Espalhamento de Ondas Eletromagnéticas

Quando uma onda eletromagnética encontra um objeto, ela induz cargas oscilantes que reirradiam, espalhando a onda em novas direções.

Definition

O espalhamento eletromagnético é o processo pelo qual uma onda incidente induz cargas e correntes oscilantes em um objeto que reirradiam a onda em outras direções, caracterizado por seções de choque e distribuições angulares que dependem do tamanho do objeto em relação ao comprimento de onda e suas propriedades eletromagnéticas.

Scope

Este tópico aborda o espalhamento de ondas eletromagnéticas por partículas e obstáculos: as seções de choque de espalhamento e absorção, o espalhamento de Rayleigh por partículas muito menores que o comprimento de onda, o espalhamento de Mie por partículas comparáveis ao comprimento de onda, o teorema óptico e a dependência do espalhamento do tamanho, forma e índice de refração. Ele conecta as ondas incidentes à radiação reemitida por correntes induzidas.

Core questions

• Como um objeto reirradia uma onda eletromagnética incidente?
• Por que o espalhamento de Rayleigh favorece comprimentos de onda curtos?
• Como o espalhamento muda quando o tamanho da partícula se aproxima do comprimento de onda?

Key concepts

• seção de choque de espalhamento
• seção de choque de absorção
• espalhamento de Rayleigh
• espalhamento de Mie
• teorema óptico
• dipolo induzido
• seção de choque diferencial

Key theories

Espalhamento de Rayleigh

Para partículas muito menores que o comprimento de onda, o dipolo induzido reirradia com uma intensidade proporcional à quarta potência inversa do comprimento de onda, explicando a cor azul do céu.

Espalhamento de Mie

Para partículas comparáveis ao comprimento de onda, a solução completa das equações de Maxwell para uma esfera fornece a série de Mie, com padrões angulares complexos e ressonâncias dependendo do tamanho e do índice de refração.

Clinical relevance

A teoria do espalhamento explica a cor e a polarização do céu, o sensoriamento remoto atmosférico e o lidar, as seções de choque de radar, o espalhamento de luz usado para dimensionar partículas e estudar aerossóis e coloides, e os diagnósticos ópticos em tecidos biológicos.

History

Rayleigh explicou o céu azul através do espalhamento por pequenas partículas na década de 1870. Lorenz e, independentemente, Mie em 1908 resolveram o espalhamento por uma esfera de tamanho arbitrário, fornecendo a estrutura agora central para a óptica de aerossóis, coloides e atmosférica.

Key figures

• John William Strutt (Lord Rayleigh)
• Gustav Mie
• Ludvig Lorenz

Seminal works

• mie1908
• bohren1983

Frequently asked questions

Por que o céu é azul?

As moléculas do ar espalham a luz solar por espalhamento de Rayleigh, que é muito mais forte para comprimentos de onda curtos (azuis) do que para os longos (vermelhos), de modo que a luz espalhada que nos atinge do céu é predominantemente azul.

Qual é a diferença entre o espalhamento de Rayleigh e o espalhamento de Mie?

O espalhamento de Rayleigh aplica-se a partículas muito menores que o comprimento de onda e depende fortemente do comprimento de onda, enquanto o espalhamento de Mie aplica-se a partículas comparáveis ao comprimento de onda e produz padrões mais complexos e menos sensíveis ao comprimento de onda, como ocorre com as gotículas de água nas nuvens.