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,0.4はどこからでできたのですか。
α=0.4 は何散乱かという意味がないといっても0.4になったらどう考えるべきでしょうか?
そもそも粒径パラメータとは何でしょうか?

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A 回答 (1件)

 まず、粒子による光の散乱は、粒子の大きさによりレーリー散乱とミー散乱に分かれます。

一口で言えば、粒子の粒径が波長より小さいときがレーリー散乱で、大きいときがミー散乱となります。

 従って、どちらの散乱が起こるかは、粒径と波長の比で決まります。これが粒径パラメータが関係する理由です。

 レーリー散乱とミー散乱の違いは、主に散乱光の角度依存性と波長依存性に現れます。

 レーリー散乱では入射光の方向に散乱する光(前方散乱光)と入射光の方向と反対方向に散乱する光(後方散乱光)が同じ強度になります。一方、ミー散乱では前方散乱光が後方散乱光に比べずっと強くなるという違いがあります。特に粒径パラメータが2.5以上になるとほとんど後方散乱光はありません。

 波長依存性については、レーリー散乱の場合は、波長の4乗に反比例しますが、ミー散乱の場合はもっと複雑な波長依存性があります。

 粒径パラメータが0.4という値は、これらの散乱のほぼ切り替わる点にあたり、これ以下では、前方散乱と後方散乱がほぼ等しくなりますが(レーリー散乱)、これ以上になると、粒径パラメータが増加するにつれ前方散乱の割合が大きくなっていきます(ミー散乱)。

 古典的な描像としては、レーリー散乱では、散乱体が電磁波が照射されることにより電気的な分極を起こし(電荷の偏りが起こり、双極子モーメントが誘起される)、この分極により電磁波が発生する現象です。一方、ミー散乱は、微小球による電磁波の回折、屈折現象です。

 ただ、レーリー散乱は粒径パラメータが1よりもずっと小さい分子レベルの粒子による散乱で、今回問題にしている0.4付近の散乱についてもミー散乱であると記述した本もあります。ご参考まで。
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この回答へのお礼

レイリー散乱とミー散乱が0.4ではっきり分かれるわけではなく徐々に切り替わっていくと思えばいいのですね.
ありがとうございます.納得です.

お礼日時:2001/06/20 22:03

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 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?

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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



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Aベストアンサー

レイリー数は熱対流の安定・不安定の度合いを表す指標です。

以前に別の方の質問への回答を参考にしてみてください。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2911943.html

上記の回答に書いたように、
レイリー数は粘性と浮力の関係が重要になります。

円柱形の容器で、底面と上面の温度差に起因する対流を考える場合は、
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参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2911943.html

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という飛び飛びの値をとりますが、振動数が1hz/s
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 【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

QR(λ),G(λ),B(λ) =?

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 よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

興味があったので検索してみました。
同色関数という名前がついているようですね。
(正確にはひとによって違うとおもいますが標準化されているようです。)

参考URL:http://www.cybernet.co.jp/maple/document/hiroba/iro/iro4.html

Qレイリー散乱

レイリー散乱の効率は、波長の4乗の逆数に比例するといわれていますが、その導出過程を分かりやすく式を使って説明してほしいです。

Aベストアンサー

導出過程をここで全部記すのは無理です.
かなり程度の高い(大学物理学科の2年か3年くらい)電磁気学あるいは光学
のテキストの1節(あるいはもっと),または講義1コマ分くらい,
になってしまいます.

ここでは,式を書くのは(読むのも)非常に苦労するし(^^;)

アウトラインは以下のようなことです.

(A) 誘電性をもった散乱体を双極子とみなす.
入射電磁波の波長λと散乱体の大きさ(直径a)が問題で,
λ>>aなら散乱体に働く電場の大きさはどこでも一定と見なせる
レイリー散乱はこちらの場合.
(時間変化するのはいうまでもない).
λ<<aだとミー散乱になる

(B) 電場のかかった双極子の強制振動方程式を解く.
振動する双極子は電磁波を放出するが,それが散乱される光に相当する.

(C) 散乱断面積を求める.

(D) 電磁波のωと双極子の固有振動のω0の関係を検討

(d1) ω<<ω0 がレイリー散乱
(d2) ω>>ω0 がトムソン散乱
(d3) ω~ω0 が共鳴散乱

今,手許の本では適当なものが見あたりません.
図書館などで,電磁気学あるいは光学の本を探してみてください.

導出過程をここで全部記すのは無理です.
かなり程度の高い(大学物理学科の2年か3年くらい)電磁気学あるいは光学
のテキストの1節(あるいはもっと),または講義1コマ分くらい,
になってしまいます.

ここでは,式を書くのは(読むのも)非常に苦労するし(^^;)

アウトラインは以下のようなことです.

(A) 誘電性をもった散乱体を双極子とみなす.
入射電磁波の波長λと散乱体の大きさ(直径a)が問題で,
λ>>aなら散乱体に働く電場の大きさはどこでも一定と見なせる
レイリー散乱はこちらの場合....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.


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