Chương VI

SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG §§1. HIỆN TƯỢNG TÁN XẠ ÁNH SÁNG.
Quan sát một chùm tia sáng rọi vào một phòng tối. Nếu không khí trong phòng thật sạch,
ta không thấy được đường đi của chùm tia sáng. Điều đó chứng tỏ ánh sáng chỉ truyền theo
phương quang hình. Nhưng nếu trong phòng có vẩn các hạt bụi nhỏ thì ta nhìn thấy được
đường đi của chùm tia sáng chiếu vào phòng nhờ những hạt bụi nhỏ, trở thành những hạt
sáng, bên trong chùm tia. Điều này chứng tỏ rằ
ng trong một môi trường vẩn có lẫn các hạt
nhỏ không đồng tính (về quang học) với môi trường, ngoài phần ánh sáng truyền đi theo
phương tới, còn một phần ánh sáng truyền theo các phương khác. Hiện tượng này gọi là sự
tán xạ ánh sáng.
Ta cũng có hiện tượng tán xạ trong các môi trường vẩn ở thể lỏng, và ngay cả trong
trường hợp tinh thể.
Ta có thể thực hiện một thí nghiệm đơn giản như sau :

Rọi một chùm tia sáng song song qua một chậu nước yên tĩnh. Nếu nước thật sạch thì
mắt đặt ở vị trí, giả sử như hình vẽ 1, không nhìn thấy đường đi của chùm tia sáng qua
nước. Nhỏ vào chậu nước vài giọt nước hoa, nước trong chậu C trở thành một môi trường
vẩn và mắt nhìn thấy rõ đường đi của chùm tia sáng qua chất lỏng. Vậy môi trường đã tán
xạ ánh sáng.
Hiện tượng tán x
ạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ (so với bước sóng) trong một môi trường
đồng tính về quang học được gọi là hiện tượng Tyndall; Tyndall khảo sát thực nghiệm
(1868) và Hayleigh khảo sát về lý thuyết (1871).

Oz.
Ngược lại, ta có thể giữ cố định phương chấn động của ánh sáng tới, thí dụ theo ph
ương
Oz và thay đổi phương quan sát OM trong mặt phẳng thẳng góc với phương truyền Ox của
chùm tia tới thì ta thấy khi phương quan sát OM song song với phương Oy, cường độ ánh
sáng tán xạ cực đại; Khi phương quan sát OM trùng với phương Oz, cường độ ánh sáng tán
xạ triệt tiêu. Vậy không có ánh sáng tán xạ theo phương của chấn động tới. Ngoài ra, quan sát bằng
một nicol phân tích, ta thấy ánh sáng tán xạ cũng là ánh sáng phân cực thẳng.
Nếu ta đo cường
độ ánh sáng khuyếch tán I tại mỗi vị trí M bằng một tế bào quang điện
C và vẽ đường biễu diễn sự biến thiên của I theo góc θ ta được đường cong có dạng như
hình vẽ h.4.
- Bây giờ dùng ánh sáng tới là ánh sáng tự
nhiên (bỏ kính phân cực P ra). Vì ánnh sáng chỉ
truyền được chấn động ngang nên ánh sáng tán xạ
theo phương quan sát OM vẫn là ánh sáng phân
cực toàn phần. Phương chấn động thẳng góc với
OM. Nếu phương tán xạ không thẳ
ng góc với Ox,
ánh sáng tán xạ chỉ phân cực một phần. Ngoài ra,
vì sự phân bố đối xứng các chấn động thẳng trong
§§3. ĐỊNH LUẬT RAYLEIGH.
- Cường độ ánh sáng tạn xạ I tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng ánh sáng

4
K
I
λ
=

K là một hằng số đối với bước sóng (.
Theo định luật này bước sóng càng nhỏ thì ánh sáng khuyếch tán có cường độ càng lớn.
Chính vì vậy khi cho ánh sáng trắng đi qua mơi trường tán xạ và quan sát ánh sáng tán xạ, ta
thấy màu xanh nhạt.
Định luật này được giải thích như sau : Xét một điểm M của thể tích vi cấp v trong mơi
trường tán xạ. Giả sử phương trình chấn động của ánh sáng tới tại điểm M là A cos(t. Theo
lý thuyết về nhi
ễu xạ thì thể tích vi cấp v đóng vai trò của một nguồn thứ cấp đồng pha với
chấn động tới. Chấn động từ nguồn thứ cấp này truyền tới một điểm P cách M một khoảng r
là

2
..cos
Ar
yk v t
r


2
1
.. ...
o
AA
ak vk v
rr
λ
==

Cường độ chấn động tán xạ là :

2
2
44
1
.
o
AK
Ia k v
r
λ λ
⎡⎤
== =
⎢⎥
⎣⎦

y


krtE
c
r
tP
r
E
m
m
o
−=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−−=
ωω
λε
π
coscos
sin
'
2
'
(4.1)


22
232
sin
32 .
m
o
v
IE
cr
ωα
θ
πε
=

Sóng thứ cấp phát ra bởi lưỡng cực điện là sóng tán xạ mà ta khảo sát và ta thấy I, theo
định nghĩa, chính là cường độ ánh sáng tán xạ theo phương OM.
Ta có thể đặt I dưới dạng

θ
22
sin.
m
ECI
=
(4.2)
với C = hằng số, ĉ
Theo công thức (4.2) ta thấy cường độ ánh sáng tán xạ thay đổi theo góc tán xạ(. Xét
trong mặt phẳng yOz, vẽ đường biểu diễn biến thiên của I theo (, ta được một đường có
dạng như đường cong thực nghiệm trong hình 4.


m
E
2
tỷ lệ với cường độ của ánh sáng tới.
Trước hết ta xét sự thay đổi cường độ ánh sáng tán
xạ theo các phương trong mặt phẳng yOz
Các thành phầnĠ,Ġ gây ra các lưỡng cực điệnĠ.
Các lưỡng cực điện này phát xạ sóng thứ cấp. Xét
phương tán xạ OM1 nằm trong mặt phẳng yOz (thẳng
góc với phương tới). Các cường độ ánh sáng tán xạ
phát ra bởi các lưỡng cực điện Ġ theo ph
ương OM1,
lần lượt là CE2ym cos2( và CE2zmsin2(. Cường độ
tổng cộng theo phương OM1 là :

mzmym
CECECEI
22222
2
1
sincos =+=
θθ

Vậy I = hằng số, phù hợp với kết quả trong thực nghiệm ta đã xét ở phần SS.2.
- Bây giờ xér sự biến thiên của cường độ ánh sáng tán xạ theo các phương thẳng góc với
Oz, nghĩa là các phương nằm trong mặt phẳng xOy.
Cường độ ánh sáng tán xạ theo một phương OM2, hợp với Ox một góc (, phát ra bởi các
lưỡng cực điện
,
yz

φ
2
cos1+=
⊥
II
(4.3)
Trong đóĠ là cường độ tán xạ theo một phương bất kỳ thẳng góc với phương tới.
Vì lý do đối xứng, cường độ tán xạ theo một phương bất kỳ hợp với phương tới một góc
( đều có cùng trị số I.
Cơng thức (4.3) phù hợp với kết quả thực nghiệm biểu diễn bởi hình vẽ 5b. Khi ( = O,
OM2 trùng với Ox, I
o=
2 I
⊥

θ
φ

z
M
1

o
x
y
M
2

6