Elektromanyetik Dalgaların Saçılması
Bir elektromanyetik dalga bir nesneyle karşılaştığında, salınan yükler indükler ve bu yükler dalgayı yeni yönlere saçarak yeniden yayar.
Tanım
Elektromanyetik saçılma, gelen bir dalganın bir nesnede salınan yükler ve akımlar indükleyerek dalgayı başka yönlere yeniden yaydığı bir süreçtir; bu süreç, nesnenin dalga boyuna göre boyutu ve elektromanyetik özelliklerine bağlı olan kesitler ve açısal dağılımlarla karakterize edilmektedir.
Kapsam
Bu konu, elektromanyetik dalgaların parçacıklar ve engeller tarafından saçılmasını ele almaktadır: saçılma ve soğurma kesitleri, dalga boyundan çok daha küçük parçacıklar tarafından Rayleigh saçılması, dalga boyuyla karşılaştırılabilir büyüklükteki parçacıklar tarafından Mie saçılması, optik teorem ve saçılmanın boyut, şekil ve kırılma indisine bağlılığı. Gelen dalgaları, indüklenen akımlar tarafından yeniden yayılan radyasyonla ilişkilendirmektedir.
Temel sorular
- Bir nesne, gelen bir elektromanyetik dalgayı nasıl yeniden yayar?
- Rayleigh saçılması neden kısa dalga boylarını tercih eder?
- Parçacık boyutu dalga boyuna yaklaştığında saçılma nasıl değişir?
Anahtar kavramlar
- saçılma kesiti
- soğurma kesiti
- Rayleigh saçılması
- Mie saçılması
- optik teorem
- indüklenmiş dipol
- diferansiyel kesit
Temel kuramlar
- Rayleigh saçılması
- Dalga boyundan çok daha küçük parçacıklar için, indüklenmiş dipol, dalga boyunun dördüncü kuvvetinin tersiyle orantılı bir yoğunlukla yeniden yayılır ve gökyüzünün mavi rengini açıklar.
- Mie saçılması
- Dalga boyuyla karşılaştırılabilir büyüklükteki parçacıklar için, Maxwell denklemlerinin bir küre için tam çözümü, boyut ve kırılma indisine bağlı karmaşık açısal desenler ve rezonanslarla Mie serisini vermektedir.
Klinik önem
Saçılma kuramı, gökyüzünün rengini ve polarizasyonunu, atmosferik uzaktan algılamayı ve lidar'ı, radar kesitlerini, parçacık boyutlandırmada ve aerosoller ile kolloidleri incelemede kullanılan ışık saçılmasını ve biyolojik dokulardaki optik tanıları açıklamaktadır.
Tarihçe
Rayleigh, 1870'lerde küçük parçacıklar tarafından saçılma yoluyla mavi gökyüzünü açıklamıştır. Lorenz ve ondan bağımsız olarak Mie, 1908'de keyfi büyüklükteki bir küre tarafından saçılmayı çözmüş ve günümüzde aerosol, kolloid ve atmosferik optiğin merkezinde yer alan çerçeveyi sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- John William Strutt (Lord Rayleigh)
- Gustav Mie
- Ludvig Lorenz
İlgili konular
Temel eserler
- mie1908
- bohren1983
Sıkça sorulan sorular
- Gökyüzü neden mavidir?
- Hava molekülleri, güneş ışığını Rayleigh saçılması yoluyla saçar; bu saçılma, kısa (mavi) dalga boyları için uzun (kırmızı) dalga boylarına göre çok daha güçlüdür, bu nedenle gökyüzünden bize ulaşan saçılmış ışık ağırlıklı olarak mavidir.
- Rayleigh ve Mie saçılması arasındaki fark nedir?
- Rayleigh saçılması, dalga boyundan çok daha küçük parçacıklar için geçerlidir ve dalga boyuna güçlü bir şekilde bağlıdır; Mie saçılması ise dalga boyuyla karşılaştırılabilir büyüklükteki parçacıklar için geçerlidir ve bulutlardaki su damlacıklarında olduğu gibi daha karmaşık, dalga boyuna daha az duyarlı desenler üretir.