משתמש:QWER1234/פיזור אור

פיזור אור

פיזור יכול גם להתייחס התנגשויות החלקיקים החלקיקים בין מולקולות, אטומים, אלקטרונים, פרוטונים וחלקיקים אחרים. הדוגמאות כוללות: פיזור קרני קוסמי באטמוספירה העליונה של כדור הארץ; התנגשויות חלקיקים בתוך מאיצי החלקיקים; אלקטרונים מתפזרים באטומי גז בנורות פלואורסצנטיות; ופיזור נויטרונים בתוך כורים גרעיניים.

סוגים של אי אחידות אשר יכול לגרום לפיזור, המכונה לעתים קרובות מפזרים או מרכזי פיזור, רבים מדי לרשימה, אבל מדגם קטן כולל חלקיקים, בועות, טיפות, תנודות צפיפות נוזלים, גבישים במוצקים polycrystalline, פגמים במוצקים monocrystalline , חספוס פני השטח, תאים באורגניזמים וסיבי טקסטיל בבגדים. את ההשפעות של תכונות כאלה על הנתיב של כמעט כל סוג של גל הפצה או החלקיקים נעים יכול להיות מתואר במסגרת תיאורית הפיזור.

תרשים פיזור בין שני אלקטרונים על ידי פליטה של ​​פרוטון וירטואלי

באזורים מסוימים בהם פיזור ופיזור התיאוריה הם משמעותיים כוללים חישה במכ"ם, אולטרסאונד רפואי, בדיקת רקיקים מוליכים למחצה, ניטור תהליך פילמור, ריצוף אקוסטי, תקשורת שטח פנוי ודימויים שנוצר על ידי המחשב. תיאוריית פיזור החלקיקים החלקיקים חשובה בתחומים כמו פיסיקת חלקיקים, פיזיקה אטומית, מולקולרית ואופטיקה, פיזיקה גרעינית ואסטרופיזיקה.

פיזור יחיד ומרובה

זוהר האור הוא זוהר שמקורו בפיזור אור השמש על ידי אבק הממוקם בין כוכבי הלכת הפזורים דרך המטוס של מערכת השמש.

כאשר הקרינה מפוזרת רק על ידי מרכז פיזור מקומי אחד, זה נקרא פיזור יחיד. זה נפוץ מאוד מפני שמרכזי הפיזור מקובצים יחד; במקרים כאלה, קרינה עשויה להתפזר פעמים רבות, במה שמכונה פיזור מרובה. ההבדל העיקרי בין ההשפעות של פיזור יחיד ומרובה הוא שפיזור יחיד יכול להיות מטופל בדרך כלל כתופעה אקראית, בעוד שפיזור מרובה, במידה מסוימת, מנוגד לתהליך דטרמיניסטי יותר, משום שהתוצאות המשולבות של מספר רב של אירועים מפזרים נוטים לממוצע. פיזור מרובה יכול לעתים קרובות להיות המודל היטב עם תיאורית הדיפוזיה. מכיוון שמיקומו של מרכז פיזור אחד אינו מוכר בדרך כלל יחסית לנתיב הקרינה, התוצאה, הנוטה להסתמך במידה רבה על המסלול הנכנס המדויק, נראית אקראית לצופה. סוג זה של פיזור יבוא לידי ביטוי על ידי אלקטרונים היורים לעבר הגרעין האטומי. במקרה זה, המיקום המדויק של האטום ביחס לנתיב האלקטרון אינו ידוע ויהיה בלתי ניתן למדידה, ולכן לא ניתן לחזות את המסלול המדויק של האלקטרון לאחר ההתנגשות. פיזור יחיד מתואר לעתים קרובות על ידי חלוקות הסתברות

עם פיזור מרובה, האקראיות של האינטראקציה נוטה להיות ממוצעת על ידי מספר גדול של אירועי פיזור, כך שהנתיב הסופי של הקרינה נראה חלוקה דטרמיניסטית של אינטנסיביות. זה מודגם על ידי קרן אור עובר דרך ערפל סמיך. פיזור מרובה הוא מקביל מאוד לדיפוזיה, והמונחים פיזור מרובה ודיפוזיה ניתנים להחלפה בהקשרים רבים. אלמנטים אופטיים שנועדו לייצר פיזורים מרובים ידועים כמו מפזרים. חזרה אחידה קוהרנטית, שיפור של backscattering המתרחשת כאשר קרינה קוהרנטית מפוזרת על ידי מדיום אקראי, מיוחסת בדרך כלל לוקליזציה חלשה. לא כל פיזור יחיד הוא אקראי, עם זאת. קרן לייזר מבוקרת היטב יכולה להיות ממוקמת בדיוק כדי לפזר חלקיק מיקרוסקופי עם תוצאה דטרמיניסטית, למשל. במצבים כאלה נתקלים גם בפיזור מכ"ם, כאשר המטרות נוטות להיות עצמים מיקרוסקופיים כמו אנשים או מטוסים. באופן דומה, לפיזור מרובה יכול לפעמים להיות תוצאות אקראיות למדי, במיוחד עם קרינה קוהרנטית. התנודות האקראיות בעוצמת הפיצול של קרינה קוהרנטית מתרבים נקראות speckles. Speckle מתרחשת גם אם חלקים מרובים של גל קוהרנטי מפוזרים ממרכזים שונים. במקרים נדירים מסוימים, פיזור מרובה עשוי לכלול רק מספר קטן של אינטראקציות, כך שהאקראיות אינה ממוצעת לחלוטין. מערכות אלו נחשבות לחלק מהמודלים הקשים ביותר במודל. תיאור הפיזור וההבחנה בין פיזור יחיד ורב-תכליתי קשורים קשר הדוק לדואליות החלקיקים.

