La diffusion de la lumière est un phénomène très intéressant car différents types de diffusion donnent lieu à des observations tout à fait uniques.
La couleur de la lumière diffusée dépend fortement de la taille des particules à travers lesquelles elles sont diffusées. Mais il existe également d'autres facteurs qui influencent l'efficacité de la diffusion.
Faits marquants
- La diffusion de Rayleigh affecte les longueurs d'onde plus courtes que les longueurs d'onde plus longues, ce qui fait que la lumière bleue se diffuse plus que la lumière rouge.
- La diffusion Mie est plus importante pour les particules plus grosses, tandis que la diffusion Rayleigh est significative pour les particules plus petites.
- La diffusion Rayleigh est responsable de la couleur bleue du ciel, tandis que la diffusion Mie provoque la couleur blanche des nuages.
Diffusion Rayleigh vs diffusion Mie
Si le diamètre des particules en diffusion est inférieur à la longueur d'onde, on parle de diffusion Rayleigh. La couleur rouge du ciel au coucher du soleil est un exemple de diffusion Rayleigh. Si le diamètre des particules en diffusion est égal ou supérieur à la longueur d'onde, on parle alors de diffusion mie. Le smog brunâtre est un exemple de diffusion de Mie.
La diffusion de Rayleigh explique de nombreux phénomènes que nous observons dans notre vie quotidienne. Par exemple, le Bleu le ciel, la lumière rouge foncé au coucher du soleil et l'arc-en-ciel sont tous des exemples de diffusion élastique de la lumière (diffusion Rayleigh).
En général, nous ne parlons que de la diffusion de la lumière à partir des molécules gazeuses, mais la diffusion de Rayleigh peut également être expliquée dans certains solides et liquides.
La théorie de la diffusion de Mie est largement utilisée pour résoudre la chaleur transférer problèmes de diffusion des milieux lumineux. À l'aide du concept de diffusion de Mie, divers facteurs peuvent être calculés, tels que les facteurs d'efficacité pour la diffusion, l'absorption et l'extinction.
Tableau de comparaison
| Paramètres de comparaison | Diffusion de Rayleigh | Mie Diffusion |
|---|---|---|
| Définition | La diffusion Rayleigh est définie comme le type de diffusion dans lequel le diamètre des particules est inférieur à un dixième de la longueur d'onde. | La diffusion de Mie est définie comme le type de diffusion dans lequel le diamètre de la particule est égal ou supérieur à la longueur d'onde du rayonnement. |
| Phénomènes | La diffusion Rayleigh peut expliquer des phénomènes comme le ciel bleu et la couleur rouge du coucher de soleil. | La diffusion de Mie peut expliquer des phénomènes tels que le smog brunâtre et d'autres comportements des particules d'aérosol. |
| La taille des particules | La taille des particules dans la diffusion Rayleigh est inférieure à la longueur d'onde. | La taille des particules dans la diffusion de Mie est supérieure à la longueur d'onde. |
| Type de particule | Les molécules d'air présentes dans la partie visible peuvent être expliquées à l'aide de la diffusion de Mie. | La diffusion de particules de fumée, de poussière, de brume et de gouttelettes de nuages dans la région infrarouge peut être expliquée à l'aide de la diffusion de Rayleigh. |
| Diamètre des particules | Le diamètre des molécules responsables de la diffusion Rayleigh est très faible (0.001 micromètre). | Le diamètre des molécules responsables de la diffusion de Mie est comparativement plus grand (0.01 micromètre). |
Qu'est-ce que la diffusion Rayleigh ?
La diffusion de la lumière est un phénomène naturel qui a toujours existé dans la nature, mais elle a été observée pour la première fois au XIXe siècle. Un physicien britannique, Lord Rayleigh, a remarqué la diffusion de la lumière pour la première fois alors qu'il travaillait sur la couleur et la polarisation de la lucarne.
