Светорассеяние

Определение "Светорассеяние" в словаре Брокгауза и Ефрона

Светорассеяние — [Светорассеяние этимологически то же, что рассеяние света, но последним именем, или диффузией света, называется незеркальное отражение света, как, напр., матовыми поверхностями тел. Ф. П.] (цветное), или дисперсия (Dispersion, Farbenzerstreung) — разложение белых или вообще сложных цветных лучей на более простые в следующих явлениях: 1) преломление в прозрачных телах, 2) преломление в телах, поглощающих некоторые лучи (аномальная дисперсия), 3) дифракционный нормальный спектр, 4) вращение (молекулярное и магнитное) плоскости поляризации (см.), 5) расхождение оптических лучей разных цветов в двуосных кристаллах.

1) С. при преломлении (призматическая дисперсия) лучше всего может быть наблюдаемо на спектре, получаемом при прохождении белых лучей из щели через прозрачную призму с преломляющим ребром, расположенным параллельно щели. Такое разбрасывание лучей, различающихся по периоду колебаний и по длине волны (а физиологически — по цвету), происходит от различия в показателях преломления, т. е. от различия в скоростях распространения разноцветных лучей в одной и той же прозрачной среде. Такая зависимость скорости распространения эфирных колебаний различных периодов от величины периода теоретически объясняется взаимным влиянием частиц обыкновенного вещества и частиц светового эфира. Существуют очень сложные теории (Коши, Брио, Зельмейер, Гельмгольц), объяснающие явления призматической дисперсии с достаточной подробностью. Призматическое С. представляет огромное значение для устройства оптических чечевиц и спектроскопов и характеризуется для каждого прозрачного тела некоторыми постоянными величинами. Ограничиваясь видимыми лучами (в солнечном спектре между фраунгоферовыми линиями А [в красной] и H [в фиолетовой] части спектра), мы можем определить для призмы из данного прозрачного материала показатели преломления лучей, соответствующих определенным фраунгоферовым линиям солнечного спектра (см.) A, C, D, F, H. В таком случае характерными постоянными будут:

a) Полное С., т. е. разность между показателем преломления фиолетовых лучей п (H) и показателем преломления красных — n(A), т. е. n(H)—n(А) = полное С.
b) Светорассеивающая сила (pouvoir dispersif) = [n(H) — n(a)[/[n(D) — 1].

с) Частное С., или разности между п (Н)—n(F), n(F)—n(D), n(D)—n(C), n(C)—n(A).

d) Относительное С. — Δ = [n(F) — n(C)[/[n(D) — 1].
e) Дисперсия призмы в min. отклонения

где d α — небольшой угол между двумя близкими лучами, которых показатели преломления отличаются на dn, и А — преломляющий угол призмы. Мы приведем таблицу для нескольких тел с величинами среднего показателя преломления [так называется теперь n(D)], частного C. = n(F)— п (С) и относительного С. — Δ .

	n(D)	n(F)—n(C)	1000 Δ .
Алмаз	2,4173	0,0254	17,7
Йодистое серебро	2,1816	0,1256	104,2
Плавиковый шпат	1,4339	0,0045	10,4
Кварц	1,5442	0,0078	14,3
Сероуглерод	1,6303	0,0345	54,7
Вода	1,3330	0,0060	18,0
Гвоздичное масло	1,6188	0,0431	69,5
Воздух	1,0002429	0,00000295	10,1
Водород	1,0001429	0,00000195	13,7

Йенские стекла.

	(Nr)	n(D)	n(F)—n(C)	1000 Δ .
Легкий фосфор. Crown О.	225	1,5159	0,00737	14,3
Тяжелый bar. Sil. cr. О.	211	1,5727	0,00988	17,2
Легкий bor flint S.	35	1,5503	0,00996	18,1
Тяжелый bor. flint S.	10	1,6797	0,01787	26,3
Самый тяжелый flint S.	57	1,9626	0,04882	50,8

Из таблицы видно, что наиболее сильна относительная дисперсия у йодистого серебра, а наименее у воздуха и плавикового шпата; для иенских стекол Δ увеличивается с n(D) и несколько быстрее n(D). С увеличением температуры дисперсия в жидкостях уменьшается, а для твердых тел увеличивается всегда, и при увеличении, и при уменьшении n.

Формулой призматической дисперсии называется эмпирически полученная и теоретически обоснованная связь между показателем преломления n и длиной волны λ. Самые простые формулы даны Коши (1835) и Кеттлером:

n = a + (b/ λ ²)... (Коши);

n² = —k λ ² + a + b/ λ ² + c/ λ ⁴... (Кеттлер).
Эти формулы позволяют предвычислять для прозрачных тел частные дисперсии в разных частях спектра, облегчая тем задачу устройства ахроматических призм и чечевиц (см. Ахроматизм).

