Difusió de Rayleigh

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
La difusió de Rayleigh és la causa del color blau del cel i també és l'origen del cel rogenc durant l'ocàs

La difusió de Rayleigh (que rep el nom en honor a Lord Rayleigh) és la difusió de llum per partícules molt més petites que la longitud d'ona de la llum. Es produeix quan la llum es propaga per medis sòlids i líquids transparents, però és molt més apreciable en els gasos. La difusió de Rayleigh de la llum solar per les partícules de l'atmosfera terrestre és una de les raons principals del color blau del cel.

La quantitat de difusió de Rayleigh que pateix un feix de llum depèn de la grandària de les partícules difusores i de la longitud d'ona de la llum. En concret, el coeficient de difusió i, per tant, la intensitat de la llum difosa, depèn inversament de la quarta potència de la longitud d'ona, relació coneguda com a «llei de Rayleigh» (~ 1/λ4). La difusió per part de partícules de grandària superior a un desè de la longitud d'ona es comporta de forma diferent i s'explica amb l'anomenada difusió de Mie, que és una explicació més general de la difusió de radiació electromagnètica.

La forta depèndència de la difusió amb la longitud d'ona (~1/λ4) significa que a l'atmosfera la llum blava es difon molt més que la vermella. Això provoca que quan la llum del Sol travessa l'atmosfera la component blava es difongui molt més i d'aquesta manera hom veu llum blava de totes direccions, mentre que la part més vermella només es veu en la direcció directa del Sol. Cal remarcar, però, que la teoria de Rayleigh es desenvolupà abans de la mecànica quàntica i, per tant, no es basa en les teories més correctes de la interacció radiació-matèria; nogensmenys, la teoria de Rayleigh és una bona aproximació a la forma en què la llum és difosa per partícules molt més petites que la longitud d'ona de la llum.

La intensitat I de la llum difosa per una sola partícula d'un feix de llum monocromàtic de longitud d'ona λ i intensitat I0 és donada per:

 I = I_0 (1+\cos^2 \theta) \frac{ 8 \pi ^4 }{\lambda ^4 R^2} \left( \frac{ n^2-1}{ n^2+2 } \right)^2 \left( \frac{d}{2} \right)^6

on R és la distància a la partícula, θ és l'angle de difusió, n és l'índex de refracció de la partícula (del medi) i d és el diàmetre de la partícula.

La distribució angular de la difusió, determinada pel terme (1 + cos2θ), és simètrica en el pla perpendicular a la direcció de la llum incident, per tant la difusió cap endavant és igual a la difusió cap enrere. Si integrem sobre tota una esfera obtenim la secció eficaç de difusió 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 coeficient de difusió de Rayleigh per a un grup de partícules difusores és igual al nombre de partícules per unitat de volum, N, per la secció eficaç.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]