چرا شیشه نور را از خود عبور می دهد؟فیزیک فرآیند. چرا شیشه شفاف است؟ چرا گازها شفاف هستند اما جامدات شفاف نیستند؟

برای شروع، اجازه دهید چند کلمه در مورد جامدات، مایعات و گازها بگوییم. در یک جامد، مولکول ها به شدت به یکدیگر جذب می شوند. آنها به معنای واقعی کلمه به هم چسبیده بودند.

به همین دلیل است که جامدات شکل محدودی دارند، مانند یک توپ یا یک مکعب. اما اگرچه مولکول ها بسیار محکم بسته بندی شده اند، اما هنوز اندکی در اطراف موقعیت متوسط ​​خود ارتعاش می کنند (هیچ چیز در طبیعت ثابت نمی ماند).

مولکول ها در مایعات و گازها

در مایعات، مولکول ها به صورت سست تری به یکدیگر متصل می شوند. آنها می لغزند و نسبت به یکدیگر جابجا می شوند. بنابراین مایعات سیال هستند و کل حجم ظرفی را که در آن ریخته می شوند را اشغال می کنند. در گازها، مولکول ها کاملاً به یکدیگر بی ارتباط هستند. آنها با سرعت بالا در همه جهات پرواز می کنند. میانگین سرعت پرواز یک مولکول هیدروژن در دمای 0 درجه سانتیگراد 5600 کیلومتر در ساعت است. فضای آزاد زیادی بین مولکول های گاز وجود دارد. می توانید از میان یک ابر گاز عبور کنید و حتی متوجه آن نشوید.

مواد مرتبط:

تزئینات درخت کریسمس چگونه ساخته می شود؟

چرا گازها شفاف هستند اما جامدات شفاف نیستند؟

دما نقش تعیین کننده ای در جامد، مایع یا گاز بودن یک ماده دارد. در فشار معمولی روی سطح زمین در دمای 0 درجه سانتیگراد و کمتر، آب یک جامد است. در دمای بین 0 تا 100 درجه سانتیگراد، آب یک مایع است. در دمای بالای 100 درجه سانتیگراد، آب یک گاز است. بخار حاصل از تابه به طور مساوی در تمام جهات در آشپزخانه پخش می شود.

با توجه به موارد فوق، اجازه دهید فرض کنیم که امکان دیدن از طریق گازها وجود دارد، اما این امر از طریق جامدات غیرممکن است. اما برخی از جامدات مانند شیشه مانند هوا شفاف هستند. این چطوری کار میکنه؟ بیشتر جامدات نوری را که روی آنها می افتد جذب می کنند. بخشی از انرژی نور جذب شده برای گرم کردن بدن استفاده می شود. بیشتر نور فرودی منعکس می شود. بنابراین، ما یک جسم جامد را می بینیم، اما نمی توانیم از طریق آن ببینیم.

مواد مرتبط:

چرا شیشه شفاف است؟

مولکول‌های شیشه فوتون‌های نوری را که روی آن می‌افتد جذب می‌کنند. در همان لحظه، مولکول های شیشه فوتون های مشابهی را در یک جهت ساطع می کنند. شیشه فوتون ها را جذب می کند و فوتون های مشابهی را در یک جهت ساطع می کند. به این ترتیب شیشه شفاف می شود، یعنی در واقع نور را از خود عبور می دهد. همین داستان در مورد آب و دیگر مایعات تقریباً بی رنگ اتفاق می افتد. بیشتر نور فرودی توسط مولکول ها حمل می شود. برخی فوتون ها جذب می شوند و انرژی آنها برای گرم کردن مایع استفاده می شود.

در گازها، مولکول ها در فواصل طولانی از یکدیگر قرار دارند. پرتوهای نور می توانند از یک ابر گازی بدون برخورد با یک مولکول در طول مسیر عبور کنند. این اتفاق برای اکثر فوتون های نور خورشید که از جو زمین عبور می کنند اتفاق می افتد. نور هنگام برخورد با مولکول های گاز پراکنده می شود. هنگامی که نور سفید با یک مولکول برخورد می کند، به طیفی از رنگ ها تقسیم می شود. بنابراین، ظاهراً گازهای جو زمین آبی به نظر می رسند. با وجود این، آنها شفاف در نظر گرفته می شوند.

