Чому скло пропускає світло фізики процесу. Чому скло прозоре? Чому гази прозорі, а тверді тіла немає

Для початку, скажімо, кілька слів про тверді тіла, рідини і гази. У твердому тілі молекули щільно притягнуті одна до одної. Вони буквально злиплися разом.

Саме тому тверді тіла мають кінцеву форму, наприклад м'яча чи кубика. Але хоча молекули упаковані дуже щільно, вони все ж таки злегка вібрують біля свого середнього становища (ніщо в природі не стоїть на місці).

Молекули в рідинах та газах

У рідинах молекули з'єднані один з одним більш вільно. Вони ковзають та зміщуються відносно один одного. Тому рідини текучи і займають весь обсяг судини, в яку їх наливають. У газах молекули не пов'язані друг з одним. Вони з високими швидкостями розлітаються у всіх напрямках. Середня швидкість польоту молекули водню за температури 0 градусів Цельсія становить 5600 кілометрів на годину. Між молекулами газу залишається безліч вільного місця. Ви можете пройти через газову хмару і навіть не помітити це.

Матеріали на тему:

Як роблять ялинкові іграшки?

Чому гази прозорі, а тверді тіла немає?

Температура відіграє вирішальну роль у тому, чи дана речовина буде твердою, рідкою або газоподібною. При нормальному тиску на землі при температурі 0 градусів Цельсія і нижче вода - тверде тіло. При температурах між 0 та 100 градусами Цельсія вода – рідина. За температури вище 100 градусів Цельсія вода - газ. Пара з каструлі поширюється кухні рівномірно на всі боки.

На підставі сказаного вище припустимо, що крізь гази можна бачити, а крізь тверді тіла це неможливо. Але деякі тверді речовини, наприклад, такі як скло, настільки ж прозорі, як повітря. Як це виходить? Більшість твердих речовин поглинає світло, що падає на них. Частина поглиненої світлової енергії йде на нагрівання тіла. Більшість падаючого світла відбивається. Тому бачимо тверде тіло, але з можемо бачити крізь нього.

Матеріали на тему:

Чому скло прозоре?

Молекули скла поглинають фотони світла, що падає на нього. У той самий момент молекули скла випускають у тому напрямі такі ж фотони. Скло поглинає фотони і випромінює в тому ж напрямку такі ж фотони. Ось таким чином скло виявляється прозорим, тобто фактично воно пропускає світло. З водою та іншими практично безбарвними рідинами відбувається та сама історія. Більшість падаючого світла переноситься молекулами. Деякі фотони поглинаються, і їхня енергія витрачається на нагрівання рідини.

У газах молекули перебувають у далеких відстанях друг від друга. Промені світла можуть пройти крізь газову хмару, не зустрівши на своєму шляху жодної молекули. Так відбувається з більшістю фотонів сонячного світла, що проходять через земну атмосферу. Світло при зіткненні із молекулами газу розсіюється. При зіткненні білого світла з молекулою він розщеплюється у колірний діапазон. Тому гази земної атмосфери виглядають блакитними. Попри це вони вважаються прозорими.

Матеріали на тему:

Склад атмосфери Землі, розмір молекули повітря

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Що таке венеціанське скло та…
Чому людина позіхає і чому…
Чому людина не впізнає свого…

Вигляньте у вікно. Якщо носите окуляри, надягніть їх. Візьміть бінокль і не забудьте про лупу. Що ви бачите? На щоб ви не дивилися, численні шари скла вашому зору не будуть заважати. Але як же так виходить, що така тверда речовина практично невидима?

Щоб розібратися в цьому, треба знати структуру скла та природу її походження.

Починається все з земної кори, що складається здебільшого з кремнію та кисню. Ці елементи утворюють реакції діоксид кремнію, молекули якого вишиковуються в правильну кристалічну решітку кварцу. Кристалічним кварцом зокрема багатий пісок, що йде на виготовлення скла. Вам, напевно, відомо, що скло суцільне і зовсім не складається з дрібних шматочків кварцу, і це недарма.

