¿Por qué el vidrio transmite luz? Física del proceso. Propiedades ópticas de las gafas.

Para empezar, digamos algunas palabras sobre sólidos, líquidos y gases. En un sólido, las moléculas se atraen fuertemente entre sí. Literalmente se mantuvieron unidos.

Por eso los sólidos tienen forma finita, como una bola o un cubo. Pero aunque las moléculas están muy apretadas, todavía vibran ligeramente alrededor de su posición promedio (nada en la naturaleza permanece quieto).

Moléculas en líquidos y gases.

En los líquidos, las moléculas están conectadas entre sí de manera más laxa. Se deslizan y cambian entre sí. Por tanto, los líquidos son fluidos y ocupan todo el volumen del recipiente en el que se vierten. En los gases, las moléculas no tienen ninguna relación entre sí. Vuelan a altas velocidades en todas direcciones. velocidad media El vuelo de una molécula de hidrógeno a una temperatura de 0 grados centígrados es de 5600 kilómetros por hora. Hay mucho espacio libre entre las moléculas de gas. Podrías caminar a través de una nube de gas y ni siquiera notarlo.

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¿Por qué los gases son transparentes pero los sólidos no?

La temperatura juega un papel decisivo a la hora de determinar si una determinada sustancia es sólida, líquida o gaseosa. En presión normal en la superficie de la tierra a una temperatura de 0 grados Celsius y debajo del agua - sólido. A temperaturas entre 0 y 100 grados centígrados, el agua es un líquido. A temperaturas superiores a los 100 grados centígrados, el agua es un gas. El vapor de la sartén se esparce uniformemente por toda la cocina en todas direcciones.

Con base en lo anterior, supongamos que es posible ver a través de los gases, pero que es imposible a través de los sólidos. Pero algunos sólidos, como el vidrio, son tan transparentes como el aire. ¿Cómo funciona esto? La mayoría de los sólidos absorben la luz que incide sobre ellos. Parte de la energía luminosa absorbida se utiliza para calentar el cuerpo. La mayor parte de la luz incidente se refleja. Por tanto, vemos un cuerpo sólido, pero no podemos ver a través de él.

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¿Por qué el vidrio es transparente?

Las moléculas de vidrio absorben los fotones de luz que inciden sobre ellas. Al mismo tiempo, las moléculas de vidrio emiten los mismos fotones en la misma dirección. El vidrio absorbe fotones y emite los mismos fotones en la misma dirección. Así es como el vidrio resulta transparente, es decir, realmente deja pasar la luz. Lo mismo ocurre con el agua y otros líquidos prácticamente incoloros. La mayor parte de la luz incidente es transportada por moléculas. Algunos fotones se absorben y su energía se utiliza para calentar el líquido.

En los gases, las moléculas se encuentran a grandes distancias entre sí. Los rayos de luz pueden atravesar una nube de gas sin encontrar una sola molécula en el camino. Esto sucede con la mayoría de los fotones. luz de sol pasando por la atmósfera terrestre. La luz se dispersa cuando choca con las moléculas de gas. Cuando la luz blanca choca con una molécula, se divide en un espectro de colores. Por eso, aparentemente, los gases de la atmósfera terrestre parecen azules. A pesar de ello, se consideran transparentes.

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Hubo momentos en que la piel bronceada se consideraba un signo de baja cuna, y las damas nobles intentaban protegerse la cara y las manos de los rayos del sol para mantener su palidez aristocrática. Más tarde, la actitud hacia el bronceado cambió: se convirtió en un atributo indispensable de una vida sana y persona exitosa. Hoy en día, a pesar de la actual controversia sobre los beneficios y daños de la exposición al sol, el tono de piel bronceado sigue estando en la cima de la popularidad. Pero no todo el mundo tiene la oportunidad de visitar la playa o el solárium y, en este sentido, muchos se preguntan si es posible tomar el sol a través del cristal de una ventana, sentándose, por ejemplo, en una galería acristalada o un ático calentado por el sol.