תיאורית הפיזור

תיאוריית הפיזור היא מסגרת ללימוד והבנת פיזור הגלים והחלקיקים. באופן פרוזואלי, פיזור גל מתאים להתנגשות ולפיזור של גל עם חפץ מהותי, למשל לאור השמש המפוזרים על ידי טיפות גשם כדי ליצור קשת. הפיצול כולל גם את האינטראקציה של כדורי ביליארד על שולחן, פיזור רתרפורד (או שינוי זווית) של חלקיקי אלפא על ידי גרעיני זהב, התפוצצות בראג (או עקיפה) של אלקטרונים וצילומי רנטגן על ידי אשכול של אטומים, ופיזור לא מתוחכם של שבר ביקוע כאשר הוא חוצה רדיד דק. ליתר דיוק, הפיצול מורכב ממחקר של איך פתרונות של משוואות דיפרנציאליות חלקיות, המתפשטות בחופשיות "בעבר הרחוק", מתחברות זו לזו או מתקשרות עם גבול, ואז מתפשטות "אל העתיד הרחוק".

פיזור אלקטרומגנטי

גלים אלקטרומגנטיים הם אחת הצורות הידועות והמקובלות ביותר של קרינה שעוברות פיזור. פיזור גלי אור וגלי רדיו (במיוחד במכ"ם) חשוב במיוחד. כמה היבטים שונים של פיזור אלקטרומגנטי הם ברורים מספיק כדי לקבל שמות קונבנציונליים. צורות עיקריות של פיזור אור אלסטי (הכרוך בהעברת אנרגיה זניחה) הן ריילי מתפזרות ומיי מתפזרות. פיזור אינלסטי כולל פיזור ברילואן, פיזור ראמאן, פיזור קרני X אינסטלסטי וקומפטון מתפזרים. פיזור אור הוא אחד משני התהליכים הפיזיים העיקריים התורמים למראה הנראה של רוב האובייקטים, והשני הוא ספיגה. משטחים המתוארים כלבנים חייבים את הופעתם לפיזור רב של אור על ידי אינמוגניות פנימיות או פנימיות באובייקט, למשל על ידי גבולות של גבישים מיקרוסקופיים שקופים המרכיבים אבן או על ידי סיבים מיקרוסקופיים בגליון נייר. באופן כללי יותר, הברק (או ברק או ברק) של פני השטח נקבע על ידי פיזור. משטחים פיזור גבוהה מתוארים להיות משעמם או שיש לסיים מט, בעוד העדר פיזור פני השטח מוביל מראה מבריק, כמו עם מתכת או אבן מלוטשת. ספיגה ספקטרלית, ספיגה סלקטיבית של צבעים מסוימים, קובע את הצבע של רוב האובייקטים עם שינוי כלשהו על ידי פיזור גמיש. הצבע הכחול לכאורה של ורידים בעור הוא דוגמה נפוצה שבה הן ספיגה ספקטרלית ופיזור לשחק תפקידים חשובים ומורכבים בצבע. פיזור האור יכול גם ליצור צבע ללא קליטה, לעתים קרובות גוונים של כחול, כמו עם השמים (פיזור ריילי), איריס כחול כחול, ואת הנוצות של כמה ציפורים (Prum et al 1998). עם זאת, פיזור אור מהדהד בננו-חלקיקים יכול לייצר גוונים שונים מאוד רוויים ותוססים. מודלים של פיזור אור ניתן לחלק לשלושה תחומים המבוססים על פרמטר גודל חסר גודל, α המוגדר כ:

83.9631x83.9631 פיקסלים

כאשר πdp הוא היקף החלקיקים ו- λ הוא אורך הגל של קרינת המקרה. בהתבסס על הערך של α, תחומים אלה הם: α «1: רי קל פיזור (חלקיק קטן קולות צד גל של אור); α ≈ 1: פי birth Mie (חלקיק בכיוון זה לאורך גל של אור, תקף רק לתחומים); α »1: פי birth גיאומטרי (חלקיק הרבה מאורכי גל).

