Das Zerstreuen ist ein allgemeiner physischer Prozess, wo einige Formen der Radiation, wie Licht, Ton, oder bewegende Partikeln, gezwungen werden, von einer geraden Schussbahn durch ein oder mehr lokalisierte Nichtgleichförmigkeit im Medium abzugehen, durch das sie gehen. Im herkömmlichen Gebrauch schließt das auch Abweichung der widerspiegelten Radiation vom durch das Gesetz des Nachdenkens vorausgesagten Winkel ein. Nachdenken, das das Zerstreuen erlebt, wird häufig weitschweifiges Nachdenken genannt, und ungestreutes Nachdenken wird spiegelndes (spiegelähnliches) Nachdenken genannt

Die Typen der Nichtgleichförmigkeit, die das Zerstreuen, manchmal bekannt als scatterers oder Zerstreuen von Zentren verursachen kann, sind zu zahlreich, um Schlagseite zu haben, aber eine kleine Probe schließt Partikeln, Luftblasen, Tröpfchen, Dichte-Schwankungen in Flüssigkeiten, crystallites in polykristallenen Festkörpern, Defekten in monokristallenen Festkörpern, Oberflächenrauheit, Zellen in Organismen und Textilfasern in der Kleidung ein. Die Effekten solcher Eigenschaften auf dem Pfad fast jedes Typs der sich fortpflanzenden Welle oder bewegenden Partikel können im Fachwerk der sich zerstreuenden Theorie beschrieben werden.

Einige Gebiete, wo das Zerstreuen und das Zerstreuen der Theorie bedeutend sind, schließen Radarabfragung, medizinischen Ultraschall, Halbleiter-Oblate-Inspektion, polymerization Anlageüberwachung ein, Frei-Raumkommunikationen, und computererzeugte Bilder akustisch mit Ziegeln zu decken.

Das einzelne und vielfache Zerstreuen

Wenn Radiation nur durch ein lokalisiertes sich zerstreuendes Zentrum gestreut wird, wird das das einzelne Zerstreuen genannt. Es ist sehr üblich, dass sich zerstreuende Zentren zusammen gruppiert werden, und in jenen Fällen sich die Radiation oft zerstreuen kann, der als das vielfache Zerstreuen bekannt ist. Der Hauptunterschied zwischen den Effekten des einzelnen und vielfachen Zerstreuens ist, dass das einzelne Zerstreuen gewöhnlich als ein zufälliges Phänomen behandelt werden kann und das vielfache Zerstreuen gewöhnlich deterministischer ist. Weil die Position eines einzelnen sich zerstreuenden Zentrums hinsichtlich des Pfads der Radiation nicht gewöhnlich weithin bekannt ist, scheint das Ergebnis, das dazu neigt, stark von der genauen eingehenden Schussbahn abzuhängen, zufällig einem Beobachter. Dieser Typ des Zerstreuens würde durch ein Elektron veranschaulicht, das an einem Atomkern wird anzündet. In diesem Fall ist die genaue Position des Atoms hinsichtlich des Pfads des Elektrons unbekannt und würde unermesslich sein, so ist die genaue Richtung des Elektrons nach der Kollision unbekannt, plus die mit dem Quant mechanische Natur dieser besonderen Wechselwirkung macht auch die Wechselwirkung zufällig. Das einzelne Zerstreuen wird deshalb häufig durch den Wahrscheinlichkeitsvertrieb beschrieben.

Mit dem vielfachen Zerstreuen neigt die Zufälligkeit der Wechselwirkung dazu, durch die Vielzahl von sich zerstreuenden Ereignissen durchschnittlich ausgemacht zu werden, so dass der Endpfad der Radiation scheint, ein deterministischer Vertrieb der Intensität zu sein. Das wird durch einen leichten Balken veranschaulicht, der starken Nebel durchführt. Das vielfache Zerstreuen ist der Verbreitung und den Begriffen hoch analog das vielfache Zerstreuen und die Verbreitung sind in vielen Zusammenhängen austauschbar. Optische Elemente, die entworfen sind, um das vielfache Zerstreuen zu erzeugen, sind so als diffusers bekannt. Zusammenhängender backscattering, eine Erhöhung von backscattering, der vorkommt, wenn zusammenhängende Radiation ist, multiplizieren gestreut durch ein zufälliges Medium, wird gewöhnlich der schwachen Lokalisierung zugeschrieben.

