- Miestreuung
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Als Mie-Streuung oder auch Lorenz-Mie-Streuung bezeichnet man die Streuung elektromagnetischer Wellen an sphärischen Objekten, deren Durchmesser in etwa der Wellenlänge der Strahlung entspricht. Entgegen einem weitläufigen Missverständnis beschreibt die Mie-Theorie jedoch auch die Streuung an kleineren Partikeln exakt. Sie wurde nach dem deutschen Physiker Gustav Mie und dem dänischen Physiker Ludvig Lorenz benannt.
3D Darstellung der Mie-Streuung von rotem Licht (633nm) an einem sphärischen Partikel mit 2µm Durchmesser (Das Partikel befindet sich in der Mitte bei x=0 y=0 z=0 das Licht wird von links eingestrahlt). Die unterschiedliche Ausdehnung der Oberfläche entspricht der Intensität der Streuung in diese Richtung (Logarithmische Auftragung). Die typischen Oszillationen des gestreuten Lichtes, die bei der Mie-Streuung durch „Interferenz“ entstehen sind gut zu erkennen.Die Mie-Theorie ist die mathematische Beschreibung der elektromagnetischen Streuung einer ebenen Welle an einer Sphäre. Dabei wird die einfallende ebene Welle und das gestreute elektromagnetische Feld in eine Reihe nach abstrahlenden sphärischen Wellenfunktionen beschrieben. Das interne Feld wird in reguläre sphärische Wellenfunktionen entwickelt. Über die Randbedingungen auf der Kugeloberfläche können dann die Entwicklungskoeffizienten des gestreuten Feldes und damit das gestreute elektromagnetische Feld in jedem Raumpunkt berechnet werden. In seinem Aufsatz von 1908 gelang Mie die mathematische Beschreibung der Farbeffekte einer Suspension von kolloidalen Goldnanopartikeln. Die Mie-Theorie wird heutzutage zur Erklärung der unterschiedlichsten Effekte in der Optik eingesetzt, z.B. Regenbogen und Strahlungstransport. Weiterhin kann mit Hilfe der Mie-Theorie in der Partikelmesstechnik mit einfachen Methoden auf die Größe und die Brechzahl eines mikroskopischen Partikels geschlossen werden. Das charakteristisch je nach Winkel im Raum schwankende Streulicht kann man auch als Interferenz der am Körper gebeugten Welle verstehen. Diese Intensitätsverteilung der Streuung im Raum (siehe Bild) kann leicht aufgenommen werden und ermöglicht so das Zurückrechnen auf die Eigenschaften des Partikels.
Die Mie-Streuung hat auch in der Funktechnik eine Bedeutung, so kann die Reflexion und auch der Radarquerschnitt von metallischen Körpern berechnet werden, deren Umfang etwa in der Größenordnung der Funkwellen liegt. Die effektive Rückstrahlfläche einer Metallkugel mit einem Durchmesser von etwa einem Drittel der Wellenlänge beträgt z.B. das Vierfache dessen, was bei isotroper Streuung zu erwarten wäre, da sie dann in Resonanz zur Welle ist. Weitere (kleinere) Maxima treten bei ganzzahligen Vielfachen des Umfanges zur Wellenlänge auf und verschwinden ab etwa einem Umfang des Zehnfachen der Wellenlänge[1].
Literatur
- Gustav Mie: Beiträge zur Optik trüber Medien, speziell kolloidaler Metallösungen. Annalen der Physik, Vierte Folge, Band 25, 1908, No. 3, p 377-445.
- A. Stratton: Electromagnetic Theory., New York: McGraw-Hill, 1941.
- Hendrik Christoffel van de Hulst: Light scattering by small particles., New York, Dover, 1981, ISBN 0486642283.
- M. Kerker: The scattering of light and other electromagnetic radiation. New York, Academic, 1969.
- C. F. Bohren, D. R. Huffmann: Absorption and scattering of light by small particles. New York, Wiley-Interscience, 1983, ISBN 0471293407.
- P. W. Barber, S. S. Hill: Light scattering by particles: Computational Methods. Singapore, World Scientific, 1990, ISBN 997150832X.
- Thomas Wriedt: Mie theory 1908, on the mobile phone 2008. Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer 109 (2008), 1543–1548.
Siehe auch
Weblinks
- Mathematische Beschreibung – Mie-Streuung und Lokalisierung
- Grundlagen – Phasenfunktionen von Wassertropfen
- MieCalc – Online Mie-Berechnung
- MiePlot – Freie Software zur Simulation (englisch)
- Online Mie-Berechnung (englisch)
- SCATTERLIB – Sammlung von Codes zur Mie-Berechnung (englisch)
- Radarquerschnitt einer Metallkugel in Abhängigkeit von ihrer Größe
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