v — объем частицы. Из этой формулы можно также сделать заключение о состоянии поляризации рассеянного света. Если падающий параллельный пучок света линейно поляризован, то рассеянный свет во всех направлениях поляризован таким образом, что электрический вектор лежит в плоскости, проходящей через электрический вектор падающей волны и направление рассеянного луча. Если через среду идет естественный (неполяризованный)’ пучок света, то рассеянный свет целиком поляризован только в плоскости, перпендикулярной к падающему пучку (0 = 90°). Чтобы определить величину деполяризации во всех других направлениях, следует рассеянный луч разложить на два поляризованных луча I и г.
В первом электрический вектор перпендикулярен падающему пучку, во втором он лежит в плоскости, проходящей через падающий и рассеянный луч. Степень деполяризации q измеряется отношением г:1. I не зависит от направления, г — пропорционален cos20. Общая интенсивность рассеяния равна сумме I и г. Степень деполяризации g=cos20. Под прямым углом к первичному пучку (0 = 9Оо) е=О.
Там, где размеры взвешенных частиц сравнимы с длиной световой волны, как это обычно имеет место для частиц тумана, эмульсии и для коллоидных частиц, теория Рэлея уже не применима. Ми (1908) дал более полную теорию рассеяния, также применимую только для изотропных частиц шаровой формы, но Любых размеров. Рассеяние зависит также от относительного показателя преломления частиц п' (п' = — , п — показатель преломления частиц, п0 — показатель преломления среды) и от их проводимости а. При большой концентрации частиц необходимо принять во внимание, что каждая частица рассеивает не только волны первичного пучка, но также и вторичные волны, исходящие от соседних частиц.
Вследствие такого многократного рассеяния деполяризация увеличивается. Ганс (1912) и Моглих (1927) распространили теорию рассеяния на частицы эллипсоидальной формы.
Здесь рассеянный свет, даже в случае малых частиц и слабой концентрации, должен быть деполяризован во всех направлениях наблюдения. Измерение интенсивности и степени деполяризации света, рассеянного коллоидными растворами, дает возможность делать заключения о размерах, форме и концентрации взвешенных частиц.
Молекулярное рассеяние в газах. При прохождении света через среду, • состоящую из изотропных молекул, электрическое поле световой волны Е = Ео sin 27ivt возбуждает в каждой молекуле электрич. момент р = аЕ (где а — поляризуемость молекулы), который изменяется с той же частотой у, как и проходящая волна. Благодаря этому каждая молекула начинает излучать вторичные сферические электромагнитные волны. Это приводит к двум явлениям: во-первых, втфэичные волны, складываясь с падающей волной, обусловливают изменение скорости света по сравнению со скоростью его в пустоте; кроме того, происходит рассеяние света в среде, однородной с макроскопической точки зрения. Если бы молекулы располагались совершенно правильно, так что в равных элементах объема независимо от их размеров всегда содержалось одинаковое число молекул, то никакого рас 252
сеяния в стороны не было бы, т. к. при интерференции элементарных волн результирующая волна в боковых направлениях имела бы нолевую амплитуду. На самом деле однородность всегда нарушена вследствие теплового движения, так что число молекул в равных элементах объема не постоянно, а все время колеблется около среднего значения; поэтому все вещества рассеивают свет. Эти самопроизвольные колебания плотности вещества называются флюктуациями. Рэлей (1899) вычислил общую интенсивность Р. с. в газе как сумму интенсивностей, излучаемых отдельными молекулами, исходя из простого представления о полной беспорядочности распределения молекул.
Для интенсивности рассеяния единицей объема под углом 0 к падающему естественному лучу справедлива вторая формула Рэлея: (2)
п — показатель преломления газа, N — число молекул в единице объема. Как показывает формула, синие лучи рассеиваются значительно интенсивнее красных, поэтому рассеянный свет имеет голубой цвет, если падающий свет белый. Этим объясняется голубой цвет неба, обусловленный рассеянием солнечного света земной атмосферой. Смолуховский объяснил критическую опалесценцию (см.) газа интенсивным рассеянием вследствие сильных флюктуаций плотности газа при критической температуре. Эйнштейн развил общую теорию молекулярного рассеяния не только для газов, но и для жидких и твердых тел. Первая экспериментальная проверка формулы Рэлея была выполнена Фаулем (1910—12), наблюдавшим величину рассеяния света земной атмосферой на горе Маунт Вильсон. Из своих наблюдений по формуле Рэлея он вычислил число Авогадро и получил для него значение 6, 05*1028. Для случая газа, состоящего из изотропных молекул, состояние поляризации рассеянного света такое же, как указанное выше, — рассеянный свет целиком поляризован, когда наблюдение происходит под прямым углом к первичному пучку. В случае анизотропных молекул, когда поляризуемость зависит от направления, Р. с. обусловлено не только флюктуацией плотности, но еще флюктуацией ориентации молекул; поэтому интенсивность рассеяния больше, т. к. даже при отсутствии флюктуаций плотности происходит рассеяние, если только в различных элементах объема молекулы ориентированы по-разному. В данном случае рассеянный свет всегда лишь частично поляризован.
Молекулярное рассеяние в кристаллах и жидкостях. В кристаллах движение одной моле кулы передается через упругие связи другим, тепловое движение молекул и связанные с этим флюктуации плотности в различных элементах объема не являются независимыми. Таким образом, в твердых телах рассеяние света вызывается упорядоченными флюктуациями плотности, именно — сгущениями и разрежениями тепловых (упругих) волн. Как показывает теория, на этих пространственных решотках, созданных тепловыми волнами, в каждом направлении 0 определенную монохроматическую световую волну рассеивает только одна система тепловых волн — та, для которой выполнено условие 2Zsin-|- = ^, (3)