Probablemente todos conductor profesional o simplemente una persona que pasa mucho tiempo conduciendo un coche ha notado que sus manos y rostro se broncean ligeramente con el tiempo. Lo mismo se aplica a los trabajadores de oficina que se ven obligados a sentarse junto a una ventana sin cortinas durante todo el turno de trabajo. A menudo se pueden encontrar rastros de bronceado en sus rostros, incluso en invierno. Y si una persona no es un habitual de los solariums y no pasea diariamente por los parques, entonces este fenómeno no se puede explicar de otra manera que broncearse a través de un cristal. Entonces, ¿el vidrio deja pasar la luz ultravioleta y es posible broncearse a través de la ventana? Vamos a resolverlo.

La naturaleza del bronceado

Para responder a la pregunta de si es posible broncearse a través del cristal normal de una ventana de un automóvil o de una logia, es necesario comprender exactamente cómo se produce el proceso de oscurecimiento de la piel y qué factores influyen en él. En primer lugar cabe destacar que el bronceado no es más que una reacción protectora de la piel ante la radiación solar. Bajo la influencia de la luz ultravioleta, las células epidérmicas (melanocitos) comienzan a producir la sustancia melanina (pigmento oscuro), por lo que la piel adquiere un tinte bronceado. Cuanto mayor sea la concentración de melanina en capas superiores dermis, más intenso es el bronceado. Sin embargo, no todos los rayos UV provocan esta reacción, sino sólo aquellos que se encuentran en un rango de longitudes de onda muy estrecho. Los rayos ultravioleta se dividen en tres tipos:

Rayos A (onda larga)- prácticamente no se retrasan por la atmósfera y alcanzan fácilmente superficie de la Tierra. Esta radiación se considera la más segura para el cuerpo humano, ya que no activa la síntesis de melanina. Lo único que puede hacer es provocar un ligero oscurecimiento de la piel, y ello sólo tras una exposición prolongada. Sin embargo, con una insolación excesiva por rayos de onda larga, las fibras de colágeno se destruyen y la piel se deshidrata, por lo que comienza a envejecer más rápido. Y algunas personas desarrollan alergia al sol precisamente a causa de los rayos A. La radiación de onda larga supera fácilmente el grosor del vidrio de la ventana y provoca el desvanecimiento gradual del papel tapiz, las superficies de los muebles y las alfombras, pero es imposible obtener un bronceado completo con su ayuda.
Rayos B (onda media)- permanecen en la atmósfera y llegan solo parcialmente a la superficie de la Tierra. Este tipo La radiación tiene un efecto directo sobre la síntesis de melanina en las células de la piel y contribuye a la aparición de un bronceado rápido. Y con su intenso impacto en la piel se producen quemaduras de diversos grados. Los rayos B no pueden atravesar el cristal de una ventana normal.
Rayos C (onda corta)- representan un gran peligro para todos los organismos vivos, pero, afortunadamente, son neutralizados casi por completo por la atmósfera, sin llegar a la superficie de la Tierra. Esta radiación sólo se puede encontrar en lo alto de las montañas, pero incluso allí su efecto es extremadamente debilitado.

Los físicos identifican otro tipo de radiación ultravioleta: la extrema, para la que a menudo se utiliza el término "vacío" debido a que las ondas en este rango son completamente absorbidas por la atmósfera terrestre y no alcanzan la superficie terrestre.

¿Puedes broncearte a través de un cristal?

La posibilidad de broncearse a través del cristal de una ventana o no depende directamente de las propiedades que tenga. El hecho es que el vidrio puede ser diferentes tipos, cada uno de los cuales se ve afectado de manera diferente por los rayos UV. Así, el vidrio orgánico tiene una alta capacidad de transmisión, lo que permite el paso de todo el espectro de la radiación solar. Lo mismo ocurre con el vidrio de cuarzo, que se utiliza en lámparas de solárium y en dispositivos para la desinfección de habitaciones. El vidrio común, utilizado en viviendas y automóviles, transmite únicamente rayos de onda larga de tipo A y es imposible quemarse con el sol. Otra cuestión es si lo reemplazas con plexiglás. Entonces podrás tomar el sol y disfrutar de un bonito bronceado casi todo el año.

