Consistent expressions of refraction, polarization, light scattering and electric birefringence deduced from improved evaluations of local field effects and light scattered intensity - Applications to liquids

Laboratoire de Spectrochimie des Ions, Université de Nantes, 44072 Nantes Cedex 03, France

Abstract

Classical orientation theories of rigid molecules in electro-optic fields are reexamined and significantly improved. Firstly a more consistent evaluation of local field effects is made within the practical spherical model by introducing approximations at the end of theoretical calculations only. This modification does not change classical formulae for refraction (Lorentz-Lorenz) and light scattering (depolarized Rayleigh intensity), but polarization and electric birefringence formulae are modified. Secondly a more correct derivation allows us to obtain a general expression of the light scattered intensity applicable both to dense fluids and to the perfect gas. Thirdly a more rigourous expression of the density fluctuation term is deduced without any approximation about the local field. The four electro-optic formulae are applied successfully to several liquids.

Résumé

Les théories classiques de l'orientation des molécules rigides dans des champs électro-optiques sont réexaminées et améliorées de façon significative. En premier lieu, une évaluation plus cohérente des effets de champ local est faite dans le cadre du modèle sphérique pratique en introduisant les approximations seulement à la fin des calculs théoriques. Cette modification ne change pas les formules classiques de la réfraction (Lorentz-Lorenz) et de la diffusion de la lumière (intensité Rayleigh dépolarisée), mais les formules de la polarisation et de la biréfringence électrique sont modifiées. En second lieu, un raisonnement plus correct permet d'obtenir une expression générale de l'intensité lumineuse diffusée applicable à la fois aux fluides denses et aux gaz parfaits. Enfin une expression plus rigoureuse du terme de fluctuation en densité est déduite sans hypothèse sur le champ local. Les quatre formules électro-optiques obtenues sont appliquées avec succès à plusieurs liquides.