レイリー散乱とミー散乱の違いについて教えて下さい。
参考になる本などがありましたら、そちらについても教えてください。

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A 回答 (4件)

レイリー散乱とミー散乱の違いは、基本となる散乱粒子のサイズです。


レイリー散乱は、粒子の径が波長よりも短い場合、一方、ミー散乱の方は、波長よりも長い場合に適応されます。
つまり、レイリー散乱は分子や原子による弾性散乱で、ミー散乱は塵や細胞とかくらいの大きさのものによる散乱です。

よく言われているのは、レイリー散乱の効率は、波長の4乗の逆数に比例します。また、レイリー散乱は基本的に等方散乱です。
ミー散乱の場合散乱効率は、波長の逆数に比例します。が、これは完全な球体の場合で、これくらいの大きさのものだといろいろ形状が複雑なので、ものによって違います。また、ミー散乱は粒子の径が大きいので、散乱光強度の角度分布が条件によって大きく異なります。普通は前方散乱です。

レイリー散乱の方は、ちょっとした光学とか光物性の本とかに載ってます。
ミー散乱の方は、これまで日本語の良い本を見たことがありません。私は、M.Kerkerの"The scattering of light"っていう本で勉強しました。

以上、簡単ですがこんなかんじだと思います。
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この回答へのお礼

大変参考になりました。
今まで疑問に思っていたことが解消されました。
ありがとうございました。

お礼日時:2001/02/06 08:27

以下の参考URLサイトは参考になりますでしょうか?


「ライダーによる大気計測」
このページのリンク先から、
http://info.nies.go.jp:8094/~cml/Japanese/LidarT …
(ミー散乱ライダー)
http://info.nies.go.jp:8094/~cml/Japanese/LidarT …
(レイリー散乱ライダー)
これ以外のリンク先も参考になるかもしれませんが・・・?

ご参考まで。

参考URL:http://info.nies.go.jp:8094/~cml/Japanese/LidarT …
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この回答へのお礼

ありがとうございます
早速検索してみます。

お礼日時:2001/02/06 08:33

あ、すいません。


下の私の回答ですが、電磁波を光の領域に限定して書きました。波長はなんとなく300nm-数μmくらいをイメージして書きました。

理屈は一般的な電磁波でも同じですが、念のため。
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deeppurple14 さんが詳しく書かれていますので,


ちょっとだけ補足.

波長と粒子の径の大小関係は deeppurle14 さんの言われるとおりですが,
レイリー散乱とミー散乱を区別するパラメーターは 2πa/λ がよいと言われています.
a は粒子の半径.
すなわち,波長と粒子の周長を比べよ,ということですね.

空が青く見えるのはレイリー散乱の効果であると言われています.
可視光線も短いのと長いのとでは波長が2倍くらい違いますから,
散乱強度は16倍くらいもちがいますね.

ミー散乱,検索でかなりヒットしますよ.
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この回答へのお礼

ミー散乱検索してみます
ありがとうございました。

お礼日時:2001/02/06 08:31

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Q光の散乱について、ミー散乱とレイリー散乱の違い

光の散乱には色々あることは知っていますが、それらの違いについて素人の感覚にて理解できる説明をお願いします。
その散乱による視覚との関連性は?

Aベストアンサー

「ミー拡散」は光の波長と同じかそれよりも大きい粒子による光の拡散。
また、ミー拡散は雲が白く見える一因で、チンダル現象も基本的にはミー拡散により発生します。

「レイリー拡散」は、光の波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱。
レイリー拡散により、太陽光が大気で散乱されることによって、空が青く見えるというものがあります。

まぁ、大気中に有る粒子が光の波長より小さければレイリー拡散が発生し、
同じか大きければミー拡散が発生する…って感じでしょうか。

光の拡散(反射)や、大気中の成分の割合などにより太陽光の通ってくる色も変わってくるので、
分かりやすい視覚の変化はやっぱり空の色でしょうか(・ω・)

Qミー散乱、レイリー散乱について

 「ミー散乱により雲は白く見える」などと「ミー散乱、レイリー散乱」という言葉が出てきました。そこでは、ミー散乱、レイリー散乱はぶつかる物質の大きさによるとありました。そこで、
 【疑問1】なぜ、物質の大きさによって、ミー散乱のように全波長が反射されて白く見えたり、レイリー散乱のように短い波長から散乱されていろいろな色に見えるのか?
 【疑問2】雲は非常に小さな水滴からできていますよね。つまり、雲が白く見えるということは光がその非常に小さな水滴にミー散乱しているということですよね。水溜りや海などが白く見えないということはミー散乱していないということですよね。では、なぜ、同じ水滴からできている水溜りや海などではミー散乱していないのでしょうか?
 【疑問3】光が非常に小さな水滴に当たる時に、なぜ光の一部が吸収されないで、全反射するのでしょうか?光が水に当たる時、一部は吸収されたりしますよね。
 以上、大変申し訳ございませんが、高校レベルで教えていただければと思います。どうぞ宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

