Rayleigh-effekt

rayleigh-spredning

Gjennom historien har mennesker følt en dyp beundring for himmelen, ikke bare under kontemplative netter som provoserer eksistensielle refleksjoner, men også i dagslyset, når den presenterer et levende spekter av farger. På et tidspunkt i livet har vi alle lurt på hvorfor himmelen ser blå ut eller hvorfor den blir oransje og røde toner under solnedgang. Dette spørsmålet ble opprinnelig løst av Lord Rayleigh, også kjent som John William Strutt, en matematiker som gjorde denne oppdagelsen på slutten av 1800-tallet.

I denne artikkelen skal vi forklare deg Rayleigh-effekt, dens egenskaper og hvorfor himmelen er blå.

Rayleigh-effekt

rayleigh-effekten forklart

Solen sender ut et bredt spekter av elektromagnetisk stråling, inkludert synlig lys, ofte kjent som hvitt lys. Interessant nok er hvitt lys faktisk en kombinasjon av alle regnbuens farger, der fiolett er den korteste bølgelengden og rødt er den lengste. Som Sollys beveger seg gjennom atmosfæren og interagerer med ulike stoffer som gasser, faste partikler og vannmolekyler. Når disse partiklene er mindre enn en tiendedel av en mikrometer, forårsaker de spredning av hvitt lys i alle retninger, med større vekt på blått lys.

Denne preferansen for blått lys kan forklares med spredningskoeffisienten, som beregnes med formelen 1/λ4, hvor λ representerer bølgelengden. Siden fiolett og blått lys har de korteste bølgelengdene i det synlige spekteret, produserer de det høyeste forholdet når de erstattes med formelen, som fører til høyere sannsynlighet for spredning. Dette fenomenet er ofte kjent som Rayleigh-spredning.

Som et resultat skjærer de spredte strålene seg med gasspartikler som fungerer som en reflekterende overflate, noe som får dem til å bøye seg igjen og forsterke styrken.

Hvorfor er himmelen blå?

rayleigh-effekt

Tatt i betraktning informasjonen nevnt ovenfor, kan man forvente at himmelen ser lilla ut i stedet for blå på grunn av sin kortere bølgelengde. Dette er imidlertid ikke tilfelle fordi det menneskelige øyet ikke er veldig følsomt for fargen fiolett. I tillegg, Synlig lys inneholder faktisk en høyere andel blå bølgelengdestråling enn fiolett.

I tilfeller der partikler overskrider bølgelengden i størrelse, oppstår ikke differensiell spredning. I stedet er alle komponenter av hvitt lys like spredt. Dette fenomenet forklarer det hvite utseendet til skyene, siden vanndråpene som utgjør dem overstiger en tiendedel av en mikrometer i diameter. Men når disse vanndråpene blir tett komprimert, lys kan ikke passere gjennom dem, noe som resulterer i et gråaktig utseende assosiert med omfattende skydekke.

Imidlertid må det erkjennes at himmelen ikke opprettholder en konstant blå nyanse. Som et resultat forklarer ikke fenomenet Rayleigh-spredning fullt ut tilstedeværelsen av forskjellige nyanser av rødt under soloppgang og solnedgang. Det er imidlertid en forklaring på dette faktum.

Når solen går ned og går inn i skumringsfasen, fører dens posisjon i horisonten til at lyset reiser en større avstand for å nå oss, og ikke lenger er vinkelrett. Denne endringen i vinkel resulterer i en lavere forekomst, noe som får det blå lyset til å spre seg før det når øynene våre. I stedet, Lengre bølgelengder dominerer, og manifesterer seg som rødlige toner. Det er viktig å merke seg at Rayleigh-spredning fortsetter å forekomme, men på et annet sted i atmosfæren der solen er på sitt senit.

historie

lord rayleigh

Gjennom historien har himmelen fanget oppmerksomheten vår både om dagen og om natten. Det har fungert som et lerret for fantasien vår å vandre. Naturlig, nysgjerrighet og vitenskapelig forskning har ikke vært unntatt fra denne fascinasjonen. Som med andre hverdagslige fenomener, som skiftende farge på blader eller opprinnelsen til regn, har forskere forsøkt å oppdage himmelens mysterier. I stedet for å redusere dens mystiske appell, har oppdagelsene bare utdypet vår forståelse og beundring.

Under sine infrarøde eksperimenter i 1869 snublet Rayleigh over et uventet funn: lyset spredt av små partikler hadde en subtil blå fargetone. Dette førte til at han spekulerte i at en lignende spredning av sollys var ansvarlig for den blå fargen på himmelen. Han kunne imidlertid ikke helt forklare hvorfor blått lys ble foretrukket eller hvorfor fargen på himmelen var så intens, og utelukket atmosfærisk støv som den eneste forklaringen.

Det innovative arbeidet til Lord Rayleigh om fargen og polariseringen av lys fra himmelen ble publisert i 1871. Målet deres var å måle Tyndall-effekten i vanndråper ved å kvantifisere tilstedeværelsen av små partikler og brytningsindeksene. Med utgangspunkt i James Clerk Maxwells tidligere bevis på lysets elektromagnetiske natur, viste Rayleigh i 1881 at ligningene hans ble avledet fra elektromagnetisme. Han utvidet sine funn i 1899 og utvidet applikasjonen til individuelle molekyler, og erstattet termer relatert til partikkelvolum og brytningsindekser med termer for molekylær polariserbarhet.

Dispersjon i porøse materialer

Porøse materialer har evnen til å utvise spredning av Rayleigh-type, som følger et λ-4 spredningsmønster. Dette fenomenet er spesielt tydelig i nanoporøse materialer, hvor det er en betydelig kontrast i brytningsindeksen mellom porene og de faste delene av sintret alumina. Som et resultat har Lysspredningen blir utrolig intens, og får den til å endre retning omtrent hver femte mikrometer.

Denne bemerkelsesverdige spredningsoppførselen tilskrives den unike nanoporøse strukturen oppnådd gjennom sintringsprosessen, som involverer bruk av monodispersivt aluminapulver for å skape en smal fordeling av porestørrelser, typisk rundt 70 nm.

Jeg håper at du med denne informasjonen kan lære mer om Rayleigh-effekten og dens egenskaper.


Legg igjen kommentaren

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket med *

*

*

  1. Ansvarlig for dataene: Miguel Ángel Gatón
  2. Formålet med dataene: Kontroller SPAM, kommentaradministrasjon.
  3. Legitimering: Ditt samtykke
  4. Kommunikasjon av dataene: Dataene vil ikke bli kommunisert til tredjeparter bortsett fra ved juridisk forpliktelse.
  5. Datalagring: Database vert for Occentus Networks (EU)
  6. Rettigheter: Når som helst kan du begrense, gjenopprette og slette informasjonen din.