Yorug’lik dispersiyasi va uning klassik nazariyasi

I_RASS~ 1çl⁴ Rayleigh qonuni deb ataladi. (24.2)

5. Yorug'likning molekulyartarqalishi . Keyinchalik olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, kichik chang va tuman zarralari yorug'lik tarqalishining yagona sababi emas. Tog ' observatoriyalaridagi kuzatishlardan osmonning mavimsi havoning ifloslanishini kamaytirish bilan kamaymasligi kuzatildi. Aksincha, havo qanchalik toza bo'lsa, tarqoq nur qanchalik kuchli. Yorug'likning tarqalishi jismoniy bir hil muhitda - toza gazlar, sof suyuqliklar, sof kristallar bo'lib chiqdi.

1908 yilda Marian Smolukhovsky optik heterojeniteyi nafaqat ba'zi xorijiy inklüzyonlar bo'lishi mumkin, deb ko'rsatdi, balki atrof-muhit zichligi dalgalanmaları, ya'ni, uning o'rtacha qiymati haqida kichik hajmlarda zichligi tasodifiy tebranishlar. Atrof-muhitning zichlikdagi o'zgarishlariga tarqalish molekulyar tarqalish deb ataldi.

1910da Albert Eynshteyn, Smoluxovskiyning fikriga asoslanib, suyuqliklarda o'zgaruvchan tarqalish nazariyasini ishlab chiqdi. Ikkilamchi to'lqinlarning markazlari sifatida u alohida molekulalarni emas, balki ularning o'lchamlari to'lqin uzunligidan ancha kichik bo'lgan hajmlarda kollektivlarni oldi. Eynshteyn suyuqliklarida tarqalgan nurning zichligi uchun quyidagi formulani oldi: . Suyuqliklar uchun Eynshteyn formulasi, 1910 ( 24.3)

Bu erda v-tarqalish hajmi, b-atrof-muhitning siqilish koeffitsienti, r-uning zichligi, e - dielektrik sobit, k – post. Bolzano, T-harorat.

Suyuqlikdagi molekulyar tarqalish formulasidan (24.3) gazlardagi yorug'likning molekulyar tarqalishi formulasini olish mumkin. Gazlarning sinishi indekslari birlikdan juda oz farq qiladi. Misol uchun, normal sharoitda havo n = 1,000292 ga ega. Bundan tashqari, birlik va dielektrik sobit e = n^{2 dan bir oz farq}qiladi . Havo uchun, masalan, e = n²= 1,000584, zichlik r = 1,293 kg / m³.Agar n 21.11 o'rniga maxsus refraktsion formulada (²) e ni qo'yib, denominatordagi o'nli belgilarni e'tiborsiz qoldirsak, biz quyidagilarni olamiz: e - 1 = sonst = a = 4,52 * 10^-4 m³/ kg.,   , va formulani (24.3) almashtirish orqali biz gazlardagi yorug'likning molekulyar tarqalishining intensivligini olamiz.   . Gazlar uchun Eynshteynning formulasi (24.4)

Molekulyar tarqalishda Rayleigh i qonuni ham amalga oshiriladi.

Zichlikdagi dalgalanmalarda yorug'likning eng jadal tarqalishi tanqidiy haroratlarda muhitda kuzatiladi. Yorug'likning kuchli tarqalishi bu hodisaga tanqidiy opalesans deyiladi. Smoluxovskiy uni tanqidiy nuqtada moddaning siqilishi juda yuqori ekanligini tushuntirdi. Shuning uchun, moddada kichik hajmlarda zichlikning sezilarli o'zgaruvchanligi osongina paydo bo'ladi. Muhim holatdagi modda aniq optik heterojenlikka ega bo'ladi.

Rayleigh va molekulyar tarqalish nazariyasi uchta tajribali qonunlarning ikkitasini tushuntiradi. Birinchidan, Rayleigh i qonuni 1çλ^{4 tarqalgan} oq nurning mavimsi rangini tushuntiradi, ikkinchidan, 1 + SOS²pH tarqalishi indikatoriga matematik tarzda qat'iyamal qiladi .

