Рэлеевское рассеяние
Рэлеевское рассеяние ( / ˈ r eɪ l i / RAY -lee ), названное в честь британского физика девятнадцатого века лорда Рэлея (Джон Уильям Струтт), [1] представляет собой преимущественно упругое рассеяние света или другого электромагнитного излучения частицами, намного меньшими, чем длина волны излучения. Для световых частот значительно ниже резонансной частоты рассеивающей частицы (режим нормальной дисперсии ) величина рассеяния обратно пропорциональна частоте рассеяния.четвертая степень длины волны.
Рэлеевское рассеяние возникает из-за электрической поляризуемости частиц. Осциллирующее электрическое поле световой волны воздействует на заряды внутри частицы, заставляя их двигаться с одной и той же частотой. Таким образом, частица становится небольшим излучающим диполем , излучение которого мы видим как рассеянный свет. Частицы могут быть отдельными атомами или молекулами; это может произойти, когда свет проходит через прозрачные твердые тела и жидкости, но наиболее заметно в газах .
Рэлеевское рассеяние солнечного света в атмосфере Земли вызывает диффузное излучение неба , что является причиной голубого цвета дневного и сумеречного неба , а также желтоватого до красноватого оттенка низкого Солнца . Солнечный свет также подвергается рамановскому рассеянию , которое изменяет вращательное состояние молекул и вызывает эффекты поляризации . [2]
Рассеяние частицами с размером, сравнимым с длиной волны света или превышающим ее, обычно рассматривается с помощью теории Ми , приближения дискретного диполя и других вычислительных методов. Рэлеевское рассеяние применяется к частицам, малым по сравнению с длиной световой волны и оптически «мягким» (т. е. с показателем преломления, близким к 1). Теория аномальной дифракции применима к оптически мягким, но более крупным частицам.
В 1869 году, пытаясь определить, остались ли какие-либо загрязняющие вещества в очищенном воздухе, который он использовал для экспериментов с инфракрасным излучением, Джон Тиндалл обнаружил, что яркий свет, рассеиваемый наночастицами, имеет слабый голубой оттенок. [3] [4] Он предположил, что подобное рассеяние солнечного света придает небу его голубой оттенок , но он не мог объяснить предпочтение синего света, а атмосферная пыль не могла объяснить интенсивность цвета неба.
В 1871 году лорд Рэлей опубликовал две статьи о цвете и поляризации неба, чтобы количественно оценить эффект Тиндаля в каплях воды с точки зрения объемов крошечных частиц и показателей преломления . [5] [6] [7] В 1881 году, воспользовавшись доказательством Джеймса Клерка Максвелла 1865 года электромагнитной природы света , он показал, что его уравнения следуют из электромагнетизма . [8] В 1899 году он показал, что они применимы к отдельным молекулам, при этом термины, содержащие объемы частиц и показатели преломления, заменены терминами для молекулярной поляризуемости . [9]
