Quella finestra di vetro sta facendo quello che sa fare meglio:tenere fuori il tempo inclemente pur permettendo alla luce di passare. Comstock/Thinkstock Hai mai visto una casa in costruzione? I carpentieri erigere prima lo scheletro di base della struttura utilizzando due per quattro borchie. Poi inchiodano la guaina, solitamente compensato, alle borchie per fare pareti. La maggior parte delle pareti include un'apertura della finestra, che contiene una lastra di vetro situata all'interno di una cornice. Le finestre fanno sembrare la casa luminosa, calde e accoglienti perché lasciano entrare la luce. Ma perché una vetrata dovrebbe essere più trasparente del legno che la circonda? Dopotutto, entrambi i materiali sono solidi, ed entrambi tengono fuori la pioggia, neve e vento. Eppure il legno è opaco e blocca completamente la luce, mentre il vetro è trasparente e lascia fluire il sole senza impedimenti.
Potresti aver sentito alcune persone - anche alcuni libri di scienze - provare a spiegarlo dicendo che il legno è un vero solido e che il vetro è un liquido altamente viscoso. Quindi continuano a sostenere che gli atomi nel vetro sono più distanziati e che questi spazi lasciano passare la luce. Possono anche indicare le finestre di case secolari, che spesso appaiono ondulate e non uniformemente spesse, a testimonianza che le finestre sono "scorrete" negli anni come il lento strisciare della melassa in una giornata fredda.
In realtà, il vetro non è affatto un liquido. È un tipo speciale di solido noto come an solido amorfo . Questo è uno stato della materia in cui gli atomi e le molecole sono bloccati in posizione, ma invece di formare ordinatamente, cristalli ordinati, si dispongono in modo casuale. Di conseguenza, i vetri sono meccanicamente rigidi come i solidi, eppure hanno la disposizione disordinata delle molecole come i liquidi. I solidi amorfi si formano quando una sostanza solida viene fusa ad alte temperature e poi raffreddata rapidamente - un processo noto come tempra .
In molti modi, gli occhiali sono come la ceramica e hanno tutte le loro proprietà:durata, forza e fragilità, elevata resistenza elettrica e termica, e mancanza di reattività chimica. Ossido di vetro, come il vetro commerciale che trovi in lastre e lastre di vetro, contenitori e lampadine, ha un'altra proprietà importante:è trasparente a una gamma di lunghezze d'onda nota come luce visibile. Per capire perché, dobbiamo dare un'occhiata più da vicino alla struttura atomica del vetro e capire cosa succede quando i fotoni, le più piccole particelle di luce, interagiscono con quella struttura.
Lo faremo dopo.
Primo, ricorda che gli elettroni circondano il nucleo di un atomo, occupando diversi livelli di energia. Per passare da un livello energetico inferiore a uno superiore, un elettrone deve guadagnare energia. al contrario, passare da un livello energetico superiore a uno inferiore, un elettrone deve cedere energia. In ogni caso, l'elettrone può guadagnare o rilasciare energia solo in fasci discreti.
Consideriamo ora un fotone che si muove e interagisce con una sostanza solida. Può succedere una delle tre cose:
Bicchiere, Certo, rientra in quest'ultima categoria. I fotoni passano attraverso il materiale perché non hanno energia sufficiente per eccitare un elettrone di vetro a un livello di energia più alto. I fisici a volte ne parlano in termini di teoria delle bande , che dice che i livelli di energia esistono insieme nelle regioni conosciute come bande energetiche . Tra queste bande ci sono regioni, conosciuto come lacune di banda , dove i livelli di energia per gli elettroni non esistono affatto. Alcuni materiali hanno band gap maggiori di altri. Il vetro è uno di quei materiali, il che significa che i suoi elettroni richiedono molta più energia prima di poter saltare da una banda di energia all'altra e viceversa. Fotoni di luce visibile — luce con lunghezze d'onda da 400 a 700 nanometri, corrispondente ai colori viola, indaco, blu, verde, giallo, arancione e rosso:semplicemente non hanno abbastanza energia per causare questo salto. Di conseguenza, i fotoni della luce visibile viaggiano attraverso il vetro invece di essere assorbiti o riflessi, rendere trasparente il vetro.
A lunghezze d'onda inferiori alla luce visibile, i fotoni iniziano ad avere energia sufficiente per spostare gli elettroni di vetro da una banda di energia all'altra. Per esempio, luce ultravioletta, che ha una lunghezza d'onda compresa tra 10 e 400 nanometri, non può passare attraverso la maggior parte dei vetri di ossido, come il vetro di una finestra. Questo fa una finestra, compresa la finestra della nostra ipotetica casa in costruzione, opaco alla luce ultravioletta quanto il legno lo è alla luce visibile.
Continua a leggere per altri link che illumineranno il tuo mondo.
Pubblicato originariamente:19 giugno 2000
