Рассеяние света

Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Рассеяние света по физическому содержанию представляет дифракцию волн на неоднородностях среды.

Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионов рассеивающей среды под действием падающего света.

Как показал Мандельштам в 1907 году, рассеяние света может возникнуть только в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой нерегулярно меняется от точки к точке. Примеры таких сред – это мутные среды (дым, туман, эмульсии, коллоидные растворы, матовые стекла), содержащие мелкие частицы, показатель преломления которых отличается от показателя преломления окружающей среды.

Рассеяние света в мутных средах на частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, называется явлением Тиндаля. Его можно наблюдать при прохождении света через слой воздуха, заполненного мелкими частицами дыма, через сосуд с водой, в которую добавлено молоко.

Если мутная среда освещается пучком белого света, то сбоку она кажется голубоватой. В свете, прошедшем толстый слой мутной среды, она кажется красноватой. Для света, рассеянного частицами, размеры которых меньше длины волны выполняется закон Рэлея:

.

Поэтому коротковолновый свет сильно рассеивается (голубое небо); на закате и восходе солнца небо красное (синие рассеялись, красные дошли).

Для рассеивающих частиц размерами больше длины волны наблюдается явление, называемое эффектом Ми. Спектральный состав Ми-рассеянного света совпадает со спектральным составом падающего света. Этим объясняется белый свет облаков.

Лекция 8
Тепловое излучение

В конце 19 века развитие промышленности и широкое применение тепловых источников света выдвинуло перед физиками проблему изучения теплового излучения. В 1872 году Лодыгин сконструировал лампу накаливания с угольным стержнем. В 1876 году Яблочков изобрел дуговую лампу, а в 1894 году запатентовал лампу накаливания с вольфрамовой нитью.

Электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии тела и зависящее от температуры и оптических свойств этого тела, называется тепловым излучением.

Все тела при температуре выше К излучают электромагнитные волны. При низких температурах тела испускают преимущественно длинные волны (инфракрасные), а при высоких – видимый свет.

Тела способны обмениваться энергией, излучая и поглощая электромагнитные волны. Этот самопроизвольный процесс передачи энергии в форме теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, путем теплового излучения и поглощения электромагнитных волн, называется радиационным теплообменом.

Тепловое излучение – единственное из всех излучений, способное находиться в термодинамическом равновесии с веществом. При этом энергия, излученная телом за каждый промежуток времени в точности равна энергии поглощенной за это время. Такое излучение называется равновесным и устанавливается в теплоизолированной системе все тела которой находятся при одинаковой температуре.

Если в замкнутую систему поместить тела с разной температурой, то постепенно температура тел выровняется. Между телом и его излучением устанавливается термодинамическое равновесие. Если внести более нагретое тело, то оно будет излучать больше, чем поглощать и температура тела понизится. Понижение температуры будет происходить до тех пор пока количество излученной энергии не будет равно количеству поглощенной энергии.

Другие виды энергии не находятся в равновесии с веществом. Например, при хемилюминесценции излучение происходит до тех пор, пока идет химическая реакция и не израсходовался весь запас реагирующих веществ. Фотолюминесценция осуществляются пока вещество поглощает свет.