¿Alguien puede analizar los problemas del "cielo azul" y del "sol rojo" causados por la dispersión Tyndall?
Pregunta: ¿Por qué nubes blancas y nubes oscuras? ¿Por qué el cielo es azul y el sol rojo (según la ley de Wayne, la parte verde irradia más fuerte)? El anillo de humo de un cigarrillo encendido es azul, ¿por qué el anillo de humo que exhalo es blanco?
Respuesta autorizada: ○Existen dispersión Rayleigh, dispersión Tyndall y dispersión Raman.
El problema del "cielo azul" y el "sol rojo" pertenece a la dispersión de Rayleigh. El centro de dispersión es una molécula de gas cuyo tamaño es tres órdenes de magnitud menor que la longitud de onda de las ondas luminosas.
El problema de las "nubes blancas" y las "nubes oscuras" pertenece a la dispersión Tyndall. El centro de dispersión es una gota transparente, cuyo tamaño se sitúa principalmente entre micrómetros y submilimétricos, es decir, cerca de la longitud de onda. de ondas de luz, o más grande que este último 1 ~ 2 órdenes de magnitud más grande.
El "humo azul" y el "humo blanco" también pertenecen a la categoría de dispersión Tyndall, y el centro de dispersión es principalmente polvo opaco.
El verdadero color del sol no es rojo ni verde, sino blanco. La ley de Wien revela la correspondencia entre el componente monocromático más fuerte del espectro de radiación del cuerpo negro y la temperatura, en lugar de decir que la visión del color causada por la luz policromática está determinada por el componente monocromático más fuerte.
"Blanco" es el efecto integral de la luz multicolor y un efecto visual. El "color" de la luz policromática en el sentido visual es una sensación subjetiva y no tiene necesariamente conexión con el "color" de la luz monocromática puramente objetiva. Las pantallas de televisión en color pueden mostrar "monocromos visuales" como amarillo, naranja y morado, pero estos colores en realidad no contienen componentes monocromáticos de amarillo, naranja y morado. Están compuestos por tres componentes monocromáticos de rojo, azul y morado. Verde en proporciones adecuadas. La combinación de "luz tricolor" con efectos visuales monocromáticos.
○La ley de Rayleigh (la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda) es específica de la dispersión molecular. No es difícil demostrar utilizando la ley de Rayleigh que después de que la luz blanca se dispersa, la intensidad de la luz azul (aproximadamente 0,45 micrones) en la luz dispersada es de 4 a 6 veces mayor que la de la luz roja (aproximadamente 0,65 micrones).
Durante el día, excepto por la mañana y el anochecer, la atmósfera en el campo visual de las personas está básicamente iluminada por luz blanca. La luz que emite el cielo en un día despejado es luz dispersada por las moléculas del aire, de las cuales el azul, el índigo y el violeta representan aproximadamente el 80%. El índigo y el violeta no son muy importantes a la luz del sol, por eso el cielo es azul.
De 8 a 16 horas, la parte dispersa de luz solar directa es insignificante. Si algún tonto está dispuesto a mirar directamente al sol con sus ojos desnudos, definitivamente verá un disco blanco, no un "sol rojo". Pero al amanecer y al atardecer, el sol que la gente realmente ve es rojo. Esto se debe a que la luz directa en este momento tiene que atravesar la densa atmósfera a lo largo de una gran distancia en una dirección casi tangente al suelo. Cada componente monocromático de la luz directa decae exponencialmente y los componentes de onda corta desaparecen rápidamente. Al final, naturalmente, domina la luz roja.
Aunque la luz directa del amanecer y del atardecer es roja, la pared blanca bajo el sol poniente no es roja, sino naranja. Esto se debe a que las paredes no sólo reciben luz roja directa, sino también luz dispersa del cielo. En este momento, la atmósfera y las nubes no dispersan luz blanca, sino que dispersan luz directa dominada por el amarillo y el naranja que ha sido filtrada por la densa atmósfera. Aunque la fuente de luz dispersa es mucho menos brillante que la fuente de luz directa, su área es mucho mayor que la de la fuente de luz directa.
○Las nubes blancas y las nubes oscuras están compuestas por pequeñas gotas de agua. La ley de Rayleigh no se aplica a las gotas de agua porque se basa en la emisión secundaria de moléculas de gas. Las gotas de agua son lentes esféricas incoloras y transparentes de mayor tamaño que las nanopartículas. Lo que se llama "luz dispersa" es en realidad luz reflejada y luz transmitida después de varias refracciones.
Habrá algunas diferencias en el "contenido de humedad" entre las nubes blancas y las nubes oscuras, pero la formulación del "contenido de humedad" es un poco vaga y la redacción no es satisfactoria. Puede entenderse como el contenido de agua de toda la nube o como el contenido de agua de una sola gota de agua. Ambos entendimientos tienen cierta base. Las nubes oscuras pueden cubrir todo el cielo, pero las nubes blancas no. Por lo tanto, en términos de tendencias generales, el contenido de agua de las nubes oscuras es generalmente mayor que el de las nubes blancas. Sin embargo, una nube en el cielo puede ser tanto blanca como oscura, y una nube grande puede ser "blanca" o "negra". Las enormes nubes blancas del verano pueden convertirse en un instante en nubes oscuras y ondulantes, lo que no se puede explicar por el contenido de agua. Si "contenido de humedad" significa "contenido de humedad en una sola gota", eso es exacto.
A juzgar por el proceso de formación de las nubes, si no provienen de otros lugares, entonces las nubes oscuras deben provenir de nubes blancas.
