Dispersão de Rayleigh
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c0/The_Coorong_South_Australia.jpg/250px-The_Coorong_South_Australia.jpg)
A dispersão de Rayleigh (em homenagem a Lord Rayleigh) é a dispersão da luz ou qualquer outra radiação eletromagnética por partículas muito menores que o comprimento de onda dos fótons dispersados. Ocorre quando a luz viaja por sólidos e líquidos transparentes, mas se observa com maior frequência nos gases. A dispersão de Rayleigh da luz solar na atmosfera é a principal razão pela qual o céu é azul.
Se o tamanho das partículas é maior que o comprimento de onda, a luz não se decompõe em suas componentes cromáticas e todos os comprimentos de onda são igualmente dispersados, motivo pelo qual, ao atravessar uma nuvem, esta se vê como branca; o mesmo ocorrendo quando atravessa os grãos de sal e de açúcar. Para que a luz seja dispersada, o tamanho das partículas deve ser similar ou menor que o comprimento de onda.
O grau de dispersão de Rayleigh que sofre um raio de luz depende do tamanho das partículas e do comprimento de onda da luz, dependências expressas de fato no coeficiente de dispersão; a intensidade da luz dispersada depende inversamente da quarta potência do comprimento de onda, relação conhecida como Lei de Rayleigh-Jeans. A dispersão de luz por partículas maiores a um décimo do comprimento de onda se explica com a teoria de Mie, que é uma explicação mais geral da difusão de radiação electromagnética.
História
[editar | editar código-fonte]Em 1869, tentando determinar se havia contaminantes restantes no ar purificado utilizado em experimentos com infravermelho, John Tyndall descobriu que a luz dispersa de partículas nanoscópicas era levemente azul.[1][2] Ele presumiu que uma dispersão de luz solar similar resultava na tonalidade azul do céu, porém não conseguia explicar a preferência pela cor azul.
Dois anos depois, em 1871, Lord Rayleigh publicou dois artigos sobre a colorização e polarização da luz solar, para quantificar o efeito de Tyndall em gotículas de água em termos de pequenos volumes de partículas e índices refrativos.[3][4][5] Em 1881, com a ajuda de James Clerk Maxwell e sua prova da natureza eletromagnética da luz de 1865, ele mostrou que suas equações seguiam o eletromagnetismo.[6] Em 1899, ele mostrou que elas se aplicavam a moléculas individuais, com termos de volumes de partículas e índices refrativos trocados por termos de polarizabilidade molecular.[7]
Equacionamento
[editar | editar código-fonte]A intensidade I da luz dispersada por uma pequena partícula num feixe de luz de comprimento de onda
Onde R é a distância à partícula,
No caso de luz polarizada (e não se pode generalizar) também podemos expressar:
Onde agora a parte dos símbolos anteriores temos o coeficiente de dispersão
A distribuição angular da dispersão de Rayleigh, que vem a ser dada pela fórmula (1+cos²
O coeficiente de dispersão para um grupo de partículas é o número de partículas por unidade de volume N vezes a seção transversal. Como em todos os efeitos de onda, na dispersão incoerente as potências são somadas aritmeticamente, ainda que na dispersão coerente (como acontece quando as partículas estão muito próximas umas das outras) os campos são somados aritmeticamente e a soma deve ser elevada ao quadrado, para obter a potência final.
Por que o céu é azul?
[editar | editar código-fonte]![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Electromagnetic_spectrum_-pt.svg/220px-Electromagnetic_spectrum_-pt.svg.png)
![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Sensibilidade_da_visao.png/220px-Sensibilidade_da_visao.png)
Primeiramente, deve-se salientar que a explicação para esse fenômeno envolve muitos conhecimentos especializados, tais como, a fisiologia do olho humano, a nossa percepção às cores, bem como o processo físico que tem o nome de “espalhamento”. Como as cores que enxergamos fazem parte de uma pequena parcela do espectro eletromagnético, a qual compreende os tamanhos de, aproximadamente, 380 a 720 nm de comprimento de onda (violeta a vermelho, respectivamente), existem algumas que são mais espalhadas do que outras, o que podemos concluir apenas observando a equação mostrada anteriormente: a intensidade da luz varia com
E de fora do planeta, enxergamos a Terra de que cor?
