ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Индикатриса рассеяния из "Очистка газов" Поэтому вначале пропорционален а затем осциллирует, асимптотически приближаясь к Очосл 2. Зависимость сг (,, (д) для водяных капель представлена на рис. 7.2. Величина осциллирует из-за интерференции внутренне отраженных световых волн в процессе рассеяния. Асимптотическое значение = 2 означает, что частица может рассеивать и поглощать свет с площади, в два раза большей ее геометрического сечения. Этот так называемый парадокс ослабления возникает потому, что свет дифрагируется частицей в пространство позади нее, откуда уже были рассеяны или поглощены другие фотоны. [c.181] Асимптотическое значение фактора эффективности ослабления важно не только для частиц, главным образом рассеивающих свет, но и для частиц неправильной формы, являющихся сильными поглотителями. Для последних = 2 при очень малых их размерах. Например, = 2 для прозрачных неровных частиц прих(т - 1) 10, а для кристаллов соли = 2, если ребро куба приблизительно равно 3 мкм. [c.181] Ослабление света при поглощении можно оценить экспериментально. Так, было показано [29], что в отличие от прозрачных сферических частиц, для которых осцилляция значительна, у поглощающих частиц быстро растет от О до 2 без осцилляций. Постоянное значение достигается при д от 0,5 до 1,0. Это можно видеть из данных табл, 7.3, в которой приведены значения белого т = 1,5) и черного (/и = 1 - 0,5/) дымов, освещаемых светом с длиной волны 0,5 мкм. [c.181] Влияние поглощения на видно уже из зависимостей, представленных на рис. 7.1. На рис. 7.3 показана функция СГч (д), построенная при постоянной действительной части показателя преломления и переменной мнимой части (/и, = 1,29 - 0,472/ /и = 1,29 - 1,0472/ /и = 1,29 - 1,37/). [c.182] Как показано на рис. 7.4, распределение интенсивности рассеянного излучения является функцией азимутального угла 0 и полярного угла ф, измеряемого относительно прямого направления распространения излучения. Для описания углового распределения интенсивности рассеянного излучения вводится фазовая функция или индикатриса рассеяния Р(ф, 0). [c.183] Индикатриса рассеяния, т.е. угловое распределение рассеянного излучения, зависит от геометрии и радиационных свойств рассеивающего объекта. Так как сфера — симметричная частица, то рассеяние не зависит от азимутального угла 0, но является функцией угла рассеяния ф, заключенного между направлениями падающего и рассеянного лучей. [c.184] Одной из наиболее простых рассеивающих систем является скопление сферических частиц больших размеров (х 5), которые имеют зеркально отражающие поверхности. На рис. 7.4 показан элементарный объем скопления толщиной с11 и поперечным сечением 1Р, ориентированным по нормали к направлению падающего луча. Поток падающего излучения, пронизывающего элементарный объем, равен 1 й( (1Р с1к. Считается, что концентрация частиц настолько низка, что каждая частица рассеивает независимо от других, и затенение частиц друг другом незначительно. Пусть площадь проекции частицы, перпендикулярной направлению равна так что доля потока излучения, падающего на (1Р и действующего на частицу, будет равна Р (1Р. Часть этой энергии поглощается, а остальная часть рассеивается путем зеркального отражения. [c.184] Процесс отражения подробно показан на рис. 7.5. Энергия излучения, падающего на полосу гс/р на поверхности сферы, равна энергии излучения, падающего на всю частицу, умноженной на отношение A JA , где 4 — проекция площади полосы, перпендикулярной / , т.е. [c.184] Индикатриса рассеяния относится лишь к рассматриваемой доле энергии излучения. Поскольку предполагается, что частицы рассеивают независимо друг от друга, то часть рассеянного излучения, исходящая от скопления частиц в объеме dV н наблюдаемая на расстоянии, большем чем диаметр частицы, имеет ту же самую индикатрису рассеяния, что и отдельная частица. [c.185] Здесь индекс / характеризует среду, из которой (или через которую) падает луч на поверхность среды 2. [c.186] Для электромагнитной волны, поляризованной в плоскости, параллельной плоскости падения. [c.186] Используя формулы (7.33)- 7.36), можно определить величину р Ф(Ф) при различных значениях показателя преломления т , соответствующие данные представлены на рис. 7.6 для трех значений показателя преломления т 1,33, 2 и 3,0. Величину р для диэлектрика можно определить с помощью данных рис. 7.7 или вычислить по аппроксимирующему выражению, приведенному ниже. [c.186] Подчеркнем характерную особенность индикатрисы рассеяния на сфере при выполнении законов геометрической оптики наличие выделенного направления рассеяния. В прямом направлении (Ф = 0) рассеивается большая часть падающего излучения. Это объясняется тем, что в случае зеркально отражающей сферы энергия излучения, рассеиваемого в каком-либо направлении, обусловлена отражением лишь от одного элемента сферы. Если же сфера имеет диффузно отражающую поверхность, то каждый элемент поверхности, на который падает излучение, будет отражать его в телесный угол 2к над этим элементом. Следовательно, излучение, рассеиваемое в заданном направлении, будет создаваться всей поверхностью сферы, воспринимающей излучение и видимой в заданном направлении. Затененная часть сферы не вносит вклада в излучение в направлении наблюдателя, поскольку она либо не воспринимает излучение, либо не видна со стороны наблюдателя. [c.187] Рассмотрим сферу радиусом г на рис. 7.8. [c.187] На практике оптические свойства частиц аэрозоля находятся в промежутке между рассмотренными выше случаями. Однако общий вывод сохраняется при любой форме частицы и при любых физических свойствах частицы или несущей среды (газа). Как правило, индикатриса реальных частиц имеет составляющие и в прямом, и в обратном направлениях с преобладанием рассеяния в прямом направлении. [c.189] Из результатов рассмотренных примеров можно видеть, что действительно точность приближений к теории Ми невелика. Однако простота приближений делает их весьма популярными в практическом анализе. [c.190] Вернуться к основной статье