«Оптика неоднородных сред»

раздел оптики (См. Оптика), в котором изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения (См. Оптическое излучение) в средах, Преломления показательn которых не постоянен, а зависит от координат. Оптическими неоднородностями называются поверхности или объёмы внутри среды, на (в) которых изменяется n. Независимо от физической природы неоднородности она всегда отклоняет свет от его первоначального направления. На поверхностях, разделяющих объёмы среды с разными n, происходит Отражение света и Преломление света; на частицах или иных объёмах, n которых отличается от n окружающей среды, — Рассеяние света. Существенную роль в О. н. с. играет Интерференция света между рассеянными, отражёнными и преломленными световыми волнами, а также исходной (падающей) волной. Важный раздел О. н. с. — оптика тонких слоев (См. Оптика тонких слоёв). Оптические неоднородности могут представлять собой включения в среду др. веществ, с иным n (аэрозоли, дымы, суспензии, эмульсии); размеры этих включений чаще всего превышают длину световой волны λ. Такие среды называются мутными средами (См. Мутные среды). При большой концентрации инородных частиц рассеяние на них падающего света по всем направлениям приводит к тому, что мутная среда становится непрозрачной. Если неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидных частиц (см. Коллоидные системы), то среда кажется совершенно прозрачной; однако наблюдение под углами около 90° к направлению падающего света обнаруживает свечение среды, обусловленное интенсивным рассеянием света (Тиндаля эффект). К др. классу мутных сред относятся чистые (без инородных включений) вещества, в которых изменения n в большом числе микрообъёмов, приводящие к рассеянию света, вызваны флуктуациями (См. Флуктуации) плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул или Турбулентностью среды. Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрическими частицами, пропорциональна λ^–p, где р— параметр, зависящий от отношения размеров частиц к λ. При рассеянии на тепловых флуктуациях, размеры которых много меньше λ, IОптика неоднородных средλ^–4(Рэлея закон). Такая сильная зависимость от λ объясняет преимущественное рассеяние более коротких волн; поэтому наблюдаемый цвет дневного неба — голубой, хотя атмосфера Земли освещается солнечным белым светом (См. Белый свет) —совокупностью световых волн различной длины. Для частиц, размеры которых >>λ, параметр р близок к 0 и рассеяние определяется геометрическими эффектами преломления света на поверхностях частиц. I в этом случае не зависит от λ, что и наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках — они имеют белый цвет. На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях и твёрдых телах основаны методы нефелометрии (См. Нефелометрия) и ультрамикроскопии (см. Ультрамикроскоп),позволяющие определять концентрацию неоднородностей и изучать их природу (а в нефелометрии — и их размеры).

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Шифрин К. С., Рассеяние света в мутной среде, М. — Л., 1951; Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. — Л., 1951; Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Фабелинский И. Л., Молекулярное рассеяние света, М., 1965; Татарский В. И., Распространение волн в турбулентной атмосфере, М., 1967.

Л. Н. Капорский.

ОПТИКА НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД

раздел физ. оптики, в к-ром изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения в оптически неоднородных средах, показатель преломления n к-рых не постоянен, а зависит от координат. Оптич. неоднородностями явл. поверхности или объёмы внутри среды, на (в) к-рых изменяется п. Независимо от физ. природы неоднородности она всегда отклоняет свет от его первонач. направления. На поверхностях, разделяющих среды с разными n, происходит отражение света и преломление света; на микронеоднородностях, n к-рых отличается от n окружающей среды,— рассеяние света. Существ. роль в О. н. с. играет интерференция света между рассеянными, отражёнными и преломлёнными световыми волнами, а также падающей волной. Оптически неоднородными явл. мутные среды; в них размеры оптич. неоднородностей чаще всего превышают длину световой волны l. Если неоднородность среды вызвана присутствием в ней мелкодисперсных коллоидных ч-ц, размеры к-рых сравнимы с l, то среда кажется совершенно прозрачной; однако наблюдение под углом =90° к направлению падающего света обнаруживает свечение среды, обусловленное интенсивным рассеянием света (Тиндаля эффект).

К неоднородным средам относятся также в-ва без инородных включений, в к-рых изменения n в большом числе микрообъёмов, приводящие к рассеянию света, вызваны флуктуациями плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул или турбулентностью среды.

Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрич, ч-цами, пропорц. l-p, где p — параметр, зависящий от отношения размеров ч-ц к l. При рассеянии света на тепловых флуктуациях, размеры к-рых Много меньше l, I=l-4 (Рэлея закон). Для ч-ц, размеры к-рых много больше l, параметр р близок к 0, и рассеяние определяется геом. эффектами преломления света на поверхностях раздела объёмов. В этом случае I не зависит от X, что и наблюдается при рассеянии света в туманах и облаках — они имеют белый цвет. На изучении рассеяния света неоднородностями в газах, жидкостях и тв. телах основаны методы нефелометрии и ультрамикроскопии (см. УЛЬТРАМИКРОСКОП), позволяющие определять концентрацию неоднородностей и изучать их природу (а в нефелометрии — и их размеры). Особый раздел О. н. с. составляет оптика тонких слоев.