Dispersão de Rayleigh vs Dispersão de Mie: Diferença e Comparação

A dispersão da luz é um fenômeno muito interessante, pois diferentes tipos de dispersão resultam em observações únicas.

A cor da luz espalhada depende muito do tamanho das partículas através das quais elas são espalhadas. Mas também existem outros fatores que influenciam a eficiência da dispersão.

Principais lições

1. A dispersão de Rayleigh afeta comprimentos de onda mais curtos do que comprimentos de onda mais longos, fazendo com que a luz azul se espalhe mais do que a luz vermelha.
2. A dispersão de Mie é mais proeminente para partículas maiores, enquanto a dispersão de Rayleigh é significativa para partículas menores.
3. A dispersão de Rayleigh é responsável pela cor azul do céu, enquanto a dispersão de Mie causa a cor branca das nuvens.

Dispersão de Rayleigh vs Dispersão de Mie

Se o diâmetro das partículas no espalhamento for menor que o comprimento de onda, ele é chamado de espalhamento Rayleigh. A cor vermelha do céu durante o pôr do sol é um exemplo de espalhamento de Rayleigh. Se o diâmetro das partículas no espalhamento for igual ou maior que o comprimento de onda, então é chamado de espalhamento mie. O smog acastanhado é um exemplo de dispersão de Mie.

A dispersão de Rayleigh explica muitos fenômenos que vemos em nossa vida diária. Por exemplo, o azul céu, luz vermelha escura durante o pôr do sol e o arco-íris são exemplos de dispersão elástica de luz (espalhamento de Rayleigh).

Em geral, falamos apenas sobre como a luz se espalha das moléculas gasosas, mas a dispersão de Rayleigh também pode ser explicada em alguns sólidos e líquidos.  

A teoria de dispersão de Mie é amplamente usada para resolver problemas de calor. transferência problemas na dispersão de meios de luz. Com a ajuda do conceito de espalhamento de Mie, vários fatores podem ser calculados, como fatores de eficiência para espalhamento, absorção e extinção.

Tabela de comparação

Parâmetros de comparação	Dispersão de Rayleigh	Dispersão de Mie
Definição	O espalhamento Rayleigh é definido como o tipo de espalhamento no qual o diâmetro das partículas é menor que um décimo do comprimento de onda.	O espalhamento de Mie é definido como o tipo de espalhamento no qual o diâmetro da partícula é igual ou maior que o comprimento de onda da radiação.
Fenómenos	A dispersão de Rayleigh pode explicar fenômenos como o céu azul e a cor vermelha do pôr do sol.	A dispersão de Mie pode explicar fenômenos como poluição acastanhada e outros comportamentos de partículas de aerossol.
Tamanho da partícula	O tamanho da partícula na dispersão de Rayleigh é menor que o comprimento de onda.	O tamanho da partícula na dispersão de Mie é maior que o comprimento de onda.
Tipo de Partícula	As moléculas de ar que estão presentes na parte visível podem ser explicadas usando o espalhamento de Mie.	A dispersão de partículas de fumaça, poeira, neblina e gotículas de nuvens na região do infravermelho pode ser explicada usando a dispersão de Rayleigh.
Diâmetro de partícula	O diâmetro das moléculas responsáveis ​​pela dispersão de Rayleigh é muito pequeno (0.001 micrômetros).	O diâmetro das moléculas responsáveis ​​pela dispersão de Mie é comparativamente maior (0.01 micrômetros).

O que é dispersão de Rayleigh?

A dispersão da luz é um fenômeno natural que sempre existiu na natureza, mas foi observado pela primeira vez no século XIX. Um físico britânico, Lord Rayleigh, notou a dispersão da luz pela primeira vez enquanto trabalhava na cor e na polarização da claraboia.

Ele também publicou dois artigos sobre isso e, portanto, o fenômeno recebeu seu nome. Na dispersão de Rayleigh, dois fatores principais influenciam a intensidade da dispersão. Eles são o comprimento de onda da radiação e o tamanho das partículas das moléculas através das quais são espalhados.

Quando as partículas de luz estão se propagando, elas atingem vários tipos de moléculas gasosas e líquidas que estão presentes no ar. No momento do impacto, o campo eletromagnético da luz incidente transfere as cargas moleculares, que iniciam a vibração das partículas.

Essa interação com a radiação altera a polarização da luz incidente até certo ponto. Assim, as moléculas de ar absorvem parte da energia e a reemitem em várias direções. Este fenômeno é o espalhamento de Rayleigh.

A intensidade da dispersão de Rayleigh é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda da luz incidente. Desde azul a cor tem menos comprimento de onda do que a cor vermelha, ela se espalha mais e vice-versa.

O que é dispersão de Mie?

O espalhamento de Mie fornece uma solução generalizada para um sistema em que um espalhamento de luz ocorre por um meio esférico homogêneo. E esse meio deve ter um índice de refração diferente daquele do meio pelo qual a luz está passando.

Ao contrário da dispersão de Rayleigh, a dispersão de Mie não é um fenômeno fisicamente independente, mas sim uma solução para as equações de Maxwell para situações em que a fase do ângulo de incidência pode mudar dentro da dimensão das partículas de dispersão. A dispersão de Mie é mais comumente conhecida como solução de Mie e recebeu o nome de Gustav Mie, um físico alemão.

A dispersão de Mie, também conhecida como dispersão de partículas de aerossol, ocorre na atmosfera abaixo de 1,500 pés. Na dispersão de Mie, o diâmetro das partículas esféricas através das quais a luz é espalhada é aproximadamente igual ao comprimento de onda.

Vários estudos foram realizados relacionados ao espalhamento de Mie para encontrar abordagens mais eficazes para a solução de Mie. A matemática por trás do espalhamento de Mie é bastante complexa de entender para todos.

Alguns dos tipos de partículas prontamente disponíveis em nosso ambiente que causam a dispersão de Mie são fumaça, poeira, vapor de água, aerossol, pólen, etc.

Durante a formação da nuvem, várias partículas de aerossol se difundem entre si e, devido a isso, a cor da nuvem parece ser branca.

Principais diferenças entre Dispersão de Rayleigh e Dispersão de Mie

1. No espalhamento Rayleigh, a eficiência do espalhamento varia inversamente com a quarta potência do comprimento de onda, enquanto no espalhamento Mie, a eficiência não é fortemente dependente do comprimento de onda.
2. A dispersão de Rayleigh é usada para geração de imagens a laser em vários tipos de gases, enquanto a dispersão de Mie é adequada para medir velocidades de fluxo usando Particle Image Velocimetry (PIV).
3. A dispersão de Rayleigh é um tipo de dispersão mais fraco em comparação com a dispersão de Mie.
4. A faixa do diâmetro do tamanho de partícula na dispersão de Rayleigh é muito menor do que a da dispersão de Mie.
5. Testemunhar várias cores (céu azul, pôr do sol vermelho, arco-íris, etc.) é resultado da dispersão de Rayleigh, enquanto a aparência branca da nuvem é devida à dispersão de Mie.

Referências

1. https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=ao-20-4-533
2. https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=AO-43-9-1951

Última atualização: 13 de julho de 2023