Исследование свойств магнитных жидкостей методом светорассеяния (стр. 12 из 14)
(6)и полная интенсивность
(7)3. Коэффициент деполяризации.
В случае, когда падающий луч поляризован так, что его электрический вектор направлен по оси z, а наблюдение рассеянного луча происходит по оси у, коэффициент деполяризации обозначают через
: 
(8)В другом случае, когда электрический вектор в падающем луче направлен по оси у (горизонтально), совпадающим с направлением наблюдения рассеянного луча, коэффициент деполяризации обозначается
и согласно формуле (6) 
(8 / )Наконец, когда падающий луч неполяризован, то из формул:
(9)получим
(10)Если молекулы изотропны, то
и 
.Связь между коэффициентами деполяризации
и 
следующая: 
(11)Измерение коэффициента деполяризации
или позволяет рассчитать оптическую анизотропию молекул 
: 
.Экспериментальное определение коэффициента деполяризации
Экспериментально определение коэффициента деполяризации света, рассеянного МЖ производилось с помощью фотоэлектрического метода. Источником света служил гелий-неоновый лазер
мощностью 2 мВт, установленный так, чтобы колебания светового вектора происходили в плоскости XOZ, как указано на рис. 2, вектор 
параллелен оси z. Интенсивность рассеянного света регистрировалась с помощью ФЭУ-27 под углом 900 к направлению распространения света (по оси у на рис. 2). Компоненты интенсивности рассеянного света 
и 
поляризованные соответственно параллельно осям z и х выделялись с помощью призмы Аренса, а коэффициент деполяризации определялся как отношение этих компонентов в соответствии с формулой (8): 
Во втором случае лазер устанавливался так, чтобы колебания вектора
излучения лазера происходили в плоскости YOZ, и вектор был направлен по оси у. Призма Аренса ориентировалась так, чтобы выделить компоненту 
(вектор поляризации 
направлен по оси х) и 
(вектор направлен по оси z). Коэффициент деполяризации определялся как отношение этих компонентов по формуле (8 / ) 
В третьем случае падающий луч был неполяризован (свет от лампы КГМ) т определялись две компоненты
и 
соответствующей ориентировкой призмы Аренса, а коэффициент деполяризации определялся по формуле (10): 
Для уменьшения погрешности измерения свет модулировался прерывателем и регистрировался ФЭУ-27, сигнал с которого подавался на вход осциллографа С8-13.
Исследованные МЖ представляли собой коллоидные растворы магнетита и феррита кобальта в керосине. Объемные концентрации исследованных образцов составляли:
Проведенные измерения показали, что значения коэффициентов деполяризации
и составили:Относительная ошибка измерений коэффициентов деполяризации составляет:
Расчет коэффициента деполяризации
Расчет коэффициента деполяризации для частиц магнетита со средним размером частиц 10 нм, апрокисмируемых эллипсоидами вращения с отношением осей
, диэлектрической проницаемости магнетита на оптической частоте 
и диэлектрической проницаемостью керосина 
, по формуле классической теории деполяризации для газов: 
выполнил Ю.Н. Скибин, который при заданных параметрах получил значение
. Сравнив это значение с экспериментально наблюдаемым 
, Скибин пришел к выводу, что деполяризацию света, рассеянного МЖ на основе магнетита в керосине при объемной концентрации порядка – 0,1 % невозможно объяснить только анизотропией поляризуемости коллоидных частиц, и предложил учесть диполь-дипольное взаимодействие частиц, которое приводит к взаимной корреляции магнитных моментов, а следовательно и осей несферических коллоидных частиц. С этой целью вводится 
- средняя анизотропия тензора поляризуемости и коэффициент 
, учитывающий взаимодействие частиц, а формула для коэффициента деполяризации принимает вид: 
где для идеального газа
, а для взаимодействующих частиц 
.Воспользовавшись теорией Орнштейна – Цернике [Ансельм А.И. Теория электрооптических явлений в неполярных жидкостях //ЖЭТФ. – 1947. – Т. 17, вып. 6 – С. 489-506], ему удалось получить для однодоменных частиц магнетита со средним размером 11 нм при объемной концентрации частиц 0,1 % и температуре 300 К значение коэффициента
.Согласно нашим оценкам, если рассматривать эллипсоид вращения, состоящий из двух объединившихся частиц, размер которых порядка 10 нм, соотношение осей
то 
, что в 23 раза превосходит результат, полученный Скибиным Ю.Н. при соотношении осей 
.Понятно, что это оценки лишь по порядку величины, но если учесть, что в жидкости существуют агрегаты не только из двух частиц, но из 3, 4 и т.д., то результаты по рассеянию света могут быть объяснены в модели цепочечных агрегатов частиц.
Зависимость коэффициента деполяризации от концентрации.
Одним из возможных путей изучения механизма светорассеяния является исследование динамики рассеяния света в импульсных электрических и магнитных полях.
Схема экспериментальной установки, предназначенной для изучения процессов рассеяния света магнитной жидкостью в импульсных магнитных полях, представлена на рисунке 4.
3 2