Fale elektromagnetyczne są jedną z najlepiej poznanych i najczęściej spotykanych form promieniowania, które ulegają rozpraszaniu. Szczególnie ważne jest rozpraszanie światła i fal radiowych (zwłaszcza w radarach). Kilka różnych aspektów rozpraszania elektromagnetycznego jest wystarczająco wyraźnych, aby nadać im umowne nazwy. Głównymi formami sprężystego rozpraszania światła (obejmującego nieistotny transfer energii) są rozpraszanie Rayleigha i rozpraszanie Mie. Rozpraszanie nieelastyczne obejmuje rozpraszanie Brillouina, rozpraszanie Ramana, nieelastyczne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego i rozpraszanie Comptona.
Rozpraszanie światła jest jednym z dwóch głównych procesów fizycznych, które przyczyniają się do widzialnego wyglądu większości obiektów, drugim jest absorpcja. Powierzchnie opisane jako białe zawdzięczają swój wygląd wielokrotnemu rozpraszaniu światła przez wewnętrzne lub powierzchniowe niejednorodności w obiekcie, na przykład przez granice przezroczystych mikroskopijnych kryształów, które tworzą kamień lub przez mikroskopijne włókna w arkuszu papieru. Bardziej ogólnie, połysk (lub połysk lub połysk) powierzchni jest określany przez rozpraszanie. Wysoce rozpraszające powierzchnie są opisane jako matowe lub o matowym wykończeniu, podczas gdy brak rozpraszania powierzchni prowadzi do błyszczący wygląd, jak z polerowanego metalu lub stone.
Spektralna absorpcja, selektywna absorpcja niektórych kolorów, określa kolor większości obiektów z pewną modyfikacją przez elastyczne rozpraszanie. Widoczny niebieski kolor żył w skórze jest częstym przykładem, gdzie zarówno absorpcja spektralna i rozpraszanie odgrywają ważne i złożone role w kolorystyce. Rozpraszanie światła może również tworzyć kolor bez absorpcji, często odcienie niebieskiego, jak w przypadku nieba (rozpraszanie Rayleigha), ludzkiej niebieskiej tęczówki i piór niektórych ptaków (Prum et al. 1998). Jednakże, rezonansowe rozpraszanie światła w nanocząsteczkach może wytwarzać wiele różnych wysoce nasyconych i żywych odcieni, zwłaszcza gdy zaangażowany jest rezonans plazmonów powierzchniowych (Roqué et al. 2006).
Modele rozpraszania światła można podzielić na trzy dziedziny w oparciu o bezwymiarowy parametr wielkości, α, który jest zdefiniowany jako:
α = π D p / λ , { {displaystyle \alpha = \pi D_{text{p}}/\lambda ,}
gdzie πDp jest obwodem cząstki, a λ jest długością fali promieniowania padającego w ośrodku. W zależności od wartości α, dziedziny te to:
α ≪ 1: rozpraszanie Rayleigha (cząstka mała w porównaniu z długością fali światła); α ≈ 1: rozpraszanie Mie (cząstka mniej więcej tej samej wielkości co długość fali światła, ważne tylko dla kul); α ≫ 1: rozpraszanie geometryczne (cząstka znacznie większa niż długość fali światła).
Rayleigh scattering jest procesem, w którym promieniowanie elektromagnetyczne (w tym światło) jest rozpraszane przez małą sferyczną objętość o różnych współczynnikach załamania, taką jak cząstka, pęcherzyk, kropla, a nawet fluktuacja gęstości. Efekt ten został po raz pierwszy pomyślnie wymodelowany przez Lorda Rayleigha, od którego pochodzi jego nazwa. Aby model Rayleigha mógł być zastosowany, średnica kuli musi być znacznie mniejsza niż długość fali (λ) rozproszonej fali; zwykle za górną granicę przyjmuje się około 1/10 długości fali. W tym reżimie rozmiarów, dokładny kształt centrum rozpraszania nie ma zazwyczaj większego znaczenia i często może być traktowany jako sfera o równoważnej objętości. Nieodłączne rozpraszanie, któremu ulega promieniowanie przechodzące przez czysty gaz, jest spowodowane mikroskopijnymi fluktuacjami gęstości w miarę przemieszczania się cząsteczek gazu, których skala jest zazwyczaj wystarczająco mała, aby można było zastosować model Rayleigha. Ten mechanizm rozpraszania jest główną przyczyną niebieskiego koloru nieba na Ziemi w pogodny dzień, ponieważ krótsze niebieskie fale światła słonecznego przechodzącego nad głową są silniej rozpraszane niż dłuższe czerwone fale, zgodnie ze słynną zależnością Rayleigha 1/λ4. Wraz z absorpcją, takie rozpraszanie jest główną przyczyną tłumienia promieniowania przez atmosferę. Stopień rozproszenia zmienia się jako funkcja stosunku średnicy cząstki do długości fali promieniowania, wraz z wieloma innymi czynnikami, w tym polaryzacją, kątem i koherencją.
W przypadku większych średnic, problem rozpraszania elektromagnetycznego przez sfery został po raz pierwszy rozwiązany przez Gustava Mie, a rozpraszanie przez sfery większe niż zakres Rayleigha jest zatem zwykle znane jako rozpraszanie Mie. W reżimie Mie, kształt centrum rozpraszania staje się znacznie bardziej znaczący i teoria dobrze stosuje się tylko do sfer oraz, z pewnymi modyfikacjami, sferoid i elipsoid. Istnieją zamknięte rozwiązania dla rozpraszania przez pewne inne proste kształty, ale nie jest znane żadne ogólne zamknięte rozwiązanie dla kształtów dowolnych.
Zarówno rozpraszanie Mie, jak i Rayleigha uważa się za procesy rozpraszania sprężystego, w których energia (a więc długość i częstotliwość fali) światła nie ulega istotnej zmianie. Jednakże promieniowanie elektromagnetyczne rozproszone przez poruszające się ośrodki rozpraszające ulega przesunięciu dopplerowskiemu, które może być wykryte i wykorzystane do pomiaru prędkości ośrodka/ośrodków rozpraszających w takich technikach jak lidar i radar. Przesunięcie to wiąże się z niewielką zmianą energii.
Przy wartościach stosunku średnicy cząstki do długości fali większych niż około 10, prawa optyki geometrycznej są w większości wystarczające do opisania oddziaływania światła z cząstką. Teoria Mie może być nadal stosowana dla tych większych kul, ale rozwiązanie często staje się nieporęczne numerycznie.
Do modelowania rozpraszania w przypadkach, gdy modele Rayleigha i Mie nie mają zastosowania, takich jak większe cząstki o nieregularnych kształtach, istnieje wiele metod numerycznych, które mogą być stosowane. Najbardziej powszechne są metody elementów skończonych, które rozwiązują równania Maxwella, aby znaleźć rozkład rozproszonego pola elektromagnetycznego. Istnieją zaawansowane pakiety oprogramowania, które pozwalają użytkownikowi określić współczynnik lub współczynniki załamania światła elementu rozpraszającego w przestrzeni, tworząc dwu-, a czasem trójwymiarowy model struktury. Dla stosunkowo dużych i złożonych struktur, modele te zwykle wymagają znacznych czasów wykonania na komputerze.
Elektroforeza polega na migracji makrocząsteczek pod wpływem pola elektrycznego. Elektroforetyczne rozpraszanie światła polega na przepuszczeniu przez ciecz pola elektrycznego, które powoduje ruch cząsteczek. Im większy ładunek jest na cząsteczkach, tym szybciej są one w stanie się poruszać.
.
