การกระเจิงแบบเรย์ลี (Rayleigh scattering) คือการกระเจิงของแสงโดยอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสง โดยทั่วไปจะใช้หมายถึงการกระเจิงที่เกิดขึ้นภายในตัวกลางที่เป็นก๊าซ เช่น บรรยากาศโลก โดยเป็นสาเหตุที่ทำให้ท้องฟ้าดูเป็นสีฟ้าในเวลากลางวัน นอกจากนี้แล้วยังอาจเกิดขึ้นในของเหลวและของแข็งที่โปร่งใสได้ด้วย การกระเจิงแบบเรย์ลีได้รับการตั้งชื่อตาม บารอนเรย์ลี (จอห์น วิลเลียม สตรัต) ผู้พยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้

Thumb
ขอบฟ้าในทิศทางพระอาทิตย์ตกมองจากระดับความสูง 500 เมตร หนึ่งชั่วโมงหลังพระอาทิตย์ตก

ทฤษฎี

ให้พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องซึ่งได้แก่ความยาวคลื่นของคลื่นที่กระเจิงเป็น λ และเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคที่กระเจิงเป็น d แล้วพารามิเตอร์ขนาด α ที่มีค่าคงที่วงกลม π เป็นสัมประสิทธิ์ จะเป็น

เมื่อ α 1 จะสามารถแสดงได้โดยการกระเจิงแบบเรย์ลี เมื่อ α 1 จะใช้การกระเจิงแบบมี และเมื่อ α 1 จะใช้การประมาณทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

การประมาณอนุภาคเล็ก

การกระเจิงแบบเรย์ลีเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้า ภายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงที่ตกกระทบกระทำกับสนามไฟฟ้าของอนุภาค บังคับให้อิเล็กตรอนในอนุภาคเกิดการแกว่งกวัด และกระตุ้นไดโพล ดังนั้น หากอนุภาคเป็นตัวแกว่งกวัดไดโพลที่มีความถี่ ν0 แล้วความถี่ ν0 นั้นมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับความถี่ ν ของแสงที่ตกกระทบ (นั่นคือ ν ν0) แล้ว ความเข้มของการกระเจิง I ได้เป็น

โดยที่ I0 คือความเข้มของแสงที่ตกกระทบ N, m, e คือจำนวน มวล และ ประจุไฟฟ้า ของอนุภาค และ c คืออัตราเร็วแสง[1]

นอกจากนี้ในสูตรข้างต้น ν4/c4 = λ−4 ดังนั้นในกรณีที่อนุภาคถือว่าเล็กพอเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น ความแรงในการกระเจิงจะแปรผกผันกับกำลัง 4 ของความยาวคลื่นจะเป็นไปตามสมการนี้[2]

โดยที่ R คือระยะทางไปยังอนุภาค θ คือมุมการกระเจิง และ n คือ ดัชนีหักเหของแสง

ให้ปริมาตรของอนุภาคเป็น V ยังอาจเขียนได้ดังนี้[1]

นอกจากนี้ เมื่อหาปริพันธ์ของความแรงในการกระเจิงต่อมุมตันทั้งหมด ภาคตัดขวาง σs จะได้เป็น

สมการนี้อธิบายว่าแสงสีน้ำเงินที่มีความยาวคลื่นสั้นจะกระเจิงมากกว่าแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า เกิดขึ้นเนื่องจากในเวลาพระอาทิตย์ตก และพระอาทิตย์ขึ้น ระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับผู้สังเกตการณ์จะยาวกว่าเวลาเที่ยง ทำให้แสงสีน้ำเงินจะกระเจิงออกไปจนหมดก่อนที่จะมาถึงผู้สังเกตการณ์ ในทางกลับกัน ในช่วงกลางวัน แสงสีน้ำเงินซึ่งมีความยาวคลื่นสั้นจะกระเจิงไปยังผู้สังเกตการณ์ ดังนั้นท้องฟ้าโดยรวมจึงปรากฏเป็นสีฟ้า

นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการวัดทางทัศนศาสตร์ โดยความเข้มของสัญญาณจะแปรผันตรงกับความหนาแน่นของจำนวนโมเลกุลและสูงกว่าการวัดทางสเปกโทรสโกปี

อ้างอิง

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.

Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.