Защо стъклото е прозрачно? Защо стъклото е прозрачно на пръстите ви? Защо стъклото пропуска светлина?

Като дете веднъж попитах баща си: „Защо стъклото пропуска светлина?“ Дотогава бях научил, че светлината е поток от частици, наречени фотони, и ми се стори невероятно как толкова малка частица може да лети през дебело стъкло. Бащата отговорил: „Защото е прозрачен“. Замълчах, защото разбрах, че „прозрачен“ е само синоним на израза „пропуска светлина“, а баща ми всъщност не знаеше отговора. И в училищните учебници нямаше отговор, но бих искал да знам. Защо стъклото пропуска светлина?

отговор

Физиците наричат ​​светлина не само видима светлина, но и невидима инфрачервена радиация, ултравиолетова радиация, рентгенови лъчи, гама радиация и радиовълни. Материали, които са прозрачни за една част от спектъра (например зелена светлина), могат да бъдат непрозрачни за други части от спектъра (червеното стъкло, например, не пропуска зелени лъчи). Обикновеното стъкло не пропуска ултравиолетова радиация, но кварцовото стъкло е прозрачно за ултравиолетовата радиация. Материали, които изобщо не пропускат видима светлина, са прозрачни за рентгеновите лъчи. и т.н.

Светлината се състои от частици, наречени фотони. Фотоните с различни „цветове“ (честоти) носят различни порции енергия.

Фотоните могат да бъдат погълнати от материята, като пренасят енергия и я нагряват (както е добре известно на всеки, който се е пекъл на плажа). Светлината може да се отрази от вещество, впоследствие да влезе в очите ни, така че ние виждаме предмети около нас, но в пълна тъмнина, където няма източници на светлина, не виждаме нищо. И светлината може да премине през вещество - и тогава казваме, че това вещество е прозрачно.

Различните материали поглъщат, отразяват и пропускат светлина в различни пропорции и следователно се различават по своите оптични свойства (по-тъмни и по-светли, различни цветове, блясък, прозрачност): саждите поглъщат 95% от падащата върху тях светлина, а полираното сребърно огледало отразява 98% на светлината. Създаден е материал на базата на въглеродни нанотръби, който отразява само 45 хилядни от процента от падащата светлина.

Възникват въпроси: кога фотонът се абсорбира от вещество, кога се отразява и кога преминава през вещество? Сега се интересуваме само от третия въпрос, но по пътя ще отговорим на първия.

Взаимодействието на светлината и материята е взаимодействието на фотони с електрони. Електронът може да абсорбира фотон и може да излъчва фотон. Няма отражение на фотони. Отражението на фотона е двуетапен процес: поглъщането на фотона и последващото излъчване на точно същия фотон.

Електроните в атома са способни да заемат само определени орбити, всяка от които има собствено енергийно ниво. Атомът на всеки химичен елемент се характеризира със собствен набор от енергийни нива, т.е. разрешени орбити на електрони (същото се отнася за молекули, кристали, кондензирано състояние на материята: саждите и диамантът имат едни и същи въглеродни атоми, но оптичните свойства на веществата са различни; металите, отразяващи светлината, са прозрачни и дори променят цвета си (зелено злато), ако аморфното стъкло не пропуска ултравиолетово лъчение, а кристалното стъкло, направено от същите молекули силициев оксид, е прозрачно; ултравиолетово лъчение).

Поглъщайки фотон с определена енергия (цвят), електронът се движи на по-висока орбита. Напротив, излъчил фотон, електронът се премества на по-ниска орбита. Електроните могат да абсорбират и излъчват не всякакви фотони, а само тези, чиято енергия (цвят) съответства на разликата в енергийните нива на даден атом.

По този начин как се държи светлината, когато се сблъска с вещество (отразена, абсорбирана, преминала през) зависи от това какви са разрешените енергийни нива на веществото и каква енергия имат фотоните (т.е. какъв цвят е светлината, падаща върху веществото).

