеет вид I ~ АГР, где р < 4, и убывает с ростом г0. При Гр Я спектральные составы рассеянного и падающего света практически совпадают. Этим объясняется, например, белый цвет облаков.
4°. Молекулярное рассеяние света в чистых средах, не содержащих инородных примесей, обусловлено неоднородностями, которые возникают в процессе беспорядочного теплового движения частиц среды. Эти неоднородности связаны с флуктуациями плотности (11.4.6.1°), а в средах с анизотропными (полярными) молекулами — также с флуктуациями ориентации этих молекул (с флуктуациями анизотропии). В истинных
§ V.3.4. НОРМАЛЬНАЯ И АНОМАЛЬНАЯ ДИСПЕРСИЯ СВЕТА 485
растворах рассеяние света может происходить на флуктуациях концентрации. При обычных условиях размеры областей среды, соответствующих сколько-нибудь значительным флуктуациям, намного меньше длин волн видимого света. Поэтому зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны А, и угла 6, а также характер поляризации света при молекулярном рассеянии аналогичны соответствующим закономерностям для явления Тиндаля. Однако в отличие от последнего, интенсивность молекулярного рассеяния света зависит от температуры среды, возрастая при ее увеличении.
