Rayleigh-verstrooiing is een fysisch fenomeen waarbij licht (of ander elektromagnetisch straling) wordt verstrooid door deeltjes die veel kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Dit effect werd voor het eerst gedetailleerd beschreven door de Engelse wetenschapper Lord Rayleigh in 1871.
In dit proces worden lichtgolven verstrooid door de moleculen in de atmosfeer of door andere zeer kleine deeltjes, zonder dat er een verandering in energie plaatsvindt. Het resulteert in een verandering van de richting van de lichtstralen.
1. Oorzaken van Rayleigh-verstrooiing
De verstrooiing wordt veroorzaakt doordat de deeltjes in de lucht of in een ander medium veel kleiner zijn dan de golflengte van het licht. Het gebeurt vooral als licht interacteert met moleculen in de lucht (zoals zuurstof- of stikstofmoleculen) of met andere kleine deeltjes.
π Deeltjes kleiner dan 1/10 van de golflengte van het licht veroorzaken Rayleigh-verstrooiing, terwijl grotere deeltjes, zoals stof of roet, resulteren in een ander type verstrooiing (zoals Mie-verstrooiing).
2. Hoe werkt Rayleigh-verstrooiing?
Rayleigh-verstrooiing vindt plaats wanneer lichtgolven in contact komen met kleine deeltjes, die de golven verstrooien in verschillende richtingen. Dit resulteert in een verandering van de richting van het licht, maar zonder dat de energie van het licht verandert.
π Belangrijke eigenschap: De hoeveelheid verstrooiing is omgekeerd evenredig met de vierde macht van de golflengte van het licht. Dit betekent dat korter licht (zoals blauw licht) veel sterker wordt verstrooid dan langere golflengtes zoals rood licht.
3. Voorbeeld van Rayleigh-verstrooiing
Een van de meest opvallende voorbeelden van Rayleigh-verstrooiing is het blauwe kleur van de lucht. Het blauwe licht heeft een kortere golflengte en wordt daardoor veel sterker verstrooid door de moleculen in de atmosfeer dan rood of geel licht, wat resulteert in de blauwe lucht die we waarnemen.
| Kleur licht | Golflengte | Mate van verstrooiing |
|---|---|---|
| Blauw | 450-495 nm | Sterk (hoge verstrooiing) |
| Groen | 495-570 nm | Gemiddeld |
| Rood | 620-750 nm | Zwak (lage verstrooiing) |
π De lucht lijkt blauw omdat de blauwe golflengten sterker worden verstrooid door de atmosfeer.
4. Toepassingen van Rayleigh-verstrooiing
Rayleigh-verstrooiing heeft invloed op veel natuurlijke en technische fenomenen:
| Toepassing | Beschrijving |
|---|---|
| π Blauwe lucht | Blauw licht wordt sterker verstrooid, wat de lucht zijn blauwe kleur geeft. |
| π Zonsopkomst en zonsondergang | Langer licht (rood/oranje) wordt minder verstrooid, waardoor de lucht rood/oranje kleurt bij zonsopgang en -ondergang. |
| π Verlichting en atmosferen | Rayleigh-verstrooiing beΓ―nvloedt hoe licht zich door de atmosfeer verspreidt, wat belangrijk is voor verlichting en waarneming van kleuren in de lucht. |
| π¬ Wetenschappelijke toepassingen | Rayleigh-verstrooiing wordt gebruikt om deeltjesgrootte in de atmosfeer of vloeistoffen te meten. |
π Rayleigh-verstrooiing is cruciaal voor het begrijpen van de kleur van de lucht en de verspreiding van licht in de atmosfeer.
5. Formule voor Rayleigh-verstrooiing
De intensiteit van de verstrooiing kan worden berekend met de formule:
waarbij:
- = Intensiteit van de verstrooiing.
- = Golflengte van het licht.
π De kortere de golflengte (blauw licht), hoe sterker de verstrooiing.
π‘ Kort samengevat:
Rayleigh-verstrooiing is het fenomeen waarbij licht wordt verstrooid door deeltjes die veel kleiner zijn dan de golflengte van het licht, wat resulteert in het blauw lijken van de lucht en de sterkere verstrooiing van korter licht zoals blauw in vergelijking met langer licht zoals rood. Het wordt gebruikt in atmosferische wetenschappen, verlichting en optica.Β