За да бъде погълнат фотон от един от електроните в атома, той трябва да има строго определена енергия, съответстваща на разликата в енергиите на кои да е две енергийни нива на атома, в противен случай той ще прелети. В стъклото разстоянието между отделните енергийни нива е голямо и нито един фотон от видимата светлина няма съответната енергия, която би била достатъчна за един електрон, погълнал фотон, да скочи на по-високо енергийно ниво. Следователно стъклото пропуска фотони на видимата светлина. Но фотоните на ултравиолетовата светлина имат достатъчна енергия, така че електроните абсорбират тези фотони, а стъклото блокира ултравиолетовото лъчение. В кварцовото стъкло разстоянието между разрешените енергийни нива (енергийна празнина) е дори по-голямо и следователно фотоните не само на видимата, но и на ултравиолетовата светлина нямат достатъчно енергия, за да могат електроните да ги абсорбират и да се преместят към горните разрешени нива.

И така, фотоните на видимата светлина летят през стъкло, защото нямат подходящата енергия, за да задвижат електроните към по-високо енергийно ниво, и следователно стъклото изглежда прозрачно.

Чрез добавяне на примеси, които имат различен енергиен спектър към стъклото, то може да бъде оцветено - стъклото ще абсорбира фотони с определени енергии и ще предава други фотони на видимата светлина.

Като начало нека кажем няколко думи за твърди вещества, течности и газове. В твърдото вещество молекулите са силно привлечени една към друга. Те буквално се залепиха.

Ето защо твърдите тела имат ограничена форма, като топка или куб. Но въпреки че молекулите са опаковани много плътно, те все още вибрират леко около средната си позиция (нищо в природата не стои неподвижно).

Молекули в течности и газове

В течностите молекулите са свързани една с друга по-хлабаво. Те се плъзгат и изместват една спрямо друга. Следователно течностите са течни и заемат целия обем на съда, в който се наливат. В газовете молекулите са напълно несвързани една с друга. Те летят с висока скорост във всички посоки. Средната скорост на полета на молекула водород при температура 0 градуса по Целзий е 5600 километра в час. Между газовите молекули има много свободно пространство. Можете да минете през газов облак и дори да не го забележите.

Свързани материали:

Как се правят украсите за коледна елха?

Защо газовете са прозрачни, но твърдите вещества не са?

Температурата играе решаваща роля за това дали дадено вещество е твърдо, течно или газообразно. При нормално налягане на повърхността на земята при температура от 0 градуса по Целзий и по-ниска водата е твърдо вещество. При температури между 0 и 100 градуса по Целзий водата е течност. При температури над 100 градуса по Целзий водата е газ. Парата от тигана се разпространява в кухнята равномерно във всички посоки.

Въз основа на горното нека приемем, че е възможно да се вижда през газове, но това е невъзможно през твърди тела. Но някои твърди вещества, като стъклото, са прозрачни като въздуха. как става това Повечето твърди тела абсорбират светлината, която пада върху тях. Част от погълнатата светлинна енергия се използва за загряване на тялото. По-голямата част от падащата светлина се отразява. Следователно виждаме твърдо тяло, но не можем да видим през него.

Свързани материали:

Защо стъклото е прозрачно?

Молекулите на стъклото абсорбират фотони от светлина, падащи върху него. В същия момент стъклените молекули излъчват едни и същи фотони в една и съща посока. Стъклото абсорбира фотони и излъчва същите фотони в същата посока. Така стъклото се оказва прозрачно, тоест всъщност пропуска светлина. Същата история се случва с вода и други практически безцветни течности. По-голямата част от падащата светлина се носи от молекули. Някои фотони се абсорбират и тяхната енергия се използва за нагряване на течността.

