b'\n_START_ARTICLE_\nRozpraszanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a\n_START_SECTION_\nPodstawy fizyczne zjawiska\n_START_PARAGRAPH_\nFizycznie zjawisko rozpraszania zwi\xc4\x85zane jest z falow\xc4\x85 natur\xc4\x85 \xc5\x9bwiat\xc5\x82a, kt\xc3\xb3re oddzia\xc5\x82uj\xc4\x85c z materi\xc4\x85, powoduje jej drgania i wypromieniowanie (wt\xc3\xb3rnych) fal elektromagnetycznych. Te wt\xc3\xb3rne fale nazywane s\xc4\x85 promieniowaniem rozproszonym (rozpraszaniem). Wiele zjawisk fizycznych zwi\xc4\x85zane jest z rozpraszaniem \xc5\x9bwiat\xc5\x82a, mimo \xc5\xbce zazwyczaj nie u\xc5\xbcywamy tej terminologii w potocznej mowie. Np. odbicie od porowatych powierzchni (odbicie dyfuzyjne), dyfrakcja, a nawet odbicie i za\xc5\x82amanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a mo\xc5\xbcna t\xc5\x82umaczy\xc4\x87 jego rozpraszaniem (zasada Huygensa). Ze zjawiskiem rozpraszania \xc5\x9bwiat\xc5\x82a zwi\xc4\x85zane s\xc4\x85 te\xc5\xbc zjawiska dyspersji, interferencji i dyfrakcji.\n_START_SECTION_\nPrzegl\xc4\x85d teorii\n_START_PARAGRAPH_\nRozpraszanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a zachodzi g\xc5\x82\xc3\xb3wnie w wyniku oddzia\xc5\x82ywania foton\xc3\xb3w z elektronami. Na przestrzeni rozwoju fizyki powsta\xc5\x82o kilka teorii opisuj\xc4\x85cych oddzia\xc5\x82ywanie elektron\xc3\xb3w z fotonami.\n_START_SECTION_\nRozpraszanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a przez dipol elektryczny\n_START_PARAGRAPH_\nModel oparty na fizyce klasycznej, w kt\xc3\xb3rym \xc5\x9bwiat\xc5\x82o traktowane jest jak fala elektromagnetyczna. \xc5\x9awiat\xc5\x82o jako zmienne pole elektryczne, padaj\xc4\x85c na dipol elektryczny (rezonator), wzbudza w nim drgania wymuszone, w wyniku czego staje si\xc4\x99 on \xc5\xbar\xc3\xb3d\xc5\x82em w\xc5\x82asnego promieniowania. Cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9b\xc4\x87 drga\xc5\x84 wymuszonych dipola jest r\xc3\xb3wna cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci \xc5\x9bwiat\xc5\x82a padaj\xc4\x85cego. Amplituda drga\xc5\x84 dipola silnie zale\xc5\xbcy od r\xc3\xb3\xc5\xbcnicy cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci w\xc5\x82asnej rezonatora i cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci \xc5\x9bwiat\xc5\x82a padaj\xc4\x85cego, dipol pobudzony do drga\xc5\x84 emituje fal\xc4\x99 elektromagnetyczn\xc4\x85 o cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci drga\xc5\x84. Rozk\xc5\x82ad przestrzenny pola elektromagnetycznego, jak i przesuni\xc4\x99cie fazowe fali padaj\xc4\x85cej i emitowanej mo\xc5\xbcna okre\xc5\x9bli\xc4\x87 na podstawie w\xc5\x82asno\xc5\x9bci fal.\n_START_SECTION_\nPrzybli\xc5\xbcenie Rayleigha\n_START_PARAGRAPH_\nJe\xc5\xbceli dipole maj\xc4\x85 cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci w\xc5\x82asne znacznie wi\xc4\x99ksze od cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci padaj\xc4\x85cego \xc5\x9bwiat\xc5\x82a, to wzory upraszczaj\xc4\x85 si\xc4\x99 do postaci znanej jako rozpraszanie Rayleigha. Zachodzi ono, gdy cz\xc4\x85steczki s\xc4\x85 ma\xc5\x82e w por\xc3\xb3wnaniu z d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci\xc4\x85 fali elektromagnetycznej. W\xc3\xb3wczas wsp\xc3\xb3\xc5\x82czynnik rozpraszania jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej pot\xc4\x99gi d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fali \xc5\x9bwietlnej. W modelu zak\xc5\x82ada si\xc4\x99 r\xc3\xb3wnie\xc5\xbc, \xc5\xbce cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9b\xc4\x87 fali rozproszonej jest identyczna z cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci\xc4\x85 fali padaj\xc4\x85cej. Dlatego rozproszenia, w kt\xc3\xb3rych nie zachodzi zmiana cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci fali \xc5\x9bwietlnej, nazywa si\xc4\x99 rozpraszaniem Rayleigha.