Qual é a explicação para o fenômeno do material ser transparente?
Porque o vidro de uma janela, sendo formado por um material amorfo, além de deixar passar os raios luminosos, não os desviam, ou os desviam igualmente, de modo a que a imagem através dele permaneça visível? Como se dá a interação da onda eletromagnética com as moléculas do vidro para formar este fenômeno?
Comments
Pelo que entendi, você quer entender o que ocorre no nível microscópico para que o vidro seja transparente, certo?
Existem várias razões.
A primeira delas é que vidro não é condutor - não existem elétrons livres em vidro. Condutores são bem conhecidos por refletirem bem a luz - nossos espelhos são feitos baseando-se neste fato.
A segunda razão é os fótons que compõem a luz vísivel não possuem energia suficiente para interagir com os elétrons ligados à estrutura amorfa do vidro.
Explicando com mais detalhes: A forma de interação da luz com frequência no espectro vísivel com vidro ou outro material não-condutor ocorre quando um fóton possui energia suficiente para alterar o estado de energia de um elétron ligado ao material (como um elétron ligado a uma rede cristalina ou um elétron ligado a um átomo ou molécula indvidual). Para que isso ocorra, o fóton deve possuir energia superior à diferença de energia entre os dois estados do elétron. Quando isto ocorre, diz-se o fóton é absorvido pelo elétron, que muda de estado, do menos energético para o mais energético.
O ocorre com o vidro é que a sua estrutura atômica não possui nenhuma transição que possa ocorrer com fótons com frequências na faixa do vísivel do espectro eletromagnético. Em outra linguagem, fótons com essas frequências não "vêem" o vidro.
A terceira razão é que o vidro possui uma estrutura amorfa. Estruturas cristalinas, como a do sal de cozinha (NaCl) possibilitam que a luz sofra processos de reflexão e difração de acordo com a direção de incidência da luz relativa à estrutura cristalina. Como o vidro não possui uma estrutura regular, isto não ocorre.
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BG69,
Macroscopicamente, concordo que possamos utilizar as equações de Maxwell para um meio material para descrever o vidro. Vidro é um bom dielétrico e um péssimo condutor. Segue que suas propriedades ópticas são a de um material transparente com pequena absorção. Contudo, a questão é saber como suas características macroscopicas se relacionam com os processos microscópicos. Por exemplo, porque vidro é transparente no vísivel mas praticamente opaco no ultravioleta? Modelos clássicos fornecem no máximo boas aproximações para estes processos.
jp,
"A tentativa de visualizar a luz como um foton na penetração do vidro não explica satisfatóriamente a refração."
Errado. Newton já sabia disso há séculos. Qualquer bom livro de mecânica ou de óptica resolve seu problema. A refração é plenamente explicada considerando a luz composta por partículas. Os fenômenos que uma teoria corpuscular da luz não consegue explicar satisfatoriamente são a difração e a interferência.
Outra coisa: a velocidade da luz num meio material é bem explicada através da interação dos fótons com os átomos, moléculas ou a rede cristalina do material, embora a explicação não seja muito simples.
Finalmente: um metal é metal não porque é feito de átomos de um elemento metálico, mas sim porque o arranjo dos átomos é tal que a estrutura inteira adquire propriedades que atribuímos a um metal. Um átomo de prata não possui as propriedades de uma barra de prata.
Qualquer discussão séria sobre propriedades de um sólido ou da interação da luz com um material só pode ser feita utilizando modelos quânticos. Qualquer modelo clássico será no máximo uma boa aproximação - às vezes uma péssima aproximação.
A tentativa de visualizar a luz como um foton na penetração do vidro não explica satisfatóriamente a refração. Não se pode admitir tão factualmente a interferência de fotons com a estrutura pobre em elétrons do vidro ou cristal. Pois se assim fosse, qualquer ácido, sal ou seus derivados (ricos em elétrons) eliminaria a transparência da água.
Quanto a quantidade de placas de vidros a ser transpassada pela luz, só dependerá da sua puresa. Existem cristais de expessura até 2 metros que a luz transpassa com muito pouca perda de energia.
Aparentemente o segredo é a estrutura atômica, independentemente de ser um material de base amorfa ou realmente sólida.
A verdadeira explicação ainda não existe e fica muito mais complicada quando pensamos na luz como foton. Uma onda ainda poderia elucidar melhor esse fenômeno. Se pensarmos que a frente de choque dessa onda batesse de frente e passasse por esses átomos de vidro envolvendo-os e se fechando fepois de passá-lo.
Esse processo, logicamente, retardaria essa onda de luz diminuindo sua velocidade dentro do vidro ou cristal. Velocidade esta que voltaria aos seus 300.000km/s assim que emergisse do outro lado. Só assim seria explicado a perfeição da imágem depois de passar pelo vidro.
Aliás um prisma é, para mim, a prova de que a luz é sempre uma onda na questão da refração.
Concluindo, se todo átomo tem as mesmas carácterÃstidas estruturais, nada impede que futuramente se possa, diante de alguns arranjos tecnológicos, produzir vários metais com propriedades de transparência. Ou ainda paredes que ao simples toque de botões se transforme em janelas totalmente transparentes.
A transparência de um dado material prende-se apenas ao fato (aparente) dele permitir a propagação da luz, em seu interior, sem afetar substancialmente a direção dos raios. Desse modo, após atravessar o material, os raios refratados estão na mesma ordem dos raios incidentes.
Todavia, isto só vale, para uma espessura adequada do material. A transparência é relativa à espessura.
Uma placa de vidro de 3 mm de espessura é ´transparente´, 15 delas, superpostas é translúcida e 30 delas superpostas é opaca.
1m de espessura de água é ´transparente´, 20 m já não tanto, 100 m já não se enxerga quase nada ... 200 m é escuridão total!
Assim, não há transparência ´absoluta´ (100% transparente). Apresentando finas camadas, tanto substâncias amorfas, como cristalinas, podem se apresentar transparente.
A interação fóton/molécula e/ou fóton/átomo sempre ocorrerá, com dissipação de energia luminosa.
Caro Amigo !!
O vidro é sim, um material amorfo, obtido através de uma massa liquida a base de um material de SÃlica.
Portanto, o Vidro apresenta caracterÃsticas de um liquido em sua formação atômica, sendo esse o principal motivo de sua transparência.
Em outras palavras, a ordenação atômica do vidro é equivalente à de um liquido, que por sua vez, é transparente. No entanto, o Vidro é resfriado e endurecido, mas esse processo não altera sua ordenação atômica.
Espero ter sido TRANSPARENTE .. =D
Abraço !!
boa pergunta...
se alguém responder, me avisa.
vou marcar como inteessante.
abraços