В газовете молекулите са разположени на голямо разстояние една от друга. Светлинните лъчи могат да преминат през газов облак, без да срещнат нито една молекула по пътя си. Това се случва с повечето фотони на слънчевата светлина, преминаващи през земната атмосфера. Светлината се разсейва, когато се сблъска с газови молекули. Когато бялата светлина се сблъска с молекула, тя се разделя на цветен спектър. Следователно, очевидно, газовете на земната атмосфера изглеждат сини. Въпреки това те се считат за прозрачни.

Свързани материали:

Състав на земната атмосфера, размер на молекулата на въздуха

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

• Какво е венецианско стъкло и...
• Защо човек се прозява и защо...
• Защо човек не разпознава своята...

Основната отличителна черта на стъклото е неговата прозрачност. И вероятно мнозина се чудеха: „Защо има това свойство?“ Наистина, благодарение на това качество, стъклото стана широко разпространено и широко използвано в ежедневието.

Ако се задълбочим в тази тема, тя може да изглежда доста трудна и неразбираема за повечето хора, тъй като много физически процеси са засегнати в области като оптика, квантова механика и химия. За обща информация е по-добре да използвате по-опростен наративен език, който ще бъде разбираем за много потребители.

И така, известно е, че всички тела се състоят от молекули, а молекулите от своя страна са направени от атоми, чиято структура е доста проста. В центъра на атома има ядро, състоящо се от протони и неутрони, около които електроните се въртят по своите орбити. Осветлението също е доста просто. Просто трябва да си го представите като поток от фотонни топки, излитащи от фенерче, на което очите ни реагират. Ако поставите бетонна стена между очите си и фенерчето, светлината ще стане невидима. Но ако осветите тази стена с фенерче от страната на наблюдателя, можете да видите как лъчите на светлината се отразяват от бетона и отново попадат в очите. Съвсем логично е фотонните топки да не преминават през бетонна бариера, поради факта, че удрят електрони, които се движат с такава невероятна скорост, че фотон от светлина не може да проникне през електронните орбити до ядрото и в крайна сметка се отразява от електрони.

Още по темата: Защо гумата от пяна става жълта?

Защо обаче светлината прониква през стъклени бариери? В крайна сметка вътре в стъклото също има молекули и атоми. Ако вземете доста дебело стъкло, тогава летящ фотон трябва да се сблъска с тях, тъй като във всяко стъклено зърно има просто неизмерим брой атоми. В този случай всичко зависи от това как електроните се сблъскват с фотоните. Например, когато фотон удари електрон, въртящ се около протон, цялата му енергия отива към електрона. Фотонът се абсорбира от него и изчезва. На свой ред електронът получава допълнителна енергия (тази, която е имал фотонът) и с нейна помощ се придвижва на по-висока орбита, като по този начин започва да се върти по-далеч от ядрото. Обикновено далечните орбити са по-малко стабилни, така че след известно време електронът освобождава взетата частица и се връща към своята стабилна орбита. Излъченият фотон се изпраща в произволна посока, след което се поглъща от някой съседен атом. То ще продължи да се лута в веществото, докато не бъде излъчено обратно или в крайна сметка отиде, както в конкретен случай, да нагрее бетонна стена.

Още по темата: Защо сапунът се пени?

Важното е електронните орбити да не са произволно разположени около атомното ядро. Атомите на всеки химичен елемент имат ясно оформен набор от нива или орбити, тоест електронът не е в състояние да се издигне по-високо или да падне по-ниско. Той има способността да прескача само ясна празнина надолу или нагоре. И всички тези нива имат различни енергии. Следователно се оказва, че само фотон с определена, точно определена енергия е в състояние да насочи електрона към по-висока орбита.

Оказва се, че сред три летящи фотона с различни индикатори за енергиен заряд, само един се скачва с атом, чиято енергия ще бъде точно равна на енергийната разлика между нивата на един конкретен атом. Останалите ще прелетят и няма да могат да осигурят на електрона определена порция енергия, за да може да премине на друго ниво.

