瑞利散射(瑞利散射公式)

1. 瑞利散射

1. 瑞利散射

蓝色。

蓝色,是一种颜色,在电磁波的可见光中它的频率较高(仅次于蓝紫光),频率600~660THz(对应空气中波长500~450nm),属于高频光。蓝色是永恒的象征,它的种类很繁多,每一种蓝色又代表着不同的政治或其他含义,另外以蓝色命名的音乐、书籍、明星也不乏其例。

由于空气中灰尘对日光的瑞利散射(散射强度与频率的四次方成正比),对高频光(蓝紫光)的散射比低频光(红橙黄光)多,所以晴天的天空是蓝色的。

2. 瑞利散射公式

2. 瑞利散射公式

它们的区别是瑞利散射是光射,米散射是物散。

3. 瑞利散射和米氏散射

米氏散射(Mie scattering),当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。这种散射主要由大气中的微粒,如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏散射的散射强度与频率的二次方成正比,并且散射在光线向前方向比向后方向更强,方向性比较明显。

米氏散射(Mie scattering)

这种散射主要由大气中的微粒,如烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起。米氏不同于瑞利散射呈对称状分布,而是散射在光线向前的方向比向后的方向更强,方向性比较明显。当颗粒直径较大时,米氏散射可近似为夫琅禾费衍射。

当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射称为米氏散射,如云雾的粒子大小与红光(393.96THz,0.7615um)的波长接近,所以云雾对红光的散射主要是米氏散射。是故,多云潮湿的天气对米氏散射的影响较大。

Mie提出的米氏散射理论是对于处于均匀介质的各向同性的单个介质球在单色平行光照射下,基于麦克斯韦方程边界条件下的严格数学解。100多年来,米氏散射理论得到了很大发展,适用范围逐渐推广。如颗粒形状推广到多层的各项同性介质球和折射率渐变的各向同性介质球;无限长圆柱形颗粒(折射率按柱面分布)。入射光束从很宽的平行光束推广到高斯光束和其他有形光束(shaped beam),称为广义米氏理论(GLMT)。广义米氏理论还可推广到椭球散射体。

4. 瑞利散射和拉曼散射的根本区别

DTS(Distributed Temperature Sensing),分布式光纤测温系统(DTS)也称为光纤测温。

依据光时域反射(OTDR)原理和喇曼(Raman)散射效应对温度的敏感从而实现温度监测。

分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种:基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟,且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。

5. 瑞利散射定律

以光和粒子的尺寸区分米氏散射和瑞利散射。 按粒子同入射波波长(λ)的相对大小不同,可以采用不同的处理方法:当粒子尺度比波长小得多时,可采用比较简单的瑞利散射公式;当粒子尺度与波长可相比拟时,要采用较复杂的米散射公式;当粒子尺度比波长大得多时,则用几何光学处理。

把粒子尺度和波长的比例设为x,以如下公式作为判别标准: r是粒子半径; λ是波长; 当x<1时,用瑞利散射处理;当x≥1时,用米氏散射处理。

6. 瑞利散射效应

X射线照射固体物质,可产生散射X射线、光电效应、俄歇效应等。 ①光电效应:当入射X射线光子能量大于等于某一阈值时,可击出原子内层电子,产生光电效应。 应用:光电效应产生光电子,是X射线光电子能谱分析的技术基础。

光电效应使原子产生空位后的退激发过程产生俄歇电子或X射线荧光辐射是X射线激发俄歇能谱分析和X射线荧光分析方法的技术基础。

②二次特征辐射(X射线荧光辐射):当高能X射线光子击出被照射物质原子的内层电子后,较外层电子填其空位而产生了次生特征X射线(称二次特征辐射)。 应用:X射线散射时,产生两种现象:相干散射和非相干散射。相干散射是X射线衍射分析方法的基础。

7. 瑞利散射和拉曼散射

拉曼光谱通常采用激光作为单色光源,将样品分子激发到某一虚态,随后受激分子弛豫跃迁到一个与基态不同的振动能级,此时,散射辐射的频率将与入射频率不同。

这种频率变化与基态和终态的振动能级差相当。这种“非弹性散射”光就称之为拉曼散射。频率不变的散射称为弹性散射,即所谓瑞利散射。如果产生的拉曼散射频率低于入射频率,则称之为斯托克散射。反之,则称之为反斯托克散。

8. 瑞利散射说法正确的是

散射,物理术语,是被投射波照射的物体表面曲率较大甚至不光滑时,其二次辐射波在角域上按一定的规律作扩散分布的现象。

它像是一束光通过稀释后的牛奶后为白色,而从侧面和上面看,却是浅蓝色的。

中文名

散射

外文名

Scattering

拼 音

sǎn shè

注 音

ㄙㄢˇ ㄕㄜˋ

光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时,太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时,都要发生散射。

