Question:
Pourquoi le verre est-il transparent?
SMUsamaShah
2011-03-23 11:50:19 UTC
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Une fois, j'ai posé cette question à mon professeur et il a répondu "Parce que ça passe la lumière.". «Et pourquoi passe-t-il la lumière? J'ai demandé et il a dit: "Parce qu'il est transparent.".

Encore une fois, la même question, pourquoi le verre est-il transparent? Pourquoi la lumière la traverse-t-elle, alors que pour les objets opaques, ce n'est pas le cas?

Voir aussi: [Pourquoi l'air est-il invisible?] (Http://physics.stackexchange.com/q/1836/)
Six réponses:
#1
+68
kakaz
2011-03-23 13:27:21 UTC
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Les photons traversent le verre car ils ne sont pas absorbés. Et ils ne sont pas absorbés car il n'y a rien qui «absorbe» la lumière dans les fréquences visuelles du verre. Vous avez peut-être entendu dire que les photons ultraviolets sont absorbés par le verre, le verre n'est donc pas transparent pour eux. Exactement la même chose se produit avec les rayons X pour lesquels notre corps est presque transparent tandis qu'une plaque métallique l'absorbe. Ceci est une preuve expérimentale.

Tout photon a une certaine fréquence - qui pour la lumière visible est liée à la couleur de la lumière, tandis que pour les fréquences inférieures ou supérieures du spectre électromagnétique, il s'agit simplement d'une mesure de l'énergie transportée par photon. Le spectre d'absorption d'un matériau (quelles fréquences sont absorbées et dans quelle mesure) dépend de la structure du matériau à l'échelle atomique. L'absorption peut provenir d'atomes qui absorbent des photons (rappelez-vous - les électrons passent à des états énergétiques supérieurs en absorbant des photons), de molécules ou de réseaux. Il existe des différences importantes dans ces possibilités d'absorption:

  1. Les atomes absorbent fréquences discrètes bien définies. Habituellement, les atomes uniques n'absorbent que quelques fréquences - cela dépend du spectre énergétique de ses électrons. En ce qui concerne l'absorption atomique, le graphique d'absorption (tracé en fonction de la fréquence de la lumière) contient des pics bien définis pour les fréquences lorsque l'absorption se produit, et aucune absorption entre eux.
  2. Les molécules absorbent des fréquences discrètes mais il sont beaucoup plus de raies d'absorption parce que même une simple molécule a beaucoup plus de niveaux énergétiques que n'importe quel atome. Les molécules absorbent donc beaucoup plus de lumière.
  3. Les réseaux cristallins peuvent absorber non seulement des fréquences discrètes, mais aussi des bandes continues de fréquences, principalement à cause de différences dans la structure cristalline.

Comme le verre est un fluide non cristallin, surrefroidi, composé de molécules, son absorption se produit de la première et de la deuxième manière, mais en raison de la matière dont il est composé, il absorbe en dehors de notre spectre visible.

Le verre absorbe les photons - ils sont absorbés par les liaisons inter-atomiques (phonons) et réémis, c'est pourquoi la vitesse de la lumière dans le verre est plus lente. Il apparaît transparent car la direction de la lumière est préservée par les liaisons ordonnées et parce que peu d'énergie est perdue
Merci, le premier paragraphe était plus facile à comprendre et a résolu suffisamment de confusion. Les autres types de photons se comportent-ils comme la lumière visible (c'est-à-dire que la lumière converge avec une lentille)
@Martin: droit, sauf qu'il est appelé diffusion, pas absorption.
@LifeH2O - l'image que je décris est bien simplifiée. Lorsque vous essayez d'analyser les interactions de la lumière et de la matière, de nombreux processus doivent être pris en compte. Mais à partir de la forme de la question, je suppose que vous avez besoin d'une réponse de niveau de base. L'interaction réelle est quantique dans la zone d'absorption-émission, mais peut être dynamique d'onde dans certaines fréquences - par exemple les interférences doivent être analysées, etc. C'est plutôt compliqué lorsque vous souhaitez prendre en compte tous les phénomènes qui peuvent se produire.
@kakaz Pourquoi l'absorption de bande n'est-elle pas exclue dans le cas du verre?Bien qu'ils ne soient pas cristallins, les verres ont aussi des bandes.
@SRS car dans un cas de lumière visible, l'absorption de bande est un événement de deuxième ou peut-être même de quatrième ordre.Mais vous avez raison: pour une certaine fréquence, je m'attends principalement à la lumière ultraviolette mais cela dépend clairement de la composition chimique du verre et de la structure moléculaire physique, l'absorption de bande peut être plus grande et parfois importante.
#2
+19
Marek
2011-03-23 12:21:04 UTC
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Essentiellement à cause de l'absorption. Lorsque le photon vole dans le matériau, il interagit avec ses constituants. Cette interaction peut être divisée en deux contributions. L'un d'eux est élastique et est la source de l'indice de réfraction (car effectivement il ne fait que ralentir le photon) tandis que l'autre est inélastique. Le photon est absorbé par un atome (disons) et plus tard, il est émis sous forme de rayonnement thermique dans une direction aléatoire, perdant ainsi les informations d'origine qu'il transportait.

