从书籍上摘抄的有关光的散射

Question

如题所述

Answer 1

蓝天、红日与光散射
在大自然中,为什么无色透明的空气能呈现蔚蓝的天空;白色的阳光会变成殷红的落日? 这都是地球周围的大气层对阳光进行散射而形成的。
原来,光在传播过程中,遇到两种均匀媒质的分界面时, 会产生反射和折射现象。但当光在不均匀媒质中传播时, 情况就不同了。由于一部分光线不能直线前进,就会向四面八方散射开来,形成光的散射现象。地球周围由空气形成的大气层, 就是这样一种不均匀媒质。因此, 我们看到的天空的颜色，实际上是经大气层散射的光线的颜色。科学家的研究表明, 大气对不同色光的散射作用不是“机会均等”的, 波长短的光受到的散射最厉害。当太阳光受到大气分子散射时, 波长较短的蓝光被散射得多一些。由于天空中布满了被散射的蓝光, 地面上的人就看到天空呈现出蔚蓝色。空气越是纯净、干燥,这种蔚蓝色就越深、越艳。如果天空十分纯净,没有大气和其他微粒的散射作用，我们将看不到这种璀璨的蓝色。比如在2 万米以上的高空，空气气体分子特别稀薄，散射作用已完全消失，天空也会变得暗淡。
同样道理,旭日初升或日落西山时,直接从太阳射来的光所穿过的大气层厚度, 比正午时直接由太阳射来的光所穿过的大气层厚度要厚得多。太阳光在大气层中传播的距离越长,被散射掉的短波长的蓝光就越多,长波长的红光的比例也显著增多。最后到达地面的太阳光, 它的红色成分也相对增加。因此,才会出现满天红霞和血红夕阳。实际上,发光的太阳表面的颜色始终没有变化。

光的散射
(1)定义或解释

光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。

(2)说明

①引起光散射的原因是由于媒质中存在着其他物质的微粒，或者由于媒质本身密度的不均匀性(即密度涨落)。

②一般由光的散射的原因不同而将光的散射分为两类：

a．廷德尔散射。

颗粒浑浊媒质(颗粒线度和光的波长差不多)的散射，散射光的强度和入射光的波长的关系不明显，散射光的波长和入射光的波长相同。

b.分子散射。

光通过纯净媒质时，由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。分子散射的光强度和入射光的波长有关，但散射光的波长仍和入射光相同。

光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。偏离原方向的光称散射光，散射光一般为偏振光（线偏振光或部分偏振光，见光的偏振）。散射光的波长不发生变化的有廷德耳散射、分子散射等，散射光波长发生改变的有拉曼散射、布里渊散射和康普顿散射等。廷德耳散射由英国物理学家J.廷德耳首先研究，是由均匀介质中的悬浮粒子引起的散射，如空气中的烟、雾、尘埃，以及浮浊液、胶体等引起的散射均属此类。真溶液不会产生廷德耳散射，故化学中常根据有无廷德耳散射来区别胶体和真溶液。分子散射是由于物质分子的热运动造成的密度涨落而引起的散射，例如纯净气体或液体中发生的微弱散射。

介质中存在大量不均匀小区域是产生光散射的原因，有光入射时，每个小区域成为散射中心，向四面八方发出同频率的次波，这些次波间无固定相位关系，它们在某方向上的非相干叠加形成了该方向上的散射光。J.W.S.瑞利研究了线度比波长要小的微粒所引起的散射，并于1871年提出了瑞利散射定律：特定方向上的散射光强度与波长λ的四次方成反比；一定波长的散射光强与(1＋cosθ)成正比，θ为散射光与入射光间的夹角，称散射角。凡遵守上述规律的散射称为瑞利散射。根据瑞利散射定律可解释天空和大海的蔚蓝色和夕阳的橙红色。

对线度比波长大的微粒，散射规律不再遵守瑞利定律，散射光强与微粒大小和形状有复杂的关系。G.米和P.J.W.德拜分别于1908年和1909年以球形粒子为模型详细计算了对电磁波的散射，米氏散射理论表明，只有当球形粒子的半径a＜0.3λ／2π时，瑞利的散射规律才是正确的，a较大时，散射光强与波长的关系就不十分明显了。因此，用白光照射由大颗粒组成的散射物质时(如天空的云等)，散射光仍为白光。气体液化时，在临界状态附近，密度涨落的微小区域变得比光波波长要大，类似于大粒子，由大粒子产生的强烈散射使原来透明的物质变混浊，称为临界乳光。

波长发生改变的散射与构成物质的原子或分子本身的微观结构有关，通过对散射光谱的研究可了解原子或分子的结构特性。

散射光
摄影照明光线有直射光和散射光之分。直射光为硬光、散射光为软光。 散射光为发光面积较大的光源发出的光线。其典型的散射光是天空光。以及带柔光玻璃的灯具，环境反射光也大多是散射光。如水面、墙面、地面等。散射光的特征是光线软，受光面和背光面过渡柔合，没有明显的投影。因此对被摄对象的形体、轮廊、起伏表现不够鲜明。这种光线柔和，宜减弱对象粗糙不平的质感，使其柔化。用于拍人物老的显得年青些，年轻的显得漂亮些。

光线的选择，对勾画被摄对象的形状、体积、质地、轮廊等外部特征具有重要意义。在自然光照明条件下，有时只有散射光照明，只有单一的直射光照明是极少见的，大都是直射光和散射光混合光照明。