Gennemsigtighed (fysik)

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Gennemsigtig, dobbeltbrydende calcit enkeltkrystal

I fysik er gennemsigtighed (fra latin trans "[gennem] gennem" og parre "at vise sig selv, at fremstå") materiens evne til at slippe elektromagnetiske bølger igennem ( transmission ). I dagligdagen er udtrykket for det meste relateret til lys , dvs. til spektralområdet for elektromagnetisk stråling, der er synlig for mennesker.

Baseret på dette skelnes der også i svulmende hydrodynamik eller offshore -teknologi mellem hydrodynamisk transparente strukturer, der tillader overfladebølger at passere igennem og hydrodynamisk kompakte strukturer, der reflekterer overfladebølger.

Grundlæggende og definition af begreber

Gennemsigtighed: plastik kontaktlinser , glas petriskåle , og luft

Gennemsigtighed er en optisk egenskab ved et materiale; andre optiske egenskaber er f.eks. refleksivitet og absorptivitet . Materialers optiske egenskaber er tæt forbundet med et materiales elektriske egenskaber, for eksempel tilstedeværelsen af ​​frie elektroner eller båndstrukturen . Hvis et materiale er gennemsigtigt for indfaldende elektromagnetisk stråling ( fotoner ) med et mere eller mindre bredt frekvensspektrum, kan det trænge ind i materialet næsten fuldstændigt, så det reflekteres og absorberes næppe.

I dagligdagen kaldes et materiale som vinduesglas gennemsigtigt eller gennemskinneligt, hvis man relativt tydeligt kan se, hvad der ligger bag, dvs. materialet er stort set gennemtrængeligt for stråling af det synlige spektrum.

Incident fotoner interagerer med forskellige komponenter i materialet afhængigt af energien , og dermed afhænger gennemsigtigheden af ​​et materiale af frekvensen (eller bølgelængden ) af den elektromagnetiske bølge. Materialer, der er uigennemsigtige for lys, kan være gennemsigtige for andre bølgelængder i det elektromagnetiske spektrum , f.eks. B. røntgenstråler og radiobølger . På området infrarød stråling , for eksempel de vibrationelle energier af molekyler eller grupper af molekyler eller også af de frie elektroner i elektrongas af er metaller fundet . I det synlige område ligger fotonernes energi i intervallet for valenselektronernes bindingsenergi , som kan exciteres af absorptionen af ​​en foton i ledningsbåndet . Den involverede foton er fuldstændig "slukket". Hvis en stor del af fotonerne absorberes, er et materiale uigennemsigtigt (efterfølgende effekter som rekombination negligeres i første omgang her). Materialets båndstruktur er derfor (blandt andet) afgørende for dets gennemsigtighed.

Det er vigtigt, at fotoner kun absorberes i visse "energidele" ( kvante ). Det betyder, at kun fotoner af en bestemt energi kan absorberes på denne måde. Fotoner med højere eller lavere energi forbliver upåvirkede. Isoleringsmaterialer som glas er for det meste transparente, fordi deres båndgab er større end fotonens energi til synligt lys. Disse fotoner kan derfor ikke absorberes af valenselektroner. Årsagen til dette ligger i materialets båndstruktur, som fx påvirkes af afstanden mellem atomerne. Det faktum, at valenselektronerne i glas ikke exciteres ind i ledningsbåndet og derfor ikke er tilgængelige til ladningstransport, betyder også, at glas ikke er elektrisk ledende. I tilfælde af halvledere, der har en lavere båndgabsenergi, absorberes derimod fotoner med højere energi (blåt lys). Med hensyn til det samlede optiske indtryk er disse materialer derfor ikke gennemsigtige, selvom de for eksempel er gennemsigtige for rødt lys. Farveindtrykket kan dog ikke udledes direkte af den rene spektrale gennemsigtighed.

Blot lysgennemtrængelighed, som tilfældet er med frostet glas, er generelt ikke afgørende for at blive omtalt som transparent. For mælkeglas overføres lyset gennem en ru overflade eller af partikler i materialet spredes . Det lys, der får lov til at passere, kaldes diffust lys , da der ikke er noget skarpt billede af objekterne bag det. Hvis kun mørkere og lysere områder er synlige, taler man om gennemsigtighed . I tilfælde af svagt gennemskinnelige materialer angives den gennemskinnelige egenskab som uigennemsigtighed i stedet for gennemsigtighed. Dybt lys er kun en overfladisk gennemskinnelighed.