Прозрачността на стъклото се обяснява с факта, че електроните в неговите атоми са разположени в такива орбити, че преминаването им на по-високо ниво изисква енергия, която не е достатъчна за фотон видима светлина. Поради тази причина фотонът не се сблъсква с атоми и преминава през стъклото доста лесно.

Още по темата: Как да подобрим хидролизата?

Нека кажем веднага, че твърдението, че колкото по-мощен и по-ярък е източникът на светлина, толкова повече енергия ще имат фотоните, е неправилно. Силата зависи от повече от тях. В този случай енергията на всяка отделна частица светлина е една и съща. Как да намерим фотони с различни енергийни заряди? За да направим това, трябва да помним, че светлината не е просто поток от топки-частици, тя е и вълна. Различните фотони имат различна дължина на вълната. И колкото по-висока е честотата на трептене, толкова по-мощен енергиен заряд носи частицата. Нискочестотните фотони носят малко енергия, високочестотните носят много. Първите включват радиовълни и инфрачервена светлина. Второто е рентгеновото лъчение. Видимата за очите ни светлина е някъде по средата. В същото време, например, същият бетон е прозрачен за радиовълни, гама лъчение и инфрачервено лъчение, но непрозрачен за ултравиолетови, рентгенови лъчи и видима светлина.

07.02.2017 15:49 850

Защо стъклото е прозрачно?

Стъклото е много важен материал, който хората използват в различни сфери на живота. От него се правят прозорци, съдове, огледала, стъкла за очила и др.

Само си представете: връщате се от училище и откривате, че в прозорците на вашия апартамент няма стъкло. От къщата изчезна и цялата стъклария. Искате да погледнете изненаданото си лице в огледалото, но и него го нямаше... И сега нямаше да имаме много други полезни неща, ако стъклото не се беше появило навреме.

В нашата статия ще ви разкажем историята на стъклото, как е дошло в живота ни и защо е толкова прозрачно. Кой е изобретил този полезен, крехък материал? Колкото и да е странно - никой. Факт е, че стъклото е създадено от самата природа.

Имало едно време, много милиони години преди появата на първия човек на земята, стъклото вече е съществувало. И се е образувал от първо гореща, а след това охладена лава, избухнала на повърхността от вулкани. Това естествено стъкло сега се нарича обсидиан.

Те обаче нямаха право да остъкляват например прозорци. И не само защото тогава нямаше прозорци, но и защото естественото стъкло има мръсносив цвят и през него не се вижда абсолютно нищо.

И така, как се появи стъклото, годно за консумация, тоест прозрачно? Може би хората са се научили как да го мият? Уви, естественото стъкло е мръсно не отвън, а отвътре, така че дори и най-модерните препарати няма да помогнат тук...

Има няколко легенди за това как хората за първи път са направили стъкло, близко до съвременното стъкло. Всички те са много еднообразни и значението им се свежда до факта, че пътниците, които нямат под ръка камъни за огнището, използват вместо тях парчета естествена сода.

Освен това това се случи в пустинята или на брега на резервоар, където винаги имаше пясък. И така, под въздействието на огъня, содата и пясъкът се разтопиха и се свързаха, образувайки стъкло. Хората вярват в тези легенди от дълго време. Но съвсем наскоро стана ясно, че всичко това не е вярно, защото топлината, излъчвана от огъня, не е достатъчна за такъв рафтинг.

Хората започнаха да произвеждат стъкло със собствените си ръце преди повече от 5 хиляди години в Египет. Вярно, дори тогава не беше прозрачен, но поради факта, че в пясъка имаше чужди примеси, имаше зелен или син оттенък. Но постепенно на Изток се научиха да се отърват от тези примеси. Съдейки по разкопките, първите стъклени продукти са мъниста.