Las nubes blancas no sólo pueden flotar desde otros lugares, sino que también pueden cambiar de las nubes oscuras y también pueden "crearse" repentinamente en el fondo de un cielo despejado. Mientras estudio la energía solar, presto mucha atención a los cambios en las condiciones de las nubes en el cielo. He visto muchas veces que el fondo azul del cielo puede cambiar de azul a azul pálido, a tenues nubes blancas con bordes borrosos o incluso a nubes blancas con bordes claros en unos minutos. Nunca he visto nubes oscuras aparecer sobre un fondo de cielo azul. También noté que las nubes blancas se convierten en nubes oscuras principalmente antes de que llueva, y las nubes oscuras se convierten en nubes blancas principalmente después de que llueve. La explicación de este fenómeno es la siguiente: en verano, el agua superficial se evapora rápidamente bajo el sol abrasador, lo que hace que la humedad del aire sea cada vez mayor, la temperatura a gran altura es menor que la temperatura de la superficie, por lo que el vapor de agua alcanza la saturación y la sobresaturación a gran altura; la altitud primero; siempre hay algo de vapor de agua en el cielo. El polvo se convierte en el centro de condensación, lo que hace que el vapor saturado y el vapor sobresaturado se condensen en finas gotas de agua, cuando las gotas de niebla son lo suficientemente densas, se convierten en nubes blancas visibles a simple vista; a medida que las gotas de niebla se hacen cada vez más grandes, las nubes blancas se convierten en nubes oscuras. Las gotas de agua en las nubes oscuras continúan creciendo y se convierten en gotas de lluvia, la humedad del aire se vuelve más pequeña y el vapor de agua vuelve a ser una; estado insaturado. Las pequeñas gotas de agua en las nubes oscuras comienzan a evaporarse y se vuelven cada vez más pequeñas, convirtiendo así las nubes oscuras en nubes blancas; las gotas de agua en las nubes blancas continúan evaporándose. Una vez que se evaporan todas, las nubes blancas desaparecen y el cielo se revela nuevamente.
¿Por qué las nubes blancas son "blancas"? ¿Por qué las nubes oscuras son "negras"? El ejemplo de las nubes blancas en verano que se convierten en nubes oscuras en un instante ilustra mejor el problema. En esta mutación, el volumen total de agua y el ángulo de proyección de la luz solar permanecen básicamente sin cambios, y el cambio notorio es "de blanco a negro". Este tipo de cosas siempre sucede cuando se acerca una tormenta, lo que indica que el "cambio de blanco a negro" es el resultado de las gotas de agua "de pequeñas a grandes". Las nubes oscuras no son "nubes negras" opacas, sino brillantes. y su luz dispersa es en realidad luz blanca, que no es diferente de la luz dispersa de las nubes blancas en términos de espectro. Esto se debe a que tanto las gotas de agua grandes como las pequeñas son lentes esféricas transparentes e incoloras para la luz visible, y el color de la luz dispersada está determinado por el color de la luz incidente. Una vez que esto quede claro, podemos utilizar el "brillo" para hacer una comparación cuantitativa entre las nubes blancas y las nubes oscuras.
Para una sola gota de agua, la relación entre el flujo de luz dispersada en una dirección específica y el flujo de luz incidente debe ser constante, independientemente del tamaño de la gota de agua. Pero para toda la nube, la relación entre el flujo total de luz dispersada y el flujo total de luz incidente no es constante. La sección transversal de dispersión de una sola gota de agua es proporcional al cuadrado de la línea, y el volumen y la masa son proporcionales al cubo de la línea. Esto significa que si se duplica el radio de la gota de agua, la sección transversal de dispersión de una sola gota de agua se ampliará a 4 veces y el número total de gotas de agua se reducirá a 1/8, lo que significa que la dispersión total La sección transversal será la mitad de la original. De esta manera, si las gotas de agua en las nubes blancas pertenecen al nivel de micras y las gotas de agua en las nubes oscuras pertenecen al nivel submilimétrico (es decir, 100 micras), entonces el brillo de las nubes blancas debería ser 100 veces mayor que el de las nubes blancas. nubes oscuras.
La luz dispersa del "humo azul" y del "humo blanco" proviene principalmente de partículas sólidas opacas y coloreadas, y el color del humo está determinado por el color de las partículas sólidas, incluido no solo el "humo azul". y "humo blanco" El "humo blanco" también incluye "humo negro", "humo rojo" y "humo amarillo". Estos son en realidad los verdaderos colores de las partículas sólidas.
La composición de los anillos de los cigarrillos es compleja e incluye partículas sólidas de carbón y gotitas líquidas compuestas de alquitrán, nicotina y otras sustancias. El efecto general es acercar el color del humo al blanco y al azul claro. El vapor de agua en el tracto respiratorio humano suele estar saturado. Cuando las partículas de humo del cigarrillo ingresan al tracto respiratorio, se convierten en centros de condensación de vapor de agua. Una fina capa de agua filtrará algunos de los componentes azules. El humo en la boca no sólo proviene de los cigarrillos, sino también del vapor de agua saturado proporcionado por el cuerpo humano que no es absorbido por las partículas de humo. La temperatura ambiente suele ser más baja que la temperatura corporal. Una vez que la temperatura baja, el vapor de agua saturado estará en un estado sobresaturado y puede condensarse fácilmente en gotas de niebla (esta situación es especialmente obvia en invierno), similar a las nubes blancas.