Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
МИ ТЕОРИЯ

МИ ТЕОРИЯ

МИ ТЕОРИЯ - теория рассеяния (дифракции) плоской эл.-магн. волны на однородной сфере произвольного размера. Подробно разработана Г. Ми (G. Mie) в 1908.

Плоскую эл.-магн. волну, облучающую сферу, можно представить как суперпозицию сферич. волн, выходящих из центра сферы. Каждая из этих элементарных волн поляризует сферу и возбуждает в ней вторичную волну, к-рая излучается сферой. Эти вторичные волны и образуют рассеянный свет. Амплитуда, фаза и поляризация вторичной волны являются сложными ф-циями двух параметров ( а - радиус частицы, k- волновое число) и комплексного показателя преломления - вещественный показатель преломления, к - показатель поглощения). Вторичные волны наз. парциальными волнами M и. Полная интенсивность рассеянного света определяется суммой бесконечного числа парциальных волн. При существен только первый член ряда, т. е. электрич. диполь, и M. т. приводит к ф-ле Рэлея (см. Рассеяние света). Если но не мало, то при ( т - целое число) сечение рассеяния резко возрастает до (резонансы Ми). При увеличении размеров частицы интенсивность последующих парциальных эл.-магн. волн возрастает, а интенсивности волн с меньшими номерами осциллируют, причём амплитуда осцилляции убывает с ростом номера волны Для больших частиц число учитываемых парциальных волн

Суммы, входящие в ф-лы для рассеянных полей, являются комплексными выражениями, к-рые в данном направлении обладают разл. фазами. Это означает, что рассеянный свет эллиптически поляризован (падающий - линейно), причём эта поляризация в разных направлениях различна. Первая электрич. парциальная волна поляризована линейно. Линейная поляризация будет в общем случае в направлениях . Этот важный вывод из M. т. многократно проверялся и подтверждался в опытах с коллоидными растворами.

Полный коэф. рассеяния частицы в M. т. также представляется суммой коэф. для отдельных парциальных волн. Для больших частиц показатель ослабления света т. е. он не зависит от и равен удвоенному поперечнику сферич. частицы . Это объясняется тем, что половина ослабления происходит за счёт рассеяния и поглощения внутри частицы, а другая, тоже вызвана дифракцией (рассеянием) света на контуре частицы [1, 2, 3].

Форма индикатрисы рассеяния света на сфере (- угол рассеяния) также зависит от Для рэлеевских частиц , индикатриса имеет симметричную форму. G ростом ka индикатриса приобретает многолепестковую форму, вытягиваясь вперёд. При вокруг частицы образуется дифракц. конус, угол раствора к-рого В дифрагиров. пучке наблюдается система постоянно убывающих тёмных и светлых колец, т. н. венцы. Обычно в реальной дисперсной системе вместо венцов в области малых углов происходит постепенное уменьшение интенсивности рассеяния. Это распределение интенсивности можно "обернуть", т. е. восстановить по нему ф-цию распределения частиц по размерам. Основанный на этой идее метод малых углов [4] используется в разнообразных технол. и геофиз. задачах.

С ростом ka изменяется также характер поляризации рассеянного света. Рэлеевская (линейная) поляризация, сильно осциллируя, постепенно приближается к поляризации, соответствующей геом. оптике. При углах она оказывается отрицательной (т. е. плоскость преимущественной поляризации совпадает с плоскостью рассеяния), затем резко возрастает, максимальна при и далее, при стремится к нулю.

M. т. обобщена и на неоднородные сферы, на эллипсоиды вращения и трёхмерные эллипсоиды, на системы частиц случайной формы и ориентации. Точного решения задач дифракции на таких частицах нет, но разработано много приближённых методов расчёта [1-5]. M. т. служит основой изучения рассеяния света всех диапазонов, а также радиоволн; используется в оптике дисперсных сред, геофизике, радиофизике.

Лит.:1) Шифрин К. С., Рассеяние света в мутной среде, M.- Л., 1951; 2) Хюлст Г., Рассеяние света малыми частицами, пер. с англ., M., 1961; 3) Кеrkеr M., The scattering of light and other electromagnetic radiation, N. Y.- L., 1969;

4) Шифрин К. С., Введение в оптику океана, Л., 1983;

5) Борен К., Хафмен Д., Поглощение и рассеяние света малыми частицами, пер. с англ., M., 1986.

К. С. Шифрин.