Рэлеевское рассеяние света

Физика > Рассеяние света атмосферой

Формула и условия рэлеевского рассеяния света – как свет рассеивается в атмосфере. Читайте характеристику и поведение электромагнитной волны, полязируемость.

Рэлеевское рассеяние характеризует процесс рассеяния молекул газа в атмосфере. Он также разъясняет, почему небо голубое.

Задача обучения

• Разберитесь в отношениях волновых частиц, приводящих к рэлеевскому рассеянию.

Основные пункты

• Световое рассеяние именуют рэлеевским. Оно может коснуться любой электромагнитной волны, если она сталкивается с частицами, меньшими длин волн.
• Количество рассеянного света находится в обратной пропорциональности четвертой степени длины волн света. Потому короткие (зеленый и синий) рассеиваются легче длинных (желтый и красный).
• Чем ближе вы к источнику света (Солнце), тем меньше рассеивается свет, потому что угол приближается к 90 градусам. Поэтому у нашей звезды наблюдается желтый оттенок, а остальная часть неба – синяя.
• В космическом пространстве нет атмосферы, поэтому небо – черное, а Солнце – белое.
• В период заката свет проходит сквозь увеличенный объем воздуха. Это повышает эффект рассеяния, а свет на прямом пути кажется оранжевым, а не голубым.

Термины

• Электромагнитные лучи – состоят из осциллирующих электрических и магнитных поле, расположенных перпендикулярно.
• Поляризуемость – склонность системы электрических зарядов к поляризации, если есть внешнее электрическое поле.

Рэлеевское рассеяние

Рэлеевское рассеяние - упругое рассеяние волн частицами, уступающими по размеру длинам волн. Частицы обязаны обладать показателем преломления, приближенным к 1. Этот закон относится ко всем электромагнитным лучам, но здесь мы коснемся ситуации с влиянием атмосферы на видимый свет.

Рассеяние Рэлея связано с поляризуемостью молекул. Полярность характеризуют по тому, как заряды в молекуле будут вибрировать в пределах электрического поля. Высчитывается по формуле:

где I – результирующая интенсивность, I₀ – исходная интенсивность, α – поляризуемость, λ – длина волны, R – дистанция к частице, θ – угол рассеяния.

Скорее всего вам не нужно будет использовать уравнение, но важно понять, что рассеяние основывается на длине волны. Чем короче длина, тем сильнее рассеивание.

Почему небо голубое?

Мы знаем, что световое рассеяние выступает обратно пропорциональным четвертой степени длины световой волны. То есть, чем короче длина, тем сильнее рассеивается. Подобный «короткий» показатель наблюдается у зеленого и синего, поэтому их смешивание можно заметить в небе.

Если вы приблизитесь к Солнцу, то свет не будет рассеиваться, потому что создается 90-градусный угол. При такой дистанции вы начнете различать красный и желтый, поэтому в эти цвета окрашена наша звезда под атмосферным фильтром.

Почему закат красный?

Покраснение возле горизонта появляется из-за того, что свету приходится пробиваться сквозь огромных воздушный объем. Это повышает эффект рэлеевского рассеяния и убирает весь синий цвет с пути наблюдения. Оставшийся обладает более длинными волнами, поэтому кажется красноватым.

---