Streuung von Licht an Materie

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,
hier http://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Streuung wird die Streuung von Licht so beschrieben, dass ein Photon auf ein Teilchen trifft und dann je nach Frequenz gestreut wird und zwar je höher die Frequenz desto mehr wird gestreut.

Nun darf man doch nicht einfach so tun, als ob zwei Kügelchen aufeinander prallen.

Ich meine, das Atom/Molekül auf das das Photon trifft, hat doch diskrete Energieniveaus und wenn dort keines der Energie des Photons entspricht, sollte es doch so gut wie ungehindert die Atome/Moleküle passieren?
Nur wenn es entsprechende Energieniveaus gibt, dann sollte so ein Resonanzschatten auftreten und eben Streuung.

Bei dem Modell tut man aber so, als ob jedes Teilchen, egal was, mehr hohe Energieniveaus hat als niedrige.

Warum funktioniert das Modell? Sind die diskreten Energieniveaus, solange man schon etwas größere Moleküle hat und keine Atome, so verteilt, dass man es in gewissen Frequenzbändern so annehmen kann?

Vielen Dank,
Tim

#2

Hallo

Den Artikel hab ich mir zwar nicht ganz durchgelesen, aber gleich am Anfang wird erwähnt, dass es sich um eine elastische Steuung handelt d.h. die Energie des Photons bleibt konstant.
Da ist also gar kein Problem, wenn das Photon nicht die geeignete Energie für einen Niveausprung hat.

Gruß
Florian

#3

Hallo,

in dem von dir angegebenen Link:
http://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Streuung

werden die von dir genannten Begriffe:
„Photon“

Streuung von Licht so beschrieben, dass ein Photon auf ein

und
„Kügelchen“

Nun darf man doch nicht einfach so tun, als ob zwei Kügelchen
aufeinander prallen.

nicht erwähnt.

Das darf man natürlich nicht: " … so tun, als ob zwei Kügelchen aufeinander prallen".
Macht Wiki auch nicht, das hast du dir nur hinzugedacht.

Vielen Dank,

Bitte

watergolf

#4

kleine Nachfrage
Das heißt in der Atmosphäre zb, wo die Lichtstreuung gut sichtbar ist, gibt es Teilchen, die ein sehr kontinuierliches Spektrum an Energieniveaus haben, sodass man die da gemacht Näherung machen kann.

Denn das ist ja unbestritten, wenn kein Energieniveau da ist, gibts keine Wechselwirkung zwischen Photon und Materie, oder?

#5

Hallo Tim,

der Begriff Steuung deutet auf den Teilchencharakter der Photonen hin. Licht hat aber auch Wellencharakter. Vielleicht fällt dir Vorstellung leichter, dass Wellen je stärker gebeugt werden, desto näher die Wellenlänge bei der Größe der Hindernisse (=Luftmoleküle) liegt. Daher wird kurzwelliges Licht stärker gebeugt.

hier http://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Streuung wird die
Streuung von Licht so beschrieben, dass ein Photon auf ein
Teilchen trifft und dann je nach Frequenz gestreut wird und
zwar je höher die Frequenz desto mehr wird gestreut.

Der Artikel schreibt hier „elastische Streuung elektromagnetischer Wellen“ - eine m.E. nicht gerade glückliche Verquickung des Wellen- und Teilchencharakters des Lichts.

Nun darf man doch nicht einfach so tun, als ob zwei Kügelchen
aufeinander prallen.

Darf man nicht? Dann schau dir mal http://de.wikipedia.org/wiki/Compton-Effekt an. Und wenn du jetzt fragst, warum das Licht seine Wellenlänge beim Stoß nicht ändert: Betrachte mal die Masse von Luft-Molekülen und blauen Lichtquanten.

Ich meine, das Atom/Molekül auf das das Photon trifft, hat
doch diskrete Energieniveaus und wenn dort keines der Energie
des Photons entspricht, sollte es doch so gut wie ungehindert
die Atome/Moleküle passieren?

Es gibt Energieniveaus der Elektronenhülle, aber auch Schwingungs- und Rotationsniveaus (welche mit IR-Stahlung wechselwirken). Auch die Bewegung ist gequantelt, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Phonon.
Wahrscheinlich ist sogar die Bewegungsenergie eines Luftmoleküls gequantelt.