Nicht das ganze einzelne Zerstreuen ist jedoch zufällig. Ein gut kontrollierter Laserbalken kann genau eingestellt werden, um sich von einer mikroskopischen Partikel mit einem deterministischen Ergebnis zum Beispiel zu zerstreuen. Auf solche Situationen wird im Radarzerstreuen ebenso gestoßen, wo die Ziele dazu neigen, makroskopische Gegenstände wie Leute oder Flugzeug zu sein.

Ähnlich kann das vielfache Zerstreuen manchmal etwas zufällige Ergebnisse besonders mit der zusammenhängenden Radiation haben. Die zufälligen Schwankungen im Multiplizieren der gestreuten Intensität der zusammenhängenden Radiation werden Flecke genannt. Fleck kommt auch wenn vielfache Teile einer zusammenhängenden Welle-Streuung von verschiedenen Zentren vor. In bestimmten seltenen Verhältnissen kann das vielfache Zerstreuen nur mit einer kleinen Anzahl von solchen Wechselwirkungen verbunden sein, dass die Zufälligkeit nicht völlig durchschnittlich ausgemacht wird. Wie man betrachtet, sind diese Systeme einige der schwierigsten, um genau zu modellieren.

Die Beschreibung des Zerstreuens und der Unterscheidung zwischen dem einzelnen und vielfachen Zerstreuen wird häufig mit der Dualität der Welle-Partikel hoch beteiligt.

Das Zerstreuen der Theorie

Das Zerstreuen der Theorie ist ein Fachwerk, um das Zerstreuen von Wellen und Partikeln zu studieren und zu verstehen. Prosaisch entspricht das Welle-Zerstreuen der Kollision und dem Zerstreuen einer Welle mit einem materiellen Gegenstand, zum Beispiel durch Regenfälle gestreutes Sonnenlicht, um einen Regenbogen zu bilden. Das Zerstreuen schließt auch die Wechselwirkung von Billardbällen auf einem Tisch, der Rutherford ein, der sich (oder Winkeländerung) Alphateilchen durch Goldkerne, der Bragg zerstreut, der sich (oder Beugung) Elektronen und Röntgenstrahlen durch eine Traube von Atomen und das unelastische Zerstreuen eines Spaltungsbruchstücks zerstreut, weil es eine dünne Folie überquert. Genauer besteht das Zerstreuen aus der Studie dessen, wie Lösungen teilweiser Differenzialgleichungen, sich frei "in der entfernten Vergangenheit fortpflanzend" kommen zusammen und wirken mit einander oder mit einer Grenzbedingung aufeinander, und pflanzen sich dann weg "zur entfernten Zukunft" fort.

Das elektromagnetische Zerstreuen

Elektromagnetische Wellen sind einer der am besten bekannten und meistens gestoßenen Formen der Radiation, die das Zerstreuen erleben. Lichtstreuung und Funkwellen (besonders im Radar) sind besonders wichtig. Mehrere verschiedene Aspekte des elektromagnetischen Zerstreuens sind verschieden genug, um herkömmliche Namen zu haben. Hauptformen des elastischen Licht-Zerstreuens (unwesentliche Energieübertragung einschließend), sind das Zerstreuen von Rayleigh und Zerstreuen von Mie. Das unelastische Zerstreuen schließt Brillouin-Lichtstreuung, das Zerstreuen von Raman, unelastische Röntgenstrahl-Zerstreuen und Compton ein, der sich zerstreut.

