Rayleighi efekt

rayleighi hajumine

Inimesed on läbi ajaloo tundnud taeva vastu sügavat imetlust mitte ainult mõtisklevatel öödel, mis kutsuvad esile eksistentsiaalseid peegeldusi, vaid ka päevavalgustundidel, mil taevas on elav värvispekter. Mingil eluhetkel oleme me kõik mõelnud, miks taevas paistab sinine või miks see päikeseloojangu ajal muutub oranžiks ja punaseks. Selle küsimuse lahendas algselt Lord Rayleigh, tuntud ka kui John William Strutt, matemaatik, kes tegi selle avastuse 19. sajandi lõpus.

Selles artiklis selgitame teile Rayleighi efekt, selle omadused ja miks taevas on sinine.

Rayleighi efekt

Rayleighi efekti selgitatud

Päike kiirgab suurt hulka elektromagnetilist kiirgust, sealhulgas nähtavat valgust, mida tavaliselt tuntakse valge valgusena. Huvitav on see, et valge valgus on tegelikult kombinatsioon kõigist vikerkaarevärvidest, kusjuures violetne on kõige lühem lainepikkus ja punane on pikim. Nagu Päikesevalgus liigub läbi atmosfääri, suheldes erinevate ainetega, nagu gaasid, tahked osakesed ja veemolekulid. Kui need osakesed on väiksemad kui kümnendik mikromeetrist, põhjustavad nad valge valguse hajumist igas suunas, kusjuures suurem rõhk on sinisel valgusel.

Seda sinise valguse eelistamist saab seletada dispersioonikoefitsiendiga, mis arvutatakse valemiga 1/λ4, kus λ tähistab lainepikkust. Kuna violetsel ja sinisel valgusel on nähtavas spektris kõige lühemad lainepikkused, annavad nad valemis asendamisel suurima suhte, mis toob kaasa suurema hajumise tõenäosuse. Seda nähtust tuntakse tavaliselt kui Rayleighi hajumist.

Selle tulemusena ristuvad hajutatud kiired gaasiosakestega, mis toimivad peegeldava pinnana, pannes need uuesti painduma ja suurendama nende tugevust.

Miks on taevas sinine?

rayleighi efekt

Arvestades ülalmainitud teavet, võib eeldada, et taevas paistab oma lühema lainepikkuse tõttu sinise asemel lilla. Kuid see pole nii, sest inimese silm ei ole violetse värvi suhtes kuigi tundlik. Pealegi, Nähtav valgus sisaldab tegelikult suuremat osa sinise lainepikkusega kiirgust kui violetne.

Juhtudel, kui osakesed ületavad lainepikkust, diferentsiaalset hajumist ei toimu. Selle asemel on kõik valge valguse komponendid võrdselt hajutatud. See nähtus seletab pilvede valget välimust, kuna neid moodustavate veepiiskade läbimõõt ületab kümnendiku mikromeetrit. Kui need veepiisad aga tihedalt tihenevad, valgus ei pääse neist läbi, mille tulemuseks on hallikas välimus, mis on seotud ulatusliku pilvega.

Siiski tuleb tunnistada, et taevas ei säilita püsivat sinist tooni. Seetõttu ei selgita Rayleighi hajumise nähtus täielikult erinevate punaste varjundite esinemist päikesetõusu ja päikeseloojangu ajal. Sellel faktil on aga seletus.

Kui Päike loojub ja siseneb hämarusfaasi, põhjustab tema asend horisondil valguse meieni jõudmiseks suurema vahemaa läbimist, mis ei ole enam risti. Selle nurga muutuse tulemuseks on väiksem esinemissagedus, mistõttu sinine valgus hajub enne meie silmadeni jõudmist. Selle asemel Domineerivad pikemad lainepikkused, mis avalduvad punakate toonidena. Oluline on märkida, et Rayleighi hajumine jätkub, kuid atmosfääris teises kohas, kus Päike on oma seniidis.

ajalugu

lord rayleigh

Läbi ajaloo on taevas meie tähelepanu köitnud nii päeval kui öösel. See on olnud lõuend meie kujutlusvõimele. Loomulikult uudishimu ja teaduslikud uurimused pole sellest võlust vabastatud. Nagu ka teiste igapäevaste nähtuste puhul, nagu lehtede värvimuutus või vihma tekkimine, on teadlased püüdnud avastada taeva saladusi. Selle müstilise veetluse vähendamise asemel on selle avastused meie mõistmist ja imetlust ainult süvendanud.

Infrapunakatsete käigus 1869. aastal komistas Rayleigh ootamatu leidu: pisikeste osakeste poolt hajutatud valgusel oli õrn sinine toon. See pani ta oletama, et taeva sinise värvi põhjustas sarnane päikesevalguse hajumine. Samas ei osanud ta lõpuni selgitada, miks eelistati sinist valgust või miks taeva värvus nii intensiivne oli, välistades ainsa seletusena atmosfääritolmu.

Uuenduslik töö Lord Rayleigh taevast tuleva valguse värvuse ja polarisatsiooni kohta avaldati 1871. aastal. Nende eesmärk oli mõõta Tyndalli efekti veepiiskades, kvantifitseerides väikeste osakeste olemasolu ja murdumisnäitajad. Tuginedes James Clerk Maxwelli varasemale tõendile valguse elektromagnetilise olemuse kohta, näitas Rayleigh 1881. aastal, et tema võrrandid on tuletatud elektromagnetismist. 1899. aastal oma leide laiendades laiendas ta rakendust üksikutele molekulidele, asendades osakeste mahtude ja murdumisnäitajatega seotud terminid molekulaarse polariseeritavuse terminitega.

Dispersioon poorsetes materjalides

Poorsetel materjalidel on võime avaldada Rayleigh-tüüpi hajumist, mis järgib λ-4 hajumismustrit. See nähtus on eriti ilmne nanopoorsete materjalide puhul, kus pooride ja paagutatud alumiiniumoksiidi tahkete osade murdumisnäitaja on märkimisväärne. Selle tulemusena on Valguse hajumine muutub uskumatult intensiivseks, muutes selle suunda umbes iga viie mikromeetri järel.

See tähelepanuväärne dispersioonikäitumine on tingitud ainulaadsest nanopoorsest struktuurist, mis saavutatakse paagutamisprotsessi käigus, mis hõlmab monodispersse alumiiniumoksiidi pulbri kasutamist, et luua pooride suuruste kitsas jaotus, tavaliselt umbes 70 nm.

Loodan, et selle teabe abil saate rohkem teada Rayleighi efekti ja selle omaduste kohta.


Jäta oma kommentaar

Sinu e-postiaadressi ei avaldata. Kohustuslikud väljad on tähistatud *

*

*

  1. Andmete eest vastutab: Miguel Ángel Gatón
  2. Andmete eesmärk: Rämpsposti kontrollimine, kommentaaride haldamine.
  3. Seadustamine: teie nõusolek
  4. Andmete edastamine: andmeid ei edastata kolmandatele isikutele, välja arvatud juriidilise kohustuse alusel.
  5. Andmete salvestamine: andmebaas, mida haldab Occentus Networks (EL)
  6. Õigused: igal ajal saate oma teavet piirata, taastada ja kustutada.