9.2. Рэлеевское рассеяние света.

Рассеянием называется преобразование светового потока одного направления в световые потоки разных направлений.

Если среда оптически неоднородна, то распространение света в ней сопровождается его рассеянием вследствие различия коэффициента преломления в разных точках. Различие в коэффициентах преломления в разных точках создается как наличием частиц дисперсной фазы, так и разным числом молекул вещества в малом объеме (флуктуациями плотности или концентрации).

В соответствии с этим различают два вида рэлеевского рассеяния: рассеяние мутными средами и молекулярное рассеяние света. Релеевское рассеяние можно наблюдать невооруженным глазом; для наблюдения молекулярного рассеяния применяют чувствительные фотометры. Для рэлеевского рассеяния выполняются два условия: длина волны остается постоянной λ = const и поглощение отсутствует. Рэлеевское рассеяние отличается от комбинационного рассеяния света (КР), открытого Раманом и Мандельштамом, когда длина волны первичного излучения изменяется, то есть . При комбинационном рассеянии на частоту рассеянного света накладываются колебательные частоты молекул, проявляющиеся в ИК-спектрах. В результате в спектре КР появляются новые линии, частоты которых представляют комбинацию падающей и колебательных частот.

Рассмотрим физическую сущность рассеяния света, являющегося наиболее характерным явлением для коллоидных систем. При нахождении частицы в поле электромагнитных волн светового излучения происходит поляризация атомов и молекул, то есть вследствие смещения электронов возникают диполи. Переменное электромагнитное поле световой волны вызывает появление переменных диполей атомов и молекул. Эти индуцированные диполи осциллируют и являются источником вторичных световых волн с той же длиной волны. В оптически однородной среде фазы этих волн хаотически распределены по объему, и вторичные волны полностью гасят друг друга вследствие интерференции во всех направлениях, кроме направления первичного пучка. В этом случае свет не рассеивается, а проходит прямолинейно. В оптически неоднородной среде вторичные волны не гасят друг друга во всех направлениях, а наблюдаются рассеянные под различными углами световые потоки. Поскольку идеально однородных сред нет, все вещества рассеивают свет в той или иной степени. Рассеяние света коллоидными системами приводит к мутности, наблюдаемой в виде эффекта Тиндаля. Мутность вещества определяется выражением:

(9.1)

где и – интенсивность первичного и проходящего пучков, – толщина образца, – мутность.

Многие коллоидные системы обладают заметной мутностью вследствие интенсивного светорассеяния. Пучок солнечного света или пучок света от кинопроектора часто бывают видны сбоку вследствие интенсивного рассеяния частицами пыли. Растворы полимеров по внешнему виду прозрачны, но на самом деле они обладают незначительной мутностью, вследствие слабого светорассеяния. Чистые газы и жидкости рассеивают свет вследствие флуктуации плотности, а истинные растворы – вследствие флуктуации концентрации.