Aunque a veces hay casos en los que una persona pasa un tiempo bajo los rayos del sol al pasar por una ventana y luego descubre un ligero bronceado en las zonas abiertas de la piel. Por supuesto, está plenamente seguro de que se bronceó precisamente por la exposición al sol a través del cristal. Pero no es así. Hay una explicación muy simple. este fenómeno: un cambio de tono en este caso se produce como resultado de la activación de una pequeña cantidad de pigmento residual (melanina) producido bajo la influencia de la radiación ultravioleta tipo B, ubicado en las células de la piel. Como regla general, este "bronceado" es temporal, es decir, desaparece rápidamente. En una palabra, para obtener un bronceado completo, es necesario visitar un solárium o tomar baños de sol con regularidad, y no será posible cambiar el tono natural de la piel hacia uno más oscuro a través de una ventana común o un vidrio de automóvil.

¿Necesitas defenderte?

Sólo aquellas personas que tienen la piel muy sensible y predisposición a las manchas de la edad deberían preocuparse por si es posible broncearse a través de un cristal. Se recomienda utilizar constantemente productos especiales con un grado mínimo de protección (SPF). Estos cosméticos deben aplicarse principalmente en la cara, el cuello y el escote. Sin embargo, no debe protegerse demasiado activamente de la radiación ultravioleta, especialmente de la radiación de onda larga, porque rayos de sol con moderación, son muy útiles e incluso necesarios para el funcionamiento normal del cuerpo humano.

Como sabes, todos los cuerpos están formados por moléculas y las moléculas están formadas por átomos. Los átomos tampoco son complicados (en nuestra sencilla descripción). En el centro de cada átomo hay un núcleo que consta de un protón, o un grupo de protones y neutrones, y alrededor de él, los electrones giran en círculo en sus órbitas/orbitales de electrones.

La luz también es sencilla. Olvidémonos (quién lo recordó) de la dualidad onda-partícula y las ecuaciones de Maxwell, dejemos que la luz sea una corriente de bolas de fotones que vuelan desde una linterna directamente a nuestros ojos.

Ahora bien, si ponemos un muro de hormigón entre la linterna y el ojo, ya no veremos la luz. Y si enfocamos con una linterna esta pared desde nuestro lado, veremos lo contrario, porque el haz de luz se reflejará en el hormigón y llegará a nuestros ojos. Pero la luz no atraviesa el hormigón.

Es lógico suponer que las bolas de fotones se reflejan y no atraviesan el muro de hormigón porque chocan contra los átomos de la sustancia, es decir, concreto. Más precisamente, chocan contra los electrones, porque los electrones giran tan rápidamente que el fotón no penetra a través del orbital del electrón hasta el núcleo, sino que rebota y se refleja en el electrón.

¿Por qué la luz atraviesa una pared de vidrio? Después de todo, dentro del vidrio también hay moléculas y átomos, y si tomas un vidrio lo suficientemente grueso, cualquier fotón tarde o temprano debe chocar con uno de ellos, ¡porque hay billones de átomos en cada grano de vidrio! Se trata de cómo los electrones chocan con los fotones. Tomemos el caso más simple, un electrón gira alrededor de un protón (este es un átomo de hidrógeno) e imaginemos que este electrón es golpeado por un fotón.

Toda la energía del fotón se transfiere al electrón. Dicen que el fotón fue absorbido por el electrón y desapareció. Y el electrón recibió energía adicional (que el fotón llevaba consigo) y de esta energía adicional saltó a una órbita más alta y comenzó a volar más lejos del núcleo.

