§ 4. Рассеяние света на флуктуациях плотности

Воспользовавшись соотношениями

можно выразить флуктуации плотности через флуктуации удельного объема (9.11) в следующем виде:

Относительная флуктуация плотности будет пропорциональна абсолютной температуре и производной

Вместе с флуктуациями плотности в среде неизбежно возникают флуктуации диэлектрической проницаемости, которые связаны с изменением плотности соотношением:

Если световая волна проходит через прозрачный диэлектрик, то благодаря флуктуациям диэлектрической проницаемости происходит рассеяние света. Чтобы рассчитать влияние флуктуаций на рассеяние света, свяжем изменение диэлектрической проницаемости с изменением вектора поляризации

В световой волне поле в каждой точке изменяется по гармоническому закону:

Следовательно, дополнительный вектор поляризации будет гармонически меняться во времени по закону:

где Но переменный вектор поляризации можно рассматривать как колеблющийся диполь, излучающий электромагнитные волны той же частоты, а весь диэлектрик как совокупность таких диполей.

Число таких диполей и величина, их дипольного момента зависят от числа и размеров флуктуаций плотности. Часть энергии проходящего света рассеивается колеблющимися диполями во все стороны.

Для оценки интенсивности рассеянного света от одного диполя воспользуемся формулами дипольного излучения в волновой зоне, где вектор Пойтинга равен (рис. 52):

Таким образом, энергия в основном рассеивается перпендикулярно направлению распространения света.

Рис. 52. Поле излучения вибратора

Для мгновенной интенсивности излучения имеем:

откуда средняя за период интенсивность рассеянного света

т. е. пропорциональна квадрату амплитуды дипольного момента или и обратно пропорциональна" четвертой степени длины волны Зависимость от представляет закон рассеяния Релея.

Рассеянием света на флуктуациях плотности в земной атмосфере объясняется голубой цвет неба.

Вводя средние квадраты флуктуаций и воспользовавшись формулами (9. 28) и (9. 26), из (9. 32) получим:

Формула (9. 33) объясняет основные зависимости, наблюдаемые при рассеянии света на флуктуациях плотности. Из этой формулы следует, что в критической области вещества, где и существуют очень большие флуктуации плотности, должно быть наибольшее рассеяние света. Такое явление действительно наблюдается и носит название критической опалесценции.

При критической опалесценции свет очень плохо проходит через вещество, почти полностью рассеиваясь во все

Стороны. Вещество 6 критической точке имеет мутно-белую окраску, напоминающую минерал опал, почему это явление получило название опалесценции.