Lichtstreuung an Wassertröpfchen, Eiskristallen und Staubpartikeln

Lichtstreuung an Wassertröpfchen,
Eiskristallen und Staubpartikeln
Die Streuung an größeren Teilchen wie
Wassertröpfchen, Eiskristallen und Staubpartikeln unterscheidet sich von der an
den Luftmolekülen noch in einem zweiten
Punkt: der Verteilung des gestreuten Lichtes auf die verschiedenen Richtungen. Die
Grafik zeigt die Unterschiede. In ihr ist für
verschiedene Molekülgrößen die Intensität des gestreuten Lichtes in die verschiedenen Richtungen dargestellt. Die
Richtung der Pfeile gibt jeweils die Streurichtung, ihre Länge die Intensität des
gestreuten Lichtes an.
Während die Luftmoleküle in alle Richtungen praktisch gleich stark streuen, ist
an den größeren Teilchen, inbesondere
Richtung des
auftreffenden
Lichtstrahles
wenn ihr Durchmesser auf oder über 1 μm
steigt, die Streustrahlung hauptsächlich
nach vorn gerichtet, also in die Richtung,
in die auch der ursprüngliche Lichtstrahl
zielt. Die Meteorologen nennen die Streuung in diese Richtung Vorwärtsstreuung.
Nach den Seiten hin nimmt die Streustärke sehr rasch ab. Gegen die ursprüngliche Strahlungsrichtung wird nur sehr
wenig gestreut. Man bezeichnet sie analog zur Vorwärtsstreuung als Rückwärtsstreuung.
Von der Richtungsabhängigkeit der
Streustrahlung kann man sich überzeugen, wenn man an einem dunstigen Tag
Partikeldurchmesser
0,0001 μm
(Luftmoleküle)
0,1 μm
1 μm
(Dunstpartikel)
Richtungs-Intensitätsverteilung gestreuten Lichtes bei unterschiedlichen
Partikelgrößen (stark schematisiert!)
Richtungs-Intensitätsverteilung gestreuten Lichtes bei unterschiedlichen Partikelgrößen (stark
schematisiert).
Lichtstreuung
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Auch an einem Springbrunnen macht sich die
Lichtstreuung bemerkbar.
auf einen Berg steigt. Schaut man in Richtung Sonne, dann ist die Sicht viel schlechter, als wenn man die Sonne im Rücken
hat.
Beim Blick gegen die Sonne trübt die
Vorwärtsstreuung die Fernsicht. Im anderen Fall wird sie von der viel schwächeren
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Lichtstreuung
Rückwärtsstreuung nur unbedeutend beeinflusst.
Dieses Foto eines Springbrunnens bietet weitere interessante Einblicke in das
Wesen der Lichtstreuung: Die herabstürzenden und auf die Steine der Brunnenanlage aufprallenden, winzigen Wassertröpfchen formieren sich infolge ihrer
Streuwirkung zu einem regelrechten Lichtkegel. Besonders vor dem dunklen Hintergrund der Parkanlagen leuchten sie wie
unzählige winzige Glühbirnchen.
Ganz im Gegensatz dazu erscheint jedoch das Wasser an der Spitze der Fontäne wie eine dunkle, schmutzige Brühe.
Das ist umso überraschender, als unmittelbar dahinter die Sonne steht. Wegen
ihrer gleißenden Helligkeit müsste der
Wasserstrahl an dieser Stelle doch besonders kräftig leuchten!
Der Grund für die starke Lichtdämpfung ist folgender: An dieser Stelle bleiben die aus dem Brunnen hochgeschleuderten Wassertröpfchen einen Augenblich
lang in der Luft schweben, bevor sie wieder herunterzufallen beginnen. Die Folge
ist, dass sich in dieser Höhe besonders
viele Wassertröpfchen ansammeln, die
das Sonnenlicht so stark streuen, dass
auf der sonnenabgewandten Seite gerade
noch ein winziger Rest davon ankommt.
Das Licht, das durch Streuung scheinbar aus dem Nichts heraus entsteht,
stammt ja in Wirklichkeit aus der auftreffenden Lichtenergie.
Mit jedem gestreuten Lichtquant vermindert sich die Intensität des auftreffenden Lichtes. Sind sehr viele Partikel an
der Streuung beteiligt, dann bleibt von
der Helligkeit des ursprünglichen Lichtes
oft kaum noch etwas übrig.

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