Малко по-късно започнаха да покриват съдове със стъкло. И на хората им отне още 2 хиляди години, за да се научат как да го направят изцяло от стъкло. Тайната на производството на стъкло е била толкова ценна в онези времена, че правителството на Венеция в началото на 13 век изпратило специални хора на изток, за да разкрият тази тайна.

Те създадоха собствено производство и успяха да направят стъклото още по-прозрачно, като се досетиха да добавят малко олово към състава му. Отначало стъклото се е произвеждало в самата Венеция. Местните власти се страхуваха много, че някой ще разбере производствената тайна, така че районът, където се намираха тези работилници, винаги беше отцепен от войници.

Никой от работниците, участващи в производството на стъкло, нямаше право да напуска града. За всеки опит за това не само самият стъклар, но и цялото му семейство бяха осъдени на смърт. В крайна сметка беше решено работилниците да се преместят на остров Мурано. Оттам беше по-трудно да се избяга, а и трудно се стигна.

През 1271 г. венецианските шлифовчии се научили да правят лещи от стъкло, които първоначално не били много търсени. Но през 1281 г. те измислят как да ги поставят в специално проектирани рамки. Така се появяват първите очила. Първоначално те бяха толкова скъпи, че бяха отличен подарък дори за крале и императори.

В края на 15-ти век, когато Венеция се научи да прави стъклени изделия, продуктите от Мурано (наречени на острова, където са произведени) станаха толкова популярни по целия свят, че се наложи да бъдат построени допълнителни кораби, за да ги доставят.

Но подобренията на стъклото продължиха и по-късно. Дойде времето и хората излязоха с идеята да го покрият със специално съединение - амалгама, и така се появиха огледала.

В Русия производството на стъкло започва преди хиляда години в малки работилници. А през 1634 г. близо до Москва е построена първата фабрика за стъкло.

Имаше времена, когато дъбената кожа се смяташе за признак на нисък произход и благородните дами се опитваха да защитят лицата и ръцете си от слънчевите лъчи, за да запазят аристократичната си бледност. По-късно отношението към тенът се промени - той се превърна в незаменим атрибут на здрав и успешен човек. Днес, въпреки продължаващите спорове относно ползите и вредите от излагането на слънце, бронзовият тон на кожата все още е на върха на популярността. Но не всеки има възможност да посети плажа или солариума и в тази връзка мнозина се интересуват дали е възможно да се правят слънчеви бани през стъклото на прозореца, седейки например на затоплена от слънцето остъклена лоджия или таван.

Вероятно всеки професионален шофьор или просто човек, който прекарва дълго време зад волана на автомобил, е забелязал, че ръцете и лицето му с течение на времето придобиват лек тен. Същото важи и за офис служителите, които са принудени да седят до прозорец без завеси през цялата работна смяна. Често можете да намерите следи от тен по лицата им дори през зимата. И ако човек не посещава редовно солариуми и не прави ежедневна разходка из паркове, тогава това явление не може да се обясни по друг начин освен с тен през стъкло. И така, пропуска ли стъклото ултравиолетовата светлина и възможно ли е да почернявате през прозореца? Нека да го разберем.

Естеството на дъбене

За да отговорите на въпроса дали е възможно да получите тен през обикновено стъкло на прозорец в кола или на лоджия, трябва да разберете как точно протича процесът на потъмняване на кожата и какви фактори влияят върху него. На първо място, трябва да се отбележи, че тенът не е нищо повече от защитна реакция на кожата към слънчевата радиация. Под въздействието на ултравиолетовата светлина епидермалните клетки (меланоцити) започват да произвеждат веществото меланин (тъмен пигмент), поради което кожата придобива бронзов оттенък. Колкото по-висока е концентрацията на меланин в горните слоеве на дермата, толкова по-интензивен е тенът. Но не всички ултравиолетови лъчи предизвикват такава реакция, а само тези, които се намират в много тесен диапазон от дължини на вълните. Ултравиолетовите лъчи условно се разделят на три вида:

