Dispersión de Ondas Electromagnéticas
Cuando una onda electromagnética encuentra un objeto, induce cargas oscilantes que re-radian, dispersando la onda en nuevas direcciones.
Definition
La dispersión electromagnética es el proceso por el cual una onda incidente induce cargas y corrientes oscilantes en un objeto que re-radian la onda en otras direcciones, caracterizado por secciones transversales y distribuciones angulares que dependen del tamaño del objeto en relación con la longitud de onda y sus propiedades electromagnéticas.
Scope
Este tema abarca la dispersión de ondas electromagnéticas por partículas y obstáculos: las secciones transversales de dispersión y absorción, la dispersión de Rayleigh por partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda, la dispersión de Mie por partículas comparables a la longitud de onda, el teorema óptico y la dependencia de la dispersión del tamaño, la forma y el índice de refracción. Vincula las ondas incidentes con la radiación re-emitida por las corrientes inducidas.
Core questions
- ¿Cómo re-radia un objeto una onda electromagnética incidente?
- ¿Por qué la dispersión de Rayleigh favorece las longitudes de onda cortas?
- ¿Cómo cambia la dispersión cuando el tamaño de la partícula se acerca a la longitud de onda?
Key concepts
- sección transversal de dispersión
- sección transversal de absorción
- dispersión de Rayleigh
- dispersión de Mie
- teorema óptico
- dipolo inducido
- sección transversal diferencial
Key theories
- Dispersión de Rayleigh
- Para partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda, el dipolo inducido re-radia con una intensidad proporcional a la cuarta potencia inversa de la longitud de onda, explicando el color azul del cielo.
- Dispersión de Mie
- Para partículas comparables a la longitud de onda, la solución completa de las ecuaciones de Maxwell para una esfera da la serie de Mie, con patrones angulares complejos y resonancias que dependen del tamaño y el índice de refracción.
Clinical relevance
La teoría de la dispersión explica el color y la polarización del cielo, la teledetección atmosférica y el lidar, las secciones transversales de radar, la dispersión de la luz utilizada para dimensionar partículas y estudiar aerosoles y coloides, y los diagnósticos ópticos en tejidos biológicos.
History
Rayleigh explicó el cielo azul mediante la dispersión por partículas pequeñas en la década de 1870. Lorenz e, independientemente, Mie en 1908 resolvieron la dispersión por una esfera de tamaño arbitrario, proporcionando el marco ahora central para la óptica de aerosoles, coloides y atmosférica.
Key figures
- John William Strutt (Lord Rayleigh)
- Gustav Mie
- Ludvig Lorenz
Related topics
Seminal works
- mie1908
- bohren1983
Frequently asked questions
- ¿Por qué el cielo es azul?
- Las moléculas de aire dispersan la luz solar mediante la dispersión de Rayleigh, que es mucho más fuerte para las longitudes de onda cortas (azules) que para las largas (rojas), por lo que la luz dispersada que nos llega desde el cielo es predominantemente azul.
- ¿Cuál es la diferencia entre la dispersión de Rayleigh y la de Mie?
- La dispersión de Rayleigh se aplica a partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda y depende fuertemente de la longitud de onda, mientras que la dispersión de Mie se aplica a partículas comparables a la longitud de onda y produce patrones más complejos y menos sensibles a la longitud de onda, como ocurre con las gotas de agua en las nubes.