مواد مرتبط:

ترکیب جو زمین، اندازه مولکول هوا

اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.

• شیشه ونیزی چیست و ...
• چرا انسان خمیازه می کشد و چرا...
• چرا آدم خودش را نمی شناسد...

از پنجره بیرون را نگاه کن. اگر از عینک استفاده می‌کنید، از آن استفاده کنید. دوربین دوچشمی بردارید و ذره بین را فراموش نکنید. چی میبینی؟ مهم نیست که به چه چیزی نگاه می کنید، لایه های متعدد شیشه در دید شما اختلال ایجاد نمی کند. اما چگونه است که چنین ماده جامدی عملاً نامرئی است؟

برای درک این موضوع، باید ساختار شیشه و ماهیت منشا آن را بدانید.

همه چیز با پوسته زمین شروع می شود که بیشتر از سیلیکون و اکسیژن تشکیل شده است. این عناصر واکنش داده و دی اکسید سیلیکون را تشکیل می دهند که مولکول های آن در یک شبکه کریستالی کوارتز منظم قرار گرفته اند. به طور خاص، ماسه ای که برای ساخت شیشه استفاده می شود، غنی از کوارتز کریستالی است. احتمالاً می دانید که شیشه جامد است و اصلاً از قطعات کوچک کوارتز تشکیل نشده است و این بی دلیل نیست.

ابتدا، لبه‌های ناهموار دانه‌های شن و نقص‌های کوچک در ساختار کریستالی، نوری را که بر روی آنها می‌افتد منعکس و پراکنده می‌کنند. اما اگر کوارتز را تا دمای بالا گرم کنید، مولکول‌ها با شدت بیشتری شروع به ارتعاش می‌کنند و باعث شکسته شدن پیوندهای بین آنها می‌شوند. و کریستال خود به مایع تبدیل می شود، همانطور که یخ به آب تبدیل می شود. درست است، با تنها تفاوت: وقتی دوباره به داخل کریستال سرد می شود، مولکول های کوارتز دیگر جمع نمی شوند. برعکس، با از دست دادن انرژی مولکول‌ها، احتمال نظم‌دهی فقط کاهش می‌یابد. نتیجه یک جسم بی شکل است. جامدی با خواص مایع که با عدم وجود مرزهای بین کریستالی مشخص می شود. به لطف این، شیشه در سطح میکروسکوپی همگن می شود. اکنون نور تقریباً بدون مانع از مواد عبور می کند.

اما این توضیح نمی دهد که چرا شیشه نور را از خود عبور می دهد و مانند سایر جامدات آن را جذب نمی کند. پاسخ در کوچکترین مقیاس، درون اتمی نهفته است. اگرچه بسیاری از مردم می دانند که یک اتم شامل یک هسته و الکترون هایی است که به دور آن می چرخند، اما چند نفر می دانند که اتم تقریباً یک فضای خالی کامل است؟ اگر اندازه یک اتم به اندازه یک استادیوم فوتبال بود، هسته آن به اندازه یک نخود در مرکز زمین بود و الکترون‌ها دانه‌های ریز ماسه در جایی در ردیف‌های عقب خواهند بود. بنابراین فضای کافی برای عبور آزاد نور وجود دارد.

