Wat is elektromagnetische verspreiding?

Elektromagnetische verstrooiing is het fysieke effect van een elektromagnetische golf, zoals licht of radiogolven, die een object raakt. In plaats van in een rechte lijn te gaan, zoals lichtgolven ongehinderd doen, breekt het licht af of stuitert het af van microscopische structuren in het object. Elektromagnetische verstrooiing is vaak verantwoordelijk voor het uiterlijk van kleur en heeft verschillende vormen.

Gegeven voldoende kennis over de verstrooiende deeltjes en golven, is voorspelling van hoe licht zal verstrooien mogelijk. Het proces kan ook omgekeerd werken, omdat wetenschappelijke observatie van verstrooiing informatie kan verschaffen over de binnenkomende golf en de deeltjes die deze verstrooien. De studie van verstrooiing heeft geleid tot belangrijke vooruitgang op verschillende gebieden, waaronder computer-gegenereerde beelden, radar en medische technologie.

Waarom de lucht blauw is, is een populaire vraag die kan worden verklaard door elektromagnetische verstrooiing. Rayleigh-verspreiding is gebaseerd op de experimenten van een Engelse wetenschapper uit het begin van de 20e eeuw, John Strutt, de derde baron van Rayleigh. Zijn werk werd uitgevoerd op de verstrooiende effecten van lichtgolven op deeltjes kleiner dan de binnenkomende golven. Omdat blauw een korte golflengte heeft, is het bijzonder gevoelig voor verstrooiing omdat het gasdeeltjes van de lucht rondom de aarde stuitert. Rode, gele en oranje tinten zijn veel langere golflengten, daarom zijn ze alleen zichtbaar in de lucht wanneer ze in de buurt of in de zon kijken.

Vanwege de kleine grootte van verstrooiende deeltjes in Rayleigh-verstrooiing, wordt de vorm van de deeltjes niet als significant beschouwd. Grotere verstrooiingscentra vallen onder de Mie-theorie van elektromagnetische verstrooiing, genoemd naar de Duitse natuurkundige Gustav Mie. Mie bepaalde dat veranderingen in kleur en opaciteit bepalend zijn voor de grootte en vorm van het verstrooiingscentrum. Zijn werk wordt bijzonder nuttig geacht voor het begrijpen van elektromagnetische verstrooiing door nevel of wolken.

Zowel de oplossingen van Rayleigh als Mie worden als elastisch beschouwd, wat betekent dat de verspreiding van golven hun energie niet significant verzwakt. Er bestaan ​​ook verschillende andere vormen die omgaan met energieverschuivingen als gevolg van elektromagnetische verstrooiing, waaronder verstrooiing van Brillouin, Raman en Compton. Comptonverstrooiing wordt als bijzonder belangrijk beschouwd, omdat het bewijs levert dat licht eigenschappen kan hebben van zowel een golf als een stroom van deeltjes. Inelastische elektromagnetische verstrooiing wordt op verschillende gebieden gebruikt, waaronder astrofysica, röntgentechnologie en bij het meten van de elastische respons van levend weefsel.

Elektromagnetische verstrooiing is aan de basis een eenvoudig concept, zichtbaar in dagelijkse situaties. De wetenschappelijke studie van verstrooiing is uiterst complex, en zelfs de verschillende hierboven vermelde oplossingen verklaren niet volledig de effecten en resultaten van alle verstrooiingssituaties. Wat is ontdekt, heeft geleid tot een enorme wetenschappelijke innovatie in beeldtechnieken en laat ons eindelijk precies begrijpen waarom de lucht blauw is.