Das leichte Zerstreuen ist einer der zwei physischen Hauptprozesse, die zum sichtbaren Äußeren von den meisten Gegenständen, der andere beitragen, Absorption seiend. Oberflächen beschrieben als weiß schulden ihr Äußeres zur vielfachen Lichtstreuung durch innere oder Oberflächeninhomogenitäten im Gegenstand zum Beispiel durch die Grenzen von durchsichtigen mikroskopischen Kristallen, die einen Stein oder durch die mikroskopischen Fasern in einer Platte von Papier zusammensetzen. Mehr allgemein wird der Glanz (oder Glanz oder Glanz) der Oberfläche durch das Zerstreuen bestimmt. Sich hoch zerstreuende Oberflächen werden beschrieben als, dumm oder habend eines Matte-Schlusses zu sein, während die Abwesenheit des Oberflächenzerstreuens zu einem Glanzäußeren, als mit poliertem Metall oder Stein führt. Geisterhafte Absorption, die auswählende Absorption von bestimmten Farben, bestimmt die Farbe von den meisten Gegenständen mit etwas Modifizierung durch das elastische Zerstreuen. Die offenbare blaue Farbe von Adern in der Haut ist ein allgemeines Beispiel wo sowohl geisterhafte Absorption als auch Spiel wichtige und komplizierte Rollen in der Färbung streuend. Das leichte Zerstreuen kann auch Farbe ohne Absorption, häufig Schatten des Blaus, als mit dem Himmel (das Zerstreuen von Rayleigh), die menschliche blaue Iris und die Federn von einigen Vögeln schaffen (Prum u. a. 1998). Jedoch kann das widerhallende leichte Zerstreuen in nanoparticles viele verschiedene hoch durchtränkte und vibrierende Farbtöne besonders erzeugen, wenn Oberfläche plasmon Klangfülle beteiligt wird (Roqué u. a. 2006).

Modelle des leichten Zerstreuens können in drei Gebiete geteilt werden, die auf einem ohne Dimension Größe-Parameter, α gestützt sind, der als definiert wird

\mathit {\\Alpha }\\mathrm\mathrm {\\frac {\\mathit {\\Pi }\\; {D_p}} {\\mathit {\\Lambda}} }\

</Mathematik>

wo πD der Kreisumfang einer Partikel ist und λ die Wellenlänge der Ereignis-Radiation ist. Gestützt auf dem Wert von α sind diese Gebiete:

: Das Zerstreuen von Rayleigh (kleine Partikel im Vergleich zur Wellenlänge des Lichtes)

: Das Zerstreuen von Mie (Partikel über dieselbe Größe wie Wellenlänge des Lichtes)

: Das geometrische Zerstreuen (Partikel, die viel größer ist als Wellenlänge des Lichtes)

Rayleigh, der sich zerstreut, ist ein Prozess, in dem elektromagnetische Radiation (einschließlich des Lichtes) durch ein kleines kugelförmiges Volumen des verschiedenen Brechungsindexes, wie eine Partikel, Luftblase, Tröpfchen oder sogar eine Dichte-Schwankung gestreut wird. Diese Wirkung wurde zuerst erfolgreich von Herrn Rayleigh modelliert, von dem es seinen Namen bekommt. In der Größenordnung vom Modell von Rayleigh, um zu gelten, muss der Bereich im Durchmesser viel kleiner sein als die Wellenlänge (λ) der gestreuten Welle; normalerweise wird die obere Grenze genommen, um über 1/10 die Wellenlänge zu sein. In diesem Größe-Regime ist die genaue Gestalt des sich zerstreuenden Zentrums gewöhnlich nicht sehr bedeutend und kann häufig als ein Bereich des gleichwertigen Volumens behandelt werden. Das innewohnende Zerstreuen, dass Radiation das Durchführen eines reinen Benzins erlebt, ist wegen mikroskopischer Dichte-Schwankungen, weil sich die Gasmoleküle bewegen, die normalerweise in der Skala für das Modell von Rayleigh klein genug sind, um zu gelten. Dieser sich zerstreuende Mechanismus ist die primäre Ursache der blauen Farbe des Himmels der Erde an einem klaren Tag, weil die kürzeren blauen Wellenlängen des Sonnenlichtes, das oben geht, stärker gestreut werden als die längeren roten Wellenlängen gemäß der berühmten 1/λ Beziehung von Rayleigh. Zusammen mit der Absorption ist solches Zerstreuen eine Hauptursache der Verdünnung der Radiation durch die Atmosphäre. Der Grad des Zerstreuens ändert sich als eine Funktion des Verhältnisses des Partikel-Diameters zur Wellenlänge der Radiation, zusammen mit vielen anderen Faktoren einschließlich der Polarisation, des Winkels und der Kohärenz.

