¿Por qué utilizamos la dispersión de Mie para describir la dispersión de la luz en objetos grandes?

Question

Soy un estudiante universitario que se ha topado recientemente con Rayleigh y Dispersión Mie y estoy tratando de entenderlos un poco mejor.

Según tengo entendido, la dispersión Rayligh sólo se utiliza cuando las partículas que dispersan la luz tienen diámetros menores que la longitud de onda de la luz, esto parece incluir átomos y moléculas. También sé que la dispersión Rayleigh predice que la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la longitud de onda a la cuarta potencia.

También sé que la dispersión de Mie es una generalización para todos los demás tamaños de partículas y que si el tamaño de la partícula es mucho mayor que la longitud de onda de la luz, la intensidad es bastante independiente de la longitud de onda.

En última instancia, toda partícula está compuesta por átomos y moléculas... ¿por qué no podemos utilizar siempre la aproximación de Rayleigh?

Sé que las pequeñas partículas de agua dispersan la luz de acuerdo con la solución de Mie y que, como resultado, las nubes se ven blancas... pero las moléculas de agua, por ejemplo en el mar, dispersan la luz de una forma que puede describirse mediante la dispersión de Rayleigh, ¡esto aumenta mi confusión!

Answer 1

Pensamiento creativo con esta pregunta.

La dispersión Rayleigh es la dispersión de una onda plana a partir de una única partícula pequeña bien separada de otras partículas. Si una segunda partícula pequeña se encuentra algo cerca, se dispersará de forma coherente con la primera y creará una interferencia. El campo lejano dejará de ser Rayleigh; no basta con sumar la intensidad, también importan las fases.

Digamos que suficientes partículas pequeñas se agregan muy juntas para formar una gran esfera, con una separación entre partículas mucho menor que la longitud de onda de la luz. Entonces, los efectos de interferencia combinados de cada punto de dispersión producen la solución de Mie. La idea se ilustra muy bien en este método, por ejemplo, http://en.wikipedia.org/wiki/Discrete_dipole_approximation . La interferencia de cada dipolo discreto se acumula lentamente para dar la dispersión de formas arbitrarias de partícula de dispersión. (Mie es para esferas).

Las moléculas de un vaso de agua están separadas por una distancia mucho menor que la longitud de onda de la luz, por lo que Rayleigh no es aplicable. El agua es un medio homogéneo con un índice de refracción uniforme.