Η σκέδαση του φωτός είναι ένα πολύ ενδιαφέρον φαινόμενο καθώς διαφορετικοί τύποι σκέδασης καταλήγουν σε πολύ μοναδικές παρατηρήσεις.
Το χρώμα του σκεδαζόμενου φωτός εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος των σωματιδίων μέσω των οποίων σκεδάζονται. Υπάρχουν όμως και άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της διασποράς.
Βασικές τακτικές
- Η σκέδαση Rayleigh επηρεάζει μικρότερα μήκη κύματος από τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, με αποτέλεσμα το μπλε φως να διαχέεται περισσότερο από το κόκκινο φως.
- Η σκέδαση Mie είναι πιο εμφανής για μεγαλύτερα σωματίδια, ενώ η σκέδαση Rayleigh είναι σημαντική για τα μικρότερα σωματίδια.
- Η σκέδαση Rayleigh είναι υπεύθυνη για το μπλε χρώμα του ουρανού, ενώ η σκέδαση Mie προκαλεί το λευκό χρώμα των νεφών.
Rayleigh Scattering εναντίον Mie Scattering
Εάν η διάμετρος των σωματιδίων στη σκέδαση είναι μικρότερη από το μήκος κύματος, ονομάζεται σκέδαση ακτίνων. Το κόκκινο χρώμα του ουρανού κατά τη διάρκεια του ηλιοβασιλέματος είναι ένα παράδειγμα σκέδασης Rayleigh. Εάν η διάμετρος των σωματιδίων στη σκέδαση είναι ίδια ή μεγαλύτερη από το μήκος κύματος, τότε ονομάζεται σκέδαση mie. Η καφετιά αιθαλομίχλη είναι ένα παράδειγμα σκέδασης Mie.
Η σκέδαση Rayleigh εξηγεί πολλά φαινόμενα που βλέπουμε στην καθημερινή μας ζωή. Για παράδειγμα, το μπλε ουρανός, σκούρο κόκκινο φως κατά τη διάρκεια του ηλιοβασιλέματος και το ουράνιο τόξο είναι όλα παραδείγματα ελαστικής σκέδασης φωτός (σκέδαση Rayleigh).
Γενικά, μιλάμε μόνο για το πώς διαχέεται το φως από τα αέρια μόρια, αλλά η σκέδαση Rayleigh μπορεί επίσης να εξηγηθεί σε ορισμένα στερεά και υγρά επίσης.
Η θεωρία της σκέδασης Mie χρησιμοποιείται ευρέως για την επίλυση της θερμότητας μεταφορά προβλήματα στη σκέδαση των μέσων φωτός. Με τη βοήθεια της έννοιας της σκέδασης Mie, μπορούν να υπολογιστούν διάφοροι παράγοντες, όπως συντελεστές απόδοσης για σκέδαση, απορρόφηση και εξαφάνιση.
Συγκριτικός πίνακας
| Παράμετροι σύγκρισης | Rayleigh Scattering | Mie Scattering |
|---|---|---|
| Ορισμός | Η σκέδαση Rayleigh ορίζεται ως ο τύπος σκέδασης στον οποίο η διάμετρος των σωματιδίων είναι μικρότερη από το ένα δέκατο του μήκους κύματος. | Ως σκέδαση Mie ορίζεται ο τύπος σκέδασης στον οποίο η διάμετρος του σωματιδίου είναι ίδια ή μεγαλύτερη από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. |
| Πρωτοφανής | Η σκέδαση Rayleigh μπορεί να εξηγήσει φαινόμενα όπως ο μπλε ουρανός και το κόκκινο χρώμα του ηλιοβασιλέματος. | Η σκέδαση Mie μπορεί να εξηγήσει φαινόμενα όπως η καφετιά αιθαλομίχλη και άλλη συμπεριφορά των σωματιδίων αερολύματος. |
| Μέγεθος σωματιδίου | Το μέγεθος των σωματιδίων στη σκέδαση Rayleigh είναι μικρότερο από το μήκος κύματος. | Το μέγεθος των σωματιδίων στη σκέδαση Mie είναι μεγαλύτερο από το μήκος κύματος. |
| Τύπος Σωματιδίου | Τα μόρια του αέρα που υπάρχουν στο ορατό τμήμα μπορούν να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας τη σκέδαση Mie. | Η διασπορά σωματιδίων καπνού, σκόνης, ομίχλης και σταγονιδίων σύννεφων στην υπέρυθρη περιοχή μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας τη σκέδαση Rayleigh. |
| Διάμετρος σωματιδίων | Η διάμετρος των μορίων που είναι υπεύθυνα για τη σκέδαση Rayleigh είναι πολύ μικρή (0.001 μικρόμετρα). | Η διάμετρος των μορίων που είναι υπεύθυνα για τη σκέδαση του Mie είναι συγκριτικά μεγαλύτερη (0.01 μικρόμετρα). |
Τι είναι το Rayleigh Scattering;
Η σκέδαση του φωτός είναι ένα φυσικό φαινόμενο που υπήρχε πάντα στη φύση, αλλά παρατηρήθηκε για πρώτη φορά τον 19ο αιώνα. Ένας Βρετανός φυσικός, ο Λόρδος Rayleigh, παρατήρησε τη σκέδαση του φωτός για πρώτη φορά καθώς εργαζόταν για το χρώμα και την πόλωση του φεγγίτη.
Δημοσίευσε επίσης δύο εργασίες σχετικά με αυτό, και έτσι το φαινόμενο πήρε το όνομά του. Στη σκέδαση Rayleigh, δύο κύριοι παράγοντες επηρεάζουν την ένταση της σκέδασης. Είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας και το μέγεθος των σωματιδίων των μορίων μέσω των οποίων σκεδάζονται.
