Espalhamento de Rayleigh: por que somente os comprimentos de onda menores?
10 de dezembro, 2019 às 17:03 | Postado em Atmosfera, Óptica, Radiação
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Por que o oxigênio e o nitrogênio espalham os comprimentos de onda menores (azul e violeta), mas não os comprimentos do vermelho na atmosfera terrestre?
Encontras no artigo Cores da lua cheia o que segue
“A atmosfera terrestre, fortemente iluminada pela luz branca do Sol, espalha preferencialmente luz com freqüências próximas à da cor azul, em todas as direções. Este tipo de espalhamento é denominado de espalhamento de Rayleigh, e acontece quando as partículas que interagem com a luz têm um tamanho muito menor do que o comprimento de onda da luz, que é o caso das moléculas de oxigênio (O2) e nitrogênio (N2) da atmosfera terrestre. No espalhamento de Rayleigh, a intensidade da luz espalhada é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda. Usando o exemplo de Lynch e Livingston (1993), isso significa que a luz azul, com comprimento de onda de 450 nm, é espalhada com intensidade cerca de 3 vezes maior do que a luz vermelha, de comprimento de onda de 600 nm. Portanto a luz espalhada pelas moléculas do ar é muito mais azulada do que a luz que sobre elas incidiu. Desta forma, de qualquer ponto do céu iluminado com a luz solar, chegará luz azulada aos nossos olhos e veremos o céu azul.”
Ou seja, o espalhamento de Rayleigh acontece em todo o espectro visível mas com mais intensidade para os comprimentos de menores, próximos do violeta conforme o gráfico da figura 1 representa.
O artigo do Rayleigh (1871) está disponível em zenodo.org.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
Em uma prova que fiz de seleção de mestrado, havia picos variados de comprimentos de onda. A questão dizia que a luz passava por uma lâmpada de mercúrio, com isso se tinha a análise do respectivo gráfico. Minha pergunta é: os maiores picos de comprimento de onda representavam uma frequência menor da luz absorvida pela lâmpada?
Gases iluminados com luz branca apresentam absorção em alguns comprimentos de onda. Estas absorções estão relacionadas com as transições eletrônicas possíveis nas moléculas do gás. Sugiro que pesquise sobre “Espectro de absorção“.
O que ocorre exatamente quando a luz interage com o átomo de oxigênio ou de nitrogênio para produzir esse espalhamento. Inicialmente pensei que seria algo semelhante à refração, mas não encontrei nada que explicasse isso em detalhes quando pesquisei.
O modelo assumido por Rayleigh é que as moléculas são pequenos dipolos que, quando excitadas por uma onda eletromagnética, passam a oscilar na mesma frequência da onda incidente, irradiando a energia absorvida. O restante encontras no artigo original indicado na postagem.
Parabéns pela forma clara e concisa nas explicações de fenômenos complexos da Física.
Professor Lang, boa noite. Primeiramente, quero te agradecer pelo trabalho maravilhoso que faz com o CREF. Não sei dizer quantas dúvidas conceituais já fui capaz de sanar através desse site.
Tenho uma pergunta: podemos encarar o espalhamento Rayleigh (ou qualquer outro tipo de espalhamento) não a partir do modelo adotado por Rayleigh, mas pensando em emissão por transição eletrônica?
A explicação de Rayleigh antecede historicamente a Mecânica Quântica. É possível sim explicar o espalhamento de Rayleigh por intermédio de modelos que incorporem a Mecânica Quântica. Aqui dois exemplo: 1, 2.