Na početku
Pogledajmo sliku. Imate li pretpostavku što ona prikazuje?
Pogledajmo sliku.
Što ona prikazuje?
Ako u vodu dodamo malo mlijeka u prahu te otopinu osvijetlimo kao na slici, možemo uočiti ovu pojavu.
Svjetlosni valovi, prolazeći kroz otopinu, nailaze na čestice otopljene tvari i na njima se odbijaju u svim smjerovima. Kažemo da je došlo do raspršenja svjetlosti.
Općenito, o raspršenju svjetlosti govorimo kada upadni snop svjetlosti mijenja smjer zbog interakcije s nanočesticama, koloidnim česticama ili molekulama.
Svjetlosni valovi nailaze na čestice.
Na njima se odbijaju u svim smjerovima.
Kažemo da je došlo do raspršenja svjetlosti.
Raspršenje elektromagnetskoga zračenja na česticama kojima je promjer puno manji od valne duljine zračenja naziva se Rayleighovo raspršenje po fizičaru koji ga je objasnio i matematički opisao. Učinak Rayleighovog raspršenja bit će vidljiv ovisno o intenzitetu raspršene svjetlosti. Rayleigh je pokazao da je intenzitet raspršene svjetlosti [latex]I[/latex] proporcionalan sa kvocijentom [latex]\dfrac{d^6}{\lambda^4}[/latex], gdje je [latex]d[/latex] promjer čestice na kojoj se svjetlost raspršuje, a [latex]\lambda[/latex] valna duljina svjetlosti. Iz činjenice da je intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto proporcionalan sa četvrtom potencijom valne duljine svjetlosti, možemo zaključiti da se svjetlost manjih valnih duljina više raspršuje od svjetlosti većih valnih duljina.
Raspršenje elektromagnetskoga zračenja na česticama kojima je promjer manji (<) od valne duljine zračenja naziva se Rayleighovo raspršenje.
Naziv je dobilo po fizičaru Johnu Rayleighu. On je objasnio i matematički opisao raspršenje.
Učinak Rayleighovog raspršenja bit će vidljiv ovisno o intenzitetu raspršene svjetlosti.
Rayleigh je pokazao da je intenzitet raspršene svjetlosti [latex]\bm I[/latex] proporcionalan sa kvocijentom [latex]\dfrac{d^6}{\lambda^4}[/latex], gdje je:
- [latex]\bm d[/latex] promjer čestice na kojoj se svjetlost raspršuje,
- [latex]\bm{\lambda}[/latex] valna duljina svjetlosti.
Iz činjenice da je intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto proporcionalan sa četvrtom potencijom valne duljine svjetlosti, možemo zaključiti da se svjetlost manjih valnih duljina više raspršuje od svjetlosti većih valnih duljina.
Zašto je nebo plavo?
Plavetnilo neba rezultat je selektivnog raspršenja svjetlosti. Sunčeva svjetlosti pri prolasku kroz atmosferu međudjeluje sa molekulama u njoj. To su u najvećoj mjeri molekule kisika i dušika.
Kako su molekule plinova u atmosferi puno manjih dimenzija od valnih duljina svjetlosti, pri prolasku Sunčeve svjetlosti kroz atmosferu dolazi do Rayleighovog raspršenja. Svjetlosni val pri interakciji s česticama u atmosferi pobuđuje čestice na titranje, a one pri tome reemitiraju svjetlosne valove u svim smjerovima.
Plavetnilo neba rezultat je selektivnog raspršenja svjetlosti.
Sunčeva svjetlost pri prolasku kroz atmosferu međudjeluje sa molekulama u njoj.
To su u najvećoj mjeri molekule kisika i dušika.
Molekule plinova u atmosferi puno manjih dimenzija od valnih duljina svjetlosti pri prolasku Sunčeve svjetlosti kroz atmosferu.
Stoga dolazi do Rayleighovog raspršenja.
Svjetlosni val pri interakciji s česticama u atmosferi pobuđuje čestice na titranje.
One pri tome reemitiraju svjetlosne valove u svim smjerovima.
Što je manja valna duljina svjetlosti, to je ona u većoj mjeri raspršena. Zato, od vidljivih frekvencija sunčeve svjetlosti, molekule u atmosferi najviše raspršuju ljubičastu, a slijede ju redom plava, zelena, žuta, narančasta i na kraju crvena. Najveći dio svjetlosti koji se raspršuje je plava i ljubičasta pa u naše oči iz svih smjerova u atmosferi dolaze svjetlosni valovi s valnim duljinama ljubičaste i plave svjetlosti. Kako su naše oči osjetljivije na plavu svjetlost, plava raspršena svjetlost je ono što prevladava u našem viđenju i vidimo plavo nebo.
Što je manja (<) valna duljina svjetlosti ([latex]\bm \lambda[/latex]), to je ona u većoj (>) mjeri raspršena.
Zato, od vidljivih frekvencija sunčeve svjetlosti, molekule u atmosferi najviše raspršuju ljubičastu svjetlost.
Slijede ju redom plava, zelena, žuta, narančasta i na kraju crvena svjetlost.
Najveći dio svjetlosti koji se raspršuje su plava i ljubičasta. Zato u naše oči iz svih smjerova u atmosferi dolaze svjetlosni valovi s valnim duljinama ljubičaste i plave svjetlosti.
