DSCF6644

244

~cu²Po

0)

a natężenie do czwartej potęgi częstości:

(2)

I ~ E² ~ u)*pl ~p&~^A

Szczegółowe rozważania, które można znaleźć w podręcznikach fizyki (np. F. C. Cr a wf ord. Fale, Warszawa 1972), pozwalają otrzymać związek:

(3)

I_e = apo sin ²0żi ⁴

gdzie a = cn²/e₀; c jest prędkością światła, e₀ — przenikalnością dielektryczną próżni. I_e oznacza natężenie promieniowania rozproszonego pod kątem 0 do kierunku drgań wektora elektrycznego w spolaryzowanej liniowo wiązce padającej. Czynnik sin²0 związany jest z tym, że promieniowanie rejestrowane w odległości r od dipola - znacznie przewyższającej jego rozmiary, określone jest przez „poprzeczne” pole elektryczne drgającego dipola: E_L = E₀ sin 0. Rozkład kątowy światła rozproszonego jest symetryczny względem kierunku wiązki padającej i ma symetrię obrotową w stosunku do osi prostopadłej do kierunku wiązki.

wektor natężenia pola elektrycznego

kierunek wiązki

<^r

Rys. 94. Rozkład przestrzenny natężenia rozproszonego światła spolaryzowanego liniowo

Rysunek 94 ilustruje przypadek padania na ośrodek rozpraszający światła spolaryzowanego liniowo. Dla przejrzystości narysowana została tylko połowa „obwarzanka”, który reprezentuje przestrzenny rozkład natężenia w wiązce rozproszonej. Cząsteczki rozpraszające znajdują się w centrum obwarzanka. Jeśli rozmiary tych cząsteczek przewyższają 0,1 długości fali, nie można ich dłużej traktować jak „punktowych” dipoli, lecz należy uwzględnić możliwość powstania różnicy faz pomiędzy falami rozproszonymi

jjtz różne obszary cząsteczki, co prowadzi do efektów interferencyjnych, j rozkładzie natężenia światła rozproszonego „do przodu” (tzn. w kierunku Alki padającej) i „do tyłu” pojawia się wówczas asymetria - tzw. efekt jie. Oczywiście w dalszym ciągu zachowuje się symetria względem płaszczyzny udania, w której zachodzą drgania dipoli. Teoria Mie (1908), opisująca lozpraszanie światła również przez duże cząsteczki, zawiera wspomnianą wcześniej teorię Rayleigha jako przypadek szczególny.

I Zastosowanie

Badanie asymetrii rozpraszania może posłużyć do wyznaczania średniego namiaru cząsteczek o znanym kształcie. Zależność natężenia światła rozproszonego od długości fali jest w teorii Mie bliska A^-1. Można oczekiwać, je w wypadku obecności w atmosferze aerozoli o dużych cząsteczkach nasycenie niebieskiej barwy nieba ulegnie osłabieniu. Rzeczywiście, niebo aad miastami przemysłowymi jest nawet w słoneczne dni często raczej białe niż niebieskie. Teoria Mie przewiduje również zjawisko selektywnego rozpraszania, pozwalające wyjaśnić m. in. anomalne zjawiska meteorologiczne, takie jak niebieskie zabarwienie Słońca, obserwowane w Europie w 1950 r., które wywołane zostało obecnością w górnych warstwach atmosfery aerozoli składających się z cząsteczek o niemal jednakowych rozmiarach. Badanie rozpraszania światła przez molekuły wody znalazło zastosowanie przy wyjaśnieniu mechanizmu powstawania mgieł i chmur, a także przy dokładnym opisie działania jednego z najstarszych detektorów śladowych - komory Wilsona, przez samego Wilsona nazwanej zresztą „komorą mgieł”.

3. Układ pomiarowy

Schemat układu doświadczalnego przedstawia rys. 95.

Rys. 95. Układ pomiarowy (widok z góry)