Was ist eigentlich der genaue Unterschied zwischen Beugung und Streuung?
Soviel ich verstanden habe tritt Beugung an Spalten auf und Streuung an kleinen Teilchen. Aber wieso wird rotes Licht stärker gebeugt und blaues stärker gestreut?
(die Brechung ist mir ja noch klar…)
Und noch eins: Bedingt nun die Streuung den blauen Himmel - oder?
PS: Die Erklärungen können ruhig etwas spezieller sein!
DANKE!
Hallo Joachim,
ich kann Dir vorerst nur etwas mehr über Streuung erzählen:
Streuung tritt wie Du schon geschrieben hast, an Teilchen auf, aber nicht zwangsläufig an kleinen. Genau hier hat man schon die wichtigste Unterscheidung. Wenn die streuenden Teilchen klein sind im Verhältnis zur Wellenlänge, kann man den Streuvorgang analytisch beschreiben und bekommt eine schöne Formel für die Wellenlängenabhängigkeit der Streuung und die Phasenfunktion. Letztere gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der das einfallende Licht in eine bestimmte Raumrichtung gestreut wird.
Diesen analytischen Zusammenhang hat als erster ein Lord Rayleigh aufgeschrieben, deshalb wird sie auch Rayleigh-Streuung genannt.
Da die Teilchen kleiner sind als die Wellenlänge, geht die Theorie davon aus, daß die einfallende Strahlung im Teilchen genau einen Dipol zum Schwingen anregt, der dann wieder mit der einfallenden Strahlung interferiert. Die genauen Formeln kann ich jetzt auch weder aufschreiben noch herleiten, aber für den blauen Himmel ist es wichtig, daß die Streuung umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge zunimmt, das heißt, je kleiner die Wellenlänge, desto stärker die Streuung.
Blau liegt nun am kurzwelligen Ende des für den Menschen sichtbaren Spektralbereichs, daher sehen wir den Himmel blau. Ohne Streuung müßte er schwarz sein, und nur das blaue Licht „schafft es“, oft genug gestreut zu werden, so daß es aus allen Raumrichtungen aufs Auge trifft. Ach ja, für die Rayleigh-Streuung in der Atmosphäre sind alle Luftmoleküle zuständig, also Sauerstoff, Stickstoff, etc. Aus dem selben Grund ist die Sonne spätabends auch rot: Wenn durch den langen Weg durch die Atmosphäre alle blauen Anteile des Lichts aus der direkten Beobachungsrichtung herausgestreut worden sind, bleibt eben nur rot übrig.
Soweit so gut, wenn die Teilchen nun größer werden, wird alles komplizierter: das ist der Fall zum Beispiel bei Wolkentröpfchen. Man geht dann davon aus, daß in den Teilchen nicht ein Dipol zum Schwingen angeregt wird sondern deren viele, und die interferieren nun miteinander und auch wieder mit dem einfallenden Licht. Das ganze kann nicht mehr analytisch gelöst werden sondern nur noch numerisch und wird, auch nach dem „Erfinder“, Mie-Streuung genannt. Wieder gibt’s hier keine Formeln von mir, aber ein wichtiger Unterschied ist der, daß in der Mie-Streuung die extrem starke Wellenlängenabhängigkeit wegfällt, das bedeutet für das sichtbare Spektrum, das alle Wellenlängen gleich stark gestreut werden, deshalb sind Wolken weiß. (Zumindest von oben, von unten sind sie ja meistens grau bis schwarz, da sie, je dicker sie werden, immer weniger Licht bis unten hin durchstreuen).
Das war die Streuung, zur Beugung fällt mir nicht viel ein, nur daß hier doch auch ein Spalt beispielsweise als punktförmige Quelle agiert, von dem ausgehend dann Interferenz berechnet wird. Wie man hier die Wellenlängenabhängigkeit berechnet, weiß ich aber im Moment auch nicht, vielleicht findet sich dafür ja jemand anderes.
Viele Grüße,
Peter
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