La mayoría de las veces, las órbitas más altas son menos estables y, después de un tiempo, el electrón emitirá este fotón, es decir, “lo liberará”, y volverá a su órbita baja estable. El fotón emitido volará en una dirección completamente aleatoria, luego será absorbido por otro átomo vecino y permanecerá vagando en la sustancia hasta que accidentalmente sea emitido de regreso o, finalmente, caliente una pared de concreto.

Ahora viene la parte divertida. Las órbitas de los electrones no pueden ubicarse en ningún lugar alrededor del núcleo de un átomo. Cada átomo de cada elemento químico existe un conjunto de niveles u órbitas claramente determinista y finito. Un electrón no puede subir ni un poco más. Sólo puede saltar un intervalo muy claro hacia arriba o hacia abajo, y como estos niveles difieren en energía, esto significa que sólo un fotón con una energía determinada y especificada con mucha precisión puede empujar al electrón a una órbita más alta.

Resulta que si tenemos tres fotones volando con diferentes energías, y solo uno tiene exactamente igual a la diferencia de energía entre los niveles de un átomo en particular, solo este fotón "chocará" con el átomo, el resto pasará volando, literalmente "a través del átomo", porque no podrán proporcionar al electrón una porción de energía claramente definida para la transición a otro nivel.

¿Cómo podemos encontrar fotones con diferentes energías?

Parece que cuanto mayor es la velocidad, mayor es la energía, todo el mundo lo sabe, pero todos los fotones vuelan a la misma velocidad: ¡la velocidad de la luz!

¿Quizás cuanto más brillante y potente sea la fuente de luz (por ejemplo, si se toma un reflector militar en lugar de una linterna), más energía tendrán los fotones? No. En un haz de luz potente y brillante simplemente hay una mayor cantidad de fotones, pero la energía de cada fotón individual es exactamente la misma que la de los que salen volando de una linterna apagada.

Y aquí todavía debemos recordar que la luz no es solo una corriente de bolas-partículas, sino también una onda. Diferentes fotones tienen diferentes longitudes de onda, es decir diferentes frecuencias naturales. Y cuanto mayor es la frecuencia de oscilación, más poderosa es la carga de energía que lleva el fotón.

Los fotones de baja frecuencia (luz infrarroja u ondas de radio) transportan poca energía, los de alta frecuencia (luz ultravioleta o radiación de rayos x) - mucho. La luz visible está en algún punto intermedio. ¡Aquí es donde reside la clave de la transparencia del vidrio! Todos los átomos del vidrio tienen electrones en órbitas tales que para moverse a una más alta necesitan un empujón de energía, que no es suficiente para los fotones de luz visible. Por tanto, atraviesa el vidrio sin prácticamente chocar con sus átomos.

Pero los fotones ultravioleta transportan la energía necesaria para que los electrones se muevan de una órbita a otra, razón por la cual, bajo la luz ultravioleta, el vidrio de una ventana común es completamente negro y opaco.

Y lo que es interesante. Demasiada energía también es mala. La energía del fotón debe ser exactamente igual a la energía de transición entre órbitas, lo que hace que cualquier sustancia sea transparente para determinadas longitudes (y frecuencias). ondas electromagnéticas, y no transparente para los demás, porque todas las sustancias están formadas por diferentes átomos y sus configuraciones.

Por ejemplo, el hormigón es transparente a las ondas de radio y a la radiación infrarroja, opaco a la luz visible y ultravioleta, no transparente a los rayos X, pero sí transparente (hasta cierto punto) a la radiación gamma.

Por eso es correcto decir que el vidrio es transparente a la luz visible. Y para las ondas de radio. Y para la radiación gamma. Pero es opaco a la luz ultravioleta. Y casi no es transparente a la luz infrarroja.

Y si recordamos que la luz visible tampoco es toda blanca, sino que consta de diferentes longitudes de onda (es decir, colores), desde el rojo hasta el azul oscuro, quedará aproximadamente claro por qué los objetos tienen diferentes colores y matices, por qué las rosas son rojas y las violetas azul.

¿Por qué los gases son transparentes pero los sólidos no?