光的散射定义或解释光束通过不均匀媒质时,部分光束将偏离原来方向而分散传播,从侧向也可以看到光的现象,叫做光的散射。说明弹性散射(涉及极微小的能量转移)主要有瑞利散射和米氏散射。①引起光散射的原因是传播中的辐射受到局部位势的作用。②一般由光的散射的原因不同而将光的散射分为两类:a.丁达尔效应。颗粒浑浊媒质(颗粒线度略小于光的波长)的散射,散射光的强度和入射光的波长的关系不明显,散射光的波长和入射光的波长相同。b,分子散射。光通过纯净媒质时,由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。分子散射的光强度和入射光的波长有关,但散射光的波长仍和入射光相同。③瑞利定律。散射体为光的波长的十分之一左右,散射体的形变不再重要,可以近似为圆球。对入射光散射所遵循的规律是,散射光和入射光波长相同,散射光的强度和散射方向有关,并和波长的四次方成反比。按这一定律,短波光的散射比长波光要强得多,如太阳光中蓝色光被微小尘埃的散射要比红色光强十倍以上。晴朗的天空所以呈浅蓝色,完全是大气散射太阳光的结果。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃,大部分是密度涨落引起的分子散射。按瑞利定律,太阳光中的短波成分更多地被散射掉了,在直射的太阳光中剩余较多的是长波成分。所以天空呈现蓝色。旭日和夕阳呈红色。这是因为早晚阳光以很大的倾角穿过大气层,经历的大气层要远比中午时大得多,所有波长较短的蓝光、黄光等几乎朝侧向散射,仅剩下波长较长的红光到达观察者(接近地面的空气中有尘埃,更增强了散射作用)。非弹性散射包括布里渊散射,拉曼散射,康普顿散射等等。

9. 瑞利散射解释天空是蓝色的

1 为什么眼泪是咸的,眼泪是一种弱酸性的透明的无色液体,其组成中绝大部分是水(98.2%),并含有少量无机盐、蛋白质、溶菌酶

、免疫球蛋白A

、补体系统

等其他物质。2天空为什么是蓝色 我们看到的天空,经常是蔚蓝色的,特别是一场大雨之后,天空更是幽蓝得象一泓秋水,令人心旷神怡,跃跃欲飞。天空为什么是蔚蓝色的呢? 大气本身是无色的。天空的蓝色是大气分子、冰晶

、水滴等和阳光共同创作的图景。 阳光进入大气时,波长较长的色光,如红光,透射力大,能透过大气射向地面;而波长短的紫、蓝、青色光,碰到大气分子、冰晶

、水滴等时,就很容易发生散射现象

。被散射了的紫、蓝、青色光布满天空,就使天空呈现出一片蔚蓝了。天为什么是蓝的,而不是绿的或红的呢? 首先你得明白一个道理:我们周围的事

物之所以显现出颜色来,仅仅是因为阳光照射

着它们。虽然阳光看上去是白色的,但是所有的颜色:赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫,在阳光里都存在。 天空里有这么多颜色,为什么我平时看到的只有蓝色呢?你可能会问。 如果你把光线设想为波浪,你就会猜破这个谜了。光其实是像一个波浪那样在运动的。我们来设想一下

一滴雨落在一个水洼

里的情景。当这滴雨落到水面上时,就会产生小波

浪,波浪一起一伏地变成更大的圈,向着四面八方扩展开去。如果这些波浪碰上一块小石子或一个别的什么障碍物,它们就会反弹回来,改变了波浪的方向。 而阳光从天空照射下来,一样会连续不断地碰到某些障碍。因为光所必须穿透的空气并不是空的,它由很多很多微小的微粒组成。其中百分之九十九不是氮气便是氧气,其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒,来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾

或者火山爆发

出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒只是一滴雨水的一百万

分之一,但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回,自然也就改变了自己的方向。 可是那么多颜色的光改变了方向,为什么只有蓝色被看到呢?你可能还是不明白。 我们还得回到刚才说的那个水洼

里。 水洼

里,小的波浪遇到小石子的话,水面便被搞得混乱不堪;但如果是一个“巨浪

”,像你用手在水洼边掀起的那种“巨浪

”,它就有可能干脆从石头上溢过去,并畅通无阻地到达水洼的对面边缘。那么,就像有大波浪

和小波

浪一样,各种各样颜色的光波也有不同的“波浪”,也就是波长:不过它们可不像水波的波浪,用肉眼是看不出它们的大小的,因为它们小得难以想像,只是一根头发的一百分之一!得用很灵敏的测量仪表

才可以精确地测定出来。 根据科学家

的测定,蓝色光和紫色光的波长比较短,相当于“小波

浪”;橙色光和红色光的波长比较长,相当于“大波浪

”。当遇到空气中的障碍物的时候,蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍,便被“散射”得到处都是,布满整个天空—天空,就是这样被“散射”成了蓝色。 发现这种“散射”现象的科学家