سوال این نیست که چرا شیشه شفاف است، بلکه سوال این است که چرا اجسام دیگر شفاف نیستند. همه چیز مربوط به سطوح انرژی است که الکترون ها در یک اتم قرار دارند. شما می توانید آنها را به عنوان ردیف های مختلف در استادیوم ما تصور کنید. الکترون در یکی از ردیف ها جای مشخصی دارد. با این حال، اگر انرژی کافی داشته باشد، می تواند به ردیف دیگری بپرد. در برخی موارد جذب یکی از فوتون های عبوری از اتم انرژی لازم را تامین می کند. اما یک گرفتاری وجود دارد. برای انتقال یک الکترون از ردیفی به ردیف دیگر، فوتون باید مقدار انرژی کاملاً مشخصی داشته باشد، در غیر این صورت در کنار آن پرواز خواهد کرد. این چیزی است که در مورد شیشه اتفاق می افتد. ردیف ها به قدری از هم دور هستند که انرژی یک فوتون نور مرئی برای حرکت الکترون ها بین آنها کافی نیست.

و فوتون‌های طیف فرابنفش انرژی کافی دارند، بنابراین جذب می‌شوند، و مهم نیست که چقدر تلاش کنید، پشت شیشه پنهان شوید، برنزه نمی‌شوید. در طول قرنی که از تولید شیشه می گذرد، مردم از خاصیت منحصر به فرد آن یعنی سخت و شفاف بودن کاملا قدردانی کرده اند. از پنجره‌هایی که نور روز را وارد می‌کنند و از عناصر محافظت می‌کنند، تا ابزارهایی که به شما امکان می‌دهند به فضا نگاه کنید یا جهان‌های میکروسکوپی را مشاهده کنید.

تمدن مدرن را از شیشه محروم کنید و چه چیزی از آن باقی مانده است؟ به اندازه کافی عجیب، ما به ندرت به اهمیت آن فکر می کنیم. این احتمالاً به این دلیل اتفاق می افتد که با شفاف بودن شیشه، نامرئی می ماند و ما فراموش می کنیم که آنجاست.

کلید واژه ها:ساختار شیشه ای، منشا شیشه، پورتال Science on the Experiment، مقالات علمی

07.02.2017 15:49 850

چرا شیشه شفاف است؟

شیشه ماده بسیار مهمی است که افراد در عرصه های مختلف زندگی از آن استفاده می کنند. از آن پنجره، ظروف، آینه، عدسی عینک و ... ساخته می شود...

فقط تصور کنید: از مدرسه برمی گردید و متوجه می شوید که در پنجره های آپارتمان شما شیشه ای وجود ندارد. تمام ظروف شیشه ای نیز از خانه ناپدید شدند. می خواهی به چهره متعجب خود در آینه نگاه کنی، اما آن هم نبود... و اگر شیشه به موقع ظاهر نمی شد، اکنون چیزهای مفید دیگری نداشتیم.

در مقاله خود، تاریخچه شیشه، نحوه ورود آن به زندگی ما و دلیل شفاف بودن آن را برای شما خواهیم گفت. چه کسی این ماده مفید و شکننده را اختراع کرد؟ به اندازه کافی عجیب - هیچ کس. واقعیت این است که شیشه توسط خود طبیعت ساخته شده است.

روزی روزگاری، میلیون‌ها سال قبل از ظهور اولین انسان روی زمین، شیشه از قبل وجود داشت. و ابتدا از گدازه های داغ و سپس سرد شده ای که از آتشفشان ها به سطح می ترکند تشکیل شده است. این شیشه طبیعی در حال حاضر ابسیدین نامیده می شود.

با این حال، آنها اجازه نداشتند به عنوان مثال، پنجره ها را لعاب کنند. و نه تنها به این دلیل که در آن زمان هیچ پنجره ای وجود نداشت، بلکه به این دلیل که شیشه طبیعی رنگ خاکستری کثیفی دارد و مطلقاً هیچ چیز از طریق آن دیده نمی شود.

پس شیشه مناسب مصرف یعنی شفاف چگونه ظاهر شد؟ شاید مردم شستن آن را یاد گرفته باشند؟ افسوس، شیشه طبیعی نه از بیرون، بلکه از داخل کثیف است، بنابراین حتی مدرن ترین شوینده ها نیز در اینجا کمکی نمی کنند ...