La temperatura juega un papel decisivo a la hora de determinar si una determinada sustancia es sólida, líquida o gaseosa. A presión normal sobre la superficie de la tierra a una temperatura de 0 grados Celsius o menos, el agua es un sólido. A temperaturas entre 0 y 100 grados centígrados, el agua es un líquido. A temperaturas superiores a los 100 grados centígrados, el agua es un gas. El vapor de la sartén se esparce uniformemente por toda la cocina en todas direcciones. Con base en lo anterior, supongamos que es posible ver a través de los gases, pero que es imposible a través de los sólidos. Pero algunos sólidos, como el vidrio, son tan transparentes como el aire. ¿Cómo funciona esto? La mayoría de los sólidos absorben la luz que incide sobre ellos. Parte de la energía luminosa absorbida se utiliza para calentar el cuerpo. La mayor parte de la luz incidente se refleja. Por tanto, vemos un cuerpo sólido, pero no podemos ver a través de él.

conclusiones

Una sustancia parece transparente cuando los cuantos de luz (fotones) la atraviesan sin ser absorbidos. Pero los fotones tienen diferentes energías y cada compuesto químico absorbe sólo aquellos fotones que tienen la energía adecuada. La luz visible (del rojo al violeta) tiene un rango muy pequeño de energías fotónicas. Y es precisamente este rango el que no interesa al dióxido de silicio, principal componente del vidrio. Por lo tanto, los fotones de luz visible atraviesan el vidrio casi sin obstáculos.

La pregunta no es por qué el vidrio es transparente, sino por qué otros objetos no lo son. Se trata de los niveles de energía en los que se encuentran los electrones en un átomo. Puedes imaginarlos como filas diferentes en un estadio. El electrón tiene un lugar específico en una de las filas. Sin embargo, si tiene suficiente energía, puede saltar a otra fila. En algunos casos, la absorción de uno de los fotones que atraviesa el átomo proporcionará la energía necesaria. Pero hay un problema. Para transferir un electrón de una fila a otra, el fotón debe tener una cantidad de energía estrictamente definida, de lo contrario pasará volando. Esto es lo que pasa con el vidrio. Las filas están tan separadas que la energía de un fotón de luz visible simplemente no es suficiente para mover electrones entre ellas.

Y los fotones en el espectro ultravioleta tienen suficiente energía, por lo que son absorbidos y, por mucho que lo intentes, no te broncearás si te escondes detrás de un vidrio. Durante el siglo transcurrido desde que se produjo el vidrio, la gente ha apreciado plenamente su propiedad única de ser a la vez duro y transparente. Desde ventanas que dejan entrar la luz del día y protegen de los elementos, hasta instrumentos que permiten mirar hacia el espacio u observar mundos microscópicos.

¿Privar a la civilización moderna del vidrio y qué queda de él? Por extraño que parezca, rara vez pensamos en lo importante que es. Probablemente esto suceda porque, al ser transparente, el vidrio permanece invisible y nos olvidamos de que está ahí.

Cuando era niño, una vez le pregunté a mi padre: “¿Por qué el vidrio deja pasar la luz?” Para entonces ya había aprendido que la luz es una corriente de partículas llamadas fotones, y me parecía sorprendente cómo una partícula tan pequeña podía volar a través de un vidrio grueso. El padre respondió: “Porque es transparente”. Me quedé en silencio, porque entendí que “transparente” es sólo sinónimo de la expresión “transmite luz”, y mi padre realmente no sabía la respuesta. Tampoco hubo respuesta en los libros de texto escolares, pero me gustaría saberla. ¿Por qué el vidrio transmite luz?

Respuesta

Los físicos llaman a la luz no sólo luz visible, sino también radiación infrarroja invisible, radiación ultravioleta, rayos X, radiación gamma y ondas de radio. Los materiales que son transparentes a una parte del espectro (por ejemplo, la luz verde) pueden ser opacos a otras partes del espectro (el vidrio rojo, por ejemplo, no transmite rayos verdes). El vidrio común no transmite radiación ultravioleta, pero el vidrio de cuarzo es transparente a la radiación ultravioleta. Los materiales que no transmiten luz visible en absoluto son transparentes a los rayos X. Etc.

