Rozpraszanie światła
Rozpraszanie światła to zjawisko, w którym światło oddziałuje z materią, zmieniając kierunek jego rozchodzenia się. Zjawisko to można podzielić na:
- Sprężyste – brak zmiany energii światła.
- Niesprężyste – zmiana energii światła.
Rozpraszanie występuje w niejednorodnych układach, takich jak pyły, aerozole czy fluktuacje gęstości.
Podstawy fizyczne zjawiska
Rozpraszanie światła wynika z falowej natury światła, które wzbudza drgania materii, generując wtórne fale elektromagnetyczne, znane jako promieniowanie rozproszone. Zjawisko to można tłumaczyć także poprzez odbicie dyfuzyjne, dyfrakcję i inne procesy optyczne.
Teorie rozpraszania
Rozpraszanie światła głównie wynika z interakcji fotonów z elektronami. Istnieje kilka teorii, które opisują te interakcje, w tym:
Model dipola elektrycznego
W tym klasycznym modelu światło traktuje się jako falę elektromagnetyczną, która wzbudza drgania dipola elektrycznego. Częstotliwość drgań dipola odpowiada częstotliwości padającego światła.
Przybliżenie Rayleigha
Kiedy cząsteczki są małe w porównaniu do długości fali, mamy do czynienia z rozpraszaniem Rayleigha, gdzie współczynnik rozpraszania jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi długości fali.
Rozpraszanie na małych cząstkach
Rozpraszanie światła na cząstkach można opisać przez parametr wielkości, który określa stosunek rozmiaru cząstki do długości fali. Dla dużych cząstek stosuje się optykę geometryczną, a dla cząstek porównywalnych z długością fali – rozwiązania Mie.
Rozwiązania Mie
Rozwiązania Mie dotyczą rozpraszania światła na jednorodnych sferycznych cząstkach i są ważne dla analizy rozpraszania w materiałach polidyspersyjnych.
Zastosowania rozpraszania światła
Rozpraszanie światła znajduje szerokie zastosowanie, w tym:
- Pomiary wielkości cząstek w optyce polimerów (metoda Zimma).
- Ocena kropli w chmurach za pomocą spektrometrii rozpraszania światła do przodu (FSSP).
- Cytometria przepływowa do analizy cząstek biologicznych.
Podsumowanie
Rozpraszanie światła to złożone zjawisko o wielu zastosowaniach w nauce i technologii, które można analizować za pomocą różnych modeli i teorii, dostarczając cennych informacji o strukturze materii.
