Были времена, когда загорелая кожа считалась признаком низкого происхождения, и знатные дамы старались защитить лицо и руки от солнечных лучей, дабы сохранить аристократическую бледность. Позже отношение к загару изменилось - он стал непременным атрибутом здорового и успешного человека. Сегодня, несмотря на неутихающие споры относительно пользы и вреда инсоляции, бронзовый оттенок кожи по-прежнему находится на пике популярности. Вот только возможность посещать пляж или солярий есть не у всех, и в связи с этим многие интересуются, можно ли загореть через оконное стекло, расположившись, например, на прогретой солнцем застекленной лоджии или мансарде.
Наверное, каждый профессиональный водитель или просто человек, проводящий длительное время за рулем автомобиля, замечал, что кисти его рук и лицо со временем покрываются легким загаром. То же относится к офисным служащим, вынужденным сидеть всю рабочую смену у незанавешенного окна. На их лицах нередко можно обнаружить следы загара даже в зимний период. И если человек не является завсегдатаем соляриев и не совершает ежедневный променад по паркам, то иначе как загаром через стекло объяснить данное явление не получится. Так пропускает ли стекло ультрафиолет и можно ли загореть через окно? Давайте разбираться.
Природа загара
Для того чтобы ответить на вопрос, можно ли получить загар через обычное оконное стекло в машине или на лоджии, нужно разобраться в том, как именно происходит процесс потемнения кожных покровов и какие факторы оказывают на него влияние. В первую очередь следует отметить, что загар - это не что иное, как защитная реакция кожи на солнечное излучение. Под воздействием ультрафиолета клетки эпидермиса (меланоциты) начинают вырабатывать вещество меланин (темный пигмент), благодаря которому кожа и приобретает бронзовый оттенок. Чем выше концентрация меланина в верхних слоях дермы, тем интенсивнее получается загар. Однако такую реакцию вызывают не все УФ-лучи, а только лежащие в очень узком диапазоне длин волн. Ультрафиолетовые лучи условно подразделяются на три типа:
- А-лучи (длинноволновые) - практически не задерживаются атмосферой и беспрепятственно достигают земной поверхности. Такое излучение считается самым безопасным для человеческого организма, поскольку не активизирует синтез меланина. Все, на что оно способно, - это вызывать легкое потемнение кожных покровов, и то только при длительном воздействии. Однако при избыточной инсоляции длинноволновыми лучами происходит разрушение коллагеновых волокон и обезвоживание кожи, вследствие чего она начинает быстрее стареть. А у некоторых людей именно из-за А-лучей развивается аллергия на солнце. Длинноволновое излучение легко преодолевает толщу оконного стекла и приводит к постепенному выгоранию обоев, поверхности мебели и ковров, но полноценный загар с его помощью получить невозможно.
- В-лучи (средневолновые) - задерживаются в атмосфере и достигают поверхности Земли лишь частично. Данный тип излучения оказывает непосредственное влияние на синтез меланина в клетках кожи и способствует появлению быстрого загара. А при его интенсивном воздействии на коже возникают ожоги различной степени. Сквозь обычное оконное стекло В-лучи проникать не способны.
- С-лучи (коротковолновые) - представляют огромную опасность для всех живых организмов, но, к счастью, они практически полностью нейтрализуются атмосферой, не достигая поверхности Земли. Столкнуться с таким излучением можно только высоко в горах, однако и там его действие крайне ослаблено.
Физики выделяют еще один тип ультрафиолетового излучения - экстремальный, для которого часто используется термин «вакуумный» ввиду того, что волны данного диапазона полностью поглощаются атмосферой Земли и не попадают на земную поверхность.
Можно ли загореть через стекло?
Можно ли получить загар через оконное стекло или нет, напрямую зависит от того, какими свойствами оно обладает. Дело в том, что стекла бывают разных видов, на каждый из которых УФ-лучи воздействуют по-разному. Так, органическое стекло отличается высокой пропускной способностью, что позволяет обеспечить прохождение всего спектра солнечного излучения. То же самое касается и кварцевого стекла, которое используется в лампах для солярия и в устройствах для обеззараживания помещений. Обычное же стекло, применяемое в жилых помещениях и автомобилях, пропускает исключительно длинноволновые лучи типа А, и загореть через него нельзя. Другое дело, если заменить его оргстеклом. Тогда можно будет принимать солнечные ванны и наслаждаться красивым загаром практически круглый год.
Хотя иногда бывают случаи, когда человек проводит некоторое время под солнечными лучами, проходящими через окно, а потом обнаруживает на открытых участках кожи легкий загар. Разумеется, он находится в полной уверенности, что загорел именно путем инсоляции через стекло. Но это не совсем так. Существует весьма простое объяснение данному явлению: изменение оттенка в таком случае происходит в результате активизации небольшого количества остаточного, выработанного под воздействием ультрафиолета типа В пигмента (меланина), находящегося в клетках кожи. Как правило, такой «загар» носит временный характер, то есть быстро исчезает. Одним словом, для того чтобы приобрести полноценный загар, необходимо либо посещать солярий, либо регулярно принимать солнечные ванны, а добиться изменения естественного оттенка кожи в сторону более темного через обычное оконное или автомобильное стекло не получится.