Il a également publié deux articles à ce sujet, et c'est ainsi que le phénomène porte son nom. Dans la diffusion Rayleigh, deux facteurs principaux influencent l'intensité de la diffusion. Ce sont la longueur d'onde du rayonnement et la taille des particules des molécules à travers lesquelles ils sont diffusés.
Lorsque des particules légères se propagent, elles heurtent différents types de molécules gazeuses et liquides présentes dans l'air. Au moment de la frappe, le champ électromagnétique de la lumière incidente transfère les charges moléculaires, qui déclenchent la vibration des particules.
Cette interaction avec le rayonnement modifie dans une certaine mesure la polarisation de la lumière incidente. Ainsi, les molécules d'air absorbent une partie de l'énergie et la réémettent ensuite dans différentes directions. Ce phénomène est la diffusion Rayleigh.
L'intensité de la diffusion Rayleigh est inversement proportionnelle à la quatrième puissance de la longueur d'onde de la lumière incidente. Depuis Bleu la couleur a moins de longueur d'onde que la couleur rouge, elle diffuse plus et vice versa.
Qu'est-ce que la diffusion de Mie ?
La diffusion de Mie donne une solution généralisée pour un système où une diffusion de la lumière a lieu par un milieu sphérique homogène. Et ce milieu doit avoir un indice de réfraction différent de celui du milieu traversé par la lumière.
Contrairement à la diffusion de Rayleigh, la diffusion de Mie n'est pas un phénomène physiquement indépendant, c'est plutôt une solution aux équations de Maxwell pour les situations où la phase de l'angle d'incidence peut changer dans la dimension des particules de diffusion. La diffusion de Mie est plus communément appelée solution de Mie et porte le nom de Gustav Mie, un physicien allemand.
La diffusion de Mie est également connue sous le nom de diffusion de particules d'aérosol, se produit dans l'atmosphère en dessous de 1,500 XNUMX pieds. Dans la diffusion de Mie, le diamètre des particules sphériques à travers lesquelles la lumière est diffusée est approximativement égal à la longueur d'onde.
Plusieurs études ont été menées sur la diffusion de Mie pour trouver des approches plus efficaces pour la solution de Mie. Les mathématiques derrière la diffusion de Mie sont assez complexes à comprendre pour tout le monde.
Certains des types de particules facilement disponibles dans notre environnement qui provoquent la diffusion de Mie sont la fumée, la poussière, la vapeur d'eau, les aérosols, le pollen, etc.
Lors de la formation des nuages, plusieurs particules d'aérosol diffusent les unes avec les autres et, de ce fait, la couleur du nuage semble être blanche.
Principales différences entre Diffusion de Rayleigh et diffusion de Mie
- En diffusion Rayleigh, l'efficacité de diffusion varie inversement à la quatrième puissance de la longueur d'onde, alors qu'en diffusion Mie, l'efficacité ne dépend pas fortement de la longueur d'onde.
- La diffusion Rayleigh est utilisée pour l'imagerie laser dans divers types de gaz, tandis que la diffusion Mie convient à la mesure des vitesses d'écoulement à l'aide de la vélocimétrie par images de particules (PIV).
- La diffusion Rayleigh est un type de diffusion plus faible que la diffusion Mie.
- La gamme du diamètre de la taille des particules dans la diffusion Rayleigh est beaucoup plus petite que celle de la diffusion Mie.
- L'observation de différentes couleurs (ciel bleu, coucher de soleil rouge, arc-en-ciel, etc.) est le résultat de la diffusion Rayleigh, tandis que l'apparence blanche des nuages est due à la diffusion Mie.
- https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ao-20-4-533
- https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=AO-43-9-1951
Dernière mise à jour : 13 juillet 2023
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Piyush Yadav a passé les 25 dernières années à travailler comme physicien dans la communauté locale. C'est un physicien passionné par l'idée de rendre la science plus accessible à nos lecteurs. Il est titulaire d'un baccalauréat en sciences naturelles et d'un diplôme d'études supérieures en sciences de l'environnement. Vous pouvez en savoir plus sur lui sur son page bio.