Όταν τα σωματίδια φωτός διαδίδονται, χτυπούν διάφορους τύπους αερίων και υγρών μορίων που υπάρχουν στον αέρα. Κατά τη στιγμή της πρόσκρουσης, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του προσπίπτοντος φωτός μεταφέρει τα μοριακά φορτία, τα οποία ξεκινούν τη δόνηση των σωματιδίων.
Αυτή η αλληλεπίδραση με την ακτινοβολία αλλάζει σε κάποιο βαθμό την πόλωση του προσπίπτοντος φωτός. Έτσι, τα μόρια του αέρα απορροφούν μέρος της ενέργειας και στη συνέχεια εκπέμπουν ξανά προς διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό το φαινόμενο είναι η σκέδαση Rayleigh.
Η ένταση της σκέδασης Rayleigh είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος του προσπίπτοντος φωτός. Από μπλε Το χρώμα έχει μικρότερο μήκος κύματος από το κόκκινο χρώμα, διασκορπίζεται περισσότερο και το αντίστροφο.
Τι είναι το Mie Scattering;
Η σκέδαση Mie δίνει μια γενικευμένη λύση για ένα σύστημα όπου η σκέδαση φωτός λαμβάνει χώρα από ένα ομοιογενές σφαιρικό μέσο. Και αυτό το μέσο θα πρέπει να έχει δείκτη διάθλασης διαφορετικό από αυτόν του μέσου μέσω του οποίου διέρχεται το φως.
Σε αντίθεση με τη σκέδαση Rayleigh, η σκέδαση Mie δεν είναι ένα φυσικά ανεξάρτητο φαινόμενο, είναι μια λύση στις εξισώσεις του Maxwell για καταστάσεις όπου η φάση της προσπίπτουσας γωνίας μπορεί να αλλάξει εντός της διάστασης των σωματιδίων σκέδασης. Η σκέδαση Mie είναι πιο γνωστή ως λύση Mie και πήρε το όνομά της από τον Gustav Mie, έναν Γερμανό φυσικό.
Η σκέδαση Mie είναι επίσης γνωστή ως σκέδαση σωματιδίων αερολύματος, λαμβάνει χώρα στην ατμόσφαιρα κάτω από 1,500 πόδια. Στη σκέδαση Mie, η διάμετρος των σφαιρικών σωματιδίων μέσω των οποίων σκεδάζεται το φως είναι περίπου ίση με το μήκος κύματος.
Έχουν διεξαχθεί αρκετές μελέτες σχετικά με τη σκέδαση Mie για να βρεθούν πιο αποτελεσματικές προσεγγίσεις για τη λύση Mie. Τα μαθηματικά πίσω από τη διασπορά του Mie είναι αρκετά περίπλοκα για όλους.
Μερικοί από τους άμεσα διαθέσιμους τύπους σωματιδίων στο περιβάλλον μας που προκαλούν τη διασπορά του Mie είναι ο καπνός, η σκόνη, οι υδρατμοί, το αεροζόλ, η γύρη κ.λπ.
Κατά τον σχηματισμό νεφών, πολλά σωματίδια αερολύματος διαχέονται μεταξύ τους και εξαιτίας αυτού, το χρώμα του νέφους φαίνεται να είναι λευκό.
Κύριες διαφορές μεταξύ Rayleigh Scattering και Mie Scattering
- Στη σκέδαση Rayleigh, η απόδοση σκέδασης ποικίλλει αντιστρόφως με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος, ενώ, στη σκέδαση Mie, η απόδοση δεν εξαρτάται έντονα από το μήκος κύματος.
- Η σκέδαση Rayleigh χρησιμοποιείται για την απεικόνιση λέιζερ σε διάφορους τύπους αερίων, ενώ η σκέδαση Mie είναι κατάλληλη για τη μέτρηση των ταχυτήτων ροής χρησιμοποιώντας την Ταχυμετρία Σωματιδίων Εικόνας (PIV).
- Η σκέδαση Rayleigh είναι ένας πιο αδύναμος τύπος σκέδασης σε σύγκριση με τη σκέδαση Mie.
- Το εύρος της διαμέτρου μεγέθους σωματιδίων στη σκέδαση Rayleigh είναι πολύ μικρότερο από αυτό της σκέδασης Mie.
- Το να βλέπεις διάφορα χρώματα (μπλε ουρανός, κόκκινο ηλιοβασίλεμα, ουράνιο τόξο κ.λπ.) είναι αποτέλεσμα της σκέδασης Rayleigh, ενώ η λευκή εμφάνιση του σύννεφου οφείλεται στη σκέδαση Mie.
- https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ao-20-4-533
- https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=AO-43-9-1951
Τελευταία ενημέρωση: 13 Ιουλίου, 2023
Έχω καταβάλει τόση προσπάθεια γράφοντας αυτήν την ανάρτηση ιστολογίου για να σας προσφέρω αξία. Θα είναι πολύ χρήσιμο για μένα, αν σκέφτεστε να το μοιραστείτε στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης ή με τους φίλους/την οικογένειά σας. Η ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΕΙΝΑΙ ♥️
Ο Piyush Yadav έχει περάσει τα τελευταία 25 χρόνια δουλεύοντας ως φυσικός στην τοπική κοινότητα. Είναι ένας φυσικός που θέλει να κάνει την επιστήμη πιο προσιτή στους αναγνώστες μας. Είναι κάτοχος πτυχίου Φυσικών Επιστημών και Μεταπτυχιακού Διπλώματος στην Επιστήμη του Περιβάλλοντος. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτόν στο δικό του βιο σελίδα.
