Рэлеевское рассеяние: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Нет описания правки
м исправление: рассеяние ≠ рассеивание
 
(не показано 25 промежуточных версий 20 участников)
Строка 1: Строка 1:
[[Файл:Why is the sky blue.jpg|мини|[[Рэлеевское рассеяние]] в опалесцирующем стекле: оно выглядит синим со стороны, но оранжевым на просвет.<ref>{{cite web|url=http://www.webexhibits.org/causesofcolor/14B.html|title=Blue & red &#124; Causes of Color|accessdate=2013-03-22|archiveurl=https://www.webcitation.org/6FeV2rPBT|archivedate=2013-04-05}}</ref>]]
[[Файл:Why is the sky blue.jpg|мини|Рэлеевское рассеяние в опалесцирующем стекле: оно выглядит синим со стороны, но оранжевым на просвет.<ref>{{cite web|url=http://www.webexhibits.org/causesofcolor/14B.html|title=Blue & red &#124; Causes of Color|accessdate=2013-03-22|archiveurl=https://www.webcitation.org/6FeV2rPBT?url=http://www.webexhibits.org/causesofcolor/14B.html#|archivedate=2013-04-05|deadlink=no}}</ref>]]


'''Рэле́евское рассе́ивание''' — [[Когерентность (физика)|когерентное]] [[рассеяние света]] без изменения [[Длина волны|длины волны]] (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно выше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика [[Стретт, Джон Уильям (лорд Рэлей)|лорда Рэлея]], установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в [[1871 год]]у<ref>{{cite web|url=http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3477.html|title=Рэлеевское рассеяние||publisher=Физическая энциклопедия|accessdate=2011-03-16|lang=|archiveurl=https://www.webcitation.org/61G4oPO8L|archivedate=2011-08-28}}</ref>. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.
'''Рэле́евское рассе́яние''' — [[Когерентность (физика)|когерентное]] [[рассеяние света]] без изменения [[Длина волны|длины волны]] (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика [[Стретт, Джон Уильям (лорд Рэлей)|лорда Рэлея]], установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в [[1871 год]]у<ref>{{cite web|url=http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3477.html|title=Рэлеевское рассеяние|publisher=Физическая энциклопедия|accessdate=2011-03-16|lang=|deadlink=no|archive-date=2011-11-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20111113154813/http://www.femto.com.ua/articles/part_2/3477.html}}</ref>. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.


== Теория ==
== Теория ==
При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае, в рассеянии участвуют флуктуации в направлении молекул и в их плотности.<ref name="Landau82">{{книга
При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае в рассеянии участвуют флуктуации направлений движения молекул и их плотности<ref name="Landau82">{{книга
|автор = Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.
|автор = Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.
|часть = Рэлеевское рассеяние в газах и жидкостях.
|часть = Рэлеевское рассеяние в газах и жидкостях.
Строка 13: Строка 13:
|том = VIII
|том = VIII
|страницы = 582—583
|страницы = 582—583
}}</ref>
}}</ref>.


=== Модель взаимодействия с осциллятором ===
=== Модель взаимодействия с осциллятором ===
Для рассеивания на осцилляторе массы ''m'', с зарядом ''q'' и собственной частотой <math>\nu_0</math> [[Эффективное поперечное сечение|сечение рассеяния]] <math>\sigma_R</math> пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света <math>\nu :</math>
Для рассеяния на осцилляторе массы ''m'', с зарядом ''q'' и собственной частотой <math>\nu_0</math> [[Эффективное поперечное сечение|сечение рассеяния]] <math>\sigma_R</math> пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света <math>\nu :</math>


: <math>\sigma_R={8\pi\over 3} \left( {q^2\over{mc^2}} \right)^2 \left( {\nu\over{\nu_0}} \right)^4.</math>
: <math>\sigma_R={8\pi\over 3} \left( {q^2\over{mc^2}} \right)^2 \left( {\nu\over{\nu_0}} \right)^4.</math>


Зависимость вывел [[Рэлей, Джон Уильям|британский физик Джон Рэлей]] в [[1871]] г.
Зависимость вывел [[Рэлей, Джон Уильям|британский физик Джон Рэлей]] в [[1871]] г.