Lorsque vous regardez cela de manière macroscopique, ce processus sera décrit par un paramètre comme la profondeur et l'intensité de la pénétration la profondeur diminuera de façon exponentielle. Donc, si vous faites des objets opaques suffisamment fins, ils seront toujours transparents (bien que la lumière sortante soit plus faible en fonction de l'épaisseur). Bien sûr, cette discussion évite complètement les effets de surface (réflexion, réfraction, diffusion, etc.).

Notez que tout cela dépend de la fréquence de la lumière incidente. Les atomes (parlons simplement d'eux pour plus de simplicité; en réalité, il y aura également une contribution des molécules, du réseau, des électrons libres et autres) ont quelque chose appelé spectre d'absorption. Cela se produit parce que pour certaines fréquences, l'électron peut capturer le photon et être excité à l'état d'énergie supérieur. Ainsi, alors qu'un matériau peut être transparent dans certaines plages de fréquences (comme le verre est pour la lumière visible), il peut être assez opaque dans d'autres.

Tout cela est bien, mais il y a quelque chose de spécial à propos du verre en ce que le rayonnement (visible) absorbé par ses atomes (ou fibres ...) est émis * de manière cohérente * dans la même direction. C'est pourquoi le verre n'est pas seulement transparent, mais préserve également les images par exemple. pourquoi est-ce le cas?
Je ne suis pas sûr de ce que tu veux dire. L'image est préservée dans chaque matériau transparent à moins qu'elle ne possède une symétrie supplémentaire (par exemple, les cristaux peuvent avoir des propriétés de propagation et de polarisation différentes le long de différents axes -> anisotropie). Mais pour les matériaux désordonnés, cela n'existe pas. Le verre n'est pas différent de par ex. l'air ou l'eau: les photons se dispersent simplement sur les constituants individuels, mais la seule contribution qui subsiste à l'intégrale de chemin est la propagation en ligne droite (bien que plus lente, ce qui entraîne un indice de réfraction plus grand).
@Deepak: c'est l'interférence entre les différents atomes par laquelle un photon est absorbé puis réémis qui fait que les photons continuent dans la même direction dans le verre. Ce n'est pas qu'un atome individuel absorbe un photon et le réémet dans la même direction; vous pouvez le voir car seule l'interférence entre différents atomes conduirait à la loi de réfraction de Snell. Je crois que Feynman a une excellente explication à ce sujet dans son livre * QED *, que je recommande vivement comme présentation élémentaire de la mécanique quantique.
@Peter, @Marek Je comprends que les interférences conduisent à ces effets. Ma question était (est) pourquoi les ondes lumineuses interfèrent-elles de manière constructive, plutôt que destructive, dans le cas du verre. Feynman a aussi un très beau chapitre (dans le Vol I de ses conférences je crois) sur "l'origine de l'indice de réfraction". Mais le modèle qu'il utilise est celui d'un réseau de dipôles. Je ne vois pas pourquoi pour une substance telle que le verre - sans ordre sous-jacent évident - une telle description devrait fonctionner. J'espère que je me suis exprimé clairement (euh).
@Deepak: Ce dont je crois que vous avez besoin, c'est que chaque événement d'absorption-reradiation fasse approximativement la même chose à la lumière (et ne change pas radicalement de phase).
@Deepak: en fait, ces questions sont * beaucoup * plus simples dans les matériaux désordonnés (fluides, dont le verre est un habitant spécial) que dans les matériaux ordonnés (où les photons peuvent interagir avec le réseau) et en particulier les semi-conducteurs (où il y a une interaction compliquée avec la structure de bande ). Donc, en conclusion, si vous comprenez pourquoi ce truc fonctionne par exemple gaz idéal, vous avez terminé. Sinon, posez une question;)
#3
+10
Rory
2012-04-12 06:10:56 UTC
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C'est peut-être un peu technique, mais j'ai toujours pensé que c'était cool: un de mes professeurs a un jour souligné que la transparence n'arrive que parce que le matériau est (approximativement) une dialectique linéaire sur la gamme de fréquences qui vous tient à cœur. Il s'avère que l'eau est un diélectrique linéaire sur la gamme de fréquences que nos yeux peuvent détecter. coïncidence?

