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Diffusion de Rayleigh et ciel bleu

1871
  • John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh
Ciel bleu illustrant la diffusion de Rayleigh en optique et en physique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Rayleigh La diffusion est la diffusion élastique de la lumière par des particules beaucoup plus petites que sa longueur d'onde. Ce phénomène est responsable de la couleur bleue du ciel diurne. Les longueurs d'onde bleues, plus courtes, de la lumière solaire sont diffusées plus efficacement par les molécules d'azote et d'oxygène de l'atmosphère que les longueurs d'onde rouges, plus longues, ce qui explique la couleur bleue du ciel perçue par l'observateur.

L'intensité de la diffusion Rayleigh dépend fortement de la longueur d'onde de la lumière, suivant une loi en puissance quatre inverse : I ∝ λ⁻⁴. Cela signifie que la lumière bleue (de longueur d'onde plus courte, environ 475 nm) est diffusée environ 16 fois plus intensément que la lumière rouge (environ 700 nm) par les molécules de gaz de l'atmosphère. Lorsque nous regardons le ciel à l'écart du soleil direct, nos yeux perçoivent cette lumière bleue diffusée provenant de toutes les directions. À l'inverse, lorsque le soleil est proche de l'horizon au lever ou au coucher du soleil, sa lumière doit parcourir un trajet beaucoup plus long dans l'atmosphère pour atteindre l'observateur. Lorsqu'elle y parvient, la majeure partie de la lumière bleue et verte a été diffusée, ne laissant apparaître que les couleurs orange et rouge, de longueur d'onde plus longue. Ce même principe explique pourquoi les nuages ​​ou les montagnes lointaines peuvent paraître bleutés. La diffusion de Rayleigh est distincte de la diffusion de Mie, qui est causée par des particules de taille comparable ou supérieure à la longueur d'onde de la lumière (comme les gouttelettes d'eau dans les nuages) et qui ne dépend pas fortement de la longueur d'onde, ce qui explique pourquoi les nuages ​​apparaissent blancs.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Optique

Taper

Phénomène physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Les expériences de John Tyndall sur la diffusion de la lumière par les aérosols (l'effet Tyndall)
  • La théorie de l'électromagnétisme de James Clerk Maxwell
  • La théorie ondulatoire de la lumière d'Augustin-Jean Fresnel
  • compréhension de la composition de l'atmosphère terrestre

Applications

  • spectrophotométrie
  • communications par fibre optique (comme source de perte)
  • télédétection et lidar
  • infographie pour un rendu atmosphérique réaliste
  • néphélométrie (mesure de la concentration de particules dans les liquides/gaz)
  • explication des couleurs du coucher et du lever du soleil

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : diffusion de Rayleigh, ciel bleu, optique atmosphérique, diffusion de la lumière, longueur d’onde, rayonnement électromagnétique, azote, oxygène, Lord Rayleigh, couleur du coucher de soleil.

Contexte historique

Diffusion de Rayleigh et ciel bleu

1861
1865
1869
1871
1876
1877
1880
1861
1865
1868
1870
1873
1877
1880
1882-01-01

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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