14. Розсіяння світла в дисперсних середовищах. Молекулярне розсіяння світла. Закон Релея. Нефелометрія

Коли світова хвиля проходить через речовину, електрони всередині атомів і молекул здійснюють вимушені коливання з частотою падаючого випромінювання. У цьому випадку вони самі стають вторинними випромінювачами. Розрахунки свідчать про те, що в однорідних середовищах вторинні хвилі в результаті інтерференції гасять одна одну в усіх напрямках, крім напрямку поширення світла, що проходить крізь речовину. Для повного гасіння однорідності середовища, тому що необхідна не тільки когерентність, але й рівність інтенсивних хвиль. За наявності неоднорідності інтенсивність вторинних хвиль у різних місцях і напрямках матиме різні значення, а тому повного гасіння не відбудеться і спостерігатиметься явище розсіяння світла.

Розрізняють два види неоднорідності:

1. Неоднорідності, зумовлені присутністю дрібних сторонніх часток(туман, дим, емульсія). Такі середовища, о складаються з дрібних сторонніх часток, завислих в однорідному середовищі, називаються каламутними. Розсіяння світла в каламутному середовищі називається ефектом Тиндаля.

2. Неоднорідності середовища, зумовлені флуктаціями діелектричної проникності або показника заломлення речовини, називається оптичними. Розсіяння світла на флуктуаціях показника заломлення речовини, викликане молекулярними.

Релей встановив, що під час розсіяння світла в каламутному середовищі на частинках, менших за розміром, ніж 0,2λ, а також при молекулярному розсіюванні інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна четвертому степеню довжини хвилі (закон Релея):

Якщо розміри неоднорідності значно перевищують довжину хвилі випромінювання, то

У результаті розсіяння світла по всіх напрямках інтенсивність світла в напрямку поширення зменшується швидше, ніж у випадку одного лише поглинання. Зменшення інтенсивності в цьому випадку описується такими формулами:

Де µ=k+ӕ – коефіцієнт ослаблення ; k - коефіцієнт розсіяння, ӕ – коефіцієнт поглинання, поділений на одиницю довжини шляху в речовині.

Інтенсивність розсіяного світла в різних напрямах (у наближенні Релея) можна визначити за формулою:

)

Світло, розсіяне під кутом α=π/2 до напрямку випромінювання, що падає на речовину, виявляється поляризованим, а за інтенсивністю – вдвічі меншим від розсіяного під кутами α=0 і α=π. Методи вимірювання параметрів (інтенсивності, ступеня поляризації) розсіяного світа з метою отримання інформації про концентрацію, розміри часинок і макромолекул у розчинах і характер міжмолекулярної взаємодії називаються нефелометрією, а самі пристрої – нефелометрами.

15. Основні уявлення квантової механіки: хвильові властивості мікрочастинок, формула де Бройля, хвильова функція та її фізичний зміст, співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Поняття про електронний мікроскоп

Квантова механіка – це наука, о описує рух мікрочастинок, тобто елементарних частинок, ядер атомів, молекул і систем, що складаються з них.

Існує чотири механіки:

1. Класична механіка Ньютона-Галілея

2. Механіка теорії відносності

3. Квантова механіка

4. Релятивістська квантова механіка

Постулати Бора:

1. Із нескінченної множини електронних орбіт реалізується тільки дискретні «стаціонарні» орбіти, для яких момент кількості руху кратний ħ=h/2π, де h=6,63* Дж*с- стала Планка.

2. Випромінювання або поглинання атомами електромагнітних хвиль відбувається при переході електронів з однієї стаціонарної орбіти на іншу. Частота хвиль, які випромінюються атомами при таких переходах, визначається різницею енергій стаціонарних станів до і після випромінювання відповідно до такого рівняння:

Теорія Бора не тільки дала наочну картину руху електрона в атомі водню, але й дозволила розрахувати можливі значення його енергії:

Гіпотеза де Бройля

Корпускулярно-хвильовий дуалізм є особливістю не тільки оптичних явищ, але притаманний усім рухомим матеріальним часткам або предметам. Дуалізм оптичних явищ означає, що світло це:

1.електромагнітні хвилі

2.потік фотонів, що характеризуються енергією та імпульсом

Значення цих характеристик фотонів визначаються частотою v (довжиною хвилі λ), а саме:

Відповідно до гіпотези де Бройля, не тільки фотон, але й будь- яка рухома атеріальна частинка або тіло мають як корпускулярні, так і хвильові властивості і можуть бути охарактеризовані довжиною хвилі λ, що пов’язана зі швидкістю руху v:

λ=h/mv

відкриття хвильових властивостей електронів сприяло створенню електронного мікроскопа. На відміну від оптичних мікроскопів, формування зображення в електронному мікроскопі створюється за допомогою електростатичних або магнітних лінз.

Межа роздільності електронних мікроскопів складає 3*10^-2м

Співвідношення невизначеностей Гайзенберга

У класичній механіці можна одночасно вказати положення тіла в просторі і його імпульс, що дозволяє вказати просторове положення тіла в наступний момент часу, визначаючи тим самим траєкторію його руху. Завжди існують невизначеності в значеннях ї координати й імпульсу, пов’язані певним співвідношенням, яке було встановлено німецьким фізиком Гайзенбергом.

Із цього співвідношення випливає, що, чим точніше ми спробуємо визначити координату частинки, тим з меншою точністю зможемо охарактеризувати ї імпульс:

Належність електрона до атома вимагає, щоб невизначеність у значенні його координати відповідала атомним розмірам, тобто м, тоді

м/с

Звідси випливає, що невизначеність у значенні швидкості електрона дорівнює самій швидкості.

Аналогічним чином пов’язані між собою невизначеності енергії частки часу її життя в даному енергетичному стані:

Наведені співвідношення називаються співвідношеннями невизначеностей Гайзенберга. Вони становлять одне з основних положень квантової механіки.