빛이 입자에 부딪칠 때 입자가 클수록 산란효과가 큰가요?
안녕하세요
동일 양의 빛이 큰 입자와 작은 입자에 부딪치면
산란을 일으키는데요
이때 입자가 클 때 더 산란효과가 큰가요? 아니면 작을 때 산란효과가 큰가요?
안녕하세요.
빛의 산란 현상은 입자의 크기, 빛의 파장 그리고 매질의 굴절률(refractive index) 등 여러 변수에 의해 영향을 받습니다. 이에 대해 깊이 이해하기 위해서는 레일리 산란(Rayleigh scattering)과 미 산란(Mie scattering)의 이론적 틀을 고려할 필요가 있습니다.
레일리 산란은 빛의 파장에 비해 상대적으로 작은 입자들에 의한 산란을 설명합니다. 이 경우, 산란 강도는 입자의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 작을 때 파장의 네제곱에 반비례하여 감소합니다. 즉, 작은 입자들은 짧은 파장의 빛(ex : 파란색 또는 자외선)을 더 효과적으로 산란시키므로 하늘이 파란색으로 보이는 주된 원인이 됩니다.
반면에, 미 산란은 입자의 크기가 빛의 파장과 비슷하거나 그보다 클 때 적용되는 모델입니다. 미 산란 이론에 따르면, 입자의 크기가 증가함에 따라 산란 패턴은 보다 복잡해지며, 전방과 후방 산란(forward and backward scattering)이 강화됩니다. 큰 입자는 빛의 파장에 상관없이 광범위한 파장을 산란시킬 수 있으며, 이는 종종 흰색 빛 산란의 원인이 됩니다.
결론적으로, 입자의 크기가 증가함에 따라 레일리 산란에서 미 산란으로의 전환점에 이르게 되며, 이때 산란의 효과와 특성은 상당히 변화합니다. 입자가 크면 클수록, 특히 그 크기가 빛의 파장에 가까워지거나 그보다 클 때, 산란 효과는 일반적으로 증가하지만, 산란되는 빛의 분포와 강도는 입자의 정확한 크기, 형태, 매질의 굴절률에 따라 달라집니다. 이러한 복잡한 상호작용 때문에, 산란을 정확히 예측하기 위해서는 상세한 계산과 실험적 검증이 필요합니다.안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
빛의 산란효과는 빛의 파장과 입자의 크기가 비슷할때 크게 나타납니다.
빛의 파장보다 입자의 크기가 매우 작다면 대부분의 빛이 산란하지 않고 투과해버립니다.
반대로 빛의 파장보다 입자의 크기가 매우 크다면 빛이 반사 또는 물체에 흡수되게 됩니다. 큰 벽에 의해 빛이 가려지는 이미지를 생각하시면 됩니다.
추가로 빛의 파장과 빛의 입자의 크기가 유사한 조건이 동일하다면 파장이 짧을수록 더 산란이 많이 일어납니다.
감사합니다.