Rozptyl světla

Rozptyl světla (scattering) je typ interakce elektromagnetického záření s hmotou. Při rozptylu je původní směr šíření záření vychýlen do jiného směru, podobně jako při refrakci (lomu), reflexi (odrazu) či difrakci (ohybu). Od nich se však liší mikroskopickým mechanismem. Při rozptylu je totiž dopadající záření pohlceno částicemi hmoty, které se chovají jako elektrické dipóly. Tyto dipóly pak vyzařují sekundární záření ve všech směrech prostoru. Podle energie sekundárího záření rozdělujeme rozptyl na pružný a nepružný.

Pružný rozptyl

Když má sekundární záření stejnou energii (tedy i vlnovou délku a frekvenci) jako dopadající, mluvíme o pružném (elastickém) rozptylu. Základními příklady pružného rozptylu jsou Rayleighův rozptyl a Tyndallův jev.

Příkladem pružného rozptylu je Rayleighův rozptyl. Největší význam má, když je dopadající záření ve viditelné části spektra, tedy vlnová délka $\lambda$ přibližně od 400 do 700 nm. Při Rayleigho rozptylu se světlo rozptyluje na sférických, elektricky neutrálních částicích, které jsou mnohem menší (max 100 nm) než $\lambda$ dopadajícího světla. Podíl rozptýleného záření (světla) vyjadřujeme jako intenzitu rozptýleného (sekundárního) záření $I_{r}$ dělenou intenzitou dopadajícího záření $I_{0}$.

podíl rozptýleného záření $={\frac {I_{r}}{I_{0}}}$

Tento podíl nabývá velmi malých hodnot, u Rayleigho rozptylu v řádu $10^{-5}$.

Důležitá je též závislost tohto podílu na vlnové délce. Platí:

${\frac {I_{r}}{I_{0}}}\sim {\frac {1}{\lambda ^{4}}}$

Ve viditelném spektru se tedy modrá barva (nejkratší vlnová délka) rozptyluje nejvíc. Světlo ze Slunce je bílé, tedy je směsí všech barev. Je-li Slunce vysoce na obloze (zejména na poledne), pak se po průchodu atmosférou nejvýrazněji rozptýlí právě jeho modrá složka. Proto se nám obloha během dne jeví modrá.

Jiná situace nastává při východu nebo západu Slunce. Když je Slunce nízko nad horizontem, prochází paprsky světla atmosférou šikmo, tudíž urazí v atmosféře delší dráhu. Pak se většina světla o nižších vlnových délkách (modrá) rozptýlí již na začátku cesty v atmosféře. K nám dopadne pouze světlo o vyšších vlnových délkách (červená), tedy to, které se rozptýlí až po delším průběhu atmosférou. To dává obloze v okolí zapadajícího nebo vycházejícího Slunce červené zbarvení.

Dalším příkladem pružného rozptylu je Tyndallův jev, ke kterému typicky dochází na větších částicích (koloidní roztoky, mlha, kouř).

Nepružný rozptyl

Když má sekundární záření jinou energii (typicky nižší) než dopadající záření, mluvíme o nepružném rozptylu. Základními příklady nepružného rozptylu jsou Ramanův rozptyl a Comptonův rozptyl.

Ramanův rozptyl se používá na strukturní analýzu látek (Ramanova spektroskopie).

Když použijeme dopadající záření o vyšší energii (rentgenové záření nebo záření gama), pak dochází ke Comptonovu rozptylu.

Odkazy

Související články

• Elektrický dipól
• Viditelné světlo
• Vlnová délka
• Tyndallův jev
• Comptonův rozptyl

Použitá literatura

• BENEŠ, Jiří, Daniel JIRÁK a František VÍTEK. Základy lékařské fyziky. 5. vydání. [Praha] : Karolinum, 2022. ISBN 978-80-246-5398-3.