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米氏散射和瑞利散射

已有 838 次阅读 2024-6-15 15:37 |个人分类:理论知识|系统分类:科普集锦

光的散射是指光线通过不均匀介质一部分偏离原来传播方向的现象。显然,如果光入射的是均匀介质,那么光只会发生射、折射,不会产生散射。光的散射有很多种,例如米氏散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射等。如果我们从光频率是否改变的角度来分,可以分为二种:弹性散射和非弹性散射。所谓弹性散射是指光的波长(频率)不会发生改变,入射是什么波长的光,散射后还是什么波长的光,例如米氏散射、瑞利散射等。而非弹性散射即指散射前后光的波长发生了改变,例如拉曼散射、布里渊散射、康普顿散射等。我们今天主要解释米氏散射和瑞利散射。

光照射到某一媒介时,发生何种形式的散射取决于媒介中介质的均匀程度!

1718433034410.png散射现象的进一步说明介质因散射和吸收对透射光强的减弱具有类似的规律。 对于一般介质,如果同时存在者散射和吸收,且吸收系数为αa,散射系数为αs 则实际透射光强度为1718433533737.png。任何介质,对各种波长的电磁波能量都会或多或少地吸收。完全没有吸收的绝对透明 介质是不存在的

瑞利散射是弹性散射的一种,通常需要满足的条件是微粒尺度远小于入射光波长,一般要小于波长的1/10,且各个方向的散射强度不一致,该强度与波长的4次方成反比。波长越小,散射的越厉害,太阳光中蓝色光的波长短,散射的最厉害。这也是为什么天空呈现蔚蓝色,空气中的分子强烈的散射蓝光。那又有人要问了,为啥不是紫色?是因为紫光被大气吸收了,且人眼对紫光不敏感。

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米氏散射

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技术美术个人笔记(八)——瑞利散射与米氏散射-CSDN博客

运用这些理论,我们就可以解释云朵的颜色,清晨和傍晚太阳的颜色,天空的颜色为什么不一样呢!

晴朗的天空中,尘埃和水汽都较少,以大气分子为主。由于太阳光波长(400-800纳米)远大于大气分子(1纳米左右)直径。故常发生瑞利散射。正午时,太阳光(各种频率、颜色的光)直射大气层,传播一定的距离后,波长较短的蓝光大部分被大气分子散射到四面八方,而波长较长的红光散射较少,因此我们看到的天空就是蓝色的。由于太阳辐射中的蓝紫光都被散射掉了,所以当我们直接观察太阳时,太阳就呈现了互补色,也就是黄色

清晨或傍晚时,太阳光斜射大气层,光路走过的路程较中午更长,在大气层上部蓝光几乎被散射殆尽,随着光线继续向地面传播,大气就主要散射红光,因此朝霞和晚霞是红色的

天空中的云朵是由大量小水滴和小冰晶聚集形成的,它们的直径多为0.01-0.1mm,比太阳光波长更长。于是,当光透过云彩时,便会发生米散射,各个波长的光散射强度差异不大,它们混合在一起,就会使散射光和太阳光一样呈现白色,我们看到的云朵就多为白色



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