פיזור ריילי הוא תהליך שבו קרינה אלקטרומגנטית (כולל אור) מפוזרת על ידי נפח כדורית קטן של מקדם השבירה varant, כגון חלקיק, בועה, טיפות, או אפילו תנודות צפיפות. אפקט זה היה המודל הראשון בהצלחה על ידי לורד ריילי, שממנו הוא מקבל את שמו. על מנת שהמודל של ריילי יחול, הכדור חייב להיות קטן בהרבה בקוטר מאורך הגל (λ) של הגל המפוזר; בדרך כלל הגבול העליון נלקח להיות בערך 1/10 את אורך הגל. במשטר זה גודל, הצורה המדויקת של מרכז פיזור הוא בדרך כלל לא משמעותי מאוד, והוא יכול לעתים קרובות להיות מטופל ככדור של נפח שווה. ההתפוצצות הטבועה שהקרנה עוברת דרך גז טהור נובעת מתנודות צפיפות מיקרוסקופיות, כאשר מולקולות הגז נעות סביבן, שהן בדרך כלל קטנות מספיק בקנה מידה למודל של ריילי. מנגנון פיזור זה הוא הגורם העיקרי לצבע הכחול של כדור הארץ ביום בהיר, מכיוון שאורכי הגל הכחול הקצרים יותר של אור השמש העוברים מעליהם מפוזרים יותר מאורכי הגל האדומים יותר על פי היחס המפורסם של ריילי 1 / λ4. יחד עם הקליטה, פיזור כזה הוא הגורם העיקרי של הנחתה של קרינה על ידי האווירה. מידת הפיזור משתנה כפונקציה של היחס בין קוטר החלקיקים לאורך הגל של הקרינה, יחד עם גורמים רבים אחרים, כולל קיטוב, זווית וקוהרנטיות.

עבור קטרים ​​גדולים יותר, הבעיה של התפוצצות אלקטרומגנטית על ידי כדורים נפתרה לראשונה על ידי גוסטב מי, ולפיזור לפי תחומים גדולים יותר מהטווח של ריילי הוא בדרך כלל ידוע בשם פיזור Mie. במשטר ה- Mie, הצורה של מרכז הפיזור הופכת משמעותית הרבה יותר והתיאוריה חלה רק על תחומים, עם כמה שינויים, spheroids ו אליפסואידים. פתרונות בצורת סגירה לפיזור של צורות פשוטות אחרות קיימות, אך אין פתרון כללי סגור סגור ידוע בצורות שרירותיות. שתי התפזורות של מי וריילי נחשבות לתהליכי פיזור גמישים, שבהם האנרגיה (ולכן אורך הגל והתדר) של האור לא השתנתה באופן משמעותי. עם זאת, קרינה אלקטרומגנטית מפוזרת על ידי מרכזי פיזור נעים עוברים שינוי דופלר, אשר ניתן לזהות ולמדוד את המהירות של מרכז / ים פיזור בצורות של טכניקות כגון המכ"ם. שינוי זה כרוך בשינוי קל באנרגיה. בערכים של היחס בין קוטר החלקיקים לאורך גל יותר מ -10, החוקים של אופטיקה גיאומטרית הם בעיקר כדי לתאר את האינטראקציה של האור עם החלקיק, ובנקודה זו האינטראקציה אינה מתוארת בדרך כלל כמו פיזור. עבור מודלים של פיזור במקרים שבהם מודלים ריילי ומיי אינם חלים כגון חלקיקי בצורת לא סדירה, ישנן שיטות רבות מספריים שניתן להשתמש בהם. הנפוצים ביותר הם שיטות אלמנטים סופיים אשר לפתור משוואות מקסוול כדי למצוא את ההפצה של השדה האלקטרומגנטי מפוזרים. קיימות חבילות תוכנה מתוחכמות המאפשרות למשתמש לציין את מקדם השבירה או המדדים של תכונת הפיזור בחלל, ויוצרים מודל דו-ממדי או של 3 ממדי של המבנה. עבור מבנים גדולים יחסית ומורכבים, מודלים אלה דורשים בדרך כלל זמני ביצוע משמעותיים במחשב.

ראו גם:

• Bragg diffraction
• Brillouin scattering
• Characteristic mode analysis
• Compton scattering
• Deep scattering layer
• Dynamic Light Scattering
• Espresso crema effect
• Kikuchi line
• Light scattering by particles
• Mie theory
• Mott scattering
• Neutron scattering
• Photon diffusion
• Powder diffraction
• Raman scattering
• Rayleigh scattering
• Rutherford scattering
• Small-angle scattering
• Scattering amplitude
• Tyndall effect
• Thomson scattering
• Wolf effect
• X-ray crystallography

מקור:

https://en.wikipedia.org/wiki/Scattering

קישורים חיצוניים:

• Research group on light scattering and diffusion in complex systems
• Multiple light scattering from a photonic science point of view
• Neutron Scattering Web
• World directory of neutron scattering instruments