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為什麽空氣是透明的?

簡單來說,固體物質既不吸收也不散射光,所以看起來是透明的。純矽對光的吸收很強:這是因為純矽中的電子吸收可見光,實現能級躍遷。固體的電子結構可以解釋金屬發光的原因。純金屬之所以會反射而不是透射光,是因為它裏面充滿了大量的自由電子,這些自由電子會把入射的光輻射回來,從而阻擋了想要繼續前進的光,阻止了透射。

壹種肉眼看起來很均勻的材料,實際上是由許多小的晶疇組成的,這些晶疇之間的邊界稱為晶界。如果晶界之間的距離小於可見光的最短波長(換句話說,如果材料的折射率均勻,不阻礙光的傳輸),那麽這種材料看起來是透明的。每個晶界散射穿過它的光;然而,如果晶疇足夠小,光波實際上可以直接從其中“跳躍”出來。

由二氧化矽和壹些雜質組成的玻璃不是真正的固體。更準確地說,它是壹種過冷液體。玻璃裏沒有晶界,所以看起來是透明的。相比之下,固體二氧化矽(砂)有明顯的晶界,所以不透明。

壹個重要的原因:無論壹種物質有多固體,如果從原子內部看,它實際上是空的。因為在原子內部,原子核和電子的體積加起來小於1000000000。況且沒有證據證明原子核和電子不能被光子穿透!所以,透明很正常!

要理解這個復雜的問題,首先要理解下面這個問題:為什麽有些物質是不透明的?

對於不透明的物質,我們可以分為四類:

1.由於自由電子的阻擋效應而不透明:這就是金屬不透明的原因。

2.能吸收光的物質引起的不透明:這類物質分子中電子的激發能量比較低,正好在可見光範圍內,分子中往往具有苯環、苯醌、聯苯胺或其他* * *軛體系的結構,可以降低電子的激發能量,使其容易跳躍吸收光子的能量。所以光被吸收了。

3.由於透明物質的結構被破壞而導致的不透明。比如玻璃是透明的,而玻璃粉是不透明的;冰是透明的,但是砸了就不透明了。如果壹種物質的結構特征不符合1和2,它是可以透光的,但如果它的結構中有很多小縫隙,它就是白色的。這就是白色物體不透明的原因。

4,1,2,3原因混合結果。現實中很多物體的不透明就是這個原因造成的。

如果壹種物質的結構中既沒有自由電子,也沒有容易被激發的電子,那麽這種物質的結構就非常緊密,沒有很多氣孔等情況。那麽物質就可以通過光子,是透明的。所以玻璃是透明的!

雪是白色的,是由無數構成雪花的冰晶反射而成的。因為冰對各種顏色光的反射系數幾乎相同,反射光和入射光完全同質,所以白天雪花是白色的。然而,單個冰晶幾乎是透明的,這似乎有點奇怪...為了解釋雪為什麽不透明,就要說說雪花的形成過程。

當空氣很冷時,雲中的水分會凝集成各種微小的懸浮顆粒。但是這個凝集過程非常緩慢,所以水分子不會很快聚集在壹起,而是形成壹些非常漂亮的晶體,表面異常光滑。然後在風的作用下,這些晶體在空中相互碰撞,最後形成絮狀的雪花。雖然壹個晶體的表面因為弱反射是透明的,但是多個晶體的反射會讓雪花幾乎變成“鏡子”。這個比喻壹點也不誇張,要知道,剛下的雪能反射95%的光!正因為如此,新下的雪才會顯得那麽白。當人們在戶外參加冬季運動時,最好戴上太陽鏡。

隨著時間的推移,冰晶會逐漸變圓,反光能力也會減弱。冬天後的雪只能反射50%的光線,春天的雪也沒有幾個月前的雪那麽有光澤。

如果太陽從天而降,它會不斷地遇到壹些障礙——即使不下雨。因為光必須穿透的空氣不是空的,它是由許多微小的粒子組成的。其中大部分,99%不是氮就是氧,剩下的是其他氣體顆粒和微小的漂浮顆粒,它們來自汽車尾氣、工廠煙霧、森林火災或火山灰。雖然氧和氮的顆粒比壹滴雨小壹百萬倍,但它們仍然可以阻擋陽光。光被這些許多小絆腳石彈開,改變了方向:光被散射出去,這就是我們化學家和物理學家所說的。短波長的藍光和紫光比長波長的橙光和紅光散射得多。所以在散射光中,紫光幾乎是紅光的10倍,而藍光幾乎是紅光的6倍。綠色、黃色和橙色的光無法與占主導地位的藍色和紫色光競爭,所以我們認為這些散射光是藍天藍色。是英國物理學家、諾貝爾獎獲得者瑞利勛爵在130年前發現的:當光在空氣中偏離其原來的直線方向時,光的波長不同,偏離的距離也不同。後來,為了向他致敬,人們把這種散射過程稱為瑞利散射。如果妳看天空,妳主要看到的是陽光中散射的藍光,而不是未經散射的太陽光。

如果妳想看到這種白色的、無散射的光,這種直射向妳的光,妳必須直視太陽。但是,千萬不要這樣做!因為陽光直射很強烈,很危險,會在瞬間嚴重灼傷妳的眼睛;看久了會瞎的。

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