تبعثر الموجات الكهرومغناطيسية
عندما تصطدم موجة كهرومغناطيسية بجسم، فإنها تحفز شحنات متذبذبة تعيد الإشعاع، مما يؤدي إلى تبعثر الموجة في اتجاهات جديدة.
Definition
التبعثر الكهرومغناطيسي هو العملية التي تحفز بها موجة ساقطة شحنات وتيارات متذبذبة في جسم ما تعيد إشعاع الموجة في اتجاهات أخرى، وتتميز بمقاطع عرضية وتوزيعات زاويّة تعتمد على حجم الجسم بالنسبة للطول الموجي وخصائصه الكهرومغناطيسية.
Scope
يغطي هذا الموضوع تبعثر الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة الجسيمات والعوائق: مقاطع التبعثر والامتصاص العرضية، تبعثر رايلي بواسطة الجسيمات الأصغر بكثير من الطول الموجي، تبعثر ميي بواسطة الجسيمات المشابهة للطول الموجي، النظرية البصرية، واعتماد التبعثر على الحجم والشكل ومعامل الانكسار. ويربط الموجات الساقطة بالإشعاع المعاد إصداره بواسطة التيارات المستحثة.
Core questions
- كيف يعيد الجسم إشعاع موجة كهرومغناطيسية ساقطة؟
- لماذا يفضل تبعثر رايلي الأطوال الموجية القصيرة؟
- كيف يتغير التبعثر عندما يقترب حجم الجسيم من الطول الموجي؟
Key concepts
- المقطع العرضي للتبعثر
- المقطع العرضي للامتصاص
- تبعثر رايلي
- تبعثر ميي
- النظرية البصرية
- ثنائي القطب المستحث
- المقطع العرضي التفاضلي
Key theories
- تبعثر رايلي
- بالنسبة للجسيمات الأصغر بكثير من الطول الموجي، يعيد ثنائي القطب المستحث الإشعاع بشدة تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة للطول الموجي، مما يفسر اللون الأزرق للسماء.
- تبعثر ميي
- بالنسبة للجسيمات المشابهة للطول الموجي، يعطي الحل الكامل لمعادلات ماكسويل لكرة سلسلة ميي، مع أنماط زاويّة معقدة ورنينات تعتمد على الحجم ومعامل الانكسار.
Clinical relevance
تفسر نظرية التبعثر لون واستقطاب السماء، والاستشعار عن بعد في الغلاف الجوي والليدار، ومقاطع الرادار العرضية، وتبعثر الضوء المستخدم لتحديد حجم الجسيمات ودراسة الهباء الجوي (aerosols) والغرويات (colloids)، والتشخيصات البصرية في الأنسجة البيولوجية.
History
فسر رايلي زرقة السماء من خلال التبعثر بواسطة الجسيمات الصغيرة في سبعينيات القرن التاسع عشر. وقام لورنز، وبشكل مستقل ميي في عام 1908، بحل مشكلة التبعثر بواسطة كرة ذات حجم تعسفي، مما وفر الإطار الذي أصبح الآن محوريًا في بصريات الهباء الجوي والغرويات والغلاف الجوي.
Key figures
- John William Strutt (Lord Rayleigh)
- Gustav Mie
- Ludvig Lorenz
Related topics
Seminal works
- mie1908
- bohren1983
Frequently asked questions
- لماذا السماء زرقاء؟
- تتبعثر جزيئات الهواء ضوء الشمس عن طريق تبعثر رايلي، وهو أقوى بكثير للأطوال الموجية القصيرة (الزرقاء) منه للأطوال الموجية الطويلة (الحمراء)، لذا فإن الضوء المتناثر الذي يصل إلينا من جميع أنحاء السماء يكون أزرق في الغالب.
- ما الفرق بين تبعثر رايلي وتبعثر ميي؟
- ينطبق تبعثر رايلي على الجسيمات الأصغر بكثير من الطول الموجي ويعتمد بشدة على الطول الموجي، بينما ينطبق تبعثر ميي على الجسيمات المشابهة للطول الموجي وينتج أنماطًا أكثر تعقيدًا وأقل حساسية للطول الموجي، كما هو الحال مع قطرات الماء في السحب.