По-перше, грубі краї піщин і мікродефекти в кристалічній структурі відображають і розсіюють світло, що падає на них. Але якщо нагріти кварц до високих температур, молекули почнуть сильніше коливатися, що призведе до розриву зв'язку між ними. А сам кристал перетвориться на рідину, також як перетворюється на воду лід. Щоправда, з єдиною відмінністю: при остиганні назад у кристал молекули кварцу вже не зберуться. Навпаки, у міру того, як молекули втрачають енергію, ймовірність упорядкування лише падає. У результаті виходить аморфне тіло. Тверда речовина із властивостями рідини, для якої характерна відсутність міжкристалічних меж. Завдяки цьому, на мікроскопічному рівні скло набуває однорідності. Тепер світло проходить через матеріал майже безперешкодно.

Але це пояснює, чому скло пропускає світло, а чи не поглинає його, як інші тверді тіла. Відповідь криється на найменшому масштабі, внутрішньоатомному. Хоча багато хто в курсі, що атом складається з ядра і електронів, що обертаються навколо, чи багатьом відомо, що атом чи не ідеальна порожнеча? Якби атом був розміром із футбольний стадіон, то ядро розміром із горошину в центрі поля, а електрони були б крихітними піщинками десь на задніх рядах. Таким чином, місце для вільного проходження світла більш ніж достатньо.

Питання не в тому, чому скло прозоре, а в тому, чому не є прозорими інші об'єкти. Вся справа в енергетичних рівнях, де знаходяться електрони в атомі. Можна уявити їх у вигляді різних рядів на нашому стадіоні. Електрон має певне місце на одному з рядів. Однак, якщо в нього достатньо енергії, він може перестрибнути в інший ряд. У ряді випадків поглинання одного з фотонів, що проходять через атом, якраз і забезпечить необхідну енергію. Але тут проблема. Щоб перекинути електрон з ряду на ряд, фотон повинен мати строго певну кількість енергії, інакше він пролетить повз. Так і відбувається зі склом. Ряди так далеко один від одного, що енергії фотона видимого світла недостатньо для переміщення електронів між ними.

А у фотонів ультрафіолетового спектру енергії вистачає, тому вони поглинаються, і тут уже не намагайся, сховавшись за склом, не загориш. За століття, що минуло з отримання скла, люди сповна оцінили його унікальну властивість бути одночасно і твердим, і прозорим. Від вікон, що впускають денне світло, і захищають від стихії до приладів, що дозволяють заглядати далеко в космос, або спостерігати мікроскопічні світи.

Позбавите сучасну цивілізацію скла і що від неї залишиться? Як не дивно, ми рідко замислюємося про те, наскільки воно важливе. Напевно, так відбувається тому, що будучи прозорим, скло залишається непомітним, і ми забуваємо про те, що воно є.

Ключові слова:структура скла,походження скла,Наука на порталі Експеримент,наукові статті

07.02.2017 15:49 850

Чому скло прозоре?

Скло це дуже важливий матеріал, який людина використовує в різних сферах життя. З нього роблять вікна, посуд, дзеркала, лінзи для окулярів і т.д.

Ось уявіть собі: ви повертаєтеся зі школи і виявляєте, що у вікнах вашої квартири немає стекол. Зник також з будинку і весь скляний посуд. Ви хочете подивитися на своє здивоване обличчя в дзеркало, але й його не виявилося на місці... Та й багатьох інших корисних речей у нас зараз не було б, якби свого часу не з'явилося скло.

У нашій статті ми розповімо вам історію скла, як воно увійшло в наше життя і чому воно таке прозоре. Хто ж винайшов цей корисний, тендітний матеріал? Як не дивно – ніхто. Справа в тому, що скло було створене самою природою.

Колись давно, ще за багато мільйонів років до появи на землі першої людини, скло вже існувало. А утворилося воно з спочатку розжареної, а потім охолола лави, що вирвалася на поверхню з вулканів. Це природне скло називається зараз обсидіаном.

Однак засклювати, наприклад, вікна, їм не можна було. І не тільки тому, що вікон тоді ще не було, а й тому, що природне скло має брудно-сірий колір, і через нього нічого не видно.

То як же з'явилося скло, придатне для вживання, тобто прозоре? Можливо, люди навчилися його відмивати? На жаль, природне скло брудне не зовні, а зсередини, тому тут не допоможуть жодні навіть найсучасніші миючі засоби.

Про те, як люди вперше зробили скло, наближене до сучасного, є кілька легенд. Всі вони дуже одноманітні і їхній зміст зводиться до того, що мандрівники, не маючи під рукою каміння для вогнища, використовували замість них шматки природної соди.

