一种属于散射的光学现象。 也称为“分子散射”。 当粒径远小于入射光波长(小于波长的十分之一)时,各个方向的散射光强度不同。 该强度与入射光波长的四次方成反比。 这种现象称为射线锐散射。
中文名
瑞利散射
外国名
相关术语
大气散射
学科分支
大气物理
描述
瑞利散射定律是由英国物理学家瑞利勋爵于1900年发现的,因而得名。
为了满足瑞利散射的要求,粒子的直径必须远小于入射波的波长。 通常上限约为波长的1/10(1-300 nm)。 此时,散射光的强度是入射光波长的四倍。 与平方成反比,即波长越短,散射越强。
另外,在光的正向和反方向散射光的程度相同,在垂直于入射光的方向(如名片图片)散射光的程度最低[1]。
光学现象
(1) 天空的颜色
由于瑞利散射的强度与波长的四次方成反比,因此太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长的红光散射更明显。 短波长中,蓝光能量最大,所以当雨后天空晴朗时,或者秋季空气清新时(空气中粗颗粒相对较少,分子散射是主力),在大气分子的强烈散射作用,蓝光被散射到天空中,天空呈现蓝色。
另外,由于大气密度随着高度的增加急剧减小,大气分子的散射作用相应减弱,天空的颜色也从蓝色变为青色(约8公里)、深青色(约11公里)、深紫色(约13公里)有高度。 ,黑紫色(约21公里)英国物理学家瑞利,再往上,空气非常稀薄,大气分子的散射作用极弱,天空被黑暗吞没。 可以说,瑞利散射的结果削弱了太阳投射到地球表面的能量。 [2]
(2) 夕阳的颜色
当日落或日出时,太阳几乎直接位于我们的视线前方。 此时,阳光要在大气中传播较长的距离。 我们看到的直射光中大量波长较短的蓝光被散射。 只剩下红橙色的光,这就是为什么日落时靠近太阳的区域呈现红色,云也因为反射阳光而呈现红色,但天空仍然是蓝色的。
(3)海水颜色
水对可见光中红光的吸收比蓝光稍强物理资源网,所以少量的水呈现无色,大量的水呈现蓝色(可以理解为水其实是一种非常非常轻的物质)蓝色液体)。 水中较大的颗粒在反射下使海水看起来呈深蓝色,这是海水颜色的主要原因。 同时,在清洁的海水中,由于悬浮颗粒少,粒径小英国物理学家瑞利,分子散射也起到一定的作用。 它的散射遵循瑞利散射定律,也导致海水呈蓝色。
原则
(1) 标尺数α
散射程度随着粒子半径 (r) 与辐射波长 (λ) 之比以及许多其他因素(如偏振、角度和相干性)的变化而变化。 因此,常引用无量纲尺度数 α = 2πr/λ 作为判据:
当α远小于0.1时,可采用瑞利散射;
当α≥0.1时,需进行仪表散射;
当α>50时,可采用几何光学。
(二)变更规则
下图显示了水滴的散射效率因子随尺度数α的变化曲线。
从图中可以看出,当α非常接近0时,散射效率因子随α迅速增大,这是瑞利散射的一个特性。 对于同一类型的散射粒子(如空气分子),由于半径r是固定的,α的增大意味着波长λ的减小。
散射效率因子随 α 的增加表明较短波长的光比较长波长的光散射更强烈。