Сечение <math>\sigma_R</math> зависит от угла рассеяния <math>\theta</math> между направлениями падающей и рассеянной волн:
Сечение <math>\sigma_R</math> зависит от угла рассеяния <math>\theta</math> между направлениями падающей и рассеянной волн:
Строка 31: Строка 31:


для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.<ref>{{cite web
для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.<ref>{{cite web
| url = http://www.astronet.ru/db/msg/1188633
|url = http://www.astronet.ru/db/msg/1188633
| title = Рэлеевское рассеяние
|title = Рэлеевское рассеяние
| author = И. Г. Митрофанов
|author = И. Г. Митрофанов
| publisher = Astronet
|publisher = Astronet
| accessdate = 2011-03-16
|accessdate = 2011-03-16
| lang = ru
|lang = ru
|deadlink = no
| archiveurl = https://www.webcitation.org/61G4p3OPy
| archivedate = 2011-08-28
|archive-date = 2011-11-20
|archive-url = https://web.archive.org/web/20111120231217/http://www.astronet.ru/db/msg/1188633
}}</ref>
}}</ref>


=== Спектральный состав ===
=== Спектральный состав ===
Рэлеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты.<ref name="Landau82" /> Но тепловые флуктуации вносят изменение в [[спектр]]альный состав, причём в жидкостях [[Полуширина|уширение]] может достигать 150&nbsp;см<sup>−1</sup>.<ref>{{статья
Рэлеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты.<ref name="Landau82" /> Но тепловые флуктуации вносят изменение в [[спектр]]альный состав, причём в жидкостях [[Полуширина|уширение]] может достигать 150 см<sup>−1</sup>.<ref>{{статья
| автор = Фабелинский И. Л.
|автор = Фабелинский И. Л.
| заглавие = Некоторые вопросы молекулярного рассеяние в жидкостях
|заглавие = Некоторые вопросы молекулярного рассеяние в жидкостях
| ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1957/10/e/
|ссылка = http://ufn.ru/ru/articles/1957/10/e/
| издание = [[Успехи физических наук|УФН]]
|издание = [[Успехи физических наук]]
| год = 1957
|год = 1957
| том = 63
|том = 63
| страницы = 355—410
|страницы = 355—410
|язык = ru
|издательство = [[Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН|Российская академия наук]]
|archivedate = 2013-05-21
|archiveurl = https://web.archive.org/web/20130521185930/http://ufn.ru/ru/articles/1957/10/e/
}}</ref>
}}</ref>


== Объяснение цвета неба ==
== Объяснение цвета неба ==
{{Основная статья|Диффузное излучение неба}}[[Файл:Rayleigh sunlight scattering-ru.svg|thumb|right|250px|Отношение интенсивности рассеяния солнечного света атмосферой для различных длин волн]]
{{Основная статья|Диффузное излучение неба}}[[Файл:Rayleigh sunlight scattering-ru.svg|thumb|right|250px|Отношение интенсивности рассеяния солнечного света атмосферой для различных длин волн]]
Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы (флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба. Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке атмосферы — и больше рассеивается коротковолновый свет. Глаз видит все рассеиваемые волны — от красного (длинноволнового), до фиолетового (коротковолнового). На фиолетовом краю оптического спектра идёт нарастание. Поэтому интегральная картинка воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутая от фиолетового края, но тяготеющая именно к этой стороне спектра.<br />
Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы (флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба. Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке атмосферы — и больше рассеивается коротковолновый свет. Глаз видит все рассеиваемые волны — от красного (длинноволнового), до фиолетового (коротковолнового). На фиолетовом коротковолновом краю оптического спектра идёт нарастание. Поэтому интегральная картинка воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутый от фиолетового края, но тяготеющий именно к этой стороне спектра.


