Рэлеевское рассеяние

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Рэле́евское рассе́яние — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году[1]. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.

Теория[править | править вики-текст]

При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае, в рассеянии участвуют флуктуации в направлении молекул и в их плотности.[2]

Модель взаимодействия с осциллятором[править | править вики-текст]

Для рассеивания на осцилляторе массы m, с зарядом q и собственной частотой \nu_0 сечение рассеяния \sigma_R пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света \nu :

\sigma_R={8\pi\over 3} \left( {q^2\over{mc^2}} \right)^2 \left( {\nu\over{\nu_0}} \right)^4.

Зависимость вывел британский физик Джон Рэлей в 1871 г.

Сечение \sigma_R зависит от угла рассеяния \theta между направлениями падающей и рассеянной волн:

d\sigma_R(\theta)={3\over 8} \sigma_R (1+\cos^2\theta) \sin\theta d\theta,

рассеянная волна линейно поляризована вдоль направления, перпендикулярного плоскости, проходящей через направления распространения падающей и рассеянной волн. При рассеянии на сферических частицах (неоднородностях) степень поляризации p для неполяризованного падающего света равна:

p={\sin^2\theta\over{1+\cos^2\theta}};

для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.[3]

Спектральный состав[править | править вики-текст]

Рэлеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты.[2] Но тепловые флуктуации вносят изменение в спектральный состав, причем в жидкостях уширение может достигать 150 см−1.[4]

Объяснение цвета неба[править | править вики-текст]

Отношение интенсивности рассеяния солнечного света атмосферой для различных длин волн

Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы (флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба. Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке атмосферы — и больше рассеивает коротковолновый свет. Глаз видит все рассеиваемые волны — от красного (длинноволнового), до фиолетового (коротковолнового). На фиолетовом краю оптического спектра идёт нарастание. Поэтому интегральная картинка воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутая от фиолетового края, но тяготеющая именно к этой стороне спектра.

На закате же вблизи Солнца наблюдаются иные явления. Если в точке неба, вдалеке от Солнца наблюдатель видит всё тот же голубой цвет, то вблизи с Солнцем — красный. Дело в том, что в любой точке неба вдалеке от Солнца, наблюдатель по прежнему видит рассеянный, то есть коротковолновый (интегральный голубой) свет. А на малых углах рассеяния, где больше прямых лучей Солнца, до наблюдателя гораздо больше доходит длинноволновый, то есть красный цвет. Это объясняется тем, что по сравнению с положением Солнца в зените, свет проходит в несколько раз большую толщу атмосферы и от фиолетового света не остаётся практически ничего — он рассеивается многократно в другие стороны. И интегральная картинка смещается к красному краю спектра.

Применение[править | править вики-текст]

Применяется в рефлектометрии.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Рэлеевское рассеяние. Физическая энциклопедия. Проверено 16 марта 2011. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.
  2. 1 2 Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Рэлеевское рассеяние в газах и жидкостях. // Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред. — М.: Наука, 1982. — Т. VIII. — С. 582—583.
  3. И. Г. Митрофанов. Рэлеевское рассеяние (рус.). Astronet. Проверено 16 марта 2011. Архивировано из первоисточника 28 августа 2011.
  4. Фабелинский И. Л. Некоторые вопросы молекулярного рассеяние в жидкостях // УФН. — 1957. — Т. 63. — С. 355—410.

Литература[править | править вики-текст]

  • V. E. Ogluzdin (2010). «Bohr Correspondence Principle and Multiphoton Nature Raileigh Light Scattering». J. Mod. Phys. 1: 86–89. DOI:10.4236/jmp.2010.11012.

Ссылки[править | править вики-текст]