Ske

Gennemsigtighed gives normalt med gasformige materialer (f.eks. Luft ), men også med nogle flydende og faste stoffer, f.eks. B. klart vand , almindeligt glas og noget plast. Hvis graden af ​​gennemsigtighed afhænger af lysets bølgelængde , farves det transparente medium. Dette kan være på grund af visse metal oxide molekyler i glasset eller (større) farvede partikler, såsom i farvet røg . Hvis mange af disse farvede partikler er til stede, bliver gassen, væsken eller faststoffet uigennemsigtig, f.eks. B. tyk røg.

glas

Sandsynligvis er det mest kendte gennemsigtige faste materiale glas . De fleste glastyper, der er af teknisk betydning i dag, er silikatglas. Kemien i silikat rammer sikrer en teoretisk gennemsigtighed vindue mellem 170 nm og 5000 nm. Dette inkluderer fuldt og går ud over det område, der er synligt for mennesker. Meget få silikatglas opnår en betydelig gennemsigtighed under 300 nm i UV- området. Undtagelserne er kvarts og specielle borosilikatglas med et højt borindhold , som også har god gennemsigtighed i UV-C- området. I IR -området sker absorptionen af ​​vand allerede sporadisk fra omkring 2500 nm, hvilket reducerer gennemsigtigheden der, inden silikatnetværket bringer gennemsigtigheden til nul fra omkring 4500–5000 nm. Da det synlige område af lys passerer gennem silikatglas næsten uhindret, har det ingen farve for vores øjne. På den anden side indeholder brune glas, såsom dem til ølflasker eller medicin, dopemidler, der absorberer i det synlige område og dermed ser farvede ud for vores øjne.

Betinget gennemsigtigt stof

Betingede transparenter er fototropi og elektrotropi .

Fototropi

Fototropisk glas er gennemsigtigt glas, der reagerer på UV -lys. Det er også kendt som fotokromisk . Fototropien er baseret på en reversibel transformation af deponerede sølvhalogenidholdige bundfald. Under processen farves glasset.

Enkel repræsentation af den fototropiske reaktion.

Der kan produceres forskellige farver afhængigt af typen af ​​halogen i glasset. Brune eller grå fotokromiske briller bruges til fremstilling af solbriller , som automatisk bliver mørkere (hurtigt), når lysstyrken er høj og bliver mere gennemsigtig, når lysstyrken falder (langsommere). Forskellen i hastighed er baseret på, at der er etableret en ligevægt mellem to modsatrettede reaktioner: Mørkning finder sted i en reaktion af den 0. orden (hvert indfaldende lyskvant med en passende bølgelængde forårsager en molekylær transformation). I modsætning hertil er den omvendte proces en førsteordens temperaturafhængig reaktion, der forløber i henhold til en eksponentiel funktion (de samme proportioner reagerer på samme tid, se halveringstid ). Disse egenskaber betyder, at sådanne briller ikke er så velegnede til at køre i bil, hvis lysstyrken ændres hurtigt efter hinanden; Når du går ind i en tunnel, forbliver glassene mørke (for) længe. Når det er meget koldt og lyst - om vinteren når der er sne - er glassene sorte; Det bliver langsomt klart i mørket, det bliver hurtigt muligt under varmt vand.

Fototropi spiller også en rolle i fotosyntesen .

Elektrotropi

Elektrotropisk glas er en glasform, der i sin normale tilstand er gennemskinnelig, men uigennemsigtig (uigennemsigtig, ligner mælkeglas) og først bliver gennemsigtig, når der tilføres en elektrisk spænding. Dette gøres ved hjælp af flydende krystaller, der er placeret mellem to lag normalt glas. Fra et teknisk synspunkt fungerer disse ruder på samme måde som et LC -display. Elektrotropisk glas bruges som en omskiftelig privatlivsskærm. Brugeren kan selv bestemme, hvornår du kan se gennem glasset, og hvornår ikke. Anvendelseseksempler er glasskillevægge i limousiner (f.eks. Maybach 57 og 62 ) og skillevægge mellem førerhus og panoramarum ("lounge") i endebiler på ICE 3 og ICE T , samt toiletdøre, der kun blive uigennemsigtige, når de er låst. [1] Elektro-tropiske glas tilhører de såkaldte intelligente briller .

litteratur

  • Stephan A. Jansen, Eckhard Schröter, Nico Stehr (red.): Gennemsigtighed. Multidisciplinære anmeldelser gennem fænomener og teorier om de uigennemsigtige, 1. udgave, VS Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-531-17435-8 .
  • Horst Scholze: Glas - natur, struktur og egenskaber , 3. udgave. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Braunschweig 1998, ISBN 3-540-08403-7 .
  • Bettine Boltres: When Glass meets Pharma: Insights about glass as primary packaging material , 1st edition. ECV Editio Cantor, Bad Wörishofen 2015, ISBN 978-3871934322 .

Weblinks

Individuelle beviser

  1. ^ Café Reichard. Hentet 2. februar 2017 .