На закате же вблизи Солнца наблюдаются иные явления. Если в точке неба, вдалеке от Солнца наблюдатель видит всё тот же голубой цвет, то вблизи с Солнцем — красный. Дело в том, что в любой точке неба вдалеке от Солнца, наблюдатель по прежнему видит рассеянный, то есть коротковолновый (интегральный голубой) свет. А на малых углах рассеяния, где больше прямых лучей Солнца, до наблюдателя гораздо больше доходит длинноволновый, то есть красный цвет. Это объясняется тем, что по сравнению с положением Солнца в кульминации, свет проходит в несколько раз большую толщу атмосферы и от фиолетового света не остаётся практически ничего — он рассеивается многократно в другие стороны. И интегральная картинка смещается к красному краю спектра.
На закате же при малых углах Солнца относительно линии горизонта наблюдаются иные явления. Если в точке неба вдалеке от Солнца наблюдатель видит всё тот же голубой цвет, то вблизи Солнца — красный. Дело в том, что в любой точке неба вдалеке от Солнца наблюдатель по-прежнему видит рассеянный, то есть коротковолновый (интегральный голубой) свет. А на малых углах рассеяния, где больше прямых лучей Солнца, до наблюдателя гораздо больше доходит длинноволновый, то есть красный цвет. Это объясняется тем, что по сравнению с положением Солнца в кульминации свет проходит в несколько раз большую толщу атмосферы, и от фиолетового света не остаётся практически ничего — он рассеивается многократно в другие стороны. И интегральная картинка смещается к красному краю спектра.


== Применение ==
== Применение ==
Применяется в рефлектометрии.

Применяется в [[рефлектометр]]ии.


== См. также ==
== См. также ==
Строка 71: Строка 75:


== Примечания ==
== Примечания ==
{{примечания}}
<references/>


== Литература ==
== Литература ==
* {{cite journal
* {{статья
|заглавие=Bohr Correspondence Principle and Multiphoton Nature Raileigh Light Scattering
| author = V. E. Ogluzdin
|издание=J. Mod. Phys.
| title = Bohr Correspondence Principle and Multiphoton Nature Raileigh Light Scattering
|том=1
| journal = J. Mod. Phys.
|страницы=86—89
| year = 2010
|doi=10.4236/jmp.2010.11012
| volume = 1
|язык=en
| pages = 86–89
|тип=journal
| doi = 10.4236/jmp.2010.11012
|автор=V. E. Ogluzdin
| url =}}
|год=2010}}


== Ссылки ==
== Ссылки ==
* {{cite web
* {{cite web
| url = http://n-t.ru/nj/nz/1988/0101.htm
|url = http://n-t.ru/nj/nz/1988/0101.htm
| title = Рассеяние света
|title = Рассеяние света
| author = Д. Клышко
|author = Д. Клышко
| publisher = Электронная библиотека «Наука и техника»
|publisher = Электронная библиотека «Наука и техника»
| accessdate = 2011-03-16
|accessdate = 2011-03-16
|deadlink = no
| archiveurl = https://www.webcitation.org/61G4q1wu9
| archivedate = 2011-08-28
}}
}}
* {{книга
* {{книга
Строка 99: Строка 103:
|ссылка = http://www.astronet.ru/db/msg/1169494/index.html
|ссылка = http://www.astronet.ru/db/msg/1169494/index.html
}}
}}
{{Внешние ссылки}}
{{phys-stub}}


[[Категория:Рассеяние света]]
[[Категория:Рассеяние света]]
[[Категория:Атмосферные оптические явления]]
[[Категория:Атмосферные оптические явления]]
[[Категория:Свет]]
[[Категория:Спектроскопия]]
[[Категория:Спектроскопия]]
[[Категория:Атомная физика]]
[[Категория:Атомная физика]]
[[Категория:Квантовая оптика]]
[[Категория:Квантовая оптика]]
[[Категория:Рассеяние]]

Текущая версия от 20:53, 11 мая 2024

Рэлеевское рассеяние в опалесцирующем стекле: оно выглядит синим со стороны, но оранжевым на просвет.[1]

Рэле́евское рассе́яние — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно меньше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году[2]. В широком смысле также применяется при описании рассеяния в волновых процессах различной природы.

