Undele electromagnetice sunt una dintre cele mai bine cunoscute și mai frecvent întâlnite forme de radiație care suferă împrăștiere. Dispersia luminii și a undelor radio (în special în cazul radarelor) este deosebit de importantă. Mai multe aspecte diferite ale împrăștierii electromagnetice sunt suficient de distincte pentru a avea denumiri convenționale. Formele majore de împrăștiere elastică a luminii (care implică un transfer de energie neglijabil) sunt împrăștierea Rayleigh și împrăștierea Mie. Împrăștierea neelastică include împrăștierea Brillouin, împrăștierea Raman, împrăștierea neelastică a razelor X și împrăștierea Compton.
Plasarea luminii este unul dintre cele două procese fizice majore care contribuie la aspectul vizibil al majorității obiectelor, celălalt fiind absorbția. Suprafețele descrise ca fiind albe își datorează aspectul lor dispersiei multiple a luminii de către neomogenitățile interne sau de suprafață ale obiectului, de exemplu de către limitele cristalelor microscopice transparente care alcătuiesc o piatră sau de către fibrele microscopice dintr-o foaie de hârtie. Mai general, luciul (sau strălucirea sau luciul) suprafeței este determinat de dispersie. Suprafețele cu grad ridicat de dispersie sunt descrise ca fiind mate sau având un finisaj mat, în timp ce absența dispersiei de suprafață duce la un aspect lucios, ca în cazul metalului sau al pietrei lustruite.
Absorbția spectrală, absorbția selectivă a anumitor culori, determină culoarea majorității obiectelor, cu unele modificări datorate dispersiei elastice. Culoarea aparent albastră a venelor din piele este un exemplu comun în care atât absorbția spectrală, cât și dispersia joacă roluri importante și complexe în colorare. De asemenea, împrăștierea luminii poate crea culoare fără absorbție, adesea nuanțe de albastru, așa cum se întâmplă cu cerul (împrăștierea Rayleigh), cu irisul albastru uman și cu penele unor păsări (Prum et al. 1998). Cu toate acestea, împrăștierea rezonantă a luminii în nanoparticule poate produce multe nuanțe diferite, foarte saturate și vibrante, în special atunci când este implicată rezonanța plasmonului de suprafață (Roqué et al. 2006).
Modelurile de împrăștiere a luminii pot fi împărțite în trei domenii pe baza unui parametru de dimensiune adimensională, α, care este definit astfel:
α = π D p / λ , {\displaystyle \alpha =\pi D_{\text{p}}/\lambda ,}
unde πDp este circumferința unei particule și λ este lungimea de undă a radiației incidente în mediu. În funcție de valoarea lui α, aceste domenii sunt:
α ≪ 1: împrăștierea Rayleigh (particulă mică în comparație cu lungimea de undă a luminii); α ≈ 1: împrăștierea Mie (particulă aproximativ de aceeași mărime cu lungimea de undă a luminii, valabilă numai pentru sfere); α ≫ 1: împrăștierea geometrică (particulă mult mai mare decât lungimea de undă a luminii).
Dispersia Rayleigh este un proces în care radiația electromagnetică (inclusiv lumina) este împrăștiată de un mic volum sferic cu indici de refracție variați, cum ar fi o particulă, o bulă, o picătură sau chiar o fluctuație de densitate. Acest efect a fost modelat pentru prima dată cu succes de Lord Rayleigh, de la care își trage numele. Pentru ca modelul lui Rayleigh să se aplice, sfera trebuie să aibă un diametru mult mai mic decât lungimea de undă (λ) a undei împrăștiate; de obicei, limita superioară este considerată a fi de aproximativ 1/10 din lungimea de undă. În acest regim de mărime, forma exactă a centrului de împrăștiere nu este de obicei foarte semnificativă și poate fi adesea tratată ca o sferă de volum echivalent. Dispersia inerentă la care este supusă radiația care trece printr-un gaz pur se datorează fluctuațiilor microscopice de densitate pe măsură ce moleculele de gaz se deplasează, care, în mod normal, au o scară suficient de mică pentru ca modelul lui Rayleigh să se aplice. Acest mecanism de împrăștiere este cauza principală a culorii albastre a cerului Pământului într-o zi senină, deoarece lungimile de undă albastre mai scurte ale luminii solare care trec pe deasupra capului sunt mai puternic împrăștiate decât lungimile de undă roșii mai lungi, conform celebrei relații 1/λ4 a lui Rayleigh. Alături de absorbție, această dispersie este o cauză majoră a atenuării radiațiilor de către atmosferă. Gradul de împrăștiere variază în funcție de raportul dintre diametrul particulei și lungimea de undă a radiației, împreună cu mulți alți factori, inclusiv polarizarea, unghiul și coerența.
Pentru diametre mai mari, problema împrăștierii electromagnetice de către sfere a fost rezolvată pentru prima dată de Gustav Mie, iar împrăștierea de către sfere mai mari decât intervalul Rayleigh este, prin urmare, cunoscută de obicei sub numele de împrăștiere Mie. În regimul Mie, forma centrului de împrăștiere devine mult mai semnificativă, iar teoria se aplică bine doar la sfere și, cu unele modificări, la sferoizi și elipsoizi. Există soluții în formă închisă pentru împrăștierea de către anumite alte forme simple, dar nu se cunoaște nicio soluție generală în formă închisă pentru forme arbitrare.
Atât împrăștierea Mie, cât și cea Rayleigh sunt considerate procese de împrăștiere elastică, în care energia (și, prin urmare, lungimea de undă și frecvența) luminii nu este modificată substanțial. Cu toate acestea, radiația electromagnetică împrăștiată de centrele de împrăștiere în mișcare suferă o deplasare Doppler, care poate fi detectată și utilizată pentru a măsura viteza centrului/centrelor de împrăștiere sub forma unor tehnici precum lidar și radar. Această deplasare implică o ușoară modificare a energiei.
La valori ale raportului dintre diametrul particulei și lungimea de undă mai mari de aproximativ 10, legile opticii geometrice sunt în cea mai mare parte suficiente pentru a descrie interacțiunea luminii cu particula. Teoria Mie poate fi în continuare utilizată pentru aceste sfere mai mari, dar soluția devine adesea greoaie din punct de vedere numeric.
Pentru modelarea împrăștierii în cazurile în care modelele Rayleigh și Mie nu se aplică, cum ar fi particulele mai mari, de formă neregulată, există multe metode numerice care pot fi utilizate. Cele mai comune sunt metodele cu elemente finite care rezolvă ecuațiile lui Maxwell pentru a găsi distribuția câmpului electromagnetic împrăștiat. Există pachete software sofisticate care permit utilizatorului să specifice indicele sau indicii de refracție ai elementului de dispersie în spațiu, creând un model bidimensional sau uneori tridimensional al structurii. Pentru structuri relativ mari și complexe, aceste modele necesită, de obicei, timpi de execuție substanțiali pe un calculator.
Electroforeza implică migrarea macromoleculelor sub influența unui câmp electric. Difuzarea electroforetică a luminii presupune trecerea unui câmp electric printr-un lichid care face ca particulele să se deplaseze. Cu cât sarcina particulelor este mai mare, cu atât mai repede se pot mișca.
.