叫瑞利

,他是在130年前发现的,他也是诺贝尔奖获得者

。 用“散射”现象,你就可以解释下面这些天象

了: 比如在你头顶的天空是蓝色的,可是在地平线

—天地相接的地方,天空看上去却几乎是白色的。为什么?就是因为阳光从地平线

到你这个地方比起它直接从空中落下来,需要在空气中走的路程要远得多—而在一路上它所擦过的微粒子

也自然就要多得多。这些大量的微粒子

就这样多次散射出光,所以它显得白中透着淡蓝

。建议你做一个小实验来验证一下:拿一杯水,把它放在一个黑暗的背景里,放进一滴牛奶,再拿一只手电筒

照射杯子的一端,并靠近它,手电筒

的光在水中即会显现出淡蓝

色。如果你往水里放进的牛奶越多,水就越白,因为光一再地受到这些众多的牛奶微粒的散射,结果就是白色的。道理跟在地平线

上空是白色的一样。 太阳落山时的傍晚,天空不显现蓝色而显现红色,正在下落的太阳也变成暗红色,也是一样的道理。由于傍晚的光在照射到你这个地方的路上所遇到的众多的微粒,使得阳光中的紫色的和蓝色的部分往四面八方散射开去,仅留下一点点使你的肉眼看得见的橙红色光线—因为它们的波长长、“波浪大”,翻过了路上的障碍。 不过,细心的你会发现,天穹

在落日后也还会在一段时间内呈现深蓝色。这也曾经是科学家们

关心的一件怪事,不过几个物理学家

已经在50年前揭开了这个谜:导致黄昏时天空的蓝色,是一种特别的物质。这种特别的物质在离地球表面20至30公里的高空处聚集成厚厚的一个层面,叫臭氧层

。这种气体对正在下落的太阳光起到像颜色过滤器

那样的作用:它截获太阳光中的黄色和橙色

的部分,却几乎无阻拦地让蓝色的部分通过。当最后的少许光

消失时,所有的颜色才消失在黑暗的夜色中。 臭氧不仅导致黄昏的蓝色天空

,还吞下一种你无法看见的特殊的光线:紫外线

的光,或称紫外线

。你一定曾经听说过,紫外线

对所有的生物(当然也包括对你)有多么危险。如果它在你的裸露的皮肤上照射得太长久,你就会得晒斑

。臭氧层

到处都有足够的厚度能截获尽可能多的紫外线:这对于我们这个星球上的全体生命来说,是极其重要的。 可惜,在今天,这个生命攸关的保护层在许多地方都已经变薄了,在南极上空甚至已经形成了一个大的空洞。而破坏臭氧的凶手就是“氟里昂

”—一种人们用来喷洒护发摩丝

或用在冰箱和空调上制冷的物质。这是一种对臭氧层

特别有害的物质,所以许多国家已经不再使用这种“臭氧杀手”了。 今天我们学到了为什么我们眼中的天空是蓝色的。其实从地球以外望过来也是一样:覆盖我们地球三分之二面积的海水也散发着蓝光

,陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色,然而上空却总是蓝色的—从宇宙中看来,整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱

。从大气层

外看见过地球的天文学家

报道过这一情况。 所以地球被称做“蓝色星球

”是完全正确的。它那独特的蓝色,就是生命的颜色

10. 瑞利散射名词解释

当我们避开太阳朝天空张望时,看到的是蔚蓝的天空,这就是说,在那个方向的天空有光线射入我们的眼帘,从太阳发射过来的光线,在天空的某个地方改变了方向,不然的话,我们所能看到的一切,就只不过是星际空间的黑暗,或者是来自某个遥远星辰的亮光。原来,当光线穿过地球周围的大气时,它的一些能量就向四面八方反射,这样的过程就是散射。因此,光波在遇到大气分子或气溶胶粒子等时,便会与它们发生相互作用,重新向四面八方发射出频率与入射光的相同,但强度较弱的光(称子波),这种现象称光散射。子波称散射光,接受原入射光并发射子波的空气分子或气溶胶粒子称散射粒子。当散射粒子的尺度远小于入射光的波长时(例如大气分子对可见光的散射),称分子散射或瑞利散射,散射光分布均匀且对称。 当散射粒子的尺度与入射光波长可比拟时(例如飘尘粒子对可见光的散 射),散射光的强度分布不对称而是分布复杂,称为光散射。

11. 瑞利散射是谁命名的

瑞利散射,米散射和几何光学散射(无选择性散射)。一般大气分子是瑞利散射;悬浮微粒是米散射;气溶胶一般为无选择性散射;具体是根据粒子半径与波长相比较来区分的,具体可以参考《遥感导论》这本书,上面有详细的介绍

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