Ondas electromagnéticas são uma das formas de radiação mais conhecidas e mais comummente encontradas que sofrem dispersão. A dispersão da luz e das ondas de rádio (especialmente no radar) é particularmente importante. Vários aspectos diferentes da dispersão eletromagnética são suficientemente distintos para ter nomes convencionais. As principais formas de dispersão de luz elástica (envolvendo transferência de energia insignificante) são a dispersão de Rayleigh e a dispersão de Mie. A dispersão inelástica inclui a dispersão de Brillouin, a dispersão Raman, a dispersão de raios X inelástica e a dispersão Compton.
A dispersão de luz é um dos dois principais processos físicos que contribuem para a aparência visível da maioria dos objetos, sendo o outro a absorção. Superfícies descritas como brancas devem sua aparência à dispersão múltipla da luz por não homogeneidades internas ou de superfície no objeto, por exemplo, pelos limites dos cristais microscópicos transparentes que compõem uma pedra ou pelas fibras microscópicas em uma folha de papel. Mais geralmente, o brilho (ou brilho ou brilho) da superfície é determinado pela dispersão. Superfícies altamente dispersas são descritas como sendo baças ou tendo um acabamento fosco, enquanto a ausência de dispersão da superfície leva a uma aparência brilhante, como no metal ou pedra polida.
Absorção espectral, a absorção seletiva de certas cores, determina a cor da maioria dos objetos com alguma modificação pela dispersão elástica. A cor azul aparente das veias na pele é um exemplo comum onde tanto a absorção espectral como a dispersão desempenham papéis importantes e complexos na coloração. A dispersão de luz também pode criar cor sem absorção, muitas vezes tons de azul, como no céu (Rayleigh scattering), na íris azul humana e nas penas de algumas aves (Prum et al. 1998). No entanto, a dispersão da luz ressonante em nanopartículas pode produzir muitas tonalidades diferentes altamente saturadas e vibrantes, especialmente quando a ressonância plasmonar superficial está envolvida (Roqué et al. 2006).
Modelos de dispersão de luz podem ser divididos em três domínios com base num parâmetro de tamanho sem dimensão, α que é definido como:
α = π D p / λ , {\displaystyle \alpha =\pi D_{\text{\p}}/lambda ,}
onde πDp é a circunferência de uma partícula e λ é o comprimento de onda da radiação incidente no meio. Baseado no valor de α, estes domínios são:
α ≪ 1: Rayleigh scattering (partícula pequena comparada com o comprimento de onda da luz); α ≈ 1: Mie scattering (partícula aproximadamente do mesmo tamanho do comprimento de onda da luz, válido apenas para esferas); α ≫ 1: geometric scattering (partícula muito maior do que o comprimento de onda da luz).
Rayleigh scattering é um processo em que a radiação electromagnética (incluindo a luz) é espalhada por um pequeno volume esférico de índices de refracção de variantes, tais como uma partícula, bolha, gota, ou mesmo uma flutuação de densidade. Este efeito foi modelado pela primeira vez com sucesso por Lord Rayleigh, de quem recebe o seu nome. Para que o modelo de Rayleigh se aplique, a esfera deve ter um diâmetro muito menor do que o comprimento de onda (λ) da onda dispersa; normalmente o limite superior é tomado como sendo cerca de 1/10 do comprimento de onda. Neste regime de tamanho, a forma exata do centro de dispersão geralmente não é muito significativa e pode muitas vezes ser tratada como uma esfera de volume equivalente. A dispersão inerente que a radiação sofre ao passar por um gás puro deve-se a flutuações microscópicas de densidade à medida que as moléculas de gás se movimentam, que normalmente são suficientemente pequenas em escala para que o modelo de Rayleigh se aplique. Este mecanismo de dispersão é a causa primária da cor azul do céu da Terra em um dia claro, já que os comprimentos de onda azuis mais curtos da luz solar que passam por cima são mais fortemente dispersos do que os comprimentos de onda vermelhos mais longos, de acordo com a famosa relação 1/λ4 de Rayleigh. Juntamente com a absorção, tal dispersão é a principal causa da atenuação da radiação pela atmosfera. O grau de dispersão varia em função da relação entre o diâmetro da partícula e o comprimento de onda da radiação, juntamente com muitos outros fatores incluindo polarização, ângulo e coerência.
Para diâmetros maiores, o problema da dispersão eletromagnética por esferas foi primeiramente resolvido por Gustav Mie, e a dispersão por esferas maiores que a faixa de Rayleigh é, portanto, normalmente conhecida como dispersão de Mie. No regime de Mie, a forma do centro de dispersão torna-se muito mais significativa e a teoria só se aplica bem às esferas e, com algumas modificações, aos esferoides e elipsóides. Soluções de forma fechada para a dispersão por algumas outras formas simples existem, mas nenhuma solução geral de forma fechada é conhecida por formas arbitrárias.
A dispersão de Mie e Rayleigh são consideradas processos de dispersão elástica, nos quais a energia (e portanto o comprimento de onda e a frequência) da luz não é substancialmente alterada. Entretanto, a radiação eletromagnética espalhada pelo movimento dos centros de dispersão sofre um deslocamento Doppler, que pode ser detectado e usado para medir a velocidade do(s) centro(s) de dispersão em formas de técnicas como lidar e radar. Este deslocamento envolve uma leve mudança na energia.
Em valores da razão entre o diâmetro da partícula e o comprimento de onda superior a cerca de 10, as leis da ótica geométrica são, na sua maioria, suficientes para descrever a interação da luz com a partícula. A teoria de Mie ainda pode ser usada para estas esferas maiores, mas a solução muitas vezes torna-se numericamente pesada.
Para modelagem da dispersão em casos onde os modelos Rayleigh e Mie não se aplicam, tais como partículas maiores, de forma irregular, há muitos métodos numéricos que podem ser usados. Os mais comuns são os métodos de elementos finitos que resolvem as equações de Maxwell para encontrar a distribuição do campo eletromagnético disperso. Existem pacotes sofisticados de software que permitem ao utilizador especificar o índice de refracção ou índices da característica de dispersão no espaço, criando um modelo bidimensional ou por vezes tridimensional da estrutura. Para estruturas relativamente grandes e complexas, estes modelos geralmente requerem tempos de execução substanciais em um computador.
Electroforese envolve a migração de macromoléculas sob a influência de um campo elétrico. A dispersão de luz eletroforética envolve a passagem de um campo elétrico através de um líquido que faz as partículas se moverem. Quanto maior for a carga sobre as partículas, mais rápido elas são capazes de se mover.
