Skozi zgodovino so ljudje čutili globoko občudovanje neba, ne le med kontemplativnimi nočmi, ki sprožajo eksistencialne refleksije, ampak tudi podnevi, ko predstavlja živahen spekter barv. Na neki točki v življenju smo se vsi spraševali, zakaj je nebo modro ali zakaj se med sončnim zahodom obarva oranžno in rdeče. To vprašanje je sprva razrešil lord Rayleigh, znan tudi kot John William Strutt, matematik, ki je to odkritje izvedel v poznem 19. stoletju.
V tem članku vam bomo razložili, Rayleighov učinek, njegove značilnosti in zakaj je nebo modro.
Rayleighov učinek
Sonce oddaja široko paleto elektromagnetnega sevanja, vključno z vidno svetlobo, splošno znano kot bela svetloba. Zanimivo je, da je bela svetloba pravzaprav kombinacija vseh barv mavrice, pri čemer ima vijolična najkrajšo valovno dolžino, rdeča pa najdaljšo. Kot Sončna svetloba potuje skozi ozračje in medsebojno deluje z različnimi snovmi, kot so plini, trdni delci in molekule vode.. Ko so ti delci manjši od desetinke mikrometra, povzročijo sipanje bele svetlobe v vse smeri, z večjim poudarkom na modri svetlobi.
To prednost modri svetlobi je mogoče pojasniti z disperzijskim koeficientom, ki se izračuna po formuli 1/λ4, kjer λ predstavlja valovno dolžino. Ker imata vijolična in modra svetloba najkrajše valovne dolžine v vidnem spektru, proizvedeta največje razmerje, če ju zamenjamo v formulo, ki vodi do večje verjetnosti disperzije. Ta pojav je splošno znan kot Rayleighovo sipanje.
Posledično se razpršeni žarki sekajo z delci plina, ki delujejo kot odsevna površina, zaradi česar se ponovno upognejo in povečajo svojo moč.
Zakaj je nebo modro?
Glede na zgoraj navedene informacije bi lahko pričakovali, da bo nebo zaradi krajše valovne dolžine videti vijolično namesto modro. Vendar temu ni tako, ker človeško oko ni zelo občutljivo na vijolično barvo. Poleg tega Vidna svetloba dejansko vsebuje večji delež sevanja modre valovne dolžine kot vijolična.
V primerih, ko delci po velikosti presegajo valovno dolžino, do diferencialnega sipanja ne pride. Namesto tega so vse komponente bele svetlobe enako razpršene. Ta pojav pojasnjuje beli videz oblakov, saj vodne kapljice, ki jih sestavljajo, presegajo premer desetinke mikrometra. Ko pa postanejo te vodne kapljice gosto stisnjene, svetloba ne more preiti skozi njih, kar ima za posledico sivkast videz, povezan z obsežno oblačnostjo.
Vendar je treba priznati, da nebo ne ohranja konstantnega modrega odtenka. Posledica tega je, da pojav Rayleighovega sipanja ne pojasni v celoti prisotnosti različnih odtenkov rdeče med sončnim vzhodom in zahodom. Vendar pa obstaja razlaga za to dejstvo.
Ko Sonce zaide in vstopi v fazo somraka, njegov položaj na obzorju povzroči, da svetloba prepotuje večjo razdaljo, da nas doseže, in ni več pravokotna. Ta sprememba kota povzroči manjšo incidenco, zaradi česar se modra svetloba razprši, preden doseže naše oči. Namesto tega Prevladujejo daljše valovne dolžine, ki se kažejo kot rdečkasti toni. Pomembno je omeniti, da se Rayleighovo sipanje še naprej pojavlja, vendar na drugem mestu v ozračju, kjer je Sonce v zenitu.
zgodovina
Skozi zgodovino je nebo pritegnilo našo pozornost tako podnevi kot ponoči. Služi kot platno za našo domišljijo. seveda, radovednost in znanstveno raziskovanje nista bili izvzeti iz te fascinacije. Tako kot pri drugih vsakdanjih pojavih, kot je spreminjanje barve listov ali izvor dežja, so raziskovalci poskušali odkriti skrivnosti neba. Namesto da bi zmanjšala njeno mistično privlačnost, so njena odkritja le poglobila naše razumevanje in občudovanje.
Med svojimi infrardečimi poskusi leta 1869 je Rayleigh naletel na nepričakovano ugotovitev: svetloba, ki so jo razpršili drobni delci, je imela subtilen modri odtenek. To ga je pripeljalo do domneve, da je podobno sipanje sončne svetlobe odgovorno za modro barvo neba. Vendar pa ni znal v celoti pojasniti, zakaj je bila modra svetloba prednostna ali zakaj je bila barva neba tako intenzivna, pri čemer je kot edino razlago izključil atmosferski prah.
Inovativno delo Lord Rayleigh o barvi in polarizaciji svetlobe z neba je bil objavljen leta 1871. Njihov cilj je bil izmeriti Tyndallov učinek v vodnih kapljicah s kvantificiranjem prisotnosti majhnih delcev in lomnih količnikov. Na podlagi prejšnjega dokaza Jamesa Clerka Maxwella o elektromagnetni naravi svetlobe je Rayleigh leta 1881 pokazal, da njegove enačbe izhajajo iz elektromagnetizma. Ko je leta 1899 razširil svoje ugotovitve, je razširil uporabo na posamezne molekule in nadomestil izraze, povezane z volumni delcev in lomnimi količniki, z izrazi molekularne polarizabilnosti.
Disperzija v poroznih materialih
Porozni materiali imajo sposobnost sipanja Rayleighovega tipa, ki sledi vzorcu sipanja λ-4. Ta pojav je še posebej očiten pri nanoporoznih materialih, kjer obstaja znaten kontrast v lomnem količniku med porami in trdnimi deli sintranega aluminijevega oksida. Kot rezultat, Sipanje svetlobe postane neverjetno intenzivno, zaradi česar spremeni smer približno vsakih pet mikrometrov.
To izjemno disperzijsko obnašanje je pripisano edinstveni nanoporozni strukturi, doseženi s postopkom sintranja, ki vključuje uporabo monodisperzivnega prahu aluminijevega oksida za ustvarjanje ozke porazdelitve velikosti por, običajno okoli 70 nm.
Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o Rayleighovem učinku in njegovih značilnostih.