La luz está formada por partículas llamadas fotones. Los fotones de diferentes “colores” (frecuencias) transportan diferentes porciones de energía.

Los fotones pueden ser absorbidos por la materia, transfiriendo energía y calentándola (como bien sabe cualquiera que haya tomado el sol en la playa). La luz puede reflejarse en una sustancia y luego entrar en nuestros ojos, por lo que vemos los objetos que nos rodean, pero en completa oscuridad, donde no hay fuentes de luz, no vemos nada. Y la luz puede atravesar una sustancia, y entonces decimos que esta sustancia es transparente.

Los diferentes materiales absorben, reflejan y transmiten la luz en diferentes proporciones y, por lo tanto, difieren en sus propiedades ópticas (más oscuro y más claro, diferentes colores, brillo, transparencia): el hollín absorbe el 95% de la luz que incide sobre él y un espejo plateado pulido refleja el 98%. de la luz. Se ha creado un material a base de nanotubos de carbono que refleja sólo 45 milésimas por ciento de la luz incidente.

Surgen preguntas: ¿cuándo un fotón es absorbido por una sustancia, cuándo se refleja y cuándo pasa a través de una sustancia? Ahora sólo nos interesa la tercera pregunta, pero en el camino responderemos a la primera.

La interacción de la luz y la materia es la interacción de los fotones con los electrones. Un electrón puede absorber un fotón y emitir un fotón. No hay reflejo de fotones. La reflexión de fotones es un proceso de dos pasos: la absorción de un fotón y la posterior emisión de exactamente el mismo fotón.

Los electrones de un átomo son capaces de ocupar sólo determinadas órbitas, cada una de las cuales tiene su propia nivel de energía. El átomo de cada elemento químico se caracteriza por su propio conjunto de niveles de energía, es decir, las órbitas permitidas de los electrones (lo mismo se aplica a las moléculas, los cristales, el estado condensado de la materia: el hollín y el diamante tienen los mismos átomos de carbono, pero las propiedades ópticas de las sustancias son diferentes, reflejan perfectamente la luz, son transparentes e incluso cambian de color (oro verde) si a partir de ellos se forman películas delgadas de vidrio amorfo que no transmiten radiación ultravioleta y el vidrio cristalino, elaborado a partir de las mismas moléculas de óxido de silicio, es transparente; Radiación ultravioleta).

Habiendo absorbido un fotón de cierta energía (color), el electrón se mueve a una órbita más alta. Por el contrario, al emitir un fotón, el electrón se desplaza a una órbita inferior. Los electrones no pueden absorber y emitir fotones, sino solo aquellos cuya energía (color) corresponde a la diferencia en los niveles de energía de un átomo en particular.

Por lo tanto, el comportamiento de la luz cuando encuentra una sustancia (reflejada, absorbida, transmitida) depende de cuáles son los niveles de energía permitidos para la sustancia y qué energía tienen los fotones (es decir, de qué color es la luz que incide sobre la sustancia).

Para que un fotón sea absorbido por uno de los electrones de un átomo, debe tener una energía estrictamente definida, correspondiente a la diferencia de energías de dos niveles de energía cualesquiera del átomo, de lo contrario pasará volando. En el vidrio, la distancia entre los niveles de energía individuales es grande y ni un solo fotón de luz visible tiene la energía correspondiente, lo que sería suficiente para que un electrón, habiendo absorbido un fotón, saltara a un nivel de energía superior. Por tanto, el vidrio transmite fotones de luz visible. Pero los fotones de la luz ultravioleta tienen suficiente energía, por lo que los electrones absorben estos fotones y el vidrio bloquea la radiación ultravioleta. En el vidrio de cuarzo, la distancia entre los niveles de energía permitidos (brecha de energía) es aún mayor y, por lo tanto, los fotones no solo de la luz visible, sino también de la ultravioleta, no tienen suficiente energía para que los electrones los absorban y se muevan a los niveles superiores permitidos.

