Розсіяння Релея проти розсіяння Мі: різниця та порівняння

Розсіювання світла є дуже цікавим явищем, оскільки різні типи розсіювання призводять до дуже унікальних спостережень.

Колір розсіяного світла значною мірою залежить від розміру частинок, через які вони розсіюються. Але є й інші фактори, які впливають на ефективність розсіювання.

Ключові винесення

1. Розсіювання Релея впливає на хвилі з меншою довжиною, ніж на хвилі з довшою, внаслідок чого синє світло розсіюється більше, ніж червоне.
2. Розсіювання Мі є більш помітним для більших частинок, тоді як розсіювання Релея є значним для менших частинок.
3. Розсіювання Релея відповідає за блакитний колір неба, тоді як розсіювання Мі викликає білий колір хмар.

Розсіяння Релея проти розсіяння Мі

Якщо діаметр частинок при розсіюванні менше довжини хвилі, це називається релеївським розсіюванням. Червоний колір неба під час заходу є прикладом релеївського розсіювання. Якщо діаметр частинок при розсіюванні такий самий або більший за довжину хвилі, то це називається розсіюванням Мі. Прикладом розсіювання Мі є коричневий смог.

Релеївське розсіювання пояснює багато явищ, які ми бачимо в повсякденному житті. Наприклад, синій небо, темно-червоне світло під час заходу сонця та веселка — все це приклади пружного розсіювання світла (релеївського розсіювання).

Загалом ми говоримо лише про те, як світло розсіюється від молекул газу, але релеївське розсіювання також можна пояснити в деяких твердих тілах і рідинах.  

Теорія розсіювання Мі широко використовується для вирішення проблеми тепла переклад проблеми розсіювання світла середовищ. За допомогою концепції розсіювання Мі можна обчислити різні фактори, такі як коефіцієнти ефективності для розсіювання, поглинання та згасання.

Таблиця порівняння

Параметри порівняння	Релеївське розсіювання	Міє розсіювання
Визначення	Релеївське розсіювання визначається як тип розсіювання, при якому діаметр частинок становить менше однієї десятої довжини хвилі.	Розсіювання Мі визначається як тип розсіювання, при якому діаметр частинки дорівнює або перевищує довжину хвилі випромінювання.
Явища	Релеївське розсіювання може пояснити такі явища, як блакитне небо та червоний колір заходу сонця.	Розсіювання Мі може пояснити такі явища, як коричневий смог та іншу поведінку аерозольних частинок.
Розмір частки	Розмір частинок у релеївському розсіюванні менший за довжину хвилі.	Розмір частинок у розсіянні Мі більший за довжину хвилі.
Тип частинки	Молекули повітря, які присутні у видимій частині, можна пояснити за допомогою розсіювання Мі.	Розсіювання частинок диму, пилу, туману та хмарних крапель в інфрачервоному діапазоні можна пояснити за допомогою розсіювання Релея.
Діаметр частинок	Діаметр молекул, відповідальних за релеївське розсіювання, дуже малий (0.001 мікрометра).	Діаметр молекул, відповідальних за розсіювання Мі, порівняно більший (0.01 мікрометра).

Що таке релеївське розсіювання?

Розсіювання світла — природне явище, яке існувало в природі завжди, але вперше його спостерігали в 19 столітті. Британський фізик, лорд Релей, вперше помітив розсіювання світла, коли працював над кольором і поляризацією світлового світла.

Він також опублікував дві статті про це, і тому явище було названо на його честь. У релеївському розсіюванні на інтенсивність розсіювання впливають два основні фактори. Це довжина хвилі випромінювання та розмір частинок молекул, через які воно розсіюється.

Коли частинки світла поширюються, вони стикаються з різними типами газоподібних і рідких молекул, які присутні в повітрі. У момент удару електромагнітне поле падаючого світла переносить молекулярні заряди, які починають вібрацію частинок.

Ця взаємодія з випромінюванням певною мірою змінює поляризацію падаючого світла. Отже, молекули повітря поглинають частину енергії, а потім повторно випромінюють її в різних напрямках. Це явище є релеївським розсіюванням.

Інтенсивність релеївського розсіювання обернено пропорційна четвертому степеню довжини хвилі падаючого світла. Оскільки синій колір має меншу довжину хвилі, ніж червоний колір, він більше розсіюється і навпаки.

Що таке Mie Scattering?

Розсіювання Мі дає узагальнене рішення для системи, де відбувається розсіювання світла однорідним сферичним середовищем. І це середовище повинно мати показник заломлення, відмінний від показника середовища, через яке проходить світло.

На відміну від релеївського розсіювання, розсіювання Мі не є фізично незалежним явищем, а є рішенням рівнянь Максвелла для ситуацій, коли фаза кута падіння може змінюватися в межах розміру розсіювальних частинок. Розсіювання Мі більш відоме як розчин Мі, і воно названо на честь Густава Мі, німецького фізика.

Розсіювання Мі, також відоме як розсіювання аерозольних частинок, відбувається в атмосфері нижче 1,500 футів. При розсіюванні Мі діаметр сферичних частинок, через які розсіюється світло, приблизно дорівнює довжині хвилі.

Було проведено кілька досліджень, пов’язаних з розсіюванням Мі, щоб знайти більш ефективні підходи до рішення Мі. Математика, що лежить в основі розсіювання Мі, досить складна для розуміння для всіх.

Деякі з легкодоступних типів частинок у нашому середовищі, які викликають розсіювання Мі, це дим, пил, водяна пара, аерозоль, пилок тощо.

Під час утворення хмари кілька частинок аерозолю дифундують між собою, завдяки чому колір хмари здається білим.

Основні відмінності між Розсіювання Релея та розсіювання Мі

1. У розсіюванні Релея ефективність розсіювання змінюється обернено до четвертого ступеня довжини хвилі, тоді як у розсіюванні Мі ефективність не сильно залежить від довжини хвилі.
2. Розсіювання Релея використовується для лазерного зображення в різних типах газів, тоді як розсіювання Мі підходить для вимірювання швидкості потоку за допомогою вимірювання швидкості зображення частинок (PIV).
3. Розсіювання Релея є більш слабким типом розсіювання порівняно з розсіюванням Мі.
4. Діапазон розмірів частинок у розсіюванні Релея набагато менший, ніж у розсіюванні Мі.
5. Спостереження за різними кольорами (блакитне небо, червоний захід сонця, веселка тощо) є результатом розсіювання Релея, тоді як поява білих хмар пов’язана з розсіюванням Мі.

посилання

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

Останнє оновлення: 13 липня 2023 р