Большая советсткая энциклопедия Оптика неоднородных сред

Оптика неоднородных сред

Оптика неоднородных сред,раздел оптики, в котором изучаются явления, сопровождающие распространение оптического излучения в средах, преломления показатель n 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. 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 l. Такие среды называются мутными средами. 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 плотности среды в результате хаотического теплового движения её молекул или турбулентностью среды. Интенсивность I света, рассеиваемого непоглощающими диэлектрическими частицами, пропорциональна l^–p, где р — параметр, зависящий от отношения размеров частиц к l. При рассеянии на тепловых флуктуациях, размеры которых много меньше l, I~l^–4(Рэлея закон). Такая сильная зависимость от l объясняет преимущественное рассеяние более коротких волн; поэтому наблюдаемый цвет дневного неба — голубой, хотя атмосфера Земли освещается солнечным белым светом —совокупностью световых волн различной длины. Для частиц, размеры которых >>l, параметр р близок к 0 и рассеяние определяется геометрическими эффектами преломления света на поверхностях частиц. I в этом случае не зависит от l, 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 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.