즐거운 인생, 즐거운 물리

빛이 입자를 만나 진행방향과 다른 여러 방향으로 흩어지는 현상을 산란이라 부른다.

입자에 의한 탄성산란에는 레일리 산란과 미 산란이 있는데 이것은 입자의 크기에 따라 다른 이론을 적용한다.

입자의 크기가 파장보다 작은 경우(분자) 레일리 산란을 따르고 입자가 큰 경우(안개,매연 등)에는 미 산란을 따른다.

흔히 생각할 때 산란이 일어 날 때 빛이 물체에 반사되어 빛의 진행방향 반대편으로 빛이 강하게 보일 것 같지만 빛의 진행봥향과 같은 방향으로 산란이 크게 일어난다. 또한 이것은 입자의 크기에 따라 달라진다.

아래 그림은 빛의 진행방향이 오른쪽이라고 했을 때의 산란광의 강도이다. 레일리산란의 경우 여러 방향으로 산란되는 특징이 있다.미산란의 경우 진행방향으로 산란이 잘 되는 특징이 있으며 입자가 클수록 이 특징은 뚜렷하게 나타난다.

http://www.shimadzu.com/an/powder/sald/data/appli/app6.html

입자의 크기에 따른 산란각도. 입자가 작아질수록 산란은 뒤 방향으로도 일어나며 크기가 0.05μm 정도가 되면 진행방향으로 산란되는 빛과 반대방향으로 산란되는 빛의 세기가 비슷해진다. 

레일리 산란의 강도는 파장의 4제곱에 반비례한다. 따라서 파장이 짧을 수록 산란이 크게 일어나게 된다. 파란색(400nm)이 빨간색(700nm)보다 9배 산란이 잘 된다. 때문에 하늘이 파랗게 보이는 것이다. 

http://jntv.go.kr/kr/board/picture_view.php?bid=ecologyEx&category=6&menuid=5&cno=202&yearschange=2013_2

위 사진은 레일리 산란과 미 산란을 잘 보여준다. 푸른 하늘은 레일리산란에 의해 산란된 빛이 우리 눈에 도달한다. 하늘은 원래 검은색이므로 푸른색 빛이 산란되어 파랗게 보이는 것이다.  태양 근처의 노을은 붉게 보이는데 미산란되어 진행방향으로 태양빛이 진행하다가 파란색 빛은 산란되어 여러방향으로 흩어진다. 이때 붉은색빛은 잘 흩어지지 않으므로 붉은색 빛이 보이는 것이다.