Elektromagnetische golven zijn een van de bekendste en meest voorkomende vormen van straling die verstrooiing ondergaan. Verstrooiing van licht en radiogolven (vooral bij radar) is bijzonder belangrijk. Verscheidene aspecten van elektromagnetische verstrooiing zijn verschillend genoeg om conventionele namen te hebben. De belangrijkste vormen van elastische lichtverstrooiing (met verwaarloosbare energieoverdracht) zijn Rayleigh-verstrooiing en Mie-verstrooiing. Inelastische verstrooiing omvat Brillouin-verstrooiing, Raman-verstrooiing, inelastische röntgenverstrooiing en Compton-verstrooiing.
Lichtverstrooiing is een van de twee belangrijkste fysische processen die bijdragen tot het zichtbare uiterlijk van de meeste voorwerpen, het andere is absorptie. Oppervlakken die als wit worden beschreven danken hun verschijning aan meervoudige verstrooiing van licht door interne of oppervlakte inhomogeniteiten in het voorwerp, bijvoorbeeld door de grenzen van transparante microscopische kristallen waaruit een steen is opgebouwd of door de microscopische vezels in een vel papier. Meer in het algemeen wordt de glans van het oppervlak bepaald door de verstrooiing. Sterk verstrooiende oppervlakken worden beschreven als dof of mat, terwijl de afwezigheid van oppervlakteverstrooiing leidt tot een glanzend uiterlijk, zoals bij gepolijst metaal of steen.
Spectrale absorptie, de selectieve absorptie van bepaalde kleuren, bepaalt de kleur van de meeste voorwerpen met enige wijziging door elastische verstrooiing. De schijnbare blauwe kleur van aderen in de huid is een veel voorkomend voorbeeld waar zowel spectrale absorptie als verstrooiing een belangrijke en complexe rol spelen bij de kleuring. Verstrooiing van licht kan ook kleur geven zonder absorptie, vaak schakeringen van blauw, zoals bij de hemel (Rayleighverstrooiing), de blauwe iris van de mens, en de veren van sommige vogels (Prum et al. 1998). Resonante lichtverstrooiing in nanodeeltjes kan echter veel verschillende, zeer verzadigde en levendige tinten produceren, vooral wanneer oppervlakteplasmon resonantie een rol speelt (Roqué et al. 2006).
Modellen voor lichtverstrooiing kunnen in drie domeinen worden verdeeld op basis van een dimensieloze grootteparameter, α, die als volgt wordt gedefinieerd:
α = π D p / λ , {\displaystyle \alpha =\pi D_{\text{p}}/\lambda,}
waarbij πDp de omtrek van een deeltje is en λ de golflengte van de invallende straling in het medium. Op grond van de waarde van α zijn deze domeinen:
α ≪ 1: Rayleigh-verstrooiing (klein deeltje vergeleken met de golflengte van het licht); α ≈ 1: Mie-verstrooiing (deeltje ongeveer even groot als de golflengte van het licht, alleen geldig voor bollen); α ≫ 1: geometrische verstrooiing (deeltje veel groter dan de golflengte van het licht).
Rayleigh-verstrooiing is een proces waarbij elektromagnetische straling (waaronder licht) wordt verstrooid door een klein bolvormig volume met verschillende brekingsindexen, zoals een deeltje, luchtbel, druppel, of zelfs een dichtheidsfluctuatie. Dit effect werd voor het eerst met succes gemodelleerd door Lord Rayleigh, aan wie het zijn naam ontleent. Om het model van Rayleigh te kunnen toepassen, moet de bol een veel kleinere diameter hebben dan de golflengte (λ) van de verstrooide golf; gewoonlijk wordt de bovengrens op ongeveer 1/10 van de golflengte gesteld. In dit grootte-regime is de exacte vorm van het verstrooiingscentrum gewoonlijk niet erg belangrijk en kan het vaak worden behandeld als een bol met gelijk volume. De inherente verstrooiing die straling ondergaat wanneer zij door een zuiver gas gaat, is te wijten aan microscopische dichtheidsfluctuaties wanneer de gasmoleculen zich verplaatsen, die normaal klein genoeg zijn in schaal om het model van Rayleigh toe te passen. Dit verstrooiingsmechanisme is de voornaamste oorzaak van de blauwe kleur van de hemel op een heldere dag, aangezien de kortere blauwe golflengten van het zonlicht dat over het aardoppervlak valt sterker worden verstrooid dan de langere rode golflengten volgens de beroemde 1/λ4-relatie van Rayleigh. Samen met absorptie is deze verstrooiing een belangrijke oorzaak van de verzwakking van straling door de atmosfeer. De mate van verstrooiing varieert als functie van de verhouding tussen de diameter van het deeltje en de golflengte van de straling, samen met vele andere factoren waaronder polarisatie, hoek en coherentie.
Voor grotere diameters werd het probleem van de elektromagnetische verstrooiing door bollen voor het eerst opgelost door Gustav Mie, en verstrooiing door bollen groter dan het Rayleigh-gebied staat daarom gewoonlijk bekend als Mie-verstrooiing. In het Mie-regime wordt de vorm van het verstrooiingscentrum veel belangrijker en de theorie is alleen goed toepasbaar op bollen en, met enige aanpassing, op sferoïden en ellipsoïden. Er bestaan gesloten-vorm oplossingen voor verstrooiing door bepaalde andere eenvoudige vormen, maar er is geen algemene gesloten-vorm oplossing bekend voor willekeurige vormen.
Zowel Mie als Rayleigh verstrooiing worden beschouwd als elastische verstrooiingsprocessen, waarbij de energie (en dus de golflengte en de frequentie) van het licht niet wezenlijk wordt veranderd. Elektromagnetische straling die door bewegende verstrooiingscentra wordt verstrooid, ondergaat echter wel een dopplerverschuiving, die kan worden gedetecteerd en gebruikt om de snelheid van het verstrooiingscentrum of de verstrooiingscentra te meten met behulp van technieken als lidar en radar. Deze verschuiving gaat gepaard met een kleine verandering in energie.
Bij waarden van de verhouding tussen de diameter van het deeltje en de golflengte van meer dan ongeveer 10, zijn de wetten van de geometrische optica meestal voldoende om de interactie van licht met het deeltje te beschrijven. Voor deze grotere bollen kan nog steeds de Mie-theorie worden gebruikt, maar de oplossing wordt vaak numeriek onhandelbaar.
Voor het modelleren van verstrooiing in gevallen waarin de Rayleigh- en Mie-modellen niet van toepassing zijn, zoals bij grotere, onregelmatig gevormde deeltjes, zijn er vele numerieke methoden die kunnen worden gebruikt. De meest gebruikelijke zijn eindige-elementenmethoden die de vergelijkingen van Maxwell oplossen om de verdeling van het verstrooide elektromagnetische veld te vinden. Er bestaan geavanceerde softwarepakketten die de gebruiker in staat stellen de brekingsindex of -indices van de verstrooiende eigenschap in de ruimte te specificeren, waardoor een 2- of soms 3-dimensionaal model van de structuur wordt gecreëerd. Voor relatief grote en complexe structuren vergen deze modellen gewoonlijk aanzienlijke uitvoeringstijden op een computer.
Electroforese is de migratie van macromoleculen onder invloed van een elektrisch veld. Bij elektroforetische lichtverstrooiing wordt een elektrisch veld door een vloeistof geleid, waardoor deeltjes gaan bewegen. Hoe groter de lading op de deeltjes is, hoe sneller ze kunnen bewegen.
