瑞利散射定律,一种光学现象,属于散射的一种情况,又称分子散射,粒子尺度远小于入射光波长时小于波长的十分之一,其各方向上的散射光强度是不一样的,该强度与入射光的波长四次方成反比,这种现象称为瑞利散射。
瑞利散射规律是由英国物理学家瑞利勋爵于1900年发现的,因此得名,为了要符合瑞利散射的要求,微粒的直径必须远小于入射波的波长,通常上界大约是波长的十分之一,此时散射光线的强度与入射光线波长的四次方成反比,也就是说,波长愈短,散射愈强,另外,散射的光线在光线前进方向和反方向上的程度是相同的,而
什么是瑞利散射定律?
瑞利散射
定义1:尺度远小于入射光波长的粒子所产生的散射现象。根据英国物理学家瑞利(Lord John William Rayleigh,1842—1919)研究指出,分子散射强度与入射光的波长四次方
成反比, 且各方向的散射光强度是不一样的。
定义2:在介质中传播的光波,由于材料的原子或分子结构随距离变化而引起的散射。
如何根据瑞利散射定律可解释天空和大海的蔚蓝色和夕阳的橙红色
由于波长较短的光比波长较长的光更容易被大气散射,所以天空看起来是蓝色的。大气对波长较短的光的吸收也比较强,傍晚的阳光穿透过厚厚的大气层时,蓝,紫光大部分被吸收了,剩下红,橙光透过大气射入我们的眼睛,所以傍晚的阳光较红。
光为什么会散射?
介质中存在大量不均匀小区域是产生光散射的原因,有光入射时,每个小区域成为散射中心,向四面八方发出同频率的次波,这些次波间无固定相位关系,它们在某方向上的非相干叠加形成了该方向上的散射光。
J.W.S.瑞利研究了线度比波长要小的微粒所引起的散射,并于1871年提出了瑞利散射定律:特定方向上的散射光强度与波长λ的四次方成反比;一定波长的散射光强与(1+cosθ)成正比,θ为散射光与入射光间的夹角,称散射角。凡遵守上述规律的散射称为瑞利散射。根据瑞利散射定律可解释天空和大海的蔚蓝色和夕阳的橙红色。
激光在远距离也发生散射,任何光都是会发生散射的,由散射的原理就可以看出。我们现在专门用激光来获得散射研究问题,如散射光谱又可用于确定物质分子与原子的特性。近年来利用强激光可获得受激光散射,更便于进行这种研究与应用。学中有专门的激光光散射仪,是一种新型高精度实验仪器。
为什么秋天的天空会很蓝?
树叶并不是唯一会在秋天变色的事物。你是否也曾在一个秋高气爽的日子仰望天空,发现它的颜色居然如此鲜明澄澈?这并非是你的想象,秋季的天空确实要比以往更蓝,这一切都有科学依据。
要想弄明白为什么天空的颜色在秋天更鲜明,首先你要了解天空为什么是蓝色的。
“天空为什么是蓝色的?”这是很多充满好奇心的小朋友都会问到的一个经典问题。这个问题并不像关于宇宙的其它那些深邃庞杂的奥秘,我们有了这个问题的答案,这多亏了约翰·威廉·斯特拉特。这位19世纪的物理学家因发现了氩元素,于1904年荣获了诺贝尔奖。但是,真正让斯特拉特名垂青史的,是因为他发现了瑞利散射规律。他因继承了爵位,所以称为瑞利勋爵第三,而这一规律就由此命名。瑞利散射规律阐述了光如何在大气分子的散射作用下,呈现出不同的颜色。
我们来回顾一下天空会呈现蓝色的基本原理:太阳光是由多种颜色组成的,不同颜色的光,波长也各不相同。比如,红色光波长最长,而在光谱的另一端,紫色光和蓝色光的波长最短。太阳光线穿过地球大气层,遇到一层很厚的大气分子和灰尘颗粒。这些微粒的大小与波长较短的光接近,所以更易散射蓝色和紫色的光。最后就有了我们看到的蔚蓝的天空。
但是注意,我们虽然看到的是蓝色的天空,但事实上它是紫色的。我们之所以看到的是蓝色而非紫色,是由眼球的生理构造决定的,我们的眼睛对蓝色更敏感。
现在,我们明白了天空为什么是蓝色的,那么就回到最初的那个问题:天空为什么越到深秋越显湛蓝?原因有以下几点。
太阳在天空的位置变低
随着白天逐渐变短,太阳在天空的轨迹逐渐下沉到地平线。这增加了更多散射出来的在地表肉眼可见的蓝光数量。
这正如Wildcard Weather上的表述:“太阳光线不再是位于我们的头顶上方,而是与天空成一定角度。瑞利散射向肉眼散射更多蓝色光线,而间接光则降低了肉眼接收红光和绿光的程度。”
湿度越小,云雾越少
夏日炎炎,不断创下温度新高,而秋日送爽,终于带来丝丝凉意。而且,不仅温度降低了,湿度也减少了。由于空气中水蒸汽减少,云层也不容易形成,雾气也不再笼罩在城市中心了。于是就有了我们头顶的万里晴空。
秋天树叶的暖色与天空的蓝色为互补色
你如果在美术课也制作过色环的话,就会知道蓝色与橙色为互补色。由于它们在色环上处于“对立”的位置,所以秋天,在金色、橙色和红色的树叶映衬下,本就已很蓝的天空,其澄澈之美则更为凸显。
蝌蚪五线谱编译自mnn,译者 一粒宸,转载须授权
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