Кроз историју, људи су осећали дубоко дивљење према небу, не само током контемплативних ноћи које изазивају егзистенцијална размишљања, већ и током дана када оно представља јарки спектар боја. У неком тренутку нашег живота, сви смо се питали зашто небо изгледа плаво или зашто добија наранџасте и црвене тонове током заласка сунца. Ово питање је првобитно решио лорд Рејли, такође познат као Џон Вилијам Страт, математичар који је дошао до овог открића крајем 19. века.
У овом чланку ћемо вам објаснити Рејлијев ефекат, његове карактеристике и зашто је небо плаво.
Рејлијев ефекат
Сунце емитује широк спектар електромагнетног зрачења, укључујући видљиву светлост, обично познату као бела светлост. Занимљиво је да је бела светлост заправо комбинација свих дугиних боја, при чему је љубичаста најкраћа таласна дужина, а црвена најдужа. Као Сунчева светлост путује кроз атмосферу, у интеракцији са различитим супстанцама као што су гасови, чврсте честице и молекули воде. Када су ове честице мање од десетине микрометра, оне изазивају расипање беле светлости у свим правцима, са већим нагласком на плавој светлости.
Ова преференција плаве светлости може се објаснити коефицијентом дисперзије, који се израчунава по формули 1/λ4, где λ представља таласну дужину. Пошто љубичаста и плава светлост имају најкраће таласне дужине у видљивом спектру, оне производе највећи однос када се замене у формулу, која доводи до веће вероватноће дисперзије. Овај феномен је опште познат као Рејлејево расејање.
Као резултат тога, расејани зраци се секу са честицама гаса које функционишу као рефлектујућа површина, узрокујући да се поново савијају и појачавају своју снагу.
Зашто је небо плаво?
Узимајући у обзир горе поменуте информације, могло би се очекивати да небо изгледа љубичасто уместо плаво због своје краће таласне дужине. Међутим, то није случај јер људско око није много осетљиво на љубичасту боју. Осим тога, Видљива светлост заправо садржи већи удео зрачења плаве таласне дужине него љубичаста.
У случајевима када честице по величини прелазе таласну дужину, не долази до диференцијалног расејања. Уместо тога, све компоненте беле светлости су подједнако распршене. Ова појава објашњава бели изглед облака, будући да капљице воде које их сачињавају прелазе десетину микрометра у пречнику. Међутим, када се ове капљице воде густо збијене, светлост не може да прође кроз њих, што доводи до сивкастог изгледа повезаног са великим облацима.
Међутим, мора се признати да небо не одржава сталну плаву нијансу. Као резултат тога, феномен Раилеигховог расејања не објашњава у потпуности присуство различитих нијанси црвене током изласка и заласка сунца. Међутим, за ову чињеницу постоји објашњење.
Како Сунце залази и улази у фазу сумрака, његов положај на хоризонту доводи до тога да светлост путује већу удаљеност да би стигла до нас, а да више није окомита. Ова промена угла резултира мањом инциденцом, узрокујући да се плаво светло распрши пре него што стигне до наших очију. Уместо тога, Доминирају дуже таласне дужине које се манифестују као црвенкасти тонови. Важно је напоменути да се Раилеигхово расејање и даље дешава, али на другој локацији у атмосфери где је Сунце у зениту.
Историја
Небо је кроз историју плијенило нашу пажњу и дању и ноћу. Служио је као платно за лутање наше маште. наравно, радозналост и научно истраживање нису били изузети од ове фасцинације. Као и код других свакодневних појава, попут промене боје лишћа или порекла кише, истраживачи су покушали да открију мистерије неба. Уместо да умање њену мистичну привлачност, њена открића су само продубила наше разумевање и дивљење.
Током својих инфрацрвених експеримената 1869. Рејли је наишао на неочекивано откриће: светлост распршена ситним честицама имала је суптилну плаву нијансу. То га је навело да спекулише да је слично расипање сунчеве светлости одговорно за плаву боју неба. Међутим, није могао у потпуности да објасни зашто се преферира плаво светло или зашто је боја неба тако интензивна, искључујући атмосферску прашину као једино објашњење.
Иновативни рад на Лорд Рејли о боји и поларизацији светлости са неба објављен је 1871. године. Њихов циљ је био да измере Тиндалов ефекат у капљицама воде квантификовањем присуства малих честица и индекса преламања. Надовезујући се на ранији доказ Џејмса Клерка Максвела о електромагнетној природи светлости, Рејли је 1881. показао да су његове једначине изведене из електромагнетизма. Проширујући своја открића 1899. године, проширио је примену на појединачне молекуле, замењујући термине који се односе на запремине честица и индексе преламања терминима молекуларне поларизабилности.
Дисперзија у порозним материјалима
Порозни материјали имају способност да испоље Раилеигхов тип расејања, које прати λ-4 образац расејања. Овај феномен је посебно очигледан код нанопорозних материјала, где постоји значајан контраст у индексу преламања између пора и чврстих делова синтерованог алуминијума. Као резултат тога, Расипање светлости постаје невероватно интензивно, што доводи до промене смера отприлике сваких пет микрометара.
Ово изванредно понашање дисперзије приписује се јединственој нанопорозној структури постигнутој кроз процес синтеровања, који укључује употребу монодисперзивног праха глинице да би се створила уска дистрибуција величина пора, обично око 70 нм.
Надам се да са овим информацијама можете сазнати више о Рејлијевом ефекту и његовим карактеристикама.