Причому відбувалося це в пустелі або на березі водойми, там, де обов'язково був пісок. І ось під впливом вогню сода та пісок плавились і з'єднувалися разом, утворюючи скло. Люди довгий час вірили у ці легенди. Але зовсім недавно з'ясувалося, що все це неправда, тому що спека, що походить від багаття, для такого сплаву недостатньо.

Виробляти скло своїми руками люди почали понад 5 тисяч років тому, це було в Єгипті. Щоправда, і тоді воно прозорим не було, а через те, що у піску траплялися сторонні домішки, мало зелений чи синій відтінок. Але поступово на Сході навчилися позбавлятися цих домішок. Судячи з розкопок, першими скляними виробами були намисто.

Трохи згодом склом стали покривати посуд. А на те, щоб навчитися робити її повністю зі скла, людині знадобилося ще 2 тисячі років. Секрет виробництва скла був у ті часи настільки цінний, що уряд Венеції на початку ХIII століття для його з'ясування направив на схід спеціальних людей. В результаті венеціанці цей секрет роздобули.

Вони налагодили власне виробництво і змогли зробити скло ще прозорішим, здогадавшись додавати до його складу трохи свинцю. Спочатку скло виготовлялося у самій Венеції. Місцева влада дуже боялася, що хтось дізнається про секрет виробництва, тому район, де ці майстерні розташовувалися, був завжди оточений солдатами.

Ніхто з робітників зайнятих виробництвом скла у відсутності права залишити межі міста. За будь-яку спробу це зробити до страти засуджувався не лише сам склороб, а й вся його родина. Зрештою було вирішено перенести майстерні на острів Мурано. Звідти і втекти було важче, і потрапити туди теж було складно.

У 1271 році венеціанські шліфувальники навчилися робити зі скла лінзи, які спочатку особливим попитом не мали. Але в 1281 році здогадалися вставляти їх у спеціально розроблені оправи. Так з'явилися перші окуляри. Вони коштували спочатку настільки дорого, що були чудовим подарунком навіть для королів та імператорів.

Наприкінці 15 століття, коли у Венеції навчилися робити зі скла посуд, муранські (названі так на честь острова, де їх виробляли) вироби стали користуватися в усьому світі такою популярністю, що для їх доставки довелося будувати додаткові кораблі.

Але вдосконалення скла продовжувалося і пізніше. Настав час, і люди придумали покривати його спеціальним складом - амальгамою, так з'явилися дзеркала.

У Росії виробництво скла почалося тисячу років тому, у невеликих майстернях. А в 1634 році під Москвою було збудовано перший скляний завод.

Були часи, коли засмагла шкіра вважалася ознакою низького походження, і почесні жінки намагалися захистити обличчя і руки від сонячних променів, щоб зберегти аристократичну блідість. Пізніше ставлення до засмаги змінилося - він став неодмінним атрибутом здорової та успішної людини. Сьогодні, незважаючи на суперечки щодо користі та шкоди інсоляції, бронзовий відтінок шкіри, як і раніше, знаходиться на піку популярності. Ось тільки можливість відвідувати пляж або солярій є не у всіх, і у зв'язку з цим багато хто цікавиться, чи можна засмагнути через шибку, розташувавшись, наприклад, на прогрітій сонцем заскленій лоджії або мансарді.

Напевно, кожен професійний водій або просто людина, яка проводить тривалий час за кермом автомобіля, помічала, що кисті його рук та обличчя з часом покриваються легкою засмагою. Те саме стосується офісних службовців, змушених сидіти всю робочу зміну біля незанавішеного вікна. На обличчях нерідко можна знайти сліди засмаги навіть у зимовий період. І якщо людина не є завсідником соляріїв і не здійснює щоденний променад по парках, то інакше як засмагою через скло пояснити це явище не вийде. Тож чи пропускає скло ультрафіолет і чи можна засмагнути через вікно? Давайте розумітися.