افسانه های مختلفی در مورد اینکه چگونه مردم برای اولین بار شیشه را نزدیک به شیشه مدرن ساختند، وجود دارد. همه آنها بسیار یکنواخت هستند و معنای آنها به این خلاصه می شود که مسافران بدون داشتن سنگ برای آتشدان به جای آن از تکه های نوشابه طبیعی استفاده می کردند.

علاوه بر این، این اتفاق در بیابان یا در ساحل یک مخزن رخ داد، جایی که همیشه ماسه وجود داشت. و به این ترتیب، تحت تأثیر آتش، سودا و ماسه ذوب شده و به هم پیوستند و شیشه را تشکیل دادند. مردم از دیرباز به این افسانه ها اعتقاد داشتند. اما اخیراً مشخص شد که همه اینها درست نیست، زیرا گرمای ناشی از آتش برای چنین رفتینگ کافی نیست.

مردم بیش از 5 هزار سال پیش در مصر شروع به تولید شیشه با دست خود کردند. درسته حتی اون موقع هم شفاف نبود ولی به دلیل وجود ناخالصی های خارجی در ماسه رنگ سبز یا آبی داشت. اما به تدریج در شرق آموختند که از شر این ناخالصی ها خلاص شوند. با قضاوت بر اساس حفاری ها، اولین محصولات شیشه ای مهره ها بودند.

کمی بعد شروع به پوشاندن ظروف با شیشه کردند. و انسان 2 هزار سال دیگر طول کشید تا یاد بگیرد چگونه آن را کاملاً از شیشه بسازد. راز تولید شیشه در آن روزگار به قدری ارزشمند بود که دولت ونیز در آغاز قرن سیزدهم افراد خاصی را برای کشف این موضوع به شرق فرستاد و در نتیجه ونیزی ها به این راز دست یافتند.

آنها تولید خود را راه اندازی کردند و توانستند شیشه را حتی شفاف تر کنند و حدس زدند که کمی سرب به ترکیب آن اضافه کنند. در ابتدا شیشه در خود ونیز ساخته می شد. مقامات محلی بسیار می ترسیدند که کسی به راز تولید پی ببرد، بنابراین منطقه ای که این کارگاه ها در آن قرار داشتند همیشه توسط سربازان محاصره می شد.

هیچ یک از کارگران تولید شیشه حق خروج از شهر را نداشتند. برای هر تلاشی برای انجام این کار، نه تنها خود شیشه‌ساز، بلکه تمام خانواده‌اش به اعدام محکوم شدند. در نهایت تصمیم گرفته شد که کارگاه ها به جزیره مورانو منتقل شوند. فرار از آنجا دشوارتر بود و رسیدن به آنجا نیز دشوارتر بود.

در سال 1271، آسیاب های ونیزی ساخت عدسی هایی از شیشه را یاد گرفتند که در ابتدا تقاضای زیادی نداشت. اما در سال 1281 آنها متوجه شدند که چگونه آنها را در قاب های طراحی شده مخصوص قرار دهند.اینگونه اولین عینک ظاهر شد. در ابتدا آنها به قدری گران بودند که حتی برای پادشاهان و امپراتوران نیز هدیه ای عالی بودند.

در پایان قرن پانزدهم، زمانی که ونیز ساخت ظروف شیشه‌ای را آموخت، محصولات مورانو (که به نام جزیره‌ای که در آن ساخته می‌شد نامگذاری شده‌اند) چنان در سرتاسر جهان محبوب شدند که کشتی‌های دیگری برای تحویل آن‌ها ساخته می‌شد.

اما پیشرفت شیشه بعداً ادامه یافت. زمان فرا رسیده است و مردم به این فکر افتادند که آن را با یک ترکیب خاص - آمالگام بپوشانند و به این ترتیب آینه ها ظاهر شدند.

در روسیه، تولید شیشه از هزار سال پیش در کارگاه های کوچک آغاز شد. و در سال 1634، اولین کارخانه شیشه در نزدیکی مسکو ساخته شد.

