تبعثر رايلي

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من تبعثر ريليه)
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
يسبب تبعثر رايلي اللون الأزرق للسماء في فترة النهار، واللون المائل للإحمرار عند الغروب

تبعثر رايلي هو أحد أنواع التبعثر سمي على اسم الفيزيائي البريطاني جون وليم رايلي[1] وهو تبعثر مرن للضوء أو أي أشعة كهرومغناطيسية أخرى يتبعثر نتيجة تأثير جسيمات أصغر من الطول الموجي للضوء. يمكن أن تكون هذه الجسيمات إما ذرات مستقلة أو جزيئات. يمكن أن يحدث هذا التبعثر عند انتقال الضوء في وسط شفاف صلب أو سائل، لكن أغلب حالات يحدث في الغازات. تبعثر رايلي هو تابع قابلية الاستقطاب الكهربائية للجسيمات.

يتسبب تبعثر رايلي لضوء الشمس في الغلاف الجوي ظاهرة النشر الإشعاعي للسماء، وهو السبب الرئيسي للون الأزرق للسماء واللون المصفر للشمس.

يتم حساب التبعثر الناتج عن جسيمات أكبر قليلاً أو مساوية للطول الموجي عن طريق نظرية ماي.

القيمة التقريبية لخاصية صغر الحجم[عدل]

يتميز حجم الجزيئات المبعثرة بالنسبة x للسمة البعدية r والطول الموجي λ:

يعرف تبعثر رايلي كتبعثر في الجزيئات الصغيرة ضمن المجال x ≪ 1.

في حين أن التبعثر ذو الجسيمات الأكبر من 1 يتم حسابه عن طريق نظرية تبعثر ماي، وفي حالة كان x أصغر من 1 يتم تقريب نظرية ماي لتبعثر رايلي.

كمية تبعثر رايلي الناتج عن منبع ضوئي تعتمد على حجم الجسيمات والطول الموجي للضوء، وتتناسب شدة الضوء المتبعثر طردياً مع حجم الجسيمات مرفوع إلى القوة السادسة و عكسياً مع الطول الموجي مرفوع إلى القوة الرابعة.[2] وباالتالي يمكن أن نكتب بأن شدة الضوء المتبعثر I من جسيم صغير ناتج عن منبع ضوئي غير مستقطب بشدة I0 وطول موجي λ يعطى بالعلاقة:

[3]

حيث:

R : البعد عن الجسيم
θ: زاوية التبعثر
n: قرينة الانكسار
d: قطر الجسيم

يعطى تبعثر رايلي خلال مقطع الامتصاص بالعلاقة:

من الجزئيات[عدل]

يبين الشكل نسبة تبعثر الضوء الأزرق في الغلاف الجوي بالنسبة إلى الضوء الأحمر.

يحدث تبعثر رايلي نتيجة الجزيئات، ويتأثر التبعثر هنا بالشحنة الكهربائية للجزئيات α والتي تصف مقدار الشحنة الكهربائية للجزيء والتي تتحرك ضمن حقل كهربائي، تعطى علاقة شدة تبعثر رايلي لجزيء واحد :[4]

يمكن التعبير عن تبعثر رايلي لجسيم وحيد باستخدام مقطع الامتصاص σ . فعلى سبيل المثال المكون الأساسي للغلاف الجوي الأرضي له مقطع امتصاص رايلي يعادل 5.1X10−31 متر2 عند الطول الموجي 532 نانومتر[5]

في الألياف البصرية[عدل]

يحتل تبعثر رايلي أهمية كبيرة لحساب التبعثر ضمن الألياف البصرية. تعتبر ألياف السيلكا مواد مشوبة وبالتالي فهي ذات كثافة متغيرة ضمن المقياس الميكروي، يسبب التغير بالكثافة ازدياد النقص بالكاقة نتيجة التبعثر ضمن الألياف ويحسب معامل فقدان هذه الطاقة حسب المعادلة التالية[6]:

حيث:

n: قرينة الانكسار
p: معامل المرونة الضوئي للزجاج
k: ثابت بولتزمان
β: معامل الانضغاط الإيزوترمي
Tf: درجة الحرارة الوهمية، وتمثل درجة الحرارة التي يتجمد عندها الشوائب المتكاثفة ضمن المادة.

المراجع[عدل]

  1. ^ Lord Rayleigh (John Strutt) refined his theory of scattering in a series of papers that were issued over a period of decades. Here is a partial list of those papers:
    1. John Strutt (1871) "On the light from the sky, its polarization and colour," Philosophical Magazine, series 4, vol.41, pages 107-120, 274-279.
    2. John Strutt (1871) "On the scattering of light by small particles," Philosophical Magazine, series 4, vol. 41, pages 447-454.
    3. John Strutt (1881) "On the electromagnetic theory of light," Philosophical Magazine, series 5, vol. 12, pages 81-101.
    4. John Strutt (1899) "On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky," Philosophical Magazine, series 5, vol. 47, pages 375-394.
  2. ^ Barnett، C.E. (1942). "Some application of wavelength turbidimetry in the infrared". J.Phys.Chem. 46 (1): 69–75. 
  3. ^ Seinfeld and Pandis, Atmospheric Chemistry and Physics, 2nd Edition, John Wiley and Sons, New Jersey 2006, Chapter 15.1.1
  4. ^ Rayleigh scattering at Hyperphysics نسخة محفوظة 10 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
  5. ^ Maarten Sneep and Wim Ubachs, Direct measurement of the Rayleigh scattering cross section in various gases. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 92, 293 (2005).
  6. ^ K.Rajagopal, Textbook on Engineering Physics, PHI, New Delhi 2008, part I, Chapt. 3