Tarqoq nurning polarizatsiyasi haqiqati alohida e'tiborga muhtoj.

6. Izotropik molekulalarga tarqalish. Izotropik molekulalardan tashkil topgan muhitda molekulyar tarqalishni ko'rib chiqing. Bu erda izotropik molekulalar mavjud, ularning polarizatsiyasi barcha yo'nalishlarda bir xil. Bunday holda, tarqoq muhitning har qanday differentsial hajmi optik jihatdan bir xil bo'ladi. "Differensial hajm" tushunchasi bu hajmni suyuqlik yoki gazning bir hil hajmi deb hisoblash uchun etarli molekulalarni o'z ichiga olgan atrof-muhitning hajmini anglatadi, lekin alohida molekulalar guruhi emas. Shu bilan birga, bu hajm l 3 hajmidan ancha past, shunday qilib, sferik hajmning chiziqli uzunligi 0,1l dan oshmaydi.

Polarizatsiyalangan va polarizatsiyalangan nurlarning tarqalishini ko'rib chiqing.

a. chiziqli polarizatsiyalangan nurnitarqatish . XOY tekisligida tekis, lineer polarizatsiyalangan elektromagnit to'lqin o izotropik molekula ustiga tushsin. Ushbu to'lqinning o'zgaruvchan maydonining ta'siri ostida molekula optik elektron OY o'qi bo'ylab to'lqin bilan bir xil chastotada o'zgarib turadi.

 O'z navbatida, elektron elektromagnit maydonni elektronning tebranishlarining transvers komponenti nolga teng bo'lmagan yo'nalishlarda chiqaradi. Ya'ni, elektron faqat oy o'qi yo'nalishi bo'yicha chiqarilmaydi, u erda u o'zgarib turadi.

Har qanday yo'nalishda chiqadigan to'lqinning amplitudasi elektronning tebranish amplitudasining ushbu yo'nalishga perpendikulyar bo'lgan tekislikka proektsiyasi bilan aniqlanadi (shakl.196). OY o'qiga qanchalik yaqin bo'lsa, bu yo'nalish tarqalgan to'lqinning qizg'inligi qanchalik past bo'ladi. Maksimal zichlik OZ o'qi yo'nalishi bo'yicha tarqalgan to'lqinga ega .

 Tarqalish natijasida tushgan to'lqinning energiyasi kamayadi. Agar tushgan to'lqin lineer polarizatsiyalangan bo'lsa, izotropik molekulalar holatida tarqalgan to'lqinlar ham lineer polarizatsiyaqilinadi .

b. tabiiy nurningtarqalishi . Tabiiy yorug'likning tekis bo'lmagan polarizatsiyalangan elektromagnit to'lqini izotropik molekulaga tushsin. Tabiiy nurda  turli to'lqinlarning vektorlari doira diametrlarida o'zgarib turadi (shakl.197). Faqat ZOY tekisligida, elektronlar o'zgarib turadigan doira tekis chiziqqa mo'ljallangan. Shuning uchun, ZOY tekisligida tarqalgan nur butunlay polarizatsiyaqilinadi .

Boshqa barcha yo'nalishlarda doira ellipsga mo'ljallangan. Ushbu yo'nalishdagi yorug'likning polarizatsiya darajasi birlikka teng emas. Bu ellips yarim o'qining kattaligiga bog'liq. F burchagi 90° ga qanchalik yaqin bo'lsa, yorug'lik polarizatsiyasi darajasi qanchalik katta.

