6.3光的散射光的散射 当光束经过均匀的透明介质时,从侧面是难以看到光的但当光束经过不均匀的透明介质时,那么从各个方向都可以看到光,这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果,这种景象称为光的散射 例如,当一束太阳光从窗外射进室外内时,我们从侧面可以看到光线的径迹,就是由于太阳光被空气中的灰尘散射的缘故 1 光的散射景象光的散射景象 小妨碍物使波小妨碍物使波发生散射,生散射,较大物体使波大物体使波发生反射,生反射,边缘部分部分发生衍射 按不均匀按不均匀团块的性的性质、散射可、散射可分分为两大两大类:: 〔〔1〕〕悬浮浮质点的散射:如胶体、乳点的散射:如胶体、乳浊液、含有烟、液、含有烟、雾、灰、灰尘的大气中的散射必于此的大气中的散射必于此类 〔〔2〕分子散射:即使非常〕分子散射:即使非常纯真的液体或气体,也能真的液体或气体,也能产生比生比较微弱的散射,微弱的散射,这是由于分子是由于分子热运运动构成密度构成密度的部分的部分涨落引起的,落引起的,这种散射,称种散射,称为分子散射,物分子散射,物质处临界点界点时密度密度张落很大,光落很大,光线照射在其上,就会照射在其上,就会发生生剧烈的分子散射,烈的分子散射,这种景象叫做种景象叫做临界乳光。
界乳光2 四射区别散射、反射和衍射 把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射,称为瑞利散射〔Rayleigh scattering〕 瑞利散射不改动原入射光的频率3 瑞利散射Rayleigh scatteringRayleigh scattering 瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波瑞利定律的适用条件是散射体的尺度比光的波长小,在小,在这条件下作用在散射体上的条件下作用在散射体上的电场可可视为交交变的均匀的均匀场,散射体在,散射体在这样的极化,只感生的极化,只感生电偶极矩而无更高偶极矩而无更高级的的电矩 较大大颗粒粒对光的散射不服从瑞利的光的散射不服从瑞利的λ的四次方的四次方反比律4 4 散射光的偏振性散射光的偏振性5 散射光的散射光的强度度 按照介质不均匀构造的性质,散射可以分为以下两大类:〔1〕 悬浮微粒的散射或廷德尔〔J.Tyndall,1820-1893〕散射,例如在胶体、乳浊液以及含有烟、雾或灰尘的大气中的散射〔2〕 分子散射〔molecular scattering〕,这是由于分子热运动构成的密度部分涨落而引起的光的散射。
例如,即使是光学性质完全均匀的物质,当它处在临界点附近时,密度涨落很大,光照射在其上就会发生剧烈的分子散射,这就是所谓临界乳光景象6 两种散射两种散射海市蜃楼问:天空为什么是蓝的?旭日和夕阳为什么是红的?云为什么是白的?答:首先,白昼天空之所以是亮的,完全是大气答:首先,白昼天空之所以是亮的,完全是大气散射阳光的散射阳光的结果假设没有大气,即使在白昼,没有大气,即使在白昼,人人们仰仰观天空,将看到光天空,将看到光辉夺目的太阳目的太阳悬挂在漆挂在漆黑的背景中黑的背景中这景象是宇航景象是宇航员司空司空见惯了的由于大气的散射,将阳光从各个方向射向察看者,于大气的散射,将阳光从各个方向射向察看者,我我们才看到了光亮的天穹,按瑞利定律,白光中才看到了光亮的天穹,按瑞利定律,白光中的短波成分〔的短波成分〔蓝紫色〕遭到散射比紫色〕遭到散射比长波成分〔波成分〔红黄色〕黄色〕剧烈得多,散射光乃因短波的富集而呈蔚烈得多,散射光乃因短波的富集而呈蔚蓝色瑞利曾色瑞利曾对天空中各种波天空中各种波长的相的相对光光强作作过丈量,丈量,发现与反比律与反比律颇相吻合大气的散射一部相吻合大气的散射一部分来自分来自悬浮的浮的尘埃,大部分是密度埃,大部分是密度涨落引起的分落引起的分子子 散射,后者的尺度往往比前者小得多,瑞利反散射,后者的尺度往往比前者小得多,瑞利反比律的作用更加明比律的作用更加明显。
所以每当大雨初所以每当大雨初霁、玉宇、、玉宇、廓清了廓清了尘埃的埃的时候,天空候,天空总是是蓝得格外美得格外美丽得意,得意,其道理就在其道理就在这里里.一天天空变化 由于白光中的短成分被更多地散射掉了,在直射由于白光中的短成分被更多地散射掉了,在直射的日光中剩余的日光中剩余较多的自然是多的自然是长波成分了早晚阳光以波成分了早晚阳光以很大的很大的倾角穿角穿过大气大气层,,阅历大气大气层的厚度要比中午的厚度要比中午时大得多,从而大气的散射效大得多,从而大气的散射效应也要也要剧烈得多,烈得多,这便便是旭日初升是旭日初升时颜色色显得特得特别殷殷红的的缘由 白云是大气白云是大气中的水滴中的水滴组成的,由于成的,由于这些水滴的半径与可些水滴的半径与可见光的波光的波长相比已不算太小了,瑞利定律不再适用,按米相比已不算太小了,瑞利定律不再适用,按米-德拜德拜的的实际,,这样大小的物大小的物质产生的散射与波生的散射与波长的关系不的关系不大,大,这就是云就是云雾呈白色的呈白色的缘故 见P391 例题6.1。