زمان هایی بود که پوست برنزه را نشانه کم زایی می دانستند و خانم های نجیب برای حفظ رنگ پریدگی اشرافی خود سعی می کردند از صورت و دست های خود در برابر اشعه های خورشید محافظت کنند. بعداً نگرش نسبت به برنزه شدن تغییر کرد - این به یک ویژگی ضروری یک فرد سالم و موفق تبدیل شد. امروزه، با وجود بحث و جدل های مداوم در مورد فواید و مضرات قرار گرفتن در معرض نور خورشید، رنگ پوست برنزی هنوز در اوج محبوبیت است. اما همه این فرصت را ندارند که از ساحل یا سولاریوم بازدید کنند و از این نظر، بسیاری علاقه مند هستند که آیا می توان از طریق شیشه پنجره حمام آفتاب گرفت، مثلاً روی یک ایوان یا اتاق زیر شیروانی با لعاب گرم شده با آفتاب.

احتمالاً هر راننده حرفه ای یا فقط فردی که مدت زیادی را پشت فرمان خودرو می گذراند، متوجه شده است که دست و صورتش به مرور زمان کمی برنزه می شود. همین امر در مورد کارکنان اداری که مجبور هستند برای کل شیفت کاری پشت پنجره بدون پرده بنشینند، صدق می کند. شما اغلب می توانید رد برنزه شدن روی صورت آنها را حتی در زمستان پیدا کنید. و اگر شخصی در سولاریوم ها منظم نباشد و روزانه در پارک ها گردش نکند، این پدیده را نمی توان جز با برنزه کردن شیشه توضیح داد. بنابراین آیا شیشه اجازه عبور نور فرابنفش را می دهد و آیا می توان از پنجره برنزه کرد؟ بیایید آن را بفهمیم.

ماهیت برنزه کردن

برای پاسخ به این سؤال که آیا می توان از شیشه پنجره معمولی در اتومبیل یا روی لژیا برنزه کرد، باید دقیقاً بدانید که روند تیره شدن پوست چگونه رخ می دهد و چه عواملی بر آن تأثیر می گذارد. قبل از هر چیز باید توجه داشت که برنزه کردن چیزی بیش از یک واکنش محافظتی پوست در برابر تابش خورشید نیست. تحت تأثیر نور ماوراء بنفش، سلول های اپیدرمی (ملانوسیت ها) شروع به تولید ماده ملانین (رنگدانه تیره) می کنند که به همین دلیل پوست رنگ برنزی به دست می آورد. هر چه غلظت ملانین در لایه های بالایی درم بیشتر باشد، برنزه شدن آن شدیدتر است. با این حال، همه پرتوهای فرابنفش باعث چنین واکنشی نمی شوند، بلکه فقط آنهایی هستند که در محدوده بسیار باریکی از طول موج قرار دارند. پرتوهای فرابنفش به سه نوع تقسیم می شوند:

• پرتوهای A (موج بلند)- عملا توسط جو حفظ نمی شوند و بدون مانع به سطح زمین می رسند. چنین تشعشعی ایمن ترین برای بدن انسان در نظر گرفته می شود، زیرا سنتز ملانین را فعال نمی کند. تنها کاری که می تواند انجام دهد این است که باعث تیره شدن خفیف پوست شود و سپس تنها با قرار گرفتن در معرض طولانی مدت. با این حال، با تابش بیش از حد اشعه های بلند، فیبرهای کلاژن از بین می روند و پوست کم آب می شود و در نتیجه سریعتر پیر می شود. و برخی افراد دقیقاً به دلیل اشعه A به خورشید حساسیت پیدا می کنند. تشعشعات موج بلند به راحتی بر ضخامت شیشه پنجره غلبه می کند و منجر به محو شدن تدریجی کاغذ دیواری، سطوح مبلمان و فرش می شود، اما نمی توان با کمک آن برنزه کامل به دست آورد.
• پرتوهای B (موج متوسط)- در اتمسفر معطل می شوند و فقط تا حدی به سطح زمین می رسند. این نوع تابش تأثیر مستقیمی بر سنتز ملانین در سلول های پوست دارد و به برنزه شدن سریع کمک می کند. و با تاثیر شدید آن بر روی پوست، سوختگی در درجات مختلف رخ می دهد. اشعه B نمی تواند از شیشه پنجره معمولی نفوذ کند.
• پرتوهای سی (موج کوتاه)- خطر بزرگی برای همه موجودات زنده است، اما، خوشبختانه، آنها تقریبا به طور کامل توسط جو، بدون رسیدن به سطح زمین، خنثی می شوند. شما فقط در ارتفاعات می توانید با چنین تشعشعی روبرو شوید، اما حتی در آنجا نیز تأثیر آن به شدت ضعیف می شود.