Gruß, Zoelomat

#6

Hallo

Das heißt in der Atmosphäre zb, wo die Lichtstreuung gut
sichtbar ist, gibt es Teilchen, die ein sehr kontinuierliches
Spektrum an Energieniveaus haben, sodass man die da gemacht
Näherung machen kann.

Lass die Energieniveaus mal außen vor, mit denen kommst du in diesem Fall nicht weiter. Stell dir die Atmosphäre da vieleicht lieber als ein dünne Schicht von vereinzelten winzigen Glasperlen vor, als an Atome mit Energieniveaus zu denken.
Diese Streuen kleinere Wellenlängen (und somit größere Frequenzen) besonders gut, schließlich treffen diese viel besser auf die Perlchen als die ganz großen Wellenlängen, die sich von einem solch winzigen Glasperlchen nicht so leicht streuen lassen.
Nun hat Blau eine kleinere Wellenlänge als Rot und wird deshalb
stärker gestreut.

Und lass diesen Wiki-Artikel einfach mal ruhen und schau dir lieber diese an:
http://de.wikipedia.org/wiki/Photoeffekt
http://de.wikipedia.org/wiki/Compton-Effekt
http://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus

Diese Sachen sind viel grundlegender und sollten IMHO zuerst verstanden werden. Und Such auch mal noch anderen Seiten (wiki allein hilft dir nicht weiter) mi diesen Stichwörtern.

Denn das ist ja unbestritten, wenn kein Energieniveau da ist,
gibts keine Wechselwirkung zwischen Photon und Materie, oder?

Doch, sonst wäre ja alles transparent. Der (ideale) schwarze Körper zum Beispiel absorbiert alles Licht, das auf ihn trifft.
Zu den Wechselwirkungen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Extinktion_%28Optik%29
Schau dir dort auch mal die Links zu Absorption, Streuung, Beugung und Reflexion an. Das ist natürlich zum Teil harte Kost und immer öfter muss man zur Quantenphysik greifen, aber du kannst ja nochmal fragen…

Gruß
Florian

#7

Wie heißt es, wenn Teilchen zu groß werden?

Denn das ist ja unbestritten, wenn kein Energieniveau da ist,
gibts keine Wechselwirkung zwischen Photon und Materie, oder?

Doch, sonst wäre ja alles transparent. Der (ideale) schwarze
Körper zum Beispiel absorbiert alles Licht, das auf ihn
trifft.

Also Luft ist ja transparent, weil die Atome/Moleküle keine entsprechenden Energieniveaus haben.
Es sind bestimmt auch Staubteilchen oder irgendwie kleine Festkörper, die das Licht streuen.
Die haben viele Energieniveaus, dass man sie kontinuierlich verteilt annehmen kann.

Und wenn die Teilchen klein sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein diskret im Wellenfeld verteiltes Energiepaket(Photon) auf dieses trifft, umso größer, je kleiner die Wellenlänge ist.

Was ist aber, wenn das Teilchen so groß ist, dass Licht jeder Wellenlänge mit großer Wahrscheinlichkeit drauf trifft?
Dann wird jede Frequenz gleich gestreut bzw. diffus reflektiert (Absorption sei mal ausgeschlossen) und es gibt dann so einen Nebeleffekt bzw. in der Atmosphäre ist das so bei Wolken?

#8

Dann dürfte IMHO keine merklicher Unterschied vorliegen.
Ausprobiert hab ichs aber noch nicht :smile:

Gruß
Florian

#9

z.B. Mie-Streuung
Hallo,
für Streueffekte mit Partikel oberhalb der Rayleigh-Streuung
gilt die Mie-Theorie.
http://de.wikipedia.org/wiki/Mie-Streuung
Für noch größer Partikel, mit D>> Wellenlänge kan man dann einfach
klassische makroskopische Betrachtungen anstellen.
Gruß Uwi

Was ist aber, wenn das Teilchen so groß ist, dass Licht jeder
Wellenlänge mit großer Wahrscheinlichkeit drauf trifft?
Dann wird jede Frequenz gleich gestreut bzw. diffus
reflektiert (Absorption sei mal ausgeschlossen) und es gibt
dann so einen Nebeleffekt bzw. in der Atmosphäre ist das so bei Wolken?