Esparcimiento

2i. Esparcimiento

Este fenómeno es muchas veces llamado dispersión, pero para no confundirlo con el fenómeno de dispersión de luz, se recomienda utilizar el término esparcimiento.

El esparcimiento ocurre cuando la luz, compuesta por varios haces, interactúa con las partículas de un medio y cada haz cambia su dirección en distintos sentidos. El término esparcimiento se refiere a este efecto en que la luz se esparce en múltiples direcciones.

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Fenómenos de esparcimiento.

A su vez, el esparcimiento puede ser:

Elástico: Cuando la luz que incide sólo modifica su dirección. Conserva su energía.

Inelástico: Cuando la luz que incide modifica no sólo su dirección, sino también su energía, lo que se traduce en un cambio en la longitud de onda (y por tanto, un cambio de color).

Para que el esparcimiento ocurra, la luz debe pasar por un medio con partículas dispersas. A su vez, el efecto se ve influenciado por el tamaño de estas partículas, ya sea si éstas tienen un diámetro similar (o menor) a la longitud de onda de la luz incidente, o si el diámetro es mayor.

 

Esparcimiento elástico

Dispersión de Rayleigh: Ocurre cuando las partículas son de diámetros menores o iguales a λ. Este proceso es una dispersión selectiva a λ, es decir que algunos colores se dispersan más que otros. Los colores de mayor energía (zona del violeta) son mayormente dispersados.

Cuando la luz del sol (luz blanca) atraviesa la atmósfera, el color azul se esparce dándole el color al cielo azul. La luz que no se esparce es blanca pero con mayor intensidad de luz roja. Esta luz podemos verla de frente durante el ocaso. En ese ángulo, no nos llega la luz dispersada (azul), sino la que no se dispersó (roja), y es el color que vemos en el ocaso.

Dispersión de Mie: Ocurre cuando las partículas son de diámetros mayores a λ. La dispersión de Mie (determinada por la solución de Mie) es un fenómeno por el cual aumenta la intensidad de la luz en dirección al movimiento. Este proceso es una dispersión no selectiva a λ, es decir todos los colores se esparcen por igual. Este fenómeno se aprecia cuando la luz debe atravesar suspensiones coloidales.

Las suspensiones coloidales, o coloides, son mezcla de sustancias, que tiene un aspecto homogéneo macroscópicamente, pero heterogéneo microscópicamente. Las soluciones, por su parte, son homogéneas tanto macroscópica como microscópicamente.

Básicamente, los coloides son cúmulos de materia suspendidos en un medio. Estos cúmulos se denominan micelas.

Durante el ocaso, la luz que llega desde el sol debe atravesar una densa capa de coloides de polvo y aerosoles de la atmósfera. Esto hace que se produzca la dispersión de Mie y veamos el cielo de un rojo intenso. El color rojo se generó por la dispersión de Rayleigh, como vimos anteriormente.

La dispersión de Mie aumenta de intensidad del haz, por lo tanto si hay una gran concentración de micelas (polvo, humedad, contaminación) en la atmósfera, el ambiente toma un color rojo más intenso.

Efecto Tyndall: Ocurre también por partículas de diámetros mayores a λ. En este caso cada micela actúa como una partícula reflectora. El proceso es una dispersión selectiva a λ, pero no hay mucha diferencia en intensidad.

Cuando la luz del sol pasa por una ventana e ilumina el interior de una habitación con polvo suspendido, se puede observar este polvo debido a que brilla, porque refleja la luz.

 

Esparcimiento inelástico

Efecto Raman: Se da cuando la luz produce una deformación, por orientación del campo, de la nube electrónica, haciendo que las moléculas roten con energías de rotación diferentes a las permitidas para la molécula sin estiramiento. Se dice entonces que los electrones se excitan a niveles rotacionales virtuales. Se da para moléculas con alta polarizabilidad (generalmente de baja polaridad). Cuando la luz incide, genera una excitación del electrón en estos niveles. Al volver al estado basal libera luz con una longitud de onda diferente de la luz que incidió.

Sea E=hν0 la energía de la luz incidente, el esparcimiento generará un haz de luz de menor intensidad y de menor energía (mayor λ), con E=h(ν0+ν); y un segundo haz de mayor intensidad y de mayor energía (menor λ), con E=h(ν0-ν).

El haz de menor λ será el que se perciba, es decir, será el color que veamos.

La luz que se dispersa por efecto Raman es mucho menor que la dispersada por esparcimiento elástico, por lo tanto, es prácticamente inapreciable a simple vista.

Efecto Compton: Este efecto no es muy importante en el intervalo de luz visible, ya que se da con luz de más energía, como los rayos X. Se da cuando la luz incidente choca con un electrón libre y pierde parte de su energía, y por lo tanto cambia su longitud de onda.

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