Dispersión de Rayleigh

La dispersión de Rayleigh (n'honor a Lord Rayleigh, que foi'l primeru n'esplicalo en 1871) ye la dispersión de la lluz visible o cualesquier otra radiación electromagnética por partícules con un tamañu ye enforma menor que la llonxitú d'onda de los fotones tremaos. Asocede cuando la lluz viaxa por sólidos y fluyíos tresparentes, pero #ver con mayor frecuencia nos gases. La dispersión de Rayleigh de la lluz solar na atmósfera ye la principal razón de que'l cielu vease azul.

La dispersión de Rayleigh causa un encarnizamientu del cielu.

Dispersión de Rayleigh nun cristal opalescente: la lluz de color azul que pasa per él faise naranxa.

La dispersión de Rayleigh ye la resultancia de la polarización llétrica de les partícules. El campu llétrico oscilatoriu d'una onda lluminosa actúa sobre les cargues de les partícules provocando que bazcuyen na mesma frecuencia. La partícula #convertir nun pequeñu dipolo radiante que la so radiación visible ye la lluz tremao.

Magar el términu dispersión ta bien estendíu na lliteratura científica (xunto col anglicismu scattering, que de cutiu s'atopa ensin traducir en testos n'español), el términu encamentáu pola Real Academia de Ciencies Exactes, Físiques y Naturales ye esparcimientu, encamentando l'usu de dispersión a la dispersión de la lluz nos diversos colores que componen el so espectru.

Si'l tamañu de les partícules ye mayor que la llonxitú d'onda, la lluz nun se dixebra y toles llonxitúes d'onda nun s'esvalixen, como cuando al travesar una nube, esta vese blanca, lo mesmo pasa cuando traviesa los granos de sal y d'azucre. Por que la lluz esvalíxese, el tamañu de les partícules tien de ser similar o menor que la llonxitú d'onda.

El grau de dispersión de Rayleigh que sufre un rayu de lluz depende del tamañu de les partícules y del llonxitú d'onda de la lluz; en concretu, del coeficiente de dispersión y polo tanto la intensidá de la lluz tremao depende inversamente de la cuarta potencia del llonxitú d'onda, rellación conocida como Llei de Rayleigh. La dispersión de lluz por partícules mayores a un décimu del llonxitú d'onda #esplicar cola teoría de Mie, que ye una esplicación más xeneral del espardimientu de radiación electromagnético.

La intensidá I de la lluz tremao por una #pequeñu partícula nun fexe de lluz de llonxitú d'onda λ ya intensidá I0 vien dada por:

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

ónde R ye la distancia a la partícula, θ ye l'ángulu de dispersión, n ye l'índiz de refraición de la partícula y d ye'l diámetru de la partícula.

Nel casu de lluz polarizao (y si nun puede xeneralizase) tamién podemos #espresar:

$I=I_{0}|\sigma (\theta ,\phi )|^{2}{\frac {(2\pi )^{2}}{(\lambda R)^{2}}}$

$\sigma (\theta ,\phi )=A(\theta )\operatorname {sen}(\phi ){\hat {e}}_{\phi }+B(\theta )\cos(\phi ){\hat {e}}_{\theta }$

Onde agora, amás de los símbolos anteriores tenemos el coeficiente de dispersión σ, y los ángulos en coordenaes esfériques θ y Φ. Néstos, los vectores unitarios defínense respectu al planu que contién al vector de direición d'espardimientu de la radiación y al vector que contién la direición de la polarización de la onda incidente. Aparte tenemos los coeficientes de la matriz de Jones perpendicular A(θ) y paralelu B(θ) al planu d'esparcimientu o dispersión.

La distribución angular de la dispersión de Rayleigh, que vien dada pola fórmula (1+cos2θ), ye simétrica nel planu perpendicular a la direición de la lluz incidente, por tanto la lluz tremada iguala a la lluz incidente. Integrando l'área de la esfera qu'arrodia una partícula llogramos la seición tresversal de la dispersión de Rayleigh, σs:

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

El coeficiente de dispersión de Rayleigh pa un grupu de partícules ye'l númberu de partícules per unidá de volume N vegaes la seición tresversal. Como en tolos efeutos d'onda, na dispersión incoerente les potencies son sumaes aritméticamente, ente que na dispersión coherente -como asocede cuando les partícules tán mui cerca unes d'otres- los campos son sumaos aritméticamente y la suma ten de ser alzada al cuadráu, pa llograr la potencia final.

La fuerte dependencia de la dispersión cola llonxitú d'onda (~λ-4) supón que na atmósfera la lluz azul esvalíxase muncho más que la lluz colorao. Na atmósfera, esto provoca que los fotones de lluz azul esvalíxense muncho más que los de llonxitúes d'onda mayores a 490nm; por esti motivu vemos el cielu azuláu en toes direiciones y namái lo vemos robrizu cuando'l Sol atópase próximu al horizonte, por cuenta de que la lluz traviesa muncho más espesura d'atmósfera y los rayos que nos lleguen tán bien emprobecíos en fotones azules, primeramente tremaos. Cabo destacar que, a pesar del usu del términu fotón, la llei de dispersión de Rayleigh foi desenvuelta antes de la invención de la mecánica cuántica y, poro, nun se basa fundamentalmente na teoría moderna sobre la interacción de la lluz cola materia. Sicasí, la dispersión de Rayleigh ye un bonu aproximamientu a la forma en que la lluz ye esvalixada por partícules muncho más pequeñes que la so llonxitú d'onda.

Ver tamién

• Dispersión

Enllaces esternos

• La 'dispersión de Rayleigh': el motivo por el qu'en Asturias no amaneció
• HyperPhysics description of Rayleigh scattering
• Full physical explanation of sky color, in simple terms
• Removing the effects of Rayleigh scattering on a photo in Photoshop

• Datos: Q193709
• Multimedia: Rayleigh scattering