Dlaczego światło może przechodzić przez szkło?

(Dan Tri) - Amorficzna struktura to podstawowy powód, dla którego światło przechodzi przez szkło, ale nie przez drewno.

Przezroczyste szklane drzwi pozwalają nam obserwować świat zewnętrzny bezpośrednio z wnętrza domu (zdjęcie: Getty).

W życiu codziennym szkło stało się nieodzownym materiałem, obecnym wszędzie: w domach, sklepach, budynkach biurowych.

Bez względu na to, czy świeci słońce, czy pada deszcz, dzięki przejrzystym szklanym oknom możemy cieszyć się widokiem za oknem, nie martwiąc się o pogodę.

Jednak niewiele osób naprawdę rozumie mechanizm działania i dlaczego światło może tak łatwo przenikać przez ten powszechnie znany materiał.

Witraże pojawiły się w Anglii po raz pierwszy w XVII wieku. Od tego czasu przemysł szklarski stale się rozwijał, dostarczając trwałe i idealnie przejrzyste produkty, które widzimy dzisiaj.

Badania nad szkłem trwają i zmierzają w kierunku bardziej zaawansowanych zastosowań, takich jak materiały samoczyszczące, a nawet szkło, które może samo się naprawiać po stłuczeniu.

Dlaczego światło może przechodzić przez szkło?

Przezroczyste drzwi szklane pozwalają na wpuszczenie naturalnego światła do domu (zdjęcie: Pinterest).

Przezroczystość szkła jest ściśle związana z jego amorficzną strukturą. Szkło powstaje poprzez topienie piasku (zawierającego kryształy kwarcu) w wysokich temperaturach (ponad 1600 stopni Celsjusza), a następnie jego szybkie schłodzenie.

Proces ten powoduje, że atomy i cząsteczki nie mają czasu na ułożenie się w określonym porządku, przez co tworzą ciało stałe amorficzne – stan pośredni między ciałem stałym a cieczą.

Profesor Philp Moriarty z Uniwersytetu w Nottingham w Wielkiej Brytanii wyjaśnia: „W materiałach takich jak szkło elektrony potrzebują dużo energii, aby przeskakiwać między poziomami energetycznymi, a fotony światła widzialnego nie są wystarczająco silne, aby wywołać taki przeskok.

Zamiast być absorbowane lub odbijane, światło po prostu przez nie przechodzi. Dlatego możemy widzieć przez szkło, ponieważ jest ono przezroczyste dla światła widzialnego.

Porównał je również do papieru: „Powodem, dla którego nie można widzieć przez kartkę papieru, ale można to z łatwością zrobić przez grubą taflę szkła, jest to, że szkło jest amorficzne, a więc nie wykazuje uporządkowania, a także nie ma wielu defektów.

W skali długości fali światła szkło jest jednorodne. Papier składa się z wielu włókien, a te włókna – ich rozmiar, średnica, szerokość i odstępy – nie zmieniają się znacząco w zależności od długości fali światła, dzięki czemu rozpraszają światło. W rezultacie powstaje papier, który jest nieprzezroczysty i nie przepuszcza światła.

Proces produkcyjny wpływa na transmisję światła

Aby uzyskać przejrzyste szkło, piasek kwarcowy podgrzewa się do temperatury topnienia, co powoduje rozpad struktury krystalicznej kwarcu.

Po szybkim schłodzeniu materiał zamienia się w ciało stałe amorficzne. Proces szybkiego chłodzenia pomaga również nadać materiałowi odpowiedni kształt i utwardzić go, przekształcając w znane nam szkło okienne.

Aby zoptymalizować proces produkcji, naukowcy znaleźli sposób na obniżenie temperatury topnienia piasku poprzez dodanie węglanu sodu.

Jednak obniża to odporność chemiczną szkła. Aby temu zaradzić, dodawany jest węglan wapnia jako stabilizator, który poprawia odporność szkła na uderzenia.

Dzięki stałemu udoskonalaniu procesów produkcyjnych możemy teraz cieszyć się naturalnym światłem wpadającym przez szklane okna, chroniąc się jednocześnie przed czynnikami atmosferycznymi i środowiskiem zewnętrznym.

Badania nad szkłem wciąż otwierają nowe potencjalne zastosowania w przyszłości.

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