[editar | editar código-fonte]O primeiro ser humano a ir ao espaço foi o russo Yuri Gagarin e isso aconteceu no dia 12 de abril de 1961. Gagarin permaneceu 1 hora e 48 minutos circulando em torno da Terra a bordo de uma pequena cápsula chamada Vostok 1, a uma altitude de máxima de 327,7 quilômetros. Olhando a Terra a partir do espaço Gagarin disse uma frase que ficou célebre: “A Terra é azul”. Essa resposta, entretanto, não é óbvia, visto que a origem dessa cor é bem diferente da cor azul que vemos quando estamos no solo terrestre. O efeito dominante que faz com que, do espaço, vejamos nosso planeta azul é a maior absorção de longos comprimentos de onda pelos oceanos terrestres, fazendo com que as ondas de menor comprimento, principalmente aquelas que correspondem ao azul, sejam refletidas até os olhos de quem observa o planeta do espaço. São os oceanos terrestres (71% da superfície da Terra é coberta por superfícies líquidas) que dão a ela a cor azul, quando é vista por alguém que está no espaço.[8]
Observações
[editar | editar código-fonte]Cabe destacar que, apesar do uso do termo fóton, a lei de dispersão de Rayleigh foi desenvolvida antes do desenvolvimento da mecânica quântica e portanto, não se baseia fundamentalmente na teoria moderna sobre a interação da luz com a matéria. Não obstante, a dispersão de Rayleigh é uma boa aproximação da forma pela qual a luz é dispersada por partículas muito menores que seu comprimento de onda.
Ver também
[editar | editar código-fonte]- Efeito Raman
- Efeito Tyndall
- Espalhamento dinâmico de luz
- Fenômeno óptico
- Marian Smoluchowski
- Opalescência crítica
- Teoria de Mie
Referências
- ↑ Tyndall, John (1 de janeiro de 1869). «IV. On the blue colour of the sky, the polarization of skylight, and on the polarization of light by cloudy matter generally». Proceedings of the Royal Society of London: 223–233. doi:10.1098/rspl.1868.0033. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Conocimiento, Ventana al (1 de agosto de 2018). «John Tyndall, the Man who Explained Why the Sky is Blue». OpenMind (em inglês). Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Strutt, J.W. (1 de fevereiro de 1871). «XV. On the light from the sky, its polarization and colour». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (271): 107–120. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786447108640452. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Strutt, J.W. (1 de abril de 1871). «XXXVI. On the light from the sky, its polarization and colour». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (273): 274–279. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786447108640479. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Strutt, J.W. (1 de junho de 1871). «LVIII. On the scattering of light by small particles». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (275): 447–454. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786447108640507. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Rayleigh, Lord (1 de agosto de 1881). «X. On the electromagnetic theory of light». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (73): 81–101. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786448108627074. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ Rayleigh, Lord (1 de abril de 1899). «XXXIV. On the transmission of light through an atmosphere containing small particles in suspension, and on the origin of the blue of the sky». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science (287): 375–384. ISSN 1941-5982. doi:10.1080/14786449908621276. Consultado em 25 de abril de 2022
- ↑ a b Divisão de Atividades Educacionais - DAED (2011). «As cores do céu» (PDF). Observatório Nacional - MCTI. Consultado em 25 de novembro de 2015
Bibliografia
[editar | editar código-fonte]- C.F. Bohren, D. Huffman, Absorption and scattering of light by small particles, John Wiley, New York 1983. Contém uma boa descrição do comportamento da teoria de Mie para o parâmetro pequeno do tamanho (aproximação de Rayleigh). (em inglês)
- R.W. Ditchburn (1963). Light 2ª ed. Londres: Blackie & Sons. pp. 582–585 (em inglês)
- Sayan Chakraborti (2007). «Verification of the Rayleigh scattering cross section». American Journal of Physics. 75: 824–826. doi:10.1119/1.2752825 (em inglês)