是什么让玻璃透明?

由:威廉•哈里斯|
玻璃窗做它最擅长的——保持恶劣天气,同时仍然允许光通过。
康斯托克/思想库

看过房子正在建造的吗?木匠首先建立的基本骨架结构用木板钉。通常他们钉板,胶合板,钉墙。大多数墙包括一个窗口打开,一张玻璃坐落在一个框架。窗户让家感觉明亮、温暖的欢迎,因为他们让光线进入。但是为什么一个玻璃窗口应该比木材更透明的周围吗?毕竟,这两个材料是固体,都保持了风、雪和。然而木头是不透明和块光完全,玻璃是透明的,让阳光流畅通。

你可能听说过一些人,甚至一些科学教科书——试图解释说,伍德是一个如此坚实,玻璃是一种高粘性液体。然后他们继续认为玻璃的原子分布之间的距离,这些差距让光挤过。他们甚至可能指向的窗户古老的房子,经常看波浪、厚不均,作为证据,窗户“流动”多年来像糖蜜的缓慢爬在一个寒冷的一天。

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在现实中,玻璃不是液体。它是一种特殊的固体称为一个非晶态固体。这是一个物质的原子和分子锁定到位,而是形成整洁、有序的晶体,他们随机安排。因此,眼镜机械刚性和固体一样,然而有液体分子的无序排列。非晶态固体时形成一个坚实的物质在高温下融化,然后迅速冷却,这一过程称为淬火

在许多方面,眼镜就像陶瓷,他们所有的属性:耐久性、强度和脆性,高电气和热阻和缺乏化学反应。氧化物玻璃,像商业玻璃你发现板和平板玻璃容器和灯泡,还有另一个重要的性质:它是透明的一系列波长称为可见光。要理解为什么,我们必须仔细看看玻璃的原子结构和理解当光子-光的最小粒子相互作用,结构。

接下来我们将这样做。

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电子光子:你别刺激我

首先,回想一下,电子围绕原子核的原子,占据不同的能量水平。从低到高能级,电子必须获得能量。相对的,从高到低能级,电子必须放弃能量。在这两种情况下,电子只能获得或释放能量在离散包。

现在让我们考虑一个光子向固体物质并与之互动。会发生三件事之一:

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  1. 这种物质吸收光子。这发生在光子放弃其能源电子位于材料。有了这些额外的能量,电子可以移动到更高的能级,而光子就消失了。
  2. 这种物质反映了光子。为此,光子放弃其能源材料,但光子相同的能量释放。
  3. 这种物质让光子通过不变。被称为传播,这是由于光子不与任何电子和继续它的旅程,直到它与另一个对象。

玻璃,当然,这最后一类。光子通过材料,因为他们没有足够的精力去玻璃电子激发到更高的能级。物理学家们有时谈论这方面的能带理论表示,在地区称为能级存在能源的乐队。在这些乐队之间的地区,被称为带隙,电子能级不存在。一些材料比其他人有更大的带隙。玻璃是一种材料,这意味着它的电子需要更多的能量才能跳过从一个能带到另一个,回来。可见光子的——光波长400 - 700纳米,对应颜色紫、靛蓝色、蓝色、绿色、黄色、橙色和红色,没有足够的能量导致跳过。因此,可见光的光子穿过玻璃,而不是吸收或反射,使玻璃透明。

在波长小于可见光光子开始有足够的精力去把玻璃电子从一个能带到另一个地方。例如,紫外线,波长从10到400纳米,不能通过氧化大多数眼镜,如玻璃窗格的窗口。这使得一个窗口,包括窗口在我们假设的在建房子,像木头是不透明的紫外线可见光。

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出版:2000年6月19日

透明玻璃常见问题解答

为什么玻璃对可见光透明但不透明的紫外线和红外线?
这是因为能量的紫外线和红外线,波长。当通过玻璃可见光传输时,没有足够的能量波动内激发电子,所以他们穿过结晶结构,从而导致透明度。
为什么玻璃是透明的,而典型的金属是不透明的吗?
这个概念也被称为透明度和透明性。而光波没有能量激活和反射玻璃电子,同样不能说对其他金属。轻触电子,激发他们和反弹,让我们看到了金属。
玻璃总是透明的吗?
并不是所有的玻璃都是透明的——有时是半透明或发光或扭曲图像的另一端。这是因为玻璃层继续堆积,光层,内部反射电子电子,这意味着最终,玻璃仍不透明了。
18新利最新登入沙子变成透明玻璃如何?
当沙子非常激烈,二氧化硅粒子也融化在3090°F。熔化的二氧化硅过滤掉任何杂质。尽管沙使它可见杂质,纯二氧化硅形式一个健壮的水晶透明玻璃。
为什么玻璃透明和脆弱?
如果玻璃没有热处理,它是透明的,因为没有杂质或晶界玻璃。这些边界的缺乏意味着没有特定边界化合物之间的债券,从而有效地将玻璃易碎。

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更大的链接

  • “非晶态固体”。Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica, 2011. Web. (May 2, 2011) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/21328/amorphous-solid
  • Askeland,唐纳德·r·Pradeep角色Phule。的科学工程和材料。汤姆森。2006。钱德勒,大卫L。“解释说:隙”。MIT News. July 23, 2010. (May 2, 2011) http://web.mit.edu/newsoffice/2010/explained-bandgap-0723.html
  • “玻璃”。Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica Online. Encyclopædia Britannica, 2011. Web. (May 2, 2011) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/234888/glass
  • 的家伙,罗伯特。“…玻璃的物理学”。Discover Magazine. October 1999. (May 2, 2011) http://discovermagazine.com/1999/oct/physics/?searchterm=glass
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