Entonces, los fotones de luz visible vuelan a través del vidrio porque no tienen la energía adecuada para impulsar a los electrones a un nivel de energía más alto y, por lo tanto, el vidrio parece transparente.

Al agregar al vidrio impurezas que tienen un espectro de energía diferente, se puede colorear: el vidrio absorberá fotones de ciertas energías y transmitirá otros fotones de luz visible.

Las propiedades ópticas de las gafas están relacionadas con rasgos característicos Interacción de los rayos de luz con el vidrio. Son las propiedades ópticas las que determinan la belleza y originalidad del procesamiento decorativo de los productos de vidrio.

Refracción y dispersión Caracterizar los patrones de propagación de la luz en una sustancia en función de su estructura. La refracción de la luz es un cambio en la dirección de propagación de la luz cuando pasa de un medio a otro, que se diferencia del primero en el valor de la velocidad de propagación.

En la Fig. La Figura 6 muestra la trayectoria del haz cuando pasa a través de una placa de vidrio plana paralela. El haz incidente forma ángulos con la normal a la interfaz entre los medios en el punto de incidencia. Si un rayo pasa del aire al vidrio, entonces i es el ángulo de incidencia, r es el ángulo de refracción (en la figura i>r, porque en el aire la velocidad de propagación de las ondas de luz es mayor que en el vidrio, en en este caso el aire es un medio ópticamente menos denso que el vidrio).

La refracción de la luz se caracteriza por el índice de refracción relativo: la relación entre la velocidad de la luz en el medio desde el cual la luz incide en la interfaz y la velocidad de la luz en el segundo medio. El índice de refracción se determina a partir de la relación n=sen i/sen r. El índice de refracción relativo no tiene dimensión y, para medios transparentes, el aire-vidrio siempre es mayor que la unidad. Por ejemplo, los índices de refracción relativos (en relación con el aire): agua - 1,33, cristal - 1,6, - 2,47.

Arroz. 6. Esquema de paso del haz a través de una placa de vidrio plana paralela.

Arroz. 7. Espectro prismático (dispersivo) a - descomposición de un haz de luz por un prisma; b- gamas de colores de la parte visible

Dispersión de la luz es la dependencia del índice de refracción de la frecuencia de la luz (longitud de onda). La dispersión normal se caracteriza por un aumento del índice de refracción al aumentar la frecuencia o disminuir la longitud de onda.

Debido a la dispersión, un haz de luz que pasa a través de un prisma de vidrio forma una franja de arco iris en una pantalla instalada detrás del prisma: un espectro prismático (dispersivo) (Fig. 7a). En el espectro, los colores se ubican en una secuencia determinada, comenzando desde el violeta y terminando en el rojo (Fig. 7.6).

La razón de la descomposición de la luz (dispersión) es la dependencia del índice de refracción de la frecuencia de la luz (longitud de onda): cuanto mayor es la frecuencia de la luz (longitud de onda más corta), mayor es el índice de refracción. En el espectro prismático, los rayos violetas tienen la frecuencia más alta y la longitud de onda más corta, y la frecuencia más baja y longitud más larga Las ondas son rayos rojos, por lo tanto los rayos violetas se refractan más que los rojos.

El índice de refracción y la dispersión dependen de la composición del vidrio y el índice de refracción también depende de la densidad. Cuanto mayor sea la densidad, mayor será el índice de refracción. CaO, Sb 2 O 3, PbO, BaO, ZnO y óxidos alcalinos aumentan el índice de refracción, la adición de SiO 2 lo reduce. La dispersión aumenta con la introducción de Sb 2 O 3 y PbO. CaO y BaO tienen un efecto más fuerte sobre el índice de refracción que sobre la dispersión. Para la producción de productos altamente artísticos y vajillas de alta calidad sometidas a molienda, se utiliza principalmente vidrio que contiene hasta un 30% de PbO, ya que el PbO aumenta significativamente el índice de refracción y la dispersión.

reflejo de la luz- fenómeno que se observa cuando la luz incide sobre la interfaz de dos medios ópticamente diferentes y consiste en la formación de una onda reflejada que se propaga desde la interfaz hacia el mismo medio del que proviene la onda incidente. La reflexión se caracteriza por un coeficiente de reflexión, que igual a la proporción flujo de luz reflejada hacia la incidente.