Naše oči su osjetljivije na plavu svjetlost. Plava raspršena svjetlost prevladava u našem viđenju i vidimo plavo nebo.
Plava boja neba razlikuje se na različitim mjestima u različitim uvjetima. Najveći utjecaj na plavetnilo neba ima vodena para u atmosferi. Za suhog vedrog dana nebo je tamnije plavo nego u vedrim danima s visokom vlagom. Tamo gdje atmosfera sadrži puno čestica prašine i drugih čestica većih od molekula kisika i dušika, svjetlost nižih frekvencija također je snažno raspršena. Ovo čini nebo manje plavim i ono poprima bijelo sivu boju.
Plava boja neba razlikuje se na različitim mjestima u različitim uvjetima.
Najveći utjecaj na plavetnilo neba ima vodena para u atmosferi.
Za suhog vedrog dana nebo je tamnije plavo nego u vedrim danima s visokom vlagom.
Svjetlost nižih frekvencija je snažno raspršena tamo gdje atmosfera sadrži puno čestica prašine i drugih čestica većih (>) od molekula kisika i dušika.
Ovo čini nebo manje plavim.
Ono poprima bijelo sivu boju.
Zašto je zalazak Sunca crven?
Kako su crvena, narančasta i žuta svjetlost manje raspršene u atmosferi, svjetlost ovih nižih frekvencija u većoj mjeri prolazi kroz atmosferu bez raspršenja. Crvena svjetlost, čija je frekvencija najmanja, najmanje se raspršuje.
Dok je Sunce visoko na horizontu, plava i ljubičasta svjetlost se raspršuju, a od ostalih boja, koje su se raspršile u manjoj mjeri mi vidimo Sunce kao žućkasto.
Crvena, narančasta i žuta svjetlost su manje raspršene u atmosferi.
Svjetlost ovih nižih frekvencija u većoj mjeri prolazi kroz atmosferu bez raspršenja.
Crvena svjetlost ima najmanju frekvenciju.
Najmanje se raspršuje.
Dok je Sunce visoko na horizontu, plava i ljubičasta svjetlost se raspršuju.
Ostale boje su se raspršile u manjoj mjeri.
Zato mi vidimo Sunce kao žućkasto.
Kad se Sunce spušta prema horizontu, svjetlost mora proći kroz sve deblji sloj atmosfere i sve više svjetlosti se raspršuje. Zbog toga, kada je Sunce dovoljno nisko, još samo crvena boja u dovoljnoj mjeri prolazi bez raspršenja. Zato Sunce vidimo kao crveno.
Kada se Sunce spušta prema horizontu, svjetlost mora proći kroz sve deblji sloj atmosfere. Sve se više svjetlosti raspršuje.
Zbog toga, kada je Sunce dovoljno nisko, još samo crvena boja u dovoljnoj mjeri prolazi bez raspršenja.
Zato Sunce vidimo kao crveno.
Zašto su oblaci bijeli?
Kapljice vode raznih veličina čine oblake. Kapi različite veličine raspršuju svjetlost različite frekvencije. Budući da se na taj način rasprši svjetlost svih frekvencija, oblak vidimo kao bijeli.
Veća količina vode u oblaku apsorbira veći dio svjetlosti koja pada na njih pa je tako intenzitet raspršene svjetlosti manji. Zbog toga su oblaci koji nose više vode tamni.
Kapljice vode raznih veličina čine oblake.
Kapi različite veličine raspršuju svjetlost različite frekvencije.
Na taj način rasprši se svjetlost svih frekvencija.
Zato oblak vidimo kao bijeli.
Veća količina vode u oblaku apsorbira (upija) veći dio svjetlosti koja pada na njih.
Tako je intenzitet raspršene svjetlosti manji.
Zbog toga su oblaci koji nose više vode tamni.
Sažetak
Kada svjetlosni valovi nailaze na čestice i na njima se odbijaju u svim smjerovima, kažemo da je došlo do raspršenja svjetlosti.
Raspršenje elektromagnetskoga zračenja na česticama kojima je promjer manji od valne duljine zračenja naziva se Rayleighovo raspršenje. Učinak Rayleighovog raspršenja bit će vidljiv ovisno o intenzitetu raspršene svjetlosti. Intenzitet raspršene svjetlosti [latex]I[/latex] proporcionalan je s omjerom [latex]\dfrac{d^6}{\lambda^4}[/latex], gdje je [latex]d[/latex] promjer čestice na kojoj se svjetlost raspršuje, a [latex]\lambda[/latex] valna duljina svjetlosti.
Kada svjetlosni valovi nailaze na čestice i na njima se odbijaju u svim smjerovima, došlo je do raspršenja svjetlosti.
Raspršenje elektromagnetskoga zračenja na česticama kojima je promjer manji (<) od valne duljine zračenja naziva se Rayleighovo raspršenje.
Učinak Rayleighovog raspršenja će biti vidljiv ovisno o intenzitetu raspršene svjetlosti.
Intenzitet raspršene svjetlosti [latex]\bm I[/latex] proporcionalan je sa omjerom[latex]\dfrac{d^6}{\lambda^4}[/latex], gdje je:
[latex]\bm d[/latex] promjer čestice na kojoj se svjetlost raspršuje,
a [latex]\bm \lambda[/latex] valna duljina svjetlosti.