Commentaire intéressant. Ce n'est pas la meilleure réponse mais intéressante: suggérez-vous que cela est dû à l'évolution?
@mick cela pourrait être un facteur de l'évolution mais il y en a d'autres.La plage visible est également au pic du rayonnement solaire (qui est clairement un phénomène indépendant de l'absorption de la lumière de l'eau mais peut également avoir un impact sur l'évolution)
#4
+9
Burley
2013-09-26 18:25:05 UTC
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Il y a beaucoup d'absurdités à ce sujet. Ce n'est PAS un liquide très épais, rigide ou froid, ni en raison de l'ordre de la structure. En termes simples, il s'agit des électrons de la substance. Lorsque le photon de la lumière pénètre dans une substance, il interagit avec un électron en modifiant son état énergétique.

POINT CLÉ - Les électrons ne peuvent exister qu'à des niveaux d'énergie fixes (en bandes).

Dans un matériau opaque commun, il faut une petite quantité d'énergie pour déplacer l'électron de son état d'énergie de repos à un état d'énergie plus élevé, de sorte que le photon de faible énergie de la lumière visible est absorbé, transférant son énergie à l'électron qui à son tour passe à un état d'énergie légèrement supérieur.

Dans un matériau transparent beaucoup plus rare, la distance entre le niveau d'énergie au repos des électrons et l'état supérieur suivant est beaucoup plus grande. Donc, parce que l'électron ne peut être que "au repos" ou à un niveau d'énergie élevé JAMAIS entre les deux, le petit photon de la lumière visible ne transporte pas assez d'énergie pour être transféré à l'électron pour le faire sauter à l'état supérieur. Ainsi, il garde sa puissance, ne s'absorbe pas et traverse la matière. Hé hop, voyez à travers.

Certains verres ne laissent passer que la lumière d'une certaine couleur. En effet, une lumière de couleur différente a des niveaux d'énergie différents et donc, en fonction de l'énergie nécessaire pour `` déplacer '' les électrons vers un état d'énergie plus élevé, certaines couleurs seront suffisamment fortes et absorbées et d'autres ne passeront pas et passeront à travers

REMARQUE , Je simplifie un peu, par exemple, cela ne `` passe pas '' littéralement en tant que tel, la façon dont l'électron et le photon interagissent est mécanique quantique et rien de tout cela n'inclut la polarisation, la réflexion, etc., tout cela fonctionne au niveau quantique . Cela dit à une échelle macro, sans le détail quantique (qui prendrait des années à enseigner), c'est ce qui se passe.

Alors pourquoi la lumière se déplace-t-elle à une vitesse différente dans le vide, si elle n'est pas absorbée par des matériaux transparents?
#5
  0
Cang Ye
2019-07-10 11:17:40 UTC
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Il n'y a pas de processus d'absorption et de réémission lorsque la lumière se déplace dans un milieu transparent.Le milieu absorbe une partie de la lumière, mais aucune réémission ne se produit, ou la réémission est si petite qu'elle peut être négligée.

L'absorption ne fait pas transiter les électrons vers des niveaux d'énergie plus élevés, mais augmente leur mouvement aléatoire cinétique, y compris la vibration aléatoire de l'atome.Cela entraîne une augmentation de la température du verre.

Certaines substances fluorescentes absorbent la lumière visible et la réémettent.Lorsque cela se produit, une fois la lumière visible éteinte, la matière a sa propre lumière émise pendant un certain temps.Cela implique une transition des niveaux d'énergie des électrons.

#6
-1
springy
2016-06-14 04:49:26 UTC
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Cette réponse est un peu circulaire et comme celle de Burley.Les matériaux transparents ont un couplage électromagnétique uniforme entre ses molécules.Considérez le verre comme un réseau uniforme de minuscules condensateurs.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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