Природа засмаги

Для того щоб відповісти на запитання, чи можна отримати засмагу через звичайне шибку в машині або на лоджії, потрібно розібратися в тому, як саме відбувається процес потемніння шкірних покривів і які фактори впливають на нього. Насамперед слід зазначити, що засмага - це не що інше, як захисна реакція шкіри на сонячне випромінювання. Під впливом ультрафіолету клітини епідермісу (меланоцити) починають виробляти речовину меланін (темний пігмент), завдяки якому шкіра і набуває бронзового відтінку. Чим вище концентрація меланіну у верхніх шарах дерми, тим інтенсивніше виходить засмага. Однак таку реакцію викликають не всі УФ-промені, а тільки довжини хвиль, що лежать у дуже вузькому діапазоні. Ультрафіолетові промені умовно поділяються на три типи:

А-промені (довгохвильові)- практично не затримуються атмосферою та безперешкодно досягають земної поверхні. Таке випромінювання вважається безпечним для людського організму, оскільки не активізує синтез меланіну. Все, на що воно здатне, - це викликати легке потемніння шкірних покривів, і то лише за тривалого впливу. Однак при надмірній інсоляції довгохвильовими променями відбувається руйнування колагенових волокон та зневоднення шкіри, внаслідок чого вона починає швидше старіти. А в деяких людей саме через А-промені розвивається алергія на сонці. Довгохвильове випромінювання легко долає товщу шибки і призводить до поступового вигоряння шпалер, поверхні меблів і килимів, але повноцінну засмагу з її допомогою отримати неможливо.
В-промені (середньохвильові)- Затримуються в атмосфері і досягають поверхні Землі лише частково. Даний тип випромінювання безпосередньо впливає на синтез меланіну в клітинах шкіри і сприяє появі швидкої засмаги. А за його інтенсивному впливі на шкірі виникають опіки різного ступеня. Крізь звичайне скло В-промені проникати не здатні.
С-промені (короткохвильові)- становлять величезну небезпеку всім живих організмів, але, на щастя, вони майже повністю нейтралізуються атмосферою, не досягаючи поверхні Землі. Зіткнутися з таким випромінюванням можна лише високо в горах, проте і там його дія вкрай ослаблена.

Фізики виділяють ще один тип ультрафіолетового випромінювання - екстремальний, для якого часто використовується термін "вакуумний" через те, що хвилі даного діапазону повністю поглинаються атмосферою Землі і не потрапляють на земну поверхню.

Чи можна засмагнути через скло?

Чи можна отримати засмагу через шибку чи ні, безпосередньо залежить від того, якими властивостями вона володіє. Справа в тому, що скла бувають різних видів, на кожен з яких УФ-промені впливають по-різному. Так, органічне скло відрізняється високою пропускною здатністю, що дозволяє забезпечити проходження всього спектра сонячного випромінювання. Те саме стосується і кварцового скла, яке використовується в лампах для солярію та в пристроях для знезараження приміщень. Звичайне скло, що застосовується в житлових приміщеннях і автомобілях, пропускає виключно довгохвильові промені типу А, і засмагнути через нього не можна. Інша річ, якщо замінити його оргсклом. Тоді можна буде приймати сонячні ванни і насолоджуватися гарною засмагою практично цілий рік.

Хоча іноді бувають випадки, коли людина проводить деякий час під сонячним промінням, що проходить через вікно, а потім виявляє на відкритих ділянках шкіри легку засмагу. Зрозуміло, він у повній впевненості, що засмаг саме шляхом інсоляції через скло. Але це зовсім так. Існує дуже просте пояснення даному явищу: зміна відтінку в такому випадку відбувається в результаті активізації невеликої кількості залишкового, виробленого під впливом ультрафіолету типу пігменту (меланіну), що знаходиться в клітинах шкіри. Як правило, така «загар» носить тимчасовий характер, тобто швидко зникає. Одним словом, для того щоб придбати повноцінну засмагу, необхідно або відвідувати солярій, або регулярно приймати сонячні ванни, а домогтися зміни природного відтінку шкіри у бік темнішого через звичайне віконне або автомобільне скло не вийде.

Чи потрібно захищатись?

Хвилюватися з приводу того, чи можна отримати засмагу через скло, треба лише тим людям, які мають дуже чутливу шкіру та схильність до виникнення пігментних плям. Їм рекомендується постійно користуватися спеціальними засобами з мінімальним ступенем захисту (SPF). Наносити таку косметику слід головним чином на обличчя, шию та зону декольте. Проте занадто активно захищатися від ультрафіолету, тим більше довгохвильового, все ж таки не варто, адже сонячні промені в помірній кількості дуже корисні і навіть необхідні для нормального функціонування людського організму.