왜 빛은 유리를 통과할 수 있을까?

(댄 트리) - 비정질 특성은 빛이 유리는 통과하지만 나무는 통과하지 못하는 기본적인 이유입니다.

투명한 유리문을 통해 우리는 집 안에서 바로 바깥 세상을 볼 수 있습니다(사진: 게티).

현대 생활에서 유리는 집, 상점, 사무실 건물 등 어디에서나 볼 수 있는 필수적인 재료가 되었습니다.

날씨가 맑든 비가 오든, 투명한 유리창 덕분에 날씨 걱정 없이 바깥 풍경을 즐길 수 있습니다.

하지만 실제로 작동 원리를 이해하고 빛이 이 익숙한 물질을 쉽게 투과할 수 있는 이유를 아는 사람은 거의 없습니다.

유리창은 17세기 영국에서 처음 등장했습니다. 그 이후로 유리 산업은 꾸준히 발전하여 오늘날 우리가 누리고 있는 내구성 있고 완벽하게 투명한 제품을 만들어냈습니다.

유리에 대한 연구는 계속되고 있으며, 자체 세척 소재나 깨진 후에도 스스로를 치유할 수 있는 유리 등 더욱 진보된 응용 분야로 나아가고 있습니다.

왜 빛은 유리를 통과할 수 있을까?

투명한 유리문을 통해 자연광이 집 안으로 들어옵니다(사진: Pinterest).

유리의 투명도는 비정질 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 유리는 석영 결정을 포함한 모래를 고온(섭씨 1,600도 이상)에서 녹인 후 급냉시켜 만듭니다.

이 과정으로 인해 원자와 분자가 특정 순서대로 배열할 시간이 없어지고, 고체와 액체의 중간 상태인 비정질 고체가 형성됩니다.

영국 노팅엄 대학의 필립 모리아티 교수는 이렇게 설명합니다. "유리와 같은 물질에서 전자는 에너지 준위 사이를 이동하기 위해 많은 에너지가 필요하지만, 가시광선 광자는 그러한 이동을 촉발하기에 충분히 강하지 않습니다.

빛은 흡수되거나 반사되는 대신, 단순히 통과합니다. 그래서 우리는 유리를 통해 볼 수 있는데, 가시광선에는 투명하기 때문입니다.

그는 또한 유리를 종이에 비유했습니다. "종이는 볼 수 없지만 두꺼운 유리는 쉽게 볼 수 있는 이유는 유리가 비정질이기 때문입니다. 즉, 질서가 없지만 결함도 많지 않습니다.

빛의 파장 규모에서 유리는 균일합니다. 종이는 여러 섬유로 이루어져 있으며, 이 섬유들의 크기, 지름, 너비, 간격은 빛의 파장에 따라 크게 변하지 않기 때문에 빛을 산란시킵니다. 결과적으로 불투명한 종이가 되어 빛이 통과하지 못합니다.

제조 공정은 빛 투과율에 영향을 미칩니다.

투명한 유리를 만들려면 석영 모래를 녹는점까지 가열해야 하는데, 그러면 석영의 결정 구조가 파괴됩니다.

급속 냉각 시 재료는 비정질 고체로 변합니다. 급속 냉각 과정은 또한 재료의 형상과 경화를 촉진하여 익숙한 유리창처럼 보이게 합니다.

과학자들은 생산 공정을 최적화하기 위해 탄산나트륨을 첨가하여 모래의 녹는점을 낮추는 방법을 찾아냈습니다.

그러나 이는 유리의 내화학성을 저하시킵니다. 이를 극복하기 위해 안정제로 탄산칼슘을 첨가하여 유리의 내충격성을 향상시킵니다.

제조 공정의 끊임없는 개선 덕분에 이제 우리는 외부 환경과 날씨로부터 보호받으면서 유리창을 통해 자연광을 즐길 수 있습니다.

유리에 대한 연구는 앞으로도 더욱 많은 잠재적 응용 분야를 열어갈 것입니다.

출처: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/vi-sao-anh-sang-co-the-xuyen-qua-kinh-20250818011425290.htm