Relėjaus sklaida

Šiam straipsniui ar jo daliai . Jūs galite padėti Vikipedijai pridėdami su šaltiniais.

Reilėjaus sklaida (ankstesnėje literatūroje Relėjaus sklaida, kartais naudojama Reilio sklaida) – tampri šviesos sklaida ant dalelių, kurios yra žymiai mažesnės nei šviesos bangos ilgis. Ji yra stebima šviesai keliaujant per skaidrius kietus kūnus, skysčius, bet dažniausiai stebima dujose.

Reilėjaus sklaida yra dienos dangaus žydrio ir Saulės raudonio vakarais arba rytais priežastis.

Relėjaus sklaida yra vaizdingesnė po saulėlydžio. Nuotrauka padaryta viena valanda po saulėlydžio 500 m aukštyje, stebint tą horizonto vietą, kur Saulė nusileido.

Saulės šviesos Relėjaus sklaida švarioje atmosferoje yra pagrindinė dangaus mėlynos spalvos priežastis: Relėjaus ir debesų pakartotinai išsklaidyta šviesa sąlygoja Žemės atmosferos skleidžiamą netiesioginę šviesą (tiesioginė šviesa yra Saulės spinduliai). Reilėjaus sklaida svarbi žmogaus akies funkcionavime, taip pat turi įtakos melsvai venų spalvai.

Dalelių, kurių matmenys sulyginami arba didesni už bangos ilgį, sklaidą nagrinėja tikslesnė Mi sklaidos teorija arba diskrečių dipolių artinys.

Mažo dalelės dydžio artinys

Žalio 5 mW galios lazerinio rodiklio šviesa yra matoma naktyje Reilėjaus sklaidos dėka, kuri vyksta ant smulkių dulkių dalelių, esančių ore.

Sklaidančiosios dalelės dydis yra parametrizuojamas santykio x tarp dalelės spindulio r ir šviesos bangos ilgio λ dėka:

${\displaystyle x={\frac {2\pi r}{\lambda }}}$.

Reilėjaus sklaida vyksta, kuomet dydžio parametras ${\displaystyle x\ll 1}$. Sklaida nuo stambesnių sferinių dalelių yra paaiškinama Mi sklaidos teorija, galiojančia bet kokioms parametro ${\displaystyle x}$ vertėms. Tuo būdu Reilėjaus sklaida yra dalinis Mi sklaidos atvejis.

Išsklaidytos Reilėjaus sklaidos metu energijos kiekis priklauso nuo dalelės matmenų ir bangos ilgio. Sklaidos koeficientas ir tuo pačiu išsklaidytos šviesos intensyvumas kinta kaip atvirkštinis ketvirtas bangos ilgio laipsnis.

Matematinė išsklaidytos šviesos intensyvumo I išraiška, kuomet sklaidoma šviesa yra nepoliarizuota, yra aprašomas sekančia formulė:

${\displaystyle I=I_{0}{\frac {1+\cos ^{2}\theta }{2R^{2}}}\left({\frac {2\pi }{\lambda }}\right)^{4}\left({\frac {n^{2}-1}{n^{2}+2}}\right)^{2}\left({\frac {d}{2}}\right)^{6}}$

kur R yra atstumas iki dalelės, θ yra kampas tarp stebėjimo krypties ir šviesos spindulio, kritusio į dalelę, sklidimo krypties, n yra lūžio rodiklis, aprašantis dalelės medžiagą, o d yra dalelės diametras.

Kampinis Reilėjaus sklaidos skirstinys, aprašomas nariu (1+cos²θ), yra simetriškas plokštumas plokštumoje, statmenoje krintančios šviesos krypčiai, todėl išsklaidytos į priekį šviesos kiekis yra lygus išsklaidytos atgal šviesos kiekiui. Suskaičiavę integralą paviršiumi sferos, kurios centre yra dalelė, gautume dydį, vadinama sklaidos skerspjūviu

${\displaystyle \sigma _{s}={\frac {2\pi ^{5}}{3}}{\frac {d^{6}}{\lambda ^{4}}}\left({\frac {n^{2}-1}{n^{2}+2}}\right)^{2}}$

Reilėjaus sklaidos koeficientas sklaidančių dalelių grupei yra lygus dalelių tūryje skaičiui N padaugintam iš vienos dalelės sklaidos skerspjūvio.

Reilėjaus sklaida nuo molekulių

Reilėjaus sklaida taip pat įmanoma nuo molekulių. Atskira molekulė neturi nei griežtai apibrėžto spindulio, nei lūžio rodiklio. Tačiau molekulė turi poliarizuojamumą ${\displaystyle \alpha }$, aprašantį, koks kiekis elektros kūvio molekulėje persiskirstys, molekulei atsidurūs elektriniame lauke. Šiuo atveju, Reilėjaus sklaidos intensyvumas vienai molekulei yra aprašomas formule:

${\displaystyle I=I_{0}{\frac {8\pi ^{4}\alpha ^{2}}{\lambda ^{4}R^{2}}}(1+\cos ^{2}\theta ).}$

Pavienės molekulės, išsklaidytos Reilėjaus sklaidos metu, energijos kiekis gali būti aprašytas ir naudojant sugerties skerspjūvio ${\displaystyle \sigma }$ sąvoką. Pavyzdžiui, pagrindinė atmosferos sudedamoji dalis, azotas, turi sugerties skerspjūvį 5,1×10^-31 m² ties 532 nm (žalia šviesa) bangos ilgiu. Tai reiškia, kad esant atmosferiniam slėgiui, 10^-5 šviesos kritusios šviesos kiekio bus sklaido per vieną metrą nusklįsto kelio.

Stipri Reilėjaus sklaidos priklausomybė nuo bangos ilgio (~λ^-4) reiškia, kad mėlyna šviesa, kurios bangos ilgis trumpesnis, yra sklaidoma daugiau nei raudonoji. Atmosferos žydris yra Reilėjaus sklaidos pasekmė, kadangi dėl Relėjaus sklaidos mėlynos šviesos sklidimo kryptis yra pakeičiama dažniau, nei raudonos. Ši procesą mes stebime kaip iš visų pusių mus pasiekiančią dangaus žydrą spalvą, tuo tarpu Saulės spalva rytais ir vakarais yra raudona, kadangi šviesai tenka prasiskverbti per didesnį oro tūrį, nei saulei dienos metu esant aukštai, ir raudonos šviesos spinduliai yra sklaidomi labiau.

Taip pat skaitykite

• Difrakcija
• Dispersija
• Mi sklaida
• Šviesos sklaida