Rayleighův rozptyl

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 3. prosince 2021; kontroly vyžadují 8 úprav .

Rayleighův rozptyl - koherentní rozptyl světla beze změny vlnové délky (také nazývaný elastický rozptyl) na částicích, nehomogenitách nebo jiných objektech, kdy frekvence rozptýleného světla je výrazně nižší než přirozená frekvence rozptylujícího objektu nebo systému. Ekvivalentní formulace: rozptyl světla předměty menšími než je jeho vlnová délka. Pojmenován po britském fyzikovi Lordu Rayleighovi , který v roce 1871 stanovil vztah mezi intenzitou rozptýleného světla a vlnovou délkou [2] . V širokém smyslu se také používá k popisu rozptylu ve vlnových procesech různé povahy.

Teorie

U Rayleighova rozptylu se vnitřní stav rozptylujících částic nemění. Lze uvažovat o dvou omezujících případech. Pokud je vlnová délka menší než střední volná dráha, pak lze události rozptylu částicemi považovat za nezávislé. V opačném případě se na rozptylu podílí kolísání směrů pohybu molekul a jejich hustota [3] .

Model interakce s oscilátorem

Pro rozptyl na oscilátoru o hmotnosti m s nábojem q a vlastní frekvencí je průřez rozptylu úměrný čtvrté mocnině frekvence rozptýleného světla $\nu_{0}$ $\sigma _{R}$ $\nu :$

\sigma _{R}={8\pi \over 3}\left({q^{2} \over {mc^{2}}}\right)^{2}\left({\nu \over { \nu _{0}}}\vpravo)^{4}.

Příbuznost objevil britský fyzik John Rayleigh v roce 1871 .

Průřez závisí na úhlu rozptylu mezi směry dopadajících a rozptýlených vln: $\sigma _{R}$ $\theta$

d\sigma _{R}(\theta )={3 \over 8}\sigma _{R}(1+\cos ^{2}\theta )\sin \theta d\theta ,

rozptýlená vlna je lineárně polarizována ve směru kolmém k rovině procházející směry šíření dopadajících a rozptýlených vln. Při rozptylu sférickými částicemi (nehomogenitami) je stupeň polarizace p pro nepolarizované dopadající světlo:

p={\sin ^{2}\theta \over {1+\cos ^{2}\theta }});

pro rozptyl podlouhlými částicemi ovlivňuje stupeň polarizace i jejich orientace. [čtyři]

Spektrální složení

Rayleighův rozptyl je definován jako vyskytující se bez významné změny frekvence. [3] Tepelné fluktuace však mění spektrální složení a v kapalinách může rozšíření dosáhnout 150 cm −1 . [5]

Vysvětlení barvy oblohy

Rayleighův rozptyl slunečního světla na atmosférických nehomogenitách (kolísání nehomogenit hustoty vzduchu) vysvětluje modrou barvu oblohy. Sluneční paprsky jsou rozptýleny v každém bodě atmosféry – a krátkovlnné světlo je rozptýleno více. Oko vidí všechny rozptýlené vlny – od červené (dlouhovlnné) po fialové (krátkovlnné). Na fialovém krátkovlnném okraji optického spektra dochází ke zvýšení. Integrální obraz je tedy okem vnímán jako modrá barva, odsunutá od fialového okraje, ale gravitující právě na tuto stranu spektra.

Při západu slunce, v malých úhlech Slunce vzhledem k obzoru, jsou pozorovány další jevy. Pokud v bodě na obloze daleko od Slunce pozorovatel vidí stejnou modrou barvu, pak v blízkosti Slunce je červená. Faktem je, že na jakémkoli místě na obloze daleko od Slunce pozorovatel stále vidí rozptýlené, tedy krátkovlnné (integrální modré) světlo. A při malých úhlech rozptylu, kde je více přímých paprsků Slunce, dostává pozorovatel mnohem více dlouhovlnné, tedy červené barvy. Vysvětluje se to tím, že oproti poloze Slunce v kulminaci světlo prochází několikanásobkem tloušťky atmosféry a z fialového světla nezůstane prakticky nic - je mnohonásobně rozptýleno do jiných směrů. A integrální obraz se posune k červenému okraji spektra.

Aplikace

Používá se v reflektometrii.

Viz také

Poznámky

↑ Modrá a červená | Příčiny barvy . Získáno 22. března 2013. Archivováno z originálu 5. dubna 2013. (neurčitý)
↑ Rayleighův rozptyl . Fyzická encyklopedie. Získáno 16. března 2011. Archivováno z originálu 13. listopadu 2011. (neurčitý)
↑ 1 2 Landau L. D., Lifshits E. M. Rayleighův rozptyl v plynech a kapalinách. // Teoretická fyzika. Elektrodynamika spojitých médií. - M .: Nauka, 1982. - T. VIII. - S. 582-583.
↑ I. G. Mitrofanov. Rayleighův rozptyl . Astronet. Získáno 16. března 2011. Archivováno z originálu dne 20. listopadu 2011. (Ruština)
↑ Fabelinsky I. L. Některé otázky molekulárního rozptylu v kapalinách // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ruská akademie věd , 1957. - T. 63 . - S. 355-410 . Archivováno z originálu 21. května 2013. (Ruština)

Literatura

VE Ogluzdin. Bohrův princip korespondence a multifotonový přírodní Raileigh rozptyl světla // J. Mod. Phys. : deník. - 2010. - Sv. 1 . - str. 86-89 . - doi : 10.4236/jmp.2010.11012 .

Odkazy

D. Klyško. Rozptyl světla . Elektronická knihovna "Věda a technika". Staženo: 16. března 2011. (neurčitý)
A. V. Mironov. Přesná fotometrie. Praktické základy přesné fotometrie a spektrofotometrie hvězd .

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština velká čínština velká čínština Britannica (online)