2) Аномальная дисперсия. В случае призм, приготовляемых из веществ, которые дают в спектре полосы поглощения, нередко наблюдается необычный порядок распределения цветов, а именно: наименее преломляющимися являются фиолетовые, а наиболее преломляющимися желтые, красные. Это происходит от того, что показатель преломления призмы не изменяется непрерывно с уменьшением длины волны лучей, но претерпевает резкие перемены (maxima и minima), переходя полосу лучей, сильно поглощаемых призмой. Кундт первый указал на эту зависимость аномальной дисперсии от поглощения лучей веществом призмы (раньше подобные явления аномальной дисперсии в йоде, фуксине наблюдали Леру, Христианзен). Кундт предложил удобный способ обнаруживать такую зависимость посредством 2-х перекрещивающихся призм. Через узкую короткую горизонтальную щель и призму (напр., из прозрачного флинта) с горизонтальными ребрами пропускают белый свет, чтобы получить узкую вертикальную полосу спектра — с горизонтальными цветными полосами. Затем, рассматривая этот спектр через призму из аномально светорассеивающего вещества (напр. фуксина, цианина и др.) с вертикально расположенным преломляющим ребром, можно легко заметить вблизи полос поглощения сдвиг и искривление границ цветных полос спектра то в одну, то в другую сторону. Пфлюгер, приготовив призмочки из твердого фуксина, определил показатели преломления лучей для различных волн — λ = 589 µµ, 486 µµ, 461 µµ, 410 µµ, а именно n = 2,64; 1,05; 0,83; 1,17. На этом примере не только доказывается, что желтые лучи (λ = 589 µµ) преломляются сильнее фиоетовых (410 µµ), но и обнаруживается возможность еще особой аномалии, а именно то, что для лучей λ = 461 µµ. (Sr) n = 0,83, т. е. что фуксин способен распространять волны (λ = 4б1µµ) со скоростью, которая больше скорости их распространения в пустоте, — иначе говоря, в свободном световом эфире. По опытам Кундта, подобные аномалии обнаружены и с призмами из тонких слоев железа, никеля, платины, золота и меди. Подобный случай аномальной дисперсии (n <1) Никольс наблюдал в кварце для λ>7,4 µ, т. е. в отдаленной инфракрасной части спектра. Для тел, обладающих аномальным С., вышеприведенные формулы Коши и Кеттлера являются не удовлетворительными. Современная теория дает для таких тел более сложную зависимость между n, λ, k (коэф. поглощ. свет. лучей), Т — периодом колебаний эфирной частицы и Т ₁ — периодом колебаний частиц исследуемой призмы (предполагая, что частички вещества не испытывают трения и влияния эфирных частиц). Эта зависимость — в виде уравнений:

Из (2) уравнения, при Т ₁ = Т, получается k = ∞, а это указывает, что при синхронизме колебаний частиц исследуемого вещеcтва и частиц эфира, призма должна задерживать все лучи периода Т и, след., должна дать в спектре одну абсорбционную полосу, по сторонам которой k — симметрично убывает. При таком условии yp. (1) показывает, что n — при переходе от лучей (инфракрасных) с периодом, большим Т, к лучам с периодами, близкими к Т, непрерывно увеличивается; достигнув maximum'a при Т = Т ₁, n затем быстро уменьшается до некоторого minimum'a и снова непрерывно растет для лучей, приближающихся к ультрафиолетовым.

По электромагнитной теории света Максвеля — между диэлектрической постоянной k прозрачного изолятора и показателем преломления n существует простое соотношение: k = n 2, принимая за n — показатель преломления для весьма больших λ. Этот теоретичный вывод подтвержден многочисленными опытами, которые, между прочим, показывают, что вcе вещества, которых k превышает число 5, обладают аномальной дисперсий лучей с очень большой длиной волны (электрические лучи Гертца). Напр., для воды k = 80, непосредственный опыт над преломленишем Гертцовских лучей в водяной призме дал n = 9.
3) Диффракционное С. — пропорционально длине волны. Нормальный диффр. спектр и дисперсия сетки (см.)

4) Вращательная дисперсия (dispersion rotatoire) получается с поляризов. белыми лучами, при переходе их через активные вещества — кварц, сахар, терпентин и пр. (см. Вращение плоск. поляризации — молекулярное). Эти лучи испытывают вращение плоскости поляризации, изменяющееся приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны (закон Био); таким образом, плоскость поляризации фиолетовых лучей закручивается вообще на больший угол, нежели плоскость поляризации красных лучей. Для кварца при толщине 1 мм такое расхождение плоскостей поляризации фиолетовых и красных лучей достигает почти 36°. Для каждого вещества с молекулярным вращением пл. поляр, (а также и при магнитном вращении пл. поляриз.) — зависимость между φ — углом вращения пл. поляриз. лучей и λ — их длиной волны (в пределах видимых лучей) может быть достаточно точно выражена формулами

φ ° = A + B/ λ ² или φ ° = А / λ ^{2 +} В / λ ⁴

Для некоторых веществ (виннокам. кислота и ее соли) замечена аномальная вращательная дисперсия) аналогичная призматической дисперсии.

5) Дисперсия оптических осей в двуосных кристаллах заключается в изменении угла между оптическими осями с изменением длины волны лучей. В большинстве случаев этот угол увеличивается, хотя и на небольшую величину, с уменьшением длины волны. В этих явлениях наблюдаются нередко неправильности, напоминающие собой аномальную вращательную дисперсию. Литература вопроса достаточно подробно указана в "Курсе физики" проф. Хвольсона (II, 371 к § 21; стр. 631; 700).

H. Егоров.