При рэлеевском рассеянии внутреннее состояние рассеивающих частиц не изменяется. Можно рассматривать два предельных случая. Если длина волны меньше расстояния свободного пробега, то акты рассеяния на частицах можно считать независимыми. В противоположном случае в рассеянии участвуют флуктуации направлений движения молекул и их плотности[3].

Модель взаимодействия с осциллятором

[править | править код]

Для рассеяния на осцилляторе массы m, с зарядом q и собственной частотой сечение рассеяния пропорционально четвёртой степени частоты рассеиваемого света

Зависимость вывел британский физик Джон Рэлей в 1871 г.

Сечение зависит от угла рассеяния между направлениями падающей и рассеянной волн:

рассеянная волна линейно поляризована вдоль направления, перпендикулярного плоскости, проходящей через направления распространения падающей и рассеянной волн. При рассеянии на сферических частицах (неоднородностях) степень поляризации p для неполяризованного падающего света равна:

для рассеяния на удлинённых частицах на степень поляризации влияет и их ориентация.[4]

Спектральный состав

[править | править код]

Рэлеевское рассеяние определяется как происходящее без существенного изменения частоты.[3] Но тепловые флуктуации вносят изменение в спектральный состав, причём в жидкостях уширение может достигать 150 см−1.[5]

Объяснение цвета неба

[править | править код]
Отношение интенсивности рассеяния солнечного света атмосферой для различных длин волн

Рэлеевским рассеянием солнечного света на неоднородностях атмосферы (флуктуационные неоднородности плотности воздуха) объясняется голубой цвет неба. Лучи Солнца рассеиваются в каждой точке атмосферы — и больше рассеивается коротковолновый свет. Глаз видит все рассеиваемые волны — от красного (длинноволнового), до фиолетового (коротковолнового). На фиолетовом коротковолновом краю оптического спектра идёт нарастание. Поэтому интегральная картинка воспринимается глазом как голубой цвет, отодвинутый от фиолетового края, но тяготеющий именно к этой стороне спектра.

На закате же при малых углах Солнца относительно линии горизонта наблюдаются иные явления. Если в точке неба вдалеке от Солнца наблюдатель видит всё тот же голубой цвет, то вблизи Солнца — красный. Дело в том, что в любой точке неба вдалеке от Солнца наблюдатель по-прежнему видит рассеянный, то есть коротковолновый (интегральный голубой) свет. А на малых углах рассеяния, где больше прямых лучей Солнца, до наблюдателя гораздо больше доходит длинноволновый, то есть красный цвет. Это объясняется тем, что по сравнению с положением Солнца в кульминации свет проходит в несколько раз большую толщу атмосферы, и от фиолетового света не остаётся практически ничего — он рассеивается многократно в другие стороны. И интегральная картинка смещается к красному краю спектра.

Применение

[править | править код]

Применяется в рефлектометрии.

Примечания

[править | править код]
  1. Blue & red | Causes of Color. Дата обращения: 22 марта 2013. Архивировано 5 апреля 2013 года.
  2. Рэлеевское рассеяние. Физическая энциклопедия. Дата обращения: 16 марта 2011. Архивировано 13 ноября 2011 года.
  3. 1 2 Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Рэлеевское рассеяние в газах и жидкостях. // Теоретическая физика. Электродинамика сплошных сред. — М.: Наука, 1982. — Т. VIII. — С. 582—583.
  4. И. Г. Митрофанов. Рэлеевское рассеяние. Astronet. Дата обращения: 16 марта 2011. Архивировано 20 ноября 2011 года.
  5. Фабелинский И. Л. Некоторые вопросы молекулярного рассеяние в жидкостях // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1957. — Т. 63. — С. 355—410. Архивировано 21 мая 2013 года.

Литература

[править | править код]
  • V. E. Ogluzdin. Bohr Correspondence Principle and Multiphoton Nature Raileigh Light Scattering (англ.) // J. Mod. Phys. : journal. — 2010. — Vol. 1. — P. 86—89. — doi:10.4236/jmp.2010.11012.