Shpërndarja Rayleigh

Shpërndarja Rayleigh shkakton ngjyrën blu të qiellit të ditës dhe skuqjen e Diellit në perëndim të diellit.

Shpërndarja Rayleigh e emëruar sipas fizikanit britanik të shekullit të 19-të Lord Rayleigh (John William Strutt), është kryesisht shpërhapja elastike e dritës ose rrezatimit tjetër elektromagnetik nga grimca shumë më të vogla se [[gjatësia e valës}} së rrezatimit. Për frekuencat e dritës shumë nën frekuencën e rezonancës së grimcave shpërndarëse (regjimi normal i dispersionit), sasia e shpërndarjes është në përpjesëtim të zhdrejtë me fuqinë e katërt të gjatësisë valore.

Shpërndarja Rayleigh rezulton nga polarizueshmëria elektrike e grimcave. Fusha elektrike lëkundëse e një valë drite vepron mbi ngarkesat brenda një grimce, duke i bërë ato të lëvizin me të njëjtën frekuencë. Prandaj, grimca bëhet një dipol i vogël rrezatues, rrezatimin e të cilit ne e shohim si dritë të shpërndarë. Grimcat mund të jenë atome ose molekula individuale; mund të ndodhë kur drita udhëton nëpër trupa të ngurtë dhe lëngje transparente, por më së shumti shihet në gazra.

Shpërndarja Rayleigh e rrezeve të diellit në atmosferën e Tokës shkakton rrezatim difuz të qiellit, i cili është arsyeja për ngjyrën blu të qiellit të ditës dhe të muzgut, si dhe ngjyrën e verdhë në të kuqërremtë të Diellit të ulët. Rrezet e diellit është gjithashtu subjekt i shpërndarjes Raman, i cili ndryshon gjendjen rrotulluese të molekulave dhe shkakton efekte polarizueshmërie.

Shpërndarja nga grimcat me një madhësi të krahasueshme ose më të madhe se gjatësia e valës së dritës trajtohet në mënyrë tipike nga teoria Mie, përafrimi i dipolit diskret dhe teknika të tjera llogaritëse. Shpërndarja Rayleigh zbatohet për grimcat që janë të vogla në lidhje me gjatësinë e valës së dritës dhe që janë optikisht "të buta" (d.m.th., me një indeks thyerjeje afër 1). Teoria e difraksionit anomal zbatohet për grimcat optikisht të buta, por më të mëdha.

Historia

Në vitin 1869, ndërsa përpiqej të përcaktonte nëse ndonjë ndotës mbetej në ajrin e pastruar që ai përdori për eksperimentet me rreze infra të kuqe, John Tyndall zbuloi se drita e ndritshme që shpërndante grimcat nanoskopike ishte me ngjyrë blu të dobët. Ai supozoi se një shpërndarje e ngjashme e rrezeve të diellit i dha qiellit ngjyrën e tij blu, por ai nuk mund të shpjegonte preferencën për dritën blu, as pluhuri atmosferik nuk mund të shpjegonte intensitetin e ngjyrës së qiellit.

Në vitin 1871, Lord Rayleigh botoi dy dokumente mbi ngjyrën dhe polarizueshmërinë e dritës së xhamit për të përcaktuar sasinë e efektit Tyndall në pikat e ujit për sa i përket vëllimit të grimcave të vogla dhe indekseve thyere. Në vitin 1881, me përfitimin e provës së James Clerk Maxwell të vitit 1865 të natyrës elektromagnetike të dritës, ai tregoi se ekuacionet e tij vinin nga elektromagnetizmi. Në vitin 1899, ai tregoi se ato zbatoheshin për molekulat individuale, me terma që përmbajnë vëllime të grimcave dhe indekse refraktive të zëvendësuara me terma për polarizueshmërinë molekulare.

Punimet

• Strutt, J.W (1871). "XV. On the light from the sky, its polarization and colour". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (në anglisht). 41 (271): 107–120. doi:10.1080/14786447108640452.
• Strutt, J.W (1871). "XXXVI. On the light from the sky, its polarization and colour". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (në anglisht). 41 (273): 274–279. doi:10.1080/14786447108640479.
• Strutt, J.W (1871). "LVIII. On the scattering of light by small particles". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (në anglisht). 41 (275): 447–454. doi:10.1080/14786447108640507.
• Rayleigh, Lord (1881). "X. On the electromagnetic theory of light". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (në anglisht). 12 (73): 81–101. doi:10.1080/14786448108627074.
• Rayleigh, Lord (1899). "XXXIV. On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (në anglisht). 47 (287): 375–384. doi:10.1080/14786449908621276.

Further reading

• C.F. Bohren, D. Huffman, Absorption and scattering of light by small particles, John Wiley, New York 1983. Contains a good description of the asymptotic behavior of Mie theory for small size parameter (Rayleigh approximation).
• Ditchburn, R.W. (1963). Light (në anglisht) (bot. 2nd). London: Blackie & Sons. fq. 582–585. ISBN 978-0-12-218101-6.
• Chakraborti, Sayan (shtator 2007). "Verification of the Rayleigh scattering cross section". American Journal of Physics (në anglisht). 75 (9): 824–826. arXiv:physics/0702101. Bibcode:2007AmJPh..75..824C. doi:10.1119/1.2752825. S2CID 119100295.
• Ahrens, C. Donald (1994). Meteorology Today: an introduction to weather, climate, and the environment (në anglisht) (bot. 5th). St. Paul MN: West Publishing Company. fq. 88–89. ISBN 978-0-314-02779-5.
• Lilienfeld, Pedro (2004). "A Blue Sky History". Optics and Photonics News (në anglisht). 15 (6): 32–39. doi:10.1364/OPN.15.6.000032. Gives a brief history of theories of why the sky is blue leading up to Rayleigh's discovery, and a brief description of Rayleigh scattering.

Lidhje të jashtme

• Përshkrimi i HyperPhysics i shpërndarjes së Rayleigh
• Shpjegimi i plotë fizik i ngjyrës së qiellit, në terma të thjeshtë