فیزیکدانان نوع دیگری از تشعشعات فرابنفش را شناسایی می کنند - شدید، که اغلب برای آن از اصطلاح "خلاء" استفاده می شود، زیرا امواج در این محدوده کاملاً توسط جو زمین جذب می شوند و به سطح زمین نمی رسند.

آیا می توانید از طریق شیشه برنزه شوید؟

اینکه آیا می‌توانید از شیشه پنجره برنزه شوید یا نه، مستقیماً به ویژگی‌های آن بستگی دارد. واقعیت این است که شیشه ها انواع مختلفی دارند که هر کدام از آنها تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش متفاوت است. بنابراین، شیشه آلی ظرفیت انتقال بالایی دارد که امکان عبور کل طیف تابش خورشیدی را فراهم می کند. همین امر در مورد شیشه کوارتز نیز صدق می کند که در لامپ های سولاریوم و دستگاه های ضد عفونی کننده اتاق ها استفاده می شود. شیشه های معمولی که در اماکن مسکونی و خودروها استفاده می شوند، تنها پرتوهای با طول موج بلند از نوع A را منتقل می کنند و نمی توان از طریق آن آفتاب سوخته شد. اگر آن را با پلکسی تعویض کنید بحث دیگری است. سپس می توانید حمام آفتاب بگیرید و تقریباً در تمام طول سال از برنزه شدن زیبا لذت ببرید.

اگرچه گاهی اوقات مواردی پیش می آید که فرد مدتی را زیر نور خورشید که از پنجره عبور می کند سپری می کند و سپس برنزه ای ملایم در نواحی باز پوست پیدا می کند. البته او کاملاً مطمئن است که دقیقاً با تابش شیشه برنزه شده است. اما اینطور نیست. توضیح بسیار ساده ای برای این پدیده وجود دارد: تغییر سایه در این مورد در نتیجه فعال شدن مقدار کمی رنگدانه باقیمانده (ملانین) تولید شده تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش نوع B واقع در سلول های پوست رخ می دهد. به عنوان یک قاعده، چنین "برنزه" موقتی است، یعنی به سرعت ناپدید می شود. در یک کلام، برای برنزه شدن کامل، باید یا به سولاریوم مراجعه کنید یا به طور منظم آفتاب بگیرید و تغییر رنگ طبیعی پوست به رنگ تیره تر از طریق شیشه های معمولی پنجره یا ماشین امکان پذیر نخواهد بود.

آیا نیاز به دفاع از خود دارید؟

فقط آن دسته از افرادی که پوست بسیار حساسی دارند و مستعد لکه های پیری هستند باید نگران این باشند که آیا امکان برنزه شدن از طریق شیشه وجود دارد یا خیر. به آنها توصیه می شود به طور مداوم از محصولات ویژه با حداقل درجه حفاظت (SPF) استفاده کنند. چنین لوازم آرایشی باید عمدتاً روی صورت، گردن و دکلته اعمال شود. با این حال، شما نباید به طور فعال از خود در برابر اشعه ماوراء بنفش، به ویژه تابش امواج بلند محافظت کنید، زیرا اشعه های خورشید در حد اعتدال بسیار مفید و حتی برای عملکرد طبیعی بدن انسان هستند.