まず、ミー散乱は光の波長より大きな球による散乱です。球以外はダメです。

レイリー散乱は光の波長より小さい物体による散乱です。こっちは形は問いません。

簡単な順に答えてみます。
【疑問3】
もちろん「光が非常に小さな水滴に当たる時」でも吸収されます。ほとんど透明なので無視しているだけでしょう。色水で作った雲のように吸収のある水滴でもミー散乱の計算は可能です。
ややこしくならないように話を限定しているのだと思います。

【疑問2】
水溜りや海は「水滴」からできてはいません。光の散乱は周りと屈折率の違うものがあるときに起きます。海がレイリー散乱をするのは、おそらくプランクトンなどの小さなものがたくさん浮いていて、それが光を散乱していると思います。水溜りが透明なのは水以外何もないからです。もし泡がたくさん浮いていたら白くなるでしょう。

【疑問1】
レイリー散乱は角度依存性が小さいです。つまり、少し目の位置を変えてもあまり明るさは変わりません。それに対して、ミー散乱は角度依存性、波長依存性が非常に大きいです。そのため少し目の位置を変えるだけで色や強度は激しく変わります。テレビの白が赤青緑の3色の混じったものであるのと同じように、目にいろいろな色の光が同時に入ると白く見えます。もし、ものすごく目の分解能がよければ、テレビを虫眼鏡で見たのと同じように、ミー散乱は白ではなくいろいろな色がきらきらと光って見えるとおもいます。

ミー散乱の角度依存性、波長依存性が大きいのは「計算結果がそうなるから」なのですが、無理やり解釈すると次のように言えるかもしれません。
球が大きい場合には光が球の中で何度も反射したり屈折したりする。球の中をぐるぐる回る光もあるようです。
光は波で、2つ以上の波を重ね合わせると干渉して強弱の縞模様をつくります。重ね合わせる波が多いほど縞模様は細かくなります。直接来た光、1回反射した光、2回反射した光…などたくさんの光が全部重ねあわされるのでそれらが干渉して非常に細かい干渉縞になります。このしましまが放射されるため角度依存性が大きくなります。

とりあえずこのぐらいで…

まず、ミー散乱は光の波長より大きな球による散乱です。球以外はダメです。

レイリー散乱は光の波長より小さい物体による散乱です。こっちは形は問いません。

簡単な順に答えてみます。
【疑問3】
もちろん「光が非常に小さな水滴に当たる時」でも吸収されます。ほとんど透明なので無視しているだけでしょう。色水で作った雲のように吸収のある水滴でもミー散乱の計算は可能です。
ややこしくならないように話を限定しているのだと思います。

【疑問2】
水溜りや海は「水滴」からできてはいません...続きを読む

Qレイリー散乱・散乱した太陽光が目に届く過程

 空が青い理由がレイリー散乱だということを知りました。太陽光が大気中で散乱され、波長の短いものほど散乱されやすいので青色となって空は見えるというものでした。

 「人間の目に見える」ということは、見えているものから光が出ている、又は反射された光が目に入ってきてそこで初めて見えるそうです。散乱するということは、文字通り散らばるということですがそれならば人間の目に入らない光が出てきてしまい、むしろ波長の長い赤色の光がより目に入り赤い空として見えるのでは?と思ったのです。

 また上の疑問と矛盾しますが、昼間の太陽を直接みると太陽は白いですよね。あれは青の光ががたくさん散乱された光を見ているということでしょうか?

Aベストアンサー

こんばんは。

なるほど。素朴な疑問ですよね。いい質問だと思います。


>>>
散乱するということは、文字通り散らばるということですがそれならば人間の目に入らない光が出てきてしまい、むしろ波長の長い赤色の光がより目に入り赤い空として見えるのでは?と思ったのです。

仮に、青い光が散乱ではなく吸収されるのであれば、真っ昼間の空でも赤くなります。
しかし、散乱ですので、そうはなりません。

              ◎ ←太陽



ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ



              ●  ←人間
              大

・太陽から点Aに届いた青い光は、点Aで様々な方向に散乱され、その一部が人間に向かってきます。ですから、人間には点Aが青色に見えます。
・太陽から点Bに届いた青い光は、点Bで様々な方向に散乱され、その一部が人間に向かってきます。ですから、人間には点Bが青色に見えます。
・太陽から点Cに届いた青い光は、点Cで様々な方向に散乱され、その一部が人間に向かってきます。ですから、人間には点Cが青色に見えます。
・・・・・・・
・太陽から点Zに届いた青い光は、点Zで様々な方向に散乱され、その一部が人間に向かってきます。ですから、人間には点Zが青色に見えます。

というわけで、昼の空は全体的に青く見えるのでした。



>>>
また上の疑問と矛盾しますが、昼間の太陽を直接みると太陽は白いですよね。あれは青の光ががたくさん散乱された光を見ているということでしょうか?

