Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 130
Текст из файла (страница 130)
29.5. Сравнительная интенсивность мо- лекулярного рассеяния в четыреххлористом углероде (СС1~) и бепзоле (СкНк) каждого из веществ. Они позволяют судить об относительной рассеивающей способности для разных веществ. 2) Поляризации сеетп при рассеянии. Если естественный свет падает на молекулу в направлении ОУ (рис. 29.6), то колебания его мОлекуляРнАя ОптикА электрического вектора должны лежать в плоскости УОХ. Если наблюдать рассеянный свет в направлении ОХ, то в силу поперечности волн в этом направлении пойдут 7 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 Я 0 колебания (электрического вектора), направленные вдоль ОУ, т.е.
свет должен быть полностью поляризоя ван. Однако дальнейшие наблюдения Х показали, что поляризация рассеян- ного света обы шо не бывает полной, Рис. 29.6. К вопросу о поляриза- Если через Хд обозначить интенции рассеянного света сив~ость света, электрические коле- бания которого совершаются вдоль оси ОУ, а через 1, — интенсивность света с колебаниями вдоль ОУ, то степень поляризации П определится соотношением П= (160.4) Изложенные выше соображения приводят к выводу, что при 1, = = 0 П = 1 (поляризация света достигает 100%).
Из опыта же следует, что 1, далеко не всегда равняется нулю: свет частично деполяризован. За меру деполяризации обычно принимают Ь= — ". (160.5) Для ряда. газов Ь отлично от нуля (для водорода Ь = 1%, для азота Ь = 4%, для паров сероуглерода Ь = 14%, для углекислоты Ь = 7%). Для жидкостей степень деполяризации еще В больше, достигая для бензола 44 %, для сероуглерода 68%.
а для нитротолуола даже 80%. Обьяснение этому явлению также было дано Рзлеем, М который указал, что оно должно быть связано с оптической анизотропией рассеивающих молекул. Действительно, для анизотропной молекулы на- 0 правление возникающей в ней электрической поляризации не совпадает, вообще говоря, с направлением электрического поля волны. В Так, например, если молекула может поляризоваться вдоль одного лишь направления (модель молекулы в виде палочки АВ, рис. 29.7; поляри- си'ьно анизо" озуемость в направлении, перпендикулярном АВ, равна нулю), то поле, направленное вдоль ОЕ, вызовет все же колебания вдоль ОА с амплитудой, пропорциональной слагающей поля ОЫ, величина которой зависит от угла ЕОА. Если 1.Г1, ХХ1Х.
РАССЕЯНИЕ СВЕ'1А 537 среда состоит из таких молекул, то вторичная волна. будет иметь электрические компоненты и вдоль ОУ, и вдоль ОУ (рис. 29.8), относительные величины которых зависят от степени анизотропии молекулы„т.е. свет, рассеянный в направлении, перпендикулярном к первичному пучку, бу- У дет поляризован только частично. Таким образом, частичная деполяриза- М ция света объясняется анизотропией молекул, т.е.
теми же свойствами среды, что и оу явление двойного лучепреломления в электрическом поле ~эффект Керра, см. 8 152). Открывается возможность установить за- о висимость между постоянной Керра и величиной деполяризации. Опыт подтвердил эту зависимость. Рис. 29.8. Деполяризация В то же время измерения поляризации при рассеянии анизотроппозволяют делать заключения относитель- ными молекулами но анизотропии молекул и используются, таким образом, для выводов, касающихся структуры молекул. Для этой цели особенно пригодны измерения в парах и газах, ибо в жидкой среде играют немалу.ю роль взаимодействия молекул, учет которых до настоящего времени не может быть сделан достаточно полно. Именно этими взаимодействиями обусловлена значительно ббльшая деполяризации в жидкостях, чем в соответствующих парах.
Таким образом, из сравнения деполяризации в парах и в жидкой фазе нельзя делать заключения, что в жидком состоянии молекулы более анизотропны, чем в паре. Что же касается газов, то их исследование позволяет достаточно полно охарактеризовать основные оптические параметры, задаваемые эллипсоидом поляризуемости. Для полной характеристики анизотропной молекулы необходимо знать значения поляризуемости для трех главных направлений молекулы, т.е. в самом общем случае — три величины. Для этой цели мы располагаем тремя независимо измеряемыми величинами: показателем преломления, постоянной Керра и коэффициентом деполяризации рассеянного света.
Вследствие теплового движения анизотропных молекул среды кроме флуктуаций плотности возникают также и флуктуации ориентаций анизотропных молекул, или флуктуации анизотропии. Это означает, что статистический характер движения молекул приводит к тому, что в объемах, малых по сравнению с длиной волны света, в некотором направлении оказалось больше молекул, ориентированных одинаково, чем в любом другом направлении. Такая преимущественная ориентация анизотропных молекул или такие флуктуации анизотропии создадут оптическую неоднородность и, следовательно, вызовут рассеяния света.