Aproximadamente el 4% de la luz se refleja en la superficie del vidrio. El efecto de reflexión se ve reforzado por la presencia de numerosas superficies pulidas (tallado de diamantes, facetado).

Si las irregularidades de la interfaz son pequeñas en comparación con la longitud de onda de la luz incidente, entonces se produce una reflexión especular; si las irregularidades son mayores que la longitud de onda, se produce una reflexión difusa, en la que la luz se dispersa por la superficie en todas las direcciones posibles. La reflexión se llama selectiva si la reflectancia no es la misma para luz de diferentes longitudes de onda. La reflexión selectiva explica el color de los cuerpos opacos.

Dispersión de la luz- fenómeno observado durante la propagación de ondas luminosas en un medio con heterogeneidades distribuidas aleatoriamente y que consiste en la formación de ondas secundarias que se propagan en todas las direcciones posibles.

En el vidrio transparente ordinario, prácticamente no se produce dispersión de la luz. Si la superficie del vidrio es desigual (vidrio esmerilado) o las heterogeneidades (cristales, inclusiones) se distribuyen uniformemente por todo el vidrio, entonces ondas de luz no puede atravesar el vidrio sin dispersarse y, por lo tanto, dicho vidrio es opaco.

Transmisión y absorción de luz. se explica a continuación. Cuando un haz de luz de intensidad I 0 pasa a través de un medio transparente (sustancia), la intensidad del flujo inicial se debilita y el haz de luz que emerge del medio tendrá intensidad I.< I 0 . Ослабление светового потока связано частично с явлениями отражения и рассеяния света, что главным образом происходит за счет поглощения световой энергии, обусловленного взаимодействием света с частицами среды.

La absorción reduce la translucidez general del vidrio, que para el vidrio sodocálcico transparente es aproximadamente del 93%. La absorción de luz es diferente para diferentes longitudes de onda, razón por la cual los vidrios polarizados tienen diferentes colores. El color del vidrio (Tabla 2), que es percibido por el ojo, está determinado por el color de la parte del haz de luz incidente que atravesó el vidrio sin ser absorbido.

Los indicadores de transmisión (absorción) en la región visible del espectro son importantes para evaluar el color de vidrios varietales, de señal y de otros colores, en la región infrarroja, para los procesos tecnológicos de fusión y moldeo de vidrio (transparencia térmica de los vidrios), en la ultravioleta: para las propiedades operativas de los vidrios (los productos hechos de vidrio uviol deben transmitir rayos ultravioleta y los contenedores deben bloquearse).

Birrefringencia- bifurcación de un haz de luz al pasar a través de un medio ópticamente anisotrópico, es decir, un medio con diferentes propiedades en diferentes direcciones (por ejemplo, la mayoría de los cristales). Este fenómeno ocurre porque el índice de refracción depende de la dirección del vector eléctrico de la onda luminosa. Un rayo de luz que entra en un cristal se descompone en dos rayos: ordinario y extraordinario. Las velocidades de propagación de estos rayos son diferentes. La birrefringencia se mide por la diferencia en el camino de los rayos, nm/cm.

Cuando se produce un enfriamiento o calentamiento desigual del vidrio, tensiones internas, que provoca birrefringencia, es decir, el vidrio se asemeja a un cristal birrefringente, por ejemplo, cuarzo, mica o yeso. Este fenómeno se utiliza para controlar la calidad del tratamiento térmico del vidrio, principalmente el recocido y templado.