\n_START_SECTION_\nPrzybli\xc5\xbcenie dyskretnych dipoli\n_START_PARAGRAPH_\nModel przybli\xc5\xbcenia dyskretnych dipoli (ang. discrete dipole approximation \xe2\x80\x93 DDA) opiera si\xc4\x99 na przyj\xc4\x99ciu, \xc5\xbce cz\xc4\x85stka rozpraszaj\xc4\x85ca jest uk\xc5\x82adem mniejszych element\xc3\xb3w oddzia\xc5\x82uj\xc4\x85cych z fal\xc4\x85 elektromagnetyczn\xc4\x85 jak pojedynczy dipol. Przybli\xc5\xbcenie to daje dok\xc5\x82adne rozwi\xc4\x85zanie r\xc3\xb3wna\xc5\x84 rozpraszania \xc5\x9bwiat\xc5\x82a na cz\xc4\x85stkach o r\xc3\xb3\xc5\xbcnym kszta\xc5\x82cie i rozk\xc5\x82adzie niejednorodno\xc5\x9bci materia\xc5\x82u. W praktyce rozmiary cz\xc4\x85stek musz\xc4\x85 by\xc4\x87 por\xc3\xb3wnywalne z d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci\xc4\x85 fali.\n_START_SECTION_\nRozpraszanie na swobodnych elektronach\n_START_PARAGRAPH_\nDla niezbyt du\xc5\xbcych cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci \xc5\x9bwiat\xc5\x82a powy\xc5\xbcsze dok\xc5\x82adnie opisuj\xc4\x85 zjawiska rozpraszania, dla cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci znacznie wi\xc4\x99kszych od cz\xc4\x99stotliwo\xc5\x9bci \xc5\x9bwiat\xc5\x82a widzialnego zaczynaj\xc4\x85 odgrywa\xc4\x87 rol\xc4\x99 zjawiska zwi\xc4\x85zane z oddzia\xc5\x82ywaniem fotonu z pojedynczym swobodnym elektronem. Swobodne elektrony oddzia\xc5\x82uj\xc4\x85 ze \xc5\x9bwiat\xc5\x82em, rozpraszaj\xc4\x85c \xc5\x9bwiat\xc5\x82o. Zjawisko to znane jest jako zjawisko Comptona. W wyniku oddzia\xc5\x82ywania swobodnego elektronu z fotonem \xc5\x9bwiat\xc5\x82o rozproszone ma d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fali wi\xc4\x99ksz\xc4\x85 od d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fali \xc5\x9bwiat\xc5\x82a padaj\xc4\x85cego. Zjawisko jest obserwowane dla promieniowania rentgenowskiego, dla \xc5\x9bwiat\xc5\x82a widzialnego i podczerwonego nie ma praktycznego znaczenia i jest trudne do zaobserwowania, ze wzgl\xc4\x99du na ma\xc5\x82\xc4\x85 szans\xc4\x99 zaj\xc5\x9bcia oraz niewielk\xc4\x85 r\xc3\xb3\xc5\xbcnic\xc4\x99 wzgl\xc4\x99dn\xc4\x85 d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fal padaj\xc4\x85cych i rozproszonych.\n_START_SECTION_\nRozpraszanie na ma\xc5\x82ych cz\xc4\x85stkach\n_START_PARAGRAPH_\nRozpraszanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a na ma\xc5\x82ych cz\xc4\x85stkach mo\xc5\xbcna scharakteryzowa\xc4\x87 za pomoc\xc4\x85 stosunku wielko\xc5\x9bci cz\xc4\x85stki do d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fali elektromagnetycznej. Stosunek ten nazywa si\xc4\x99 parametrem wielko\xc5\x9bci. Cz\xc4\x85stki znacznie wi\xc4\x99ksze ni\xc5\xbc d\xc5\x82ugo\xc5\x9b\xc4\x87 fali \xc5\x9bwiat\xc5\x82a opisuje si\xc4\x99 optyk\xc4\x85 geometryczn\xc4\x85 \xe2\x80\x93 mo\xc5\xbcna wtedy zak\xc5\x82ada\xc4\x87, \xc5\xbce \xc5\x9bwiat\xc5\x82o propaguje si\xc4\x99 jako wi\xc4\x85zka (promie\xc5\x84 \xc5\x9bwiat\xc5\x82a). Rozpraszanie na cz\xc4\x85stkach, kt\xc3\xb3re s\xc4\x85 por\xc3\xb3wnywalne z d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci\xc4\x85, s\xc4\x85 opisane rozwi\xc4\x85zaniem Mie r\xc3\xb3wna\xc5\x84 Maxwella (od nazwiska niemieckiego fizyka Gustawa Mie).