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【趣味物理】为什么既有白云又有乌云
发表日期:2019-06-13 21:25| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:没有帐号?注册【趣味物理】为什么既有白云,又有乌云 用户品级:研究生一年级 白云为什么是白色,乌云为什么是黑色?天空为什么是蓝色,太阳为什么是红色 散射有瑞利散射、丁铎尔散射、拉曼散射之分。 蓝天、红日问题属于瑞利 散射类,散射核心是气体分子,

  没有帐号?注册【趣味物理】为什么既有白云,又有乌云

  用户品级:研究生一年级

  白云为什么是白色,乌云为什么是黑色?天空为什么是蓝色,太阳为什么是红色

  散射有瑞利散射、丁铎尔散射、拉曼散射之分。

  “蓝天”、“红日”问题属于瑞利

  散射类,散射核心是气体分子,其尺寸比光波的波长小三个量级。“白云”、“乌云”问题属于丁铎尔散射类,散射核心是通明的液滴,其尺寸多半在微米与亚毫米之间,即与光波的波长附近,或是比后者大1~2个量级。

  太阳的本色既不是红色,又不是绿色,而是白色。维恩定律是揭示黑体辐射谱中最强的单色成分与温度之间的对应关系,而不是说多色光惹起的色觉由最强的单色成分决定。

  “白”是多色光的分析结果,是视觉结果。视觉意义上的多色光的“色”是属于客观的感受,它与纯客观的单色光的 “色”之间没有必然的联系。彩电屏幕能显示黄、橙、紫等种“视觉单色”,但这些色中现实上完全不含黄、橙、紫的单色成分,它们都是由红、蓝、绿三种单色成分按恰当的比例配成的具有单色视觉结果的“三色光”。

  瑞利定律(散射光强度反比于波长的四次方)是专对分子散射而言的。操纵瑞利定律不难证明:白光受散射后,散射光中的蓝光(约0.45μm摆布)的强度是红光(约0.65μm摆布)的4~6倍。

  白日除了晚上和黄昏时分以外,人们视野内的大气根基上是遭到白光的映照。好天来自天空的光都是空气分子的散射光,此中蓝、靛、紫成分占80%摆布。靛、紫两种成分在太阳光中占的比例本来就不大,因此天空呈现蓝色。

  从上午8时至下战书4时,太阳的直射光中遭到散射的部门是微不足道的。若是有哪个傻瓜情愿用肉眼间接看太阳,那么他看到的就必然是白色圆盘,不成能是“红太阳”。可是在日出和日落之时,人们看到的太阳确实是红色的,这是由于此时的直射光线要在几乎与地面相切的标的目的上长距离地穿过浓密的大气层,直射光中的每一种单色成分都按指数律衰减,短波成分敏捷磨灭了,最终天然是红光占绝对劣势。

  虽然日出和日落之时的直射光是红色的,但落日斜照下的白色墙壁不是呈现红色,而是呈现橙黄色。这是由于墙壁不只接遭到红色的直射光,还接遭到来自天空的散射光。这时的大气和云朵不是对白光进行散射,而是对已被浓密的大气过滤过的以黄橙为主的直射光进行散射。散射光的光源亮度虽远不及直射光的光源,但其面积弘远于直射光的光源。

  白云和乌云都是由小水滴构成的。瑞利定律对小水滴不合用,由于该定律是以气体分子的二次发射为根据的,而小水滴是比纳米粒子还要大的无色通明的球透镜。它的所谓“散射光”现实上是反射光以及颠末几回折射后的透射光。

  白云和乌云在“含水量”方面会有些不同,但“含水量”的提法是有点迷糊的,词不达意。它能够被理解为整个云朵的含水量,也能够被理解为单个水滴的含水量。这两种理解都有必然按照。乌云能布满整个天空,白云却做不到。由此可见,就总趋向来说,乌云的含水量一般大于白云。可是,天空里的一丝云既能够是白云又能够是乌云,大片的云也有“白”、“乌”两种可能性,夏季庞大的白云团能在一霎时变成翻腾的乌云团,这就不克不及用含 水量来注释了。若是“含水量”是指“单个水滴的含水量”,那就精确了。

  从云的构成过程来看,乌云若是不是从别处飘来的,那就必定是由白云变来的。白云则分歧,它除了能够从别处飘来或是由乌云变来以外,还能够在万里晴空的布景上俄然“创生”。蓝天布景能在你目不转睛的几分钟里由蓝色变成粉蓝色,再变成边缘恍惚的淡淡的白云片以致变成有清晰边缘的白云朵,而乌云却不克不及从蓝天布景上俄然冒出来。白云变成乌云多半是在雨前,乌云变成白云多半是在雨后。对此类现象的注释是:夏季地表水在骄阳下敏捷蒸发,使空气湿度越来越大;高空的温度低于地表温度,因此水蒸气起首在高空达到饱和形态和过饱和形态;高空总会有一些尘埃,成为凝结核心,使饱和蒸汽和过饱和蒸汽凝成藐小的雾滴;雾滴足够稠密时,就成为肉眼可见的白云;雾滴越来越大,白云就变成为乌云;乌云中的水滴继续变大,就变成雨滴;雨后空气的湿度变小,水蒸气从头回到不饱和的形态,乌云中的小水滴起头蒸发,体积越来越小,如许就使乌云变成白云;白云中的雾滴继续不竭地蒸发,一旦全数汽化,白云就消逝了,从头显露彼苍。

  白云为何“白”?乌云为何“乌”?夏季白云团在一霎时变成乌云团的例子最能申明问题。在这种突变中,总水量根基上未变,太阳光的投射角也根基上未变,显眼的变化是“由白变乌”。这种工作老是发生在雷雨即将到来之时,这就表白“由白变乌”是水滴“由小变大”的成果。 乌云并不是无亮度的“黑云”,而是有亮度的,而且其散射光现实上也仍是白光,与白云的散射光在光谱方面没有不同,这是由于洪流滴和小水滴对于可见光来说都 是无色通明球透镜,散射光的颜色由入射光的颜色决定。一旦明白了这一点,我们就能操纵“亮度”来对白云和乌云作定量的比力。

  就单个水滴来说,散射光在特定标的目的上的通量与入射光的通量之比该当是一个常数,与水滴的大小无关。但就整个云团来说,散射光的总通量与入射光的总通量之比就不是常数了。单个水滴的散射截面反比于线度的平方,体积和质量反比于线度的立方。这就意味着:在云团总质量和总体积不变的环境下,若是水滴的半径增大一倍,那么单个水滴的散射截面就该当扩大为本来的4倍,而水滴总数则缩小为本来的1/8,意味着总散射截面是原先的一半。由此可见,若是白云团中的水滴是属于微米级,乌如此团中的水滴是属于亚毫米级(即100微米),那么白云的亮度就该当是乌云的100倍。

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