На протяжении всей истории люди испытывали глубокое восхищение небом не только во время созерцательных ночей, вызывающих экзистенциальные размышления, но и в дневные часы, когда оно представляет собой яркий спектр цветов. В какой-то момент нашей жизни мы все задавались вопросом, почему небо кажется голубым или почему во время заката оно становится оранжевым и красным. Первоначально этот вопрос был решен лордом Рэлеем, также известным как Джон Уильям Стратт, математиком, сделавшим это открытие в конце 19 века.
В этой статье мы собираемся объяснить вам Эффект Рэлея, его характеристики и почему небо голубое.
Эффект Рэлея
Солнце излучает широкий спектр электромагнитного излучения, включая видимый свет, широко известный как белый свет. Интересно, что белый свет на самом деле представляет собой комбинацию всех цветов радуги: фиолетовый — самая короткая длина волны, а красный — самая длинная. Как Солнечный свет проходит через атмосферу, взаимодействуя с различными веществами, такими как газы, твердые частицы и молекулы воды.. Когда эти частицы меньше одной десятой микрометра, они вызывают рассеяние белого света во всех направлениях, с большим акцентом на синий свет.
Такое предпочтение синего света можно объяснить коэффициентом дисперсии, который рассчитывается по формуле 1/λ4, где λ представляет длину волны. Поскольку фиолетовый и синий свет имеют самые короткие длины волн в видимом спектре, они дают самое высокое соотношение при подстановке в формулу, которая приводит к более высокой вероятности дисперсии. Это явление широко известно как рассеяние Рэлея.
В результате рассеянные лучи пересекаются с частицами газа, которые действуют как отражающая поверхность, заставляя их снова изгибаться и усиливать свою силу.
Почему небо голубое?
Учитывая информацию, упомянутую выше, можно было бы ожидать, что небо будет фиолетовым, а не синим из-за его более короткой длины волны. Однако это не так, поскольку человеческий глаз не очень чувствителен к фиолетовому цвету. Кроме, Видимый свет на самом деле содержит более высокую долю синего излучения, чем фиолетового.
В тех случаях, когда частицы по размеру превышают длину волны, дифференциального рассеяния не происходит. Вместо этого все компоненты белого света равномерно рассеяны. Это явление объясняет белый вид облаков, поскольку составляющие их капли воды превышают в диаметре десятую долю микрометра. Однако когда эти капли воды уплотняются, свет не может проходить через них, что приводит к сероватому виду, связанному с обширной облачностью.
Однако следует признать, что небо не сохраняет постоянный синий оттенок. В результате явление рэлеевского рассеяния не полностью объясняет наличие различных оттенков красного цвета во время восхода и захода солнца. Однако этому факту есть объяснение.
Когда Солнце садится и входит в фазу сумерек, его положение на горизонте заставляет свет преодолевать большее расстояние, чтобы достичь нас, и уже не быть перпендикулярным. Это изменение угла приводит к меньшему падению, в результате чего синий свет рассеивается, не достигая наших глаз. Вместо, Преобладают более длинные волны, проявляющиеся в красноватых тонах. Важно отметить, что рэлеевское рассеяние продолжает происходить, но в другом месте атмосферы, где Солнце находится в зените.
история
На протяжении всей истории небо приковывало наше внимание как днем, так и ночью. Оно послужило холстом для нашего воображения. Естественно, любопытство и научные исследования не были освобождены от этого увлечения. Как и в случае с другими повседневными явлениями, такими как изменение цвета листьев или происхождение дождя, исследователи пытались раскрыть тайны неба. Вместо того, чтобы уменьшить его мистическую привлекательность, его открытия только углубили наше понимание и восхищение.
Во время своих инфракрасных экспериментов в 1869 году Рэлей сделал неожиданную находку: свет, рассеиваемый крошечными частицами, имел тонкий синий оттенок. Это привело его к предположению, что подобное рассеяние солнечного света ответственно за синий цвет неба. Однако он не смог полностью объяснить, почему синий свет был предпочтителен или почему цвет неба был таким насыщенным, исключив атмосферную пыль как единственное объяснение.
Инновационная работа Лорд Рэлей о цвете и поляризации небесного света был опубликован в 1871 году.. Их целью было измерить эффект Тиндаля в каплях воды путем количественного определения присутствия мелких частиц и показателей преломления. Основываясь на более раннем доказательстве электромагнитной природы света Джеймсом Клерком Максвеллом, Рэлей в 1881 году показал, что его уравнения были выведены из электромагнетизма. Развивая свои открытия в 1899 году, он распространил их применение на отдельные молекулы, заменив термины, связанные с объемами частиц и показателями преломления, терминами, связанными с молекулярной поляризуемостью.
Дисперсия в пористых материалах
Пористые материалы обладают способностью проявлять рассеяние рэлеевского типа, которое соответствует схеме рассеяния λ-4. Это явление особенно проявляется в нанопористых материалах, где существует значительный контраст показателя преломления между порами и твердыми частями спеченного оксида алюминия. В результате Рассеяние света становится невероятно интенсивным, заставляя его менять направление примерно каждые пять микрометров.
Такое замечательное поведение дисперсии объясняется уникальной нанопористой структурой, полученной в процессе спекания, который включает использование монодисперсного порошка оксида алюминия для создания узкого распределения размеров пор, обычно около 70 нм.
Надеюсь, что благодаря этой информации вы сможете больше узнать об эффекте Рэлея и его характеристиках.