瑞利效應

瑞利散射

縱觀歷史,人類對天空懷有深深的欽佩之情,不僅是在引發存在主義反思的沉思夜晚,而且是在白天,天空呈現出充滿活力的色彩。在我們生命中的某個時刻,我們都想知道為什麼天空呈現藍色,或者為什麼在日落時天空會變成橙色和紅色。這個問題最初是由雷利勳爵(又名約翰·威廉·斯特拉特)解決的,他是一位數學家,在 19 世紀末做出了這一發現。

在這篇文章中我們將向您解釋 瑞利效應、它的特點以及為什麼天空是藍色的。

瑞利效應

瑞利效應解釋

太陽發射多種電磁輻射,包括可見光,通常稱為白光。有趣的是,白光其實是彩虹所有顏色的組合,其中紫色光的波長最短,紅光的波長最長。作為 陽光穿過大氣層,與氣體、固體顆粒和水分子等各種物質相互作用。當這些顆粒小於十分之一微米時,它們會導致白光向各個方向散射,尤其是藍光。

這種對藍光的偏好可以透過色散係數來解釋,該係數是透過公式 1/λ4 計算的,其中 λ 代表波長。由於紫光和藍光在可見光光譜中具有最短的波長,因此當當代入公式時,它們會產生最高的比率,即 導致更高的離散機率。這種現象通常稱為瑞利散射。

結果,散射光線與充當反射面的氣體粒子相交,導致它們再次彎曲並增強強度。

為什麼天空是藍色的?

瑞利效應

考慮到上述訊息,人們可能會認為天空由於波長較短而呈現紫色而不是藍色。然而,事實並非如此,因為人眼對紫色較不敏感。除了, 可見光實際上包含比紫色波長輻射更高比例的藍色波長輻射。

如果顆粒尺寸超過波長,則不會發生差異散射。相反,白光的所有成分均等分散。這種現象解釋了雲的白色外觀,因為組成雲的水滴直徑超過十分之一微米。然而,當這些水滴變得密集時, 光線無法穿過它們,導致呈現與大面積雲層相關的灰色外觀。

然而,必須認識到天空並不會保持恆定的藍色調。因此,瑞利散射現象並不能完全解釋日出和日落期間各種紅色色調的存在。然而,這個事實是有一個解釋的。

當太陽落山並進入黃昏階段時,它在地平線上的位置導致光線傳播更遠的距離到達我們,不再是垂直的。這種角度的變化導致入射角降低,導致藍光在到達我們的眼睛之前就消散了。反而, 較長的波長占主導地位,表現為微紅色調。 值得注意的是,瑞利散射繼續發生,但發生在太陽處於天頂的大氣中的不同位置。

歷史

雷利勳爵

縱觀歷史,天空無論白天或夜晚都吸引著我們的注意力。它充當了我們想像的畫布。自然, 好奇心和科學研究也未能倖免於這種迷戀。與其他日常現像一樣,例如樹葉顏色的變化或雨的起源,研究人員試圖發現天空的奧秘。它的發現不但沒有削弱它的神秘吸引力,反而加深了我們的理解和欽佩。

在 1869 年的紅外線實驗中,瑞利偶然發現了一個意想不到的發現:微小粒子散射的光具有微妙的藍色調。這使他推測,類似的陽光散射造成了天空的藍色。然而,他無法完全解釋為什麼藍光更受歡迎,或者為什麼天空的顏色如此強烈,排除了大氣塵埃作為唯一的解釋。

的創新工作 雷利勳爵關於天空光的顏色和偏振的研究於 1871 年發表。他們的目標是透過量化小顆粒的存在和折射率來測量水滴中的丁達爾效應。在詹姆斯·克拉克·麥克斯韋早期證明光的電磁性質的基礎上,瑞利於 1881 年證明他的方程式源自電磁學。他在 1899 年擴展了他的發現,將其應用擴展到單一分子,用分子極化率術語取代了與顆粒體積和折射率相關的術語。

多孔材料中的分散

多孔材料能夠表現出瑞利型散射,其遵循 λ-4 散射模式。這種現像在奈米多孔材料中尤其明顯,其中孔隙和燒結氧化鋁的固體部分之間的折射率有顯著差異。結果, 光散射變得異常強烈,導致其方向大約每五微米改變一次。

這種顯著的分散行為歸因於透過燒結過程實現的獨特奈米多孔結構,該過程涉及使用單分散氧化鋁粉末來形成狹窄的孔徑分佈,通常在 70 nm 左右。

我希望透過這些資訊您可以更多地了解瑞利效應及其特徵。


發表您的評論

您的電子郵件地址將不會被發表。 必填字段標有 *

*

*

  1. 負責數據:MiguelÁngelGatón
  2. 數據用途:控制垃圾郵件,註釋管理。
  3. 合法性:您的同意
  4. 數據通訊:除非有法律義務,否則不會將數據傳達給第三方。
  5. 數據存儲:Occentus Networks(EU)託管的數據庫
  6. 權利:您可以隨時限制,恢復和刪除您的信息。