Lichtstreuung entsteht durch Wechselwirkung einer elektromagnetischen Welle (z.B. Licht) und Teilchen (z.B. Valenzelektronen) der Materie. Das Licht, das also mit der Materie (z.B. Oberflächen) in Wechselwirkung tritt, ist verantwortlich für die Farbe von Gegenständen. Die Lichtstreuung ist dabei abhängig von der Wellenlänge des Lichtes und der Durchmesser der Teilchen, mit denen das Licht in Wechselwirkung tritt. Der Vorgang der Lichtstreuung setzt sich daher immer aus einer Absorption (Materie absorbiert “Energie”) und einer Emission (Materie gibt aufgenommene Photonen wieder ab) zusammen. Dies macht man sich in der Analytik zunutze, beispielsweise bei der Bestimmung von Molmassen mit Hilfe der Lichtstreuung.
Wie bereits erwähnt resultiert die Lichtstreuung durch Wechselwirkung von Licht (Photonen) und Materie. Zuerst einmal sollte man die wichtigsten Arten der Lichtstreuung kurz vorstellen:
Die Rayleigh-Streuung liegt dann vor, wenn der Durchmesser der Teilchen (die mit Licht bestrahlt werden) viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichtes mit dem es bestrahlt wird.
Mie-Streuung liegt vor, wenn das Licht auf Teilchen trifft (bzw. mit diesen in Wechselwirkung tritt), die ungefähr so groß sind wie die Wellenlänge des Lichtes mit dem es bestrahlt wird. Dabei werden alle einfallenden Wellenlängen gleichmäßig gestreut.
Die (Stokes-) Raman-Streuung liegt vor, wenn ein Teil der Energie des eingestrahlten Photons auf das Teilchen übertragen wird. Das Teilchen wird angeregt (beginnt zu Schwingen), während das Licht (bzw. die Photonen), um die Energie, die absorbiert wird, wieder abgestrahlt wird.
Anmerkung:
Mit Hilfe der Formel für die Rayleigh-Streuung erklären, dass in der Luft Licht umso stärker gestreut, je kleiner die Wellenlänge des Lichts ist. Daraus folgt, dass blaues Licht stärker gestreut als rotes Licht. Mit Hilfe der Theorie der Lichtstreuung lassen sich populärwissenschaftliche Phänomene wie die Färbung des Himmels erklären. So erscheint der Himmel am Tag blau und Abends eher rot. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass Abends bei tiefem Sonnenstand der Weg des Lichts durch die Atmosphäre länger ist, als Tagsüber.
Unter Lichtstreuung versteht man die Ablenkung von Lichtstrahlen von ihrem Ausbreitungsweg, wenn sie auf Partikel treffen.
Der Himmel erscheint blau, weil die kurzwelligere blaue Komponente des Sonnenlichts stärker in der Atmosphäre gestreut wird als die langwelligere rote Komponente.
Die Rayleigh-Streuung ist ein spezieller Fall der Lichtstreuung bei sehr kleinen Partikeln, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts.
Die Mie-Streuung ist eine Art von Lichtstreuung, die eintritt, wenn die Streuungspartikel in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts liegen.
Weißlicht ist das Licht, das alle Farben des sichtbaren Spektrums enthält.
Bei der Streuung von Weißlicht an kleinen Partikeln wird kurzwelliges Licht stärker gestreut als langwelliges Licht, wodurch der Himmel blau erscheint.
Bei der Streuung von Weißlicht an großen Partikeln wird das Licht nicht selektiv gestreut, sodass das gestreute Licht weiß erscheint.
Ein Sonnenuntergang erscheint rot, weil das Licht der Sonne einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegt und dabei das kurzwellige blaue Licht stärker gestreut wird als das langwellige rote Licht.
Lichtstreuung spielt eine Rolle in der Physik, Chemie, der Atmosphärenwissenschaft und der Astronomie.
Absorption von Licht bedeutet, dass das Licht von einem Material aufgenommen (absorbiert) wird, während Streuung bedeutet, dass das Licht von einem Material in verschiedene Richtungen abgelenkt wird.