Как было сказано, свет, рассеянный вследствие флуктуаций плотности, полностью линейно-поляризован. Вектор электрического поля этой световой волны лежит в плоскости, перпендикулярной к плоскости рассеяния. Свет, рассеянный вследствие флуктуации анизотропии, деполяризован, причем коэффициент деполяризации этого света мОлекуляРнАя ОптикА в соответствии с расчетами и опытом равен р„= 6/7 при освещении рассеивающей среды естественным светом и р~ = 3/4 при освещении линейно-поляризованным светом с электрическим вектором, перпендикулярным к плоскости рассеяния при наблюдении рассеяния под углом О = 90'. Смесь света, рассеянного вследствие флуктуаций плотности и флуктуаций анизотропии, характеризуется некоторым коэффициентом деполяризации Ь (см.
формулу (160.5)), который определяется относительными вкладами деполяризованного света.и поляризованного света. Расчет интенсивности света, рассеянного вследствие флуктуаций анизотропии, встречает большие трудности, поскольку флуктуации анизотропии не могут быть вычислены таким же путем, как флуктуации плотности. Однако задача о расчете соответствующей интенсивности была решена феноменологически для определенной модели жидкости. Мы не будем воспроизводить здесь этот расчет, но учтем вклад света, рассеянного вследствие флуктуации анизотропии в общую интенсивность, пользуясь значеттиями коэффициентов деполяризации, как это сделано Кабанном (1927).
Пусть суммарная интенсивность рассеянного света есть Х = 1+~, где 1 выражается формулой (160.2) для 0 = 90' (в дальнейшем будем обозначать ее Хдд), а г есть интенсивность света, рассеянного вследствие флуктуаций анизотропии. Если принять, что падающий естественный свет распространяется вдоль оси У (рис. 29.8), наблюдение рассеянного света производится вдоль оси Х, а ось У перпецдикулярна к плоскости рассеяния, то Х = 1, и г = ~,' + ~.- и, следовательно, ,Х=Х,+г,+г,.
Как уже было указано выше, Ь= 1, + г, 6 Ри = г, 7 Принимая в расчет написанные здесь определения интенсивности и коэффициентов деполяризации и исключая г и з„, получим Хдо = ХдоУ(~) Здесь,Хдд — полная интенсивность для 0 = 90', множитель Х(„,, ) 6+ 6Ь 6 — 7Ь называется фактором Кабанна. Из написанных выше формул легко получить отношение г 13Ь Х 6 — 7Ь' отсюда следует, что для таких жидкостей, как глицерин (Ь и 0,30), интенсивность поляризованного рассеянного света равна приблизительно интенсивности деполяризованного рассеянного света. Если Ь~ ж 0.68 (как в случае сероуглерода), интенсивность света, рассеянного 539 ГЛ. ХХ1Х. РАССЕЯПИЕ СВЕТА вследствие флуктуаций анизотропии, в семь раз превосходит интен- сивность света, рассеяшюго на флуктуациях плотности.
~ 161. Спектры молекулярного рассеяния света Флуктуации давления, энтропии или температуры, концентрации и анизотропии возникают и «рассасываются~ во времени. Разные флуктуации образуются и изменяются, следуя различным законам. Возникшая флуктуация давления„которую можно рассматривать как локальное повышение или понижение давления, разумеется, не может «застыть~ на месте в упругом теле, но «побежит~> по объему вещества со скоростью распространения упругого возмущения. Флуктуации концентрации будут изменяться со скоростью, которая определяется коэффициентами диффузии, а флуктуации энтропии— со скоростью, определяемой коэффициентом температуропроводности вещества, Все эти временные изменения оптических неоднородностей приведут к изменению амплитуды и фазы рассеянного света по закону, соответствующему характеру временнбго изменения оптической неоднородности.
Как было показано в ~ 4, 22, изменение (модуляция) амплитуды и фазы световой волны со временем ведет к изменению спектрального состава первоначально монохроматического светового излучения. Характер такого спектра будет зависеть от вида модулирующей функции или, другими словами, от вида зависимости амплитуды и фазы рассеянного света во времени. а. Компоненты Мандельштама — Бриллюэна. Адиабатические флуктуации плотности или флуктуации давления можно рассматривать как совокупность упругих волн, распространяющихся в среде по всевозможным направлениям и обладающих всевозможными частотами (представление флуктуации в виде интеграла Фурье). При расчете теплоемкости твердого тела (Дебай) энергия теплового движения рассматривается как энергия ЗХ упругих нормальных колебаний (волн) данного тела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
