La dispersión de Rayleigh

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Dispersión de Rayleigh : dispersión coherente de la luz sin cambiar la longitud de onda (también llamada dispersión elástica) en partículas, falta de homogeneidad u otros objetos, cuando la frecuencia de la luz dispersada es significativamente menor que la frecuencia natural del objeto o sistema de dispersión. Formulación equivalente: dispersión de la luz por objetos más pequeños que su longitud de onda. Nombrado en honor al físico británico Lord Rayleigh , quien estableció la relación entre la intensidad de la luz dispersada y la longitud de onda en 1871 [2] . En un sentido amplio, también se utiliza para describir la dispersión en procesos ondulatorios de diversa naturaleza.

Teoría

En la dispersión de Rayleigh, el estado interno de las partículas de dispersión no cambia. Se pueden considerar dos casos límite. Si la longitud de onda es menor que el camino libre medio, entonces los eventos de dispersión por partículas pueden considerarse independientes. En el caso contrario, las fluctuaciones en las direcciones de movimiento de las moléculas y su densidad participan en la dispersión [3] .

Modelo de interacción con el oscilador

Para la dispersión en un oscilador de masa m , con carga q y frecuencia natural , la sección transversal de dispersión es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de la luz dispersada $\nu_{0}$ $\sigma _{R}$ $\nu :$

\sigma _{R}={8\pi \over 3}\left({q^{2} \over {mc^{2}}}\right)^{2}\left({\nu \over { \nu _{0}}}\derecho)^{4}.

La relación fue descubierta por el físico británico John Rayleigh en 1871 .

La sección transversal depende del ángulo de dispersión entre las direcciones de las ondas incidente y dispersada: $\sigma _{R}$ $\ theta$

d\sigma _{R}(\theta )={3 \over 8}\sigma _{R}(1+\cos ^{2}\theta )\sin \theta d\theta ,

la onda dispersada está polarizada linealmente a lo largo de una dirección perpendicular al plano que pasa por las direcciones de propagación de las ondas incidente y dispersada. Cuando se dispersa por partículas esféricas (inhomogeneidades), el grado de polarización p para la luz incidente no polarizada es:

p={\sin ^{2}\theta \over {1+\cos ^{2}\theta }});

para la dispersión por partículas alargadas, su orientación también afecta el grado de polarización. [cuatro]

Composición espectral

La dispersión de Rayleigh se define como la que ocurre sin un cambio significativo en la frecuencia. [3] Pero las fluctuaciones térmicas cambian la composición espectral , y en los líquidos el ensanchamiento puede alcanzar los 150 cm - 1 . [5]

Explicación del color del cielo

La dispersión de Rayleigh de la luz solar sobre las heterogeneidades atmosféricas (inhomogeneidades de fluctuación de la densidad del aire) explica el color azul del cielo. Los rayos del sol se dispersan en todos los puntos de la atmósfera, y la luz de longitud de onda corta se dispersa más. El ojo ve todas las ondas dispersas, desde el rojo (onda larga) hasta el violeta (onda corta). En el borde violeta de longitud de onda corta del espectro óptico, hay un aumento. Por lo tanto, la imagen integral es percibida por el ojo como un color azul, alejado del borde violeta, pero gravitando precisamente hacia este lado del espectro.

Al atardecer, en ángulos pequeños del Sol con respecto al horizonte, se observan otros fenómenos. Si en un punto del cielo lejos del Sol el observador ve el mismo color azul, entonces cerca del Sol es rojo. El hecho es que en cualquier punto del cielo lejos del Sol, el observador todavía ve luz dispersa, es decir, de onda corta (azul integral). Y en ángulos de dispersión pequeños, donde hay más rayos directos del Sol, el observador recibe una longitud de onda mucho más larga, es decir, color rojo. Esto se explica por el hecho de que, en comparación con la posición del Sol en la culminación, la luz atraviesa varias veces el espesor de la atmósfera y prácticamente no queda nada de la luz violeta, se dispersa muchas veces en otras direcciones. Y la imagen integral se desplaza hacia el borde rojo del espectro.

Aplicación

Utilizado en reflectometría.

Véase también

Notas

↑ Azul y rojo | Causas del color . Consultado el 22 de marzo de 2013. Archivado desde el original el 5 de abril de 2013. (indefinido)
↑ Dispersión de Rayleigh . Enciclopedia física. Consultado el 16 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 13 de noviembre de 2011. (indefinido)
↑ 1 2 Landau L. D., Lifshits E. M. Rayleigh dispersión en gases y líquidos. // Física teórica. Electrodinámica de medios continuos. - M. : Nauka, 1982. - T. VIII. - S. 582-583.
↑ I. G. Mitrofanov. dispersión de Rayleigh . Astronet. Consultado el 16 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2011. (Ruso)
↑ Fabelinsky I. L. Algunas preguntas sobre la dispersión molecular en líquidos // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 1957. - T. 63 . - S. 355-410 . Archivado desde el original el 21 de mayo de 2013. (Ruso)

Literatura

VE Ogluzdin. Principio de correspondencia de Bohr y dispersión de luz de Raileigh de naturaleza multifotónica // J. Mod. física : diario. - 2010. - Vol. 1 . - P. 86-89 . -doi : 10.4236 / jmp.2010.11012 .

Enlaces

D. Klyshko. Dispersión de luz . Biblioteca electrónica "Ciencia y tecnología". Recuperado: 16 de marzo de 2011. (indefinido)
A. V. Mironov. Fotometría de precisión. Fundamentos prácticos de fotometría de precisión y espectrofotometría de estrellas .

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