Rayleighverstrooiing

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Verstrooiing van licht maakt de lucht op Aarde blauw...
... en op Mars geel-rood. De atmosfeer is er immers veel ijler waardoor blauw licht nauwelijks verstrooid wordt. Stofdeeltjes absorberen daarnaast voornamelijk blauw licht.

Rayleighverstrooiing is de verstrooiing van licht door deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Het effect werd genoemd naar Lord Rayleigh die het verklaarde. Rayleighverstrooiing treedt op wanneer licht door een transparante vloeistof of vaste stof gaat, maar kan het duidelijkst worden waargenomen bij gassen. Rayleighverstrooiing in de atmosfeer is de reden waarom de onbewolkte lucht blauw is.[1]

Deeltjesgrootte en golflengte[bewerken]

De hoeveelheid Rayleighverstrooiing voor een lichtstraal is afhankelijk van de grootte van de deeltjes en de golflengte van het licht. De golflengte-afhankelijkheid is bijzonder sterk: de hoeveelheid verstrooid licht is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte. In formulevorm is de intensteit van een verstrooide lichtstraal:

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

waarbij R de afstand is tot een deeltje, θ de verstrooiingshoek ten opzichte van de invallende straal met intensiteit I_o, n de brekingsindex van het deeltje, en d de diameter van het deeltje.

Blauwe lucht[bewerken]

De sterke golflengte-afhankelijkheid  1 / \lambda^4 \! zorgt ervoor dat blauw licht veel meer wordt verstrooid dan rood licht: blauw licht heeft een golflengte die ongeveer twee keer zo kort is als rood licht, en blauw licht wordt daardoor 2^4 = 16 \! keer zo goed verstrooid. De atmosfeer verstrooit het licht naar alle kanten en geeft de zachtblauwe kleur behalve waar men de zon direct ziet.

Men zou dan ook kunnen denken: "Waarom is de hemel niet violet? De golflengte daarvan is immers nog kleiner." Maar de verklaring daarvan is dat het menselijk oog niet zo gevoelig is voor paars licht als voor blauw licht.

Het rode gedeelte van het licht wordt dus minder verstrooid en gaat verder door de dampkring heen of verlaat deze zelfs weer.

Rode zon[bewerken]

Een belangrijke uitzondering kan worden gezien bij zonsopgang en zonsondergang, wanneer het zonlicht een veel grotere afstand door de atmosfeer moet afleggen om bij de grond te komen. Deze extra weg door de atmosfeer zorgt voor nog meer verstrooiing van het blauwe licht, en nog steeds weinig verstrooiing van rood licht. Dit kan worden gezien als een duidelijke roodverkleuring van de hemel in de richting van de zon (het blauw is "op"). In verzwakte vorm van dit effect zorgt de verzwakking van het blauwe licht voor een geelverkleuring van de zon.

Andere verstrooiing[bewerken]

Als de deeltjes groter zijn dan de golflengte van het licht, dan is de mate van verstrooiing niet meer afhankelijk van de golflengte en kan het licht dus niet in verschillende kleuren scheiden. Zulke verstrooiingsprocessen kunnen bijvoorbeeld gezien worden in een wolk (de waterdruppels zijn groter dan de golflengte van het licht) die er dus in daglicht wit uitziet. Andere voorbeelden zijn in water opgeloste macromoleculen zoals in melk.

Referenties[bewerken]

  1. (en) Simmons, Joseph. Potter, Kelly S. Optical Materials, Academic Press, 1999, ISBN 0126441405, ISBN 978-0126441406