През цялата история хората са изпитвали дълбоко възхищение от небето, не само по време на съзерцателни нощи, които провокират екзистенциални размисли, но и през дневните часове, когато то представя жизнена гама от цветове. В някакъв момент от живота си всички сме се чудили защо небето изглежда синьо или защо става оранжево и червено по време на залез. Този въпрос първоначално е разрешен от лорд Рейли, известен също като Джон Уилям Струт, математик, който прави това откритие в края на 19 век.
В тази статия ще ви обясним Ефект на Рейли, неговите характеристики и защо небето е синьо.
Ефект на Рейли
Слънцето излъчва широк спектър от електромагнитно излъчване, включително видима светлина, известна като бяла светлина. Интересното е, че бялата светлина всъщност е комбинация от всички цветове на дъгата, като виолетовата е най-късата дължина на вълната, а червената е най-дългата. Като Слънчевата светлина преминава през атмосферата, взаимодействайки с различни вещества като газове, твърди частици и водни молекули. Когато тези частици са по-малки от една десета от микрометъра, те причиняват разсейване на бяла светлина във всички посоки, с по-голям акцент върху синята светлина.
Това предпочитание към синята светлина може да се обясни с коефициента на дисперсия, който се изчислява по формулата 1/λ4, където λ представлява дължината на вълната. Тъй като виолетовата и синята светлина имат най-късите дължини на вълните във видимия спектър, те произвеждат най-високото съотношение, когато се заменят във формулата, която води до по-голяма вероятност от дисперсия. Това явление е известно като Релеево разсейване.
В резултат на това разсеяните лъчи се пресичат с газовите частици, които функционират като отразяваща повърхност, което ги кара да се огъват отново и да усилват силата си.
Защо небето е синьо?
Като се има предвид информацията, спомената по-горе, може да се очаква небето да изглежда лилаво вместо синьо поради по-късата дължина на вълната. Това обаче не е така, защото човешкото око не е много чувствително към виолетовия цвят. Освен това, Видимата светлина всъщност съдържа по-висок дял на радиация с дължина на синя вълна, отколкото виолетовата.
В случаите, когато размерът на частиците надвишава дължината на вълната, диференциално разсейване не се получава. Вместо това всички компоненти на бялата светлина са еднакво разпръснати. Това явление обяснява белия вид на облаците, тъй като водните капчици, които ги съставят, надвишават една десета от микрометъра в диаметър. Въпреки това, когато тези водни капки станат плътно уплътнени, светлината не може да премине през тях, което води до сивкав вид, свързан с обширна облачност.
Трябва обаче да се признае, че небето не поддържа постоянен син оттенък. В резултат на това явлението Релеево разсейване не обяснява напълно наличието на различни нюанси на червеното по време на изгрев и залез. Този факт обаче си има обяснение.
Когато Слънцето залязва и навлиза във фазата на здрача, позицията му на хоризонта кара светлината да изминава по-голямо разстояние, за да достигне до нас, като вече не е перпендикулярна. Тази промяна в ъгъла води до по-малко падане, което кара синята светлина да се разпръсне, преди да достигне очите ни. Вместо, Доминират по-дългите вълни, проявяващи се като червеникави тонове. Важно е да се отбележи, че Rayleigh разсейването продължава да се случва, но на различно място в атмосферата, където Слънцето е в своя зенит.
история
През цялата история небето е приковавало вниманието ни както през деня, така и през нощта. Той е служил като платно за нашето въображение. Естествено, любопитството и научните изследвания не са изключени от това очарование. Както при други ежедневни явления, като промяната на цвета на листата или произхода на дъжда, изследователите са се опитали да открият мистериите на небето. Вместо да намалят мистичната му привлекателност, откритията му само задълбочиха нашето разбиране и възхищение.
По време на своите инфрачервени експерименти през 1869 г. Рейли се натъква на неочаквано откритие: светлината, разпръсната от малки частици, има фин син оттенък. Това го накарало да предположи, че подобно разсейване на слънчевата светлина е отговорно за синия цвят на небето. Той обаче не можа да обясни напълно защо синята светлина е предпочитана или защо цветът на небето е толкова интензивен, изключвайки атмосферния прах като единственото обяснение.
Иновативната работа на Лорд Рейли за цвета и поляризацията на светлината от небето е публикувана през 1871 г. Тяхната цел беше да измерят ефекта на Тиндал във водни капки чрез количествено определяне на наличието на малки частици и индексите на пречупване. Въз основа на по-ранното доказателство на Джеймс Клерк Максуел за електромагнитната природа на светлината, Рейли показа през 1881 г., че неговите уравнения са получени от електромагнетизма. Разширявайки откритията си през 1899 г., той разшири приложението до отделни молекули, като замени термините, свързани с обемите на частиците и индексите на пречупване, с термини за молекулярна поляризуемост.
Дисперсия в порести материали
Порестите материали имат способността да проявяват разсейване от тип Rayleigh, което следва модел на разсейване λ-4. Това явление е особено очевидно при нанопорестите материали, където има значителен контраст в коефициента на пречупване между порите и твърдите части на синтерован алуминиев оксид. В резултат на това, Разсейването на светлината става невероятно интензивно, което я кара да променя посоката си приблизително на всеки пет микрометра.
Това забележително дисперсионно поведение се дължи на уникалната нанопореста структура, постигната чрез процеса на синтероване, който включва използването на монодисперсивен алуминиев прах за създаване на тясно разпределение на размерите на порите, обикновено около 70 nm.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за ефекта на Рейли и неговите характеристики.