Für größere Diameter wurde das Problem des elektromagnetischen Zerstreuens durch Bereiche zuerst von Gustav Mie und dem Zerstreuen von größeren Bereichen behoben, als die Reihe von Rayleigh deshalb gewöhnlich als Mie bekannt ist, der sich zerstreut. Im Regime von Mie wird die Gestalt des sich zerstreuenden Zentrums viel bedeutender, und die Theorie gilt nur gut für Bereiche und, mit etwas Modifizierung, Sphäroiden und Ellipsoiden. Lösungen der geschlossenen Form, um sich durch bestimmte andere einfache Gestalten zu zerstreuen, bestehen, aber keine allgemeine Lösung der geschlossenen Form ist für willkürliche Gestalten bekannt.

Sowohl das Zerstreuen von Mie als auch Rayleigh wird als elastische sich zerstreuende Prozesse betrachtet, in denen die Energie (und so Wellenlänge und Frequenz) des Lichtes nicht wesentlich geändert wird. Jedoch erlebt elektromagnetische gestreute Radiation durch das Bewegen von sich zerstreuenden Zentren wirklich eine Verschiebung von Doppler, die entdeckt und verwendet werden kann, um die Geschwindigkeit des Zerstreuens center/s in Formen von Techniken wie LIDAR und Radar zu messen. Diese Verschiebung schließt eine geringe Änderung in der Energie ein.

An Werten des Verhältnisses des Partikel-Diameters zur Wellenlänge mehr als ungefähr 10 sind die Gesetze der geometrischen Optik größtenteils genügend, um die Wechselwirkung des Lichtes mit der Partikel zu beschreiben, und an diesem Punkt wird die Wechselwirkung als das Zerstreuen nicht gewöhnlich beschrieben.

Um vom Zerstreuen in Fällen zu modellieren, wo die Modelle von Rayleigh und Mie wie Partikeln in der unregelmäßigen Form nicht gelten, gibt es viele numerische Methoden, die verwendet werden können. Die allgemeinsten sind Methoden des begrenzten Elements, die die Gleichungen von Maxwell lösen, um den Vertrieb des gestreuten elektromagnetischen Feldes zu finden. Hoch entwickelte Softwarepakete bestehen, die dem Benutzer erlauben, den Brechungsindex oder die Indizes der sich zerstreuenden Eigenschaft im Raum anzugeben, einen 2- oder manchmal 3-dimensionales Modell der Struktur schaffend. Für relativ große und komplizierte Strukturen verlangen diese Modelle gewöhnlich wesentliche Ausführungszeiten auf einem Computer.

Siehe auch

• Beugung von Bragg
• Brillouin-Lichtstreuung

Compton, der sich zerstreut

• Dynamisches Licht, das sich zerstreut
• Espresso crema Wirkung
• Linie von Kikuchi
• Das leichte Zerstreuen durch Partikeln
• Theorie von Mie
• Mott, der sich zerstreut
• Neutron, das sich zerstreut
• Foton-Verbreitung
• Puder-Beugung
• Raman, der sich zerstreut
• Rayleigh, der sich zerstreut
• Rutherford, der sich zerstreut
• Kleiner Winkel, der sich zerstreut
• Wirkung von Tyndall
• Thomson, der sich zerstreut
• Wolf-Wirkung

Röntgenstrahl-Kristallographie

• Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N. (2006). Atmosphärische Chemie und Physik - Von der Luftverschmutzung bis Klimaveränderung (2. Ed). Internationale Standardbuchnummer von John Wiley and Sons, Inc 0-471-82857-2

Außenverbindungen

• Das vielfache Zerstreuen in Partikel-Entdeckern für die hohe Energie behandelt Anwendungen
• Forschungsgruppe auf dem leichten Zerstreuen und der Verbreitung in komplizierten Systemen
• Das vielfache leichte Zerstreuen aus einem photonic Wissenschaftsgesichtspunkt
• Neutronzerstreuen-Web
• Weltverzeichnis von Neutronzerstreuen-Instrumenten