• А-лъчи (дълги вълни)- практически не се задържат от атмосферата и достигат безпрепятствено земната повърхност. Такова лъчение се счита за най-безопасното за човешкото тяло, тъй като не активира синтеза на меланин. Всичко, което може да направи, е да причини леко потъмняване на кожата и то само при продължително излагане. Въпреки това, при прекомерна инсолация от дълговълнови лъчи, колагеновите влакна се разрушават и кожата се дехидратира, в резултат на което започва да старее по-бързо. А някои хора развиват алергия към слънцето именно заради А-лъчите. Дълговълновото лъчение лесно преодолява дебелината на прозоречните стъкла и води до постепенно избледняване на тапети, мебелни повърхности и килими, но е невъзможно да се получи пълен тен с негова помощ.
• B-лъчи (средни вълни)- се задържат в атмосферата и достигат повърхността на Земята само частично. Този вид излъчване има пряк ефект върху синтеза на меланин в клетките на кожата и допринася за появата на бърз тен. И при интензивното му въздействие върху кожата се получават изгаряния с различна степен. B-лъчите не могат да проникнат през обикновено стъкло на прозорец.
• C-лъчи (къси вълни)- представляват огромна опасност за всички живи организми, но, за щастие, те са почти напълно неутрализирани от атмосферата, без да достигат повърхността на Земята. Такова лъчение можете да срещнете само високо в планините, но и там ефектът му е изключително отслабен.

Физиците идентифицират друг вид ултравиолетово лъчение - екстремно, за което често се използва терминът "вакуум" поради факта, че вълните в този диапазон се абсорбират напълно от земната атмосфера и не достигат до земната повърхност.

Можете ли да почернявате през стъкло?

Дали можете да получите тен през прозоречно стъкло или не зависи пряко от това какви свойства притежава. Факт е, че има различни видове стъкла, всяко от които се влияе по различен начин от UV лъчите. По този начин органичното стъкло има висок пропускателен капацитет, което позволява преминаването на целия спектър на слънчевата радиация. Същото важи и за кварцовото стъкло, което се използва в солариумни лампи и в устройства за дезинфекция на помещения. Обикновеното стъкло, използвано в жилищни помещения и автомобили, пропуска изключително дълговълнови лъчи от тип А и е невъзможно да се изгори през него. Друг е въпросът, ако го замените с плексиглас. Тогава можете да правите слънчеви бани и да се радвате на красив загар почти през цялата година.

Въпреки че понякога има случаи, когато човек прекарва известно време под слънчевите лъчи, преминаващи през прозорец, и след това открива лек тен на открити участъци от кожата. Разбира се, той е напълно уверен, че е придобил тен именно от слънчева светлина през стъклото. Но това не е съвсем вярно. Има много просто обяснение за това явление: промяната в сянката в този случай възниква в резултат на активирането на малко количество остатъчен пигмент (меланин), произведен под въздействието на ултравиолетови лъчи тип В, ​​разположени в кожните клетки. По правило такъв „тен“ е временен, тоест бързо изчезва. С една дума, за да получите пълноценен тен, трябва или да посетите солариум, или редовно да правите слънчеви бани и няма да е възможно да промените естествения тон на кожата към по-тъмен през обикновен прозорец или автомобилно стъкло.

Имате ли нужда да се защитавате?

Само тези хора, които имат много чувствителна кожа и предразположеност към старчески петна, трябва да се тревожат дали е възможно да се получи тен през стъкло. Препоръчва се постоянно да използват специални продукти с минимална степен на защита (SPF). Такава козметика трябва да се прилага предимно върху лицето, шията и деколтето. Въпреки това, не трябва да се предпазвате твърде активно от ултравиолетовата радиация, особено от дългите вълни, тъй като слънчевите лъчи в умерени количества са много полезни и дори необходими за нормалното функциониране на човешкото тяло.