Ljudska bića su kroz istoriju osećala duboko divljenje prema nebu, ne samo tokom kontemplativnih noći koje izazivaju egzistencijalna razmišljanja, već i tokom dana, kada ono predstavlja jarki spektar boja. U nekom trenutku našeg života svi smo se pitali zašto nebo izgleda plavo ili zašto dobija narandžaste i crvene tonove tokom zalaska sunca. Ovo pitanje je prvobitno razriješio Lord Rayleigh, također poznat kao John William Strutt, matematičar koji je došao do ovog otkrića u kasnom 19. vijeku.
U ovom članku ćemo vam objasniti Rayleighov efekat, njegove karakteristike i zašto je nebo plavo.
Rayleighov efekat
Sunce emituje širok spektar elektromagnetnog zračenja, uključujući vidljivu svjetlost, obično poznatu kao bijela svjetlost. Zanimljivo je da je bijela svjetlost zapravo kombinacija svih duginih boja, pri čemu je ljubičasta najkraća talasna dužina, a crvena najduža. As Sunčeva svjetlost putuje kroz atmosferu, u interakciji s različitim supstancama kao što su plinovi, čvrste čestice i molekuli vode. Kada su ove čestice manje od jedne desetine mikrometra, uzrokuju raspršivanje bijele svjetlosti u svim smjerovima, s većim naglaskom na plavoj svjetlosti.
Ova preferencija za plavo svjetlo može se objasniti koeficijentom disperzije, koji se izračunava po formuli 1/λ4, gdje λ predstavlja talasnu dužinu. Budući da ljubičasta i plava svjetlost imaju najkraće valne dužine u vidljivom spektru, one proizvode najveći omjer kada se zamijene u formulu, koja dovodi do veće vjerovatnoće disperzije. Ovaj fenomen je opšte poznat kao Rayleighovo raspršenje.
Kao rezultat toga, raspršene zrake se sijeku s česticama plina koje funkcioniraju kao reflektirajuća površina, uzrokujući da se ponovo savijaju i pojačavaju svoju snagu.
Zašto je nebo plavo?
Uzimajući u obzir gore navedene informacije, moglo bi se očekivati da nebo izgleda ljubičasto umjesto plavo zbog svoje kraće valne dužine. Međutim, to nije slučaj jer ljudsko oko nije previše osjetljivo na ljubičastu boju. osim toga, Vidljiva svjetlost zapravo sadrži veći udio zračenja plave talasne dužine nego ljubičasta.
U slučajevima kada čestice premašuju valnu dužinu, ne dolazi do diferencijalnog raspršenja. Umjesto toga, sve komponente bijele svjetlosti su podjednako dispergirane. Ovaj fenomen objašnjava bijeli izgled oblaka, budući da kapljice vode koje ih sačinjavaju prelaze desetinu mikrometra u prečniku. Međutim, kada se ove kapljice vode gusto zbijene, svjetlost ne može proći kroz njih, što rezultira sivkastim izgledom koji je povezan s velikim oblacima.
Međutim, mora se priznati da nebo ne održava stalnu plavu nijansu. Kao rezultat toga, fenomen Rayleighovog raspršenja ne objašnjava u potpunosti prisustvo različitih nijansi crvene tokom izlaska i zalaska sunca. Međutim, za ovu činjenicu postoji objašnjenje.
Kako Sunce zalazi i ulazi u fazu sumraka, njegov položaj na horizontu uzrokuje da svjetlost putuje veću udaljenost kako bi stigla do nas, a da više nije okomita. Ova promjena ugla rezultira manjom incidencom, uzrokujući da se plavo svjetlo rasprši prije nego što stigne do naših očiju. umjesto toga, Dominiraju duže talasne dužine koje se manifestuju kao crvenkasti tonovi. Važno je napomenuti da se Rayleighovo raspršenje i dalje događa, ali na drugoj lokaciji unutar atmosfere gdje je Sunce u zenitu.
historia
Nebo je kroz istoriju plijenilo našu pažnju i danju i noću. Služio je kao platno za lutanje naše mašte. naravno, radoznalost i naučno istraživanje nisu izuzeti od ove fascinacije. Kao i kod drugih svakodnevnih pojava, poput promjene boje lišća ili porijekla kiše, istraživači su pokušali otkriti misterije neba. Umjesto da umanje njegovu mističnu privlačnost, njegova otkrića su samo produbila naše razumijevanje i divljenje.
Tokom svojih infracrvenih eksperimenata 1869. godine, Rayleigh je naišao na neočekivano otkriće: svjetlost raspršena sitnim česticama imala je suptilnu plavu nijansu. To ga je navelo na spekulaciju da je slično rasipanje sunčeve svjetlosti odgovorno za plavu boju neba. Međutim, nije mogao u potpunosti objasniti zašto se preferira plavo svjetlo ili zašto je boja neba tako intenzivna, isključujući atmosfersku prašinu kao jedino objašnjenje.
Inovativni rad od Lord Rayleigh o boji i polarizaciji svjetlosti s neba objavljen je 1871. Njihov cilj je bio mjerenje Tyndallovog efekta u kapljicama vode kvantificiranjem prisustva malih čestica i indeksa prelamanja. Nadovezujući se na raniji dokaz Jamesa Clerka Maxwella o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti, Rayleigh je 1881. pokazao da su njegove jednačine izvedene iz elektromagnetizma. Proširujući svoja otkrića 1899., proširio je primjenu na pojedinačne molekule, zamjenjujući termine vezane za zapremine čestica i indekse prelamanja terminima molekularne polarizabilnosti.
Disperzija u poroznim materijalima
Porozni materijali imaju sposobnost da ispolje Rayleighov tip rasejanja, koje prati λ-4 obrazac rasejanja. Ovaj fenomen je posebno izražen u nanoporoznim materijalima, gdje postoji značajan kontrast u indeksu prelamanja između pora i čvrstih dijelova sinterovane glinice. Kao rezultat toga, Rasipanje svjetlosti postaje nevjerovatno intenzivno, uzrokujući da promijeni smjer otprilike svakih pet mikrometara.
Ovo izvanredno ponašanje disperzije pripisuje se jedinstvenoj nanoporoznoj strukturi postignutoj kroz proces sinterovanja, koji uključuje upotrebu monodisperzivnog praha glinice za stvaranje uske distribucije veličina pora, tipično oko 70 nm.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o Rayleigh efektu i njegovim karakteristikama.