太陽に真っ直ぐの経路(上の図ではMとかNの辺り)についての話になりますね。
点Mや点Nでも青い光は散乱され、色々な方向へ向かいます。
よって、太陽に真っ直ぐな経路だけを考えると、元々の太陽光から青い光を引き算した光・色が、太陽の色になります。
つまり、太陽の光は散乱によって、元の白色よりは黄ばんだ色になっているんです。

こんばんは。

なるほど。素朴な疑問ですよね。いい質問だと思います。


>>>
散乱するということは、文字通り散らばるということですがそれならば人間の目に入らない光が出てきてしまい、むしろ波長の長い赤色の光がより目に入り赤い空として見えるのでは?と思ったのです。

仮に、青い光が散乱ではなく吸収されるのであれば、真っ昼間の空でも赤くなります。
しかし、散乱ですので、そうはなりません。

              ◎ ←太陽



ABCDEFGHIJKLMNOPQRST...続きを読む

Qやっぱりレイリー散乱

レーザ光の波長と散乱粒子の大きさに関わる粒径パラメータ
α=πD/λ
λはレーザ光の波長、Dは粒子の直径
レイリー散乱はα<0.4の範囲とされているようですが,なぜに0.4なのでしょうか?α=0.4は何散乱になるのでしょうか?

Aベストアンサー

こういう話は,水の液体-気体の転移点が1気圧で100℃というような
割り切れる話とは違います
α=0.4 というのは,レーリー散乱の式を導くときに使った近似(α→0)が
使えなくなるところの単なる目安に過ぎません.
したがって,α=0.4 は何散乱かということ自体も意味を持ちません.

sin x を x で近似していいのはどこまでか,という範囲が厳密に定まらないのと
同じようなことです.

似たような事情は近似を用いた結果のあちこちで見られます.
例えば,
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=73429
の私の回答の最後のところをご覧下さい.

Qレイリー散乱

角振動数ω0の弾性力によって、原点に束縛された荷電粒子(質量m,電荷q)に、ω=c|k|とし定ベクトルE0で与えられる平面電磁波(ω≠ω0)
E(t,x)=E0*e^[i(kx-ωt)]
B(t,x)=k/ω*E(t,x)
が入射している。この時、荷電粒子の運動を「磁場からの力が無視できる位、その速度が十分遅い」という近似のもとで、荷電粒子の運動を求めよ。

という問題なんですが、回答を教授からもらったのですが、レイリー散乱をそれまでならったことがないのにも関わらず、本当に答えしか書いてなくて途中の式などがほぼ全て省かれてしまっています。自分の勉強だけでは足らないとこだらけなので、よければ、途中式も含め最初から最後まで教えていただけないでしょうか??
こんな質問ですいませんが。。。

Aベストアンサー

まず、ご質問内容を特にはレイリー散乱の知識は必要ありません。
必要なのは電磁気学の基礎知識と古典的な運動方程式の知識、そして数学(微分方程式の解法)だけです。

電磁気学の知識からは、電荷qの粒子に電場Eが加わると、qEの力が働くことがわかりますね。
磁場は無視できるとして良いから無視してしまいます。

で運動方程式のほうですが、固有振動数のあるたとえばばねなどの運動方程式はわかりますか?
ばねを考えると、ばねは変位xがあるとそれに対して復元力が働きますよね?

で、問題では"角振動数ω0の弾性力によって、原点に束縛された荷電粒子"と書かれているので
固有振動数がω0となる質量mの質点をもつバネであれば、バネ常数k=mω0^2ですから、
(わからなければ力学のバネ振動の方程式の算出の仕方などを再度勉強してください)

F=mx’’
(xは変位、x’はxを一階時間微分したもの、x’’は二階微分したもので加速度を表しますね)

の運動方程式から、

qE-mω0^2x=mx''

となりますね。変形して、E=E0*e^[i(kx-ωt)] を代入すると、

qE0*e^[i(kx-ωt)] = mx'' + mω0^2x

と運動方程式が導けました。あとは問題が求めているx=の式に出来ればOKです。
微分方程式は解けますよね?

一般的にはこれに変位速度x’に比例する減数係数も入れた式にするのですが、課題では指摘されていないからいらないでしょう。

まず、ご質問内容を特にはレイリー散乱の知識は必要ありません。
必要なのは電磁気学の基礎知識と古典的な運動方程式の知識、そして数学(微分方程式の解法)だけです。

電磁気学の知識からは、電荷qの粒子に電場Eが加わると、qEの力が働くことがわかりますね。
磁場は無視できるとして良いから無視してしまいます。

で運動方程式のほうですが、固有振動数のあるたとえばばねなどの運動方程式はわかりますか?
ばねを考えると、ばねは変位xがあるとそれに対して復元力が働きますよね?

で、問題...続きを読む


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