La dispersión de Rayleigh

Definición: La dispersión de Rayleigh es el fenómeno de dispersión de partículas de luz principalmente por las moléculas de gas (a veces también por sólidos y líquidos). Esta dispersión de la luz fue notada por primera vez por Señor Rayleigh en 1871 y así llamado así.

Básicamente, cuando la luz electromagnética se propaga a través del aire, el movimiento de ida y vuelta de los electrones dentro de las moléculas del medio (aire) genera un campo eléctrico oscilante en su interior.

Entonces, cuando se permite que los fotones se transmitan a través de estas moléculas, algunos fotones son absorbidos pero luego retransmitidos en múltiples direcciones por las moléculas de aire. Esto se conoce como La dispersión de Rayleigh.

La fuerza de la dispersión depende de la longitud de onda de la luz y del tamaño de las partículas responsables de la dispersión.

Cabe señalar que la dispersión no se produce por colisión, sino que es el resultado de la interacción electromagnética entre los fotones y las partículas del medio.

La apariencia del cielo en color azul se debe a la dispersión de la luz solar por la atmósfera..

Sabemos que la partícula de luz golpea una molécula de atmósfera durante la propagación. Luego, el campo electromagnético de la luz incidente redistribuye las cargas moleculares. Esto provoca la vibración de las moléculas y las cargas comienzan a oscilar con la frecuencia de radiación.

Pero esta interacción cambia un poco la polarización de la luz incidente. Debido a esto, parte de la energía de la luz es absorbida por las moléculas de la atmósfera. Luego, esta energía se vuelve a irradiar en diferentes direcciones que conducen a causar la dispersión de la luz, más específicamente, denominada dispersión de Rayleigh.

Ley de dispersión de Rayleigh

La ley de dispersión de Rayleigh establece que la cantidad de dispersión de la luz es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda. Está dado por:

Esto implica que en el caso de una longitud de onda más corta, es más probable que la luz se disperse en comparación con una longitud de onda más larga, debido a la relación inversa entre las dos.

Sabemos que la longitud de onda del color azul es menor que la del color rojo. Por lo tanto, debido a la longitud de onda más corta, la luz azul se dispersa comparativamente más que la luz roja. Esta es la razón por la que el cielo parece azul en lugar de cualquier otro color.

Ahora, surge la pregunta de que en VIBGYOR, entre todos los colores, la longitud de onda del color violeta es la menor. Entonces, ¿por qué el cielo no parece ser violeta?

Color azul del cielo

Somos conscientes del hecho de que la longitud de onda del color violeta es la más corta. Y de acuerdo con la ley de dispersión de Rayleigh, la luz de la longitud de onda más corta es la que más se dispersa. Aún así, el el cielo parece azul pero no violeta.

Esto es así porque el espectro de la luz emitida por el sol no es uniforme para todas las longitudes de onda y es muy absorbida por la atmósfera. Produciendo así una visión de menos violeta en el cielo. Incluso los ojos humanos no son tan sensibles al color violeta.

Esto es así porque la retina en los ojos humanos se compone básicamente de 3 tipos de conos o bastones de color. Estos son rojo, verde y azul. Y estos bastones tienen la tendencia a responder a estas luces de manera más eficiente que cualquier otro color. Mediante la construcción de varios estímulos, el sistema de visión de una persona le permite reconocer varios colores.

Entonces, los conos rojos y verdes en nuestra retina no reconocen otros colores ya que estos no están muy dispersos. Sin embargo, los conos azules muestran una mejor estimulación hacia el color cercano a esa longitud de onda en particular. También debido a la longitud de onda más corta, el color azul posee una mejor dispersión y nuestros ojos ven el color azul claro del cielo.

Dispersión de Rayleigh en fibra óptica

La dispersión de la luz transmitida a través de una fibra óptica es el resultado de falta de homogeneidad y defectos en la fibra en el momento de la fabricación. Como sabemos, la fibra de vidrio es una composición de conexión aleatoria de moléculas.

Por esta razón, algunas regiones de la estructura pueden contener una densidad molecular alta o baja. Esto conduce a la variación del índice de refracción del material en diferentes puntos dentro de la fibra.

los variación en el índice de refracción conduce a la dispersión de Rayleigh de la luz transmitida.

Básicamente, la luz, en lugar de ser absorbida, se irradia en diferentes direcciones, lo que se denomina dispersión de la luz.

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