\n_START_SECTION_\nRozwi\xc4\x85zania Mie\n_START_PARAGRAPH_\nDla fali elektromagnetycznej rozpraszanej na jednorodnych sferycznych cz\xc4\x85stkach mo\xc5\xbcliwie jest dok\xc5\x82adne rozwi\xc4\x85zanie r\xc3\xb3wna\xc5\x84 \xc5\x9bwiat\xc5\x82a Maxwella. Rozwi\xc4\x85zanie to ma posta\xc4\x87 niesko\xc5\x84czonego, ale zbie\xc5\xbcnego szeregu. Te rozwi\xc4\x85zania nazywa si\xc4\x99 rozwi\xc4\x85zaniami Mie, a rozpraszanie zgodne z przewidywaniami rozwi\xc4\x85za\xc5\x84 \xe2\x80\x93 rozpraszaniem Mie. Rozwi\xc4\x85zania te s\xc4\x85 wa\xc5\xbcne dla sferycznych cz\xc4\x85stek dowolnych wielko\xc5\x9bci. Obecnie, dzi\xc4\x99ki komputerom, przy badaniu rozpraszania \xc5\x9bwiat\xc5\x82a w o\xc5\x9brodkach polidyspersyjnych, w substancjach stosuje si\xc4\x99 rozwi\xc4\x85zania Mie. Opracowano tak\xc5\xbce dok\xc5\x82adne metody rozwi\xc4\x85zywania rozpraszania \xc5\x9bwiat\xc5\x82a na uk\xc5\x82adach sfer (np. sadza), kt\xc3\xb3re s\xc4\x85 rozszerzeniem metody Mie.\n_START_SECTION_\nOptyka geometryczna\n_START_PARAGRAPH_\nDla cz\xc4\x85stek lub niejednorodno\xc5\x9bci znacznie wi\xc4\x99kszych od d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci fali mo\xc5\xbcna \xc5\x9bwiat\xc5\x82o traktowa\xc4\x87 jako wi\xc4\x85zk\xc4\x99 nieulegaj\xc4\x85cych dyfrakcji promieni \xc5\x9bwietlnych, kt\xc3\xb3re ulegaj\xc4\x85 odbiciu lub za\xc5\x82amaniu przy przej\xc5\x9bciu pomi\xc4\x99dzy o\xc5\x9brodkami o r\xc3\xb3\xc5\xbcnych w\xc5\x82asno\xc5\x9bciach optycznych (wzory Fresnela). Przybli\xc5\xbcenie to mo\xc5\xbcna u\xc5\xbcy\xc4\x87 do opisu wielu zjawisk optycznych, np. zjawiska t\xc4\x99czy, rozpraszania \xc5\x9bwiat\xc5\x82a przez chmury, mg\xc5\x82y. Zakres stosowania praw optyki geometrycznej mo\xc5\xbcna rozszerzy\xc4\x87 na niejednorodno\xc5\x9bci por\xc3\xb3wnywalne z d\xc5\x82ugo\xc5\x9bci\xc4\x85 fali, uwzgl\xc4\x99dniaj\xc4\x85c dyfrakcj\xc4\x99 promieni na niejednorodno\xc5\x9bciach.\n_START_SECTION_\nRozpraszanie na niejednorodnych powierzchniach (odbicie dyfuzyjne)\n_START_PARAGRAPH_\nMechanizm rozpraszania na powierzchni wynika z faktu, \xc5\xbce chropowata powierzchnia sk\xc5\x82ada si\xc4\x99 z losowo rozmieszczonych p\xc5\x82aszczyzn i krzywizn, kt\xc3\xb3re znajduj\xc4\x85 si\xc4\x99 pod r\xc3\xb3\xc5\xbcnymi k\xc4\x85tami w stosunku do u\xc5\x9brednionej p\xc5\x82aszczyzny ca\xc5\x82ej powierzchni. \xc5\x9awiat\xc5\x82o padaj\xc4\x85ce w r\xc3\xb3\xc5\xbcnych punktach na chropowat\xc4\x85 powierzchni\xc4\x99 natrafia na lokalne p\xc5\x82aszczyzny i jest opisane (lokalnym) prawem odbicia. Patrz tak\xc5\xbce opis zjawiska refleksu s\xc5\x82o\xc5\x84ca. Mimo \xc5\xbce refleks s\xc5\x82o\xc5\x84ca i odbicie dyfuzyjne s\xc4\x85 zwi\xc4\x85zane ze zjawiskiem rozpraszania na wielu elementarnych powierzchniach, ca\xc5\x82o\xc5\x9bciowy (makroskopowy) opis jest zazwyczaj dawany za pomoc\xc4\x85 funkcji odbicia kierunkowego.\n_START_SECTION_\nZastosowania\n_START_PARAGRAPH_\nRozpraszanie \xc5\x9bwiat\xc5\x82a ma zdumiewaj\xc4\x85co wiele zastosowa\xc5\x84, m.in. w technikach teledetekcyjnych, pomiarach wielko\xc5\x9bci cz\xc4\x85stek czy w realistycznym opisie powierzchni w grafice komputerowej.'