 7. Anizotropik molekulalarda yorug'liktarqalishi . Keling, molekula polarizatsiya qilinishi mumkin bo'lgan yagona yo'nalishga ega deb hisoblaymiz. To'liq anizotropiya molekulasining bunday turi qattiq tayoq modeli deb ataladi. Bunday molekula polarizatsiyasi barcha yo'nalishlarda, bir-biridan tashqari, nolga teng.

a. lineer polarizatsiyalangan nurning anizotropik molekulalarigatarqalishi . Xoy tekisligida yotadigan anizotropik AB molekulasigaoy o'qiga burchak ostida bo'lsin , vektori XOY tekisligida bir xil tarzda o'zgarib turadigan to'lqin tushadi (D3.0-d4. 9 , D4).198). Molekulalarning majburiy tebranishlari AB yo'nalishi bo'ylab, e vektorining dipol o'qiga, e₁ = e SOS θ proektsiyasi ta'siri ostida amalgaoshiriladi .

Molekulyar dipolning tebranishlari, o'z navbatida, OZ yo'nalishi bo'yicha ikkita lineer polarizatsiyalangan to'lqinlarni uyg'otadi. Bir vektor OY o'qi bo'ylab, ikkinchisi - OX o'qi bo'ylabharakat qiladi . OZ o'qi yo'nalishi bo'yicha tarqoq anizotropik molekula nur izotropik molekula tomonidan tarqalgan nurdan farq qiladi. Izotropik molekula holatida, OZ o'qi bo'ylab tarqalgan e vektori faqat polarizatsiyalangan yoki polarizatsiyalanmagan yorug'likdan qat'i nazar, tekislikda o'zgarib turadi.

OZ nurining yo'nalishi bo'yicha tarqalgan anizotropik molekula holatida , e y komponenti bilan birga_{, burchakka qarab e x komponenti paydo}bo'ladi θ. Nurning depolarizatsiyasi mavjud. Kantitativ ravishda depolarizatsiya depolarizatsiya koeffitsienti deb ataladigan D = I_xchi y qiymati bilan belgilanadi. Bu erda i_x va i_y-ox o'qi va OY o'qiga parallel ravishda o'zgarib turadigan OZ o'qi bo'ylab tarqalgan nurning intensivligi .

b .anizotropik tabiiy yorug'lik molekulalarida tarqalish OZ o'qi bo'ylab e tarkibiy qismlarining tushayotgan nurda paydo bo'lishi tufayli murakkablashadi. Biroq, OZ o'qi bo'ylab tarqalgan nurning depolarizatsiyasi , shuningdek, chiziqli polarizatsiyalangan nurni tarqatishda depolarizatsiyadan biroz farq qiladi.

Agar vosita anizotropik molekulalardan iborat bo'lsa, unda issiqlik harakati tufayli zichlik o'zgarishlariga qo'shimcha ravishda anizotropiyaning o'zgarishi ham paydo bo'ladi. Anizotropiya o'zgarishlariga tarqalgan yorug'lik depolarizatsiyalanadi. Anizotropiyaning dalgalanmalaridagi chiziqli polarizatsiyalangan yorug'lik yoyilganda depolarizatsiya koeffitsienti D = 0,75 va o'z o'qi yo'nalishi bo'yicha D = 0,86 tabiiy yorug'lik tarqalganda .

Anizotropiyaning zichligi va o'zgaruvchanligi o'zgarishlariga tarqalganda umumiy depolarizatsiya kamroq. Vodorod H₂ D = 0,01, azot n₂ D = 0,04, gaz Co₂ D = 0,07. Suyuqliklarda depolarizatsiya darajasi katta. Benzol C₆H₆ D = 0,44, serokarbon CS₂ D = 0,68, nitrotoluolda C₆H₅CH₂no₂ D = 0,80.

8. Tarqalish nazariyasi . 1908 da Gustav Mi tomonidan yorug'lik diffraktsiyasi asosida qurilgan dumaloq dielektrik zarrachalar tomonidan yorug'lik tarqalishining qattiq nazariyasi, uning hajmi to'lqin uzunligi l bilan bir xil buyurtma qiymatiga yetishi mumkin. Mi nazariyasi Rayning tarqalishini o'z ichiga oladi , bu i_irq1çλ^{4 qonuniga bo'ysunadi}, chunki to'plarning kattaligi yorug'lik to'lqin uzunligidan ancha kichik bo'lsa, r < l.