Теория светорассеяния Рэлея
Световая волна представляет собой переменное электромагнитное поле, которое при прохождении через коллоидную систему вызывает поляризацию частиц. Возникающие диполи являются вторичными источниками излучения света.
В однородной среде свет, излучаемый всеми диполями, вследствие интерференции распространяется только в первоначальном направлении. (Интерференция – это сложение в пространстве 2-х или нескольких волн, при котором происходит усиление или ослабление результирующей волны)
Если в среде имеются неоднородности с различными показателями преломления, например, коллоидные частицы, то диполи излучают нескомпенсированное излучение во всех направлениях, т.е. рассеивают свет.
Рэлей вывел уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света 
с интенсивностью падающего света 
:
, (70)
где 
, 
– показатели преломления дисперсной фазы и дисперсионной среды;
– частичная концентрация;
– объем частицы;
Уравнение Рэлея справедливо при условиях:
1. частицы дисперсной фазы имеют сферическую форму;
2. частицы не проводят электрический ток;
3. частицы не поглощают свет, т.е. являются бесцветными;
4. коллоидный раствор разбавлен до такой степени, что расстояние между коллоидными частицами > 
.
Проанализируем уравнение Рэлея.
1. Интенсивность рассеянного света тем больше, чем больше различаются показатели преломления частицы и среды (
). Если 
, то светорассеяние отсутствует и в неоднородной среде.
2. Интенсивность рассеянного света пропорциональна 
. Следовательно, при прохождении через коллоидный раствор пучка белого света преимущественно рассеиваются короткие волны синей и фиолетовой частей спектра.
Поэтому бесцветный золь в рассеянном свете имеет голубоватую окраску, а в проходящем свете – красноватую. Голубой цвет неба обусловлен рассеянием света мельчайшими капельками воды в атмосфере. Оранжевый или красный цвет неба при восходе или заходе солнца объясняется тем, что утром и вечером (при расположении солнца вблизи горизонта) наблюдается, главным образом, свет, проходящий через атмосферу.
Зависимость интенсивности рассеянного света от имеет практическое значение. Красный цвет выбран сигналом опасности, так как он виден в туманную погоду на большие расстояния вследствие малого рассеяния. Лампы синего цвета применяются для светомаскировки, например, когда необходимо, чтобы они остались незамеченными с самолетов. Синие лучи при прохождении через толстый слой атмосферы, особенно если в ней содержатся частицы пыли или воды, полностью рассеиваются.
3. Интенсивность рассеянного света пропорциональна частичной концентрации . Взаимосвязь между частичной и массовой концентрацией:
,
где 
– плотность частицы.
Тогда
.
Подставим в уравнение Рэлея (63):
. (71)
Из уравнение следует, что 
. Объем сферической частицы равен:
Следовательно, измерив интенсивность рассеянного света, можно определить размер коллоидных частиц. Эта зависимость сохраняется только в области малых размеров частиц, когда 
. Для видимой части спектра 
нм, тогда размер частиц, который можно определить в области видимого спектра составляет 85 – 40 нм.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 52; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!