一種屬于散射的光學現(xiàn)象。 也稱為“分子散射”。 當粒徑遠小于入射光波長(小于波長的十分之一)時,各個方向的散射光強度不同。 該強度與入射光波長的四次方成反比。 這種現(xiàn)象稱為射線銳散射。
中文名
瑞利散射
外國名
相關術語
大氣散射
學科分支
大氣物理
描述
瑞利散射定律是由英國物理學家瑞利勛爵于1900年發(fā)現(xiàn)的,因而得名。
為了滿足瑞利散射的要求,粒子的直徑必須遠小于入射波的波長。 通常上限約為波長的1/10(1-300 nm)。 此時,散射光的強度是入射光波長的四倍。 與平方成反比,即波長越短,散射越強。
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(如名片圖片)散射光的程度最低[1]。
光學現(xiàn)象
(1) 天空的顏色
由于瑞利散射的強度與波長的四次方成反比,因此太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長的紅光散射更明顯。 短波長中,藍光能量最大,所以當雨后天空晴朗時,或者秋季空氣清新時(空氣中粗顆粒相對較少,分子散射是主力),在大氣分子的強烈散射作用,藍光被散射到天空中,天空呈現(xiàn)藍色。
另外,由于大氣密度隨著高度的增加急劇減小,大氣分子的散射作用相應減弱,天空的顏色也從藍色變?yōu)榍嗌s8公里)、深青色(約11公里)、深紫色(約13公里)有高度。 ,黑紫色(約21公里)英國物理學家瑞利,再往上,空氣非常稀薄,大氣分子的散射作用極弱,天空被黑暗吞沒。 可以說,瑞利散射的結果削弱了太陽投射到地球表面的能量。 [2]
(2) 夕陽的顏色
當日落或日出時,太陽幾乎直接位于我們的視線前方。 此時,陽光要在大氣中傳播較長的距離。 我們看到的直射光中大量波長較短的藍光被散射。 只剩下紅橙色的光,這就是為什么日落時靠近太陽的區(qū)域呈現(xiàn)紅色,云也因為反射陽光而呈現(xiàn)紅色,但天空仍然是藍色的。
(3)海水顏色
水對可見光中紅光的吸收比藍光稍強物理資源網(wǎng),所以少量的水呈現(xiàn)無色,大量的水呈現(xiàn)藍色(可以理解為水其實是一種非常非常輕的物質)藍色液體)。 水中較大的顆粒在反射下使海水看起來呈深藍色,這是海水顏色的主要原因。 同時,在清潔的海水中,由于懸浮顆粒少,粒徑小英國物理學家瑞利,分子散射也起到一定的作用。 它的散射遵循瑞利散射定律,也導致海水呈藍色。
原則
(1) 標尺數(shù)α
散射程度隨著粒子半徑 (r) 與輻射波長 (λ) 之比以及許多其他因素(如偏振、角度和相干性)的變化而變化。 因此,常引用無量綱尺度數(shù) α = 2πr/λ 作為判據(jù):
當α遠小于0.1時,可采用瑞利散射;
當α≥0.1時,需進行儀表散射;
當α>50時,可采用幾何光學。
(二)變更規(guī)則
下圖顯示了水滴的散射效率因子隨尺度數(shù)α的變化曲線。
從圖中可以看出,當α非常接近0時,散射效率因子隨α迅速增大,這是瑞利散射的一個特性。 對于同一類型的散射粒子(如空氣分子),由于半徑r是固定的,α的增大意味著波長λ的減小。
散射效率因子隨 α 的增加表明較短波長的光比較長波長的光散射更強烈。