Ich bin ein Student im Grundstudium, der kürzlich auf die Streuung von Rayleigh und Mie gestoßen ist, und ich versuche, sie ein wenig besser zu verstehen.
So wie ich es verstehe, wird Rayligh-Streuung nur verwendet, wenn die Partikel, die Licht streuen, Durchmesser haben, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Dies scheint Atome und Moleküle einzuschließen. Ich weiß auch, dass die Rayleigh-Streuung vorhersagt, dass die Intensität des gestreuten Lichts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge ist.
Ich weiß auch, dass die Mie-Streuung eine Verallgemeinerung für alle anderen Partikelgrößen ist und dass, wenn die Größe des Partikels viel größer als die Wellenlänge des Lichts ist, die Intensität ziemlich unabhängig von der Wellenlänge ist.
Jedes Teilchen besteht letztendlich aus Atomen und Molekülen ... warum können wir also nicht immer die Rayleigh-Näherung verwenden?
Ich weiß, dass kleine Wasserpartikel Licht nach der Mie-Lösung streuen und daher in Wolken weiß aussehen ... aber Wassermoleküle, zum Beispiel auf See, streuen Licht auf eine Weise, die durch Rayleigh-Streuung beschrieben werden kann, dies trägt dazu bei meine Verwirrung!
Kreatives Denken bei dieser Frage.
Rayleigh-Streuung ist die Streuung einer ebenen Welle an einem einzelnen kleinen Teilchen, das von anderen Teilchen gut getrennt ist. Wenn ein zweites kleines Teilchen etwas in der Nähe ist, wird es kohärent mit dem ersten streuen und eine Interferenz erzeugen. Das Fernfeld wird nicht mehr Rayleigh sein; Sie können nicht nur die Intensität addieren, auch die Phasen spielen eine Rolle.
Angenommen, genügend kleine Partikel aggregieren sehr nahe beieinander, um eine große Kugel zu bilden, wobei der Abstand zwischen den Partikeln viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts. Dann erzeugen die kombinierten Interferenzeffekte von jedem Streupunkt die Mie-Lösung. Die Idee wird in dieser Methode schön veranschaulicht, zum Beispiel http://en.wikipedia.org/wiki/Discrete_dipole_approximation . Die Interferenz von jedem diskreten Dipol baut sich langsam auf, um die Streuung von willkürlichen Streupartikelformen zu ergeben. (Mie steht für Kugeln.)
Die Moleküle in einem Glas Wasser sind durch einen Abstand getrennt, der viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts, daher ist Rayleigh nicht anwendbar. Das Wasser ist praktisch ein homogenes Medium mit einem einheitlichen Brechungsindex.