Нужно ли защищаться?
Волноваться по поводу того, можно ли получить загар через стекло, надо только тем людям, которые имеют очень чувствительную кожу и предрасположенность к возникновению пигментных пятен. Им рекомендуется постоянно пользоваться специальными средствами с минимальной степенью защиты (SPF). Наносить такую косметику следует главным образом на лицо, шею и зону декольте. Однако слишком активно защищаться от ультрафиолета, тем более длинноволнового, все же не стоит, ведь солнечные лучи в умеренном количестве весьма полезны и даже необходимы для нормального функционирования человеческого организма.
Будучи ребёнком, я однажды спросил отца: "Почему стекло пропускает свет?" К тому времени я узнал, что свет - это поток частиц, называемых фотонами, и мне казалось удивительным, как такая маленькая частица может пролетать сквозь толстое стекло. Отец ответил: "Потому что оно прозрачное". Я промолчал, т. к. понимал, что "прозрачное" есть всего лишь синоним выражения "пропускает свет", а отец на самом деле не знает ответа. В школьных учебниках ответа тоже не было, а знать хотелось бы. Почему же стекло пропускает свет?
Ответ
Светом физики называют не только видимый свет, но и невидимое инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-излучение, радиоволны. Материалы, прозрачные для одной части спектра (например, для зелёного света), могут быть непрозрачными для других частей спектра (красное стекло, например, не пропускает зелёных лучей). Обычное стекло не пропускает ультрафиолетовое излучение, а кварцевое стекло прозрачно для ультрафиолета. Для рентгеновских лучей прозрачными являются материалы, которые совсем не пропускают видимый свет. И т. д.
Свет состоит из частиц, называемых фотонами. Фотоны разного "цвета" (частоты) несут разные порции энергии.
Фотоны могут поглощаться веществом, передавая ему энергию и нагревая (хорошо известно всем, кто загорал на пляже). Свет может отражаться от вещества, попадая после нам в глаза, поэтому мы видим вокруг себя предметы, а в полной темноте, где нет источников света, мы ничего не видим. И свет может проходить сквозь вещество - и тогда мы говорим, что это вещество прозрачно.
Разные материалы в разных пропорциях поглощают, отражают и пропускают свет и поэтому различаются по своим оптическим свойствам (более тёмные и светлые, разного цвета, блеска, прозрачности): сажа поглощает 95% падающего на неё света, а отполированное серебряное зеркало отражает 98% света. Создан материал на основе углеродных нанотрубок, который отражает лишь 45 тысячных процента падающего света.
Возникают вопросы: когда фотон поглощается веществом, когда отражается и когда проходит сквозь вещество? Нас сейчас интересует только третий вопрос, но попутно мы ответим на первый.
Взаимодействие света и вещества - это взаимодействие фотонов с электронами. Электрон может поглощать фотон и может испускать фотон. Нет никакого отражения фотонов. Отражением фотонов называют двухступенчатый процесс: поглощение фотона и последующее излучение точно такого же фотона.
Электроны в атоме способны занимать лишь определённые орбиты, каждой из которых соответствует свой энергетический уровень. Атом каждого химического элемента характеризуется своим набором энергетических уровней, т. е разрешённых орбит электронов (то же относится и к молекулам, кристаллам, конденсированному состоянию вещества: в саже и алмазе одни и те же атомы углерода, но оптические свойства веществ различны; металлы, прекрасно отражающие свет, являются прозрачными и даже меняют цвет (зелёное золото), если из них сделать тонкие плёнки; аморфное стекло не пропускает ультрафиолет, а из тех же самых молекул оксида кремния кристаллическое стекло прозрачно для ультрафиолета).
Поглотив фотон определённой энергии (цвета) электрон переходит на более высокую орбиту. Наоборот, испустив фотон, электрон переходит на более низкую орбиту. Электроны могут поглощать и испускать не любые фотоны, а только те, энергия которых (цвет) соответствуют разнице энергетичнских уровней именно данного атома.
Таким образом, как поведёт себя свет при встрече с веществом (отразится, поглотится, пройдёт насквозь) зависит от того, каковы разрешённые энергетические уровни данного вещества и какой энергией обладают фотоны (т. е. какого цвета падающий на вещество свет).
Чтобы фотон поглотился одним из электронов в атоме, он должен обладать строго определённой энергией, соответствующей разности энергий каких либо двух энергетиченских уровней атома, иначе он пролетит мимо. В стекле расстояние между отдельными энергетическими уровнями большое, и ни один фотон видимого света не имеет соответстсвующей энергии, которой хватило бы, чтобы электрон, поглотив фотон, смог перепрыгнуть на более высокий энергетический уровень. Поэтому стекло пропускает фотоны видимого света. А вот фотоны ультрафиолетового света имеют достаточную энергию, поэтому электроны поглощают данные фотоны и стекло задерживает ультрафиолет. В кварцевом стекле расстояние между разрешёнными энергетическими уровнями (энергетическая щель) ещё больше и поэтому фотоны не только видимого, но и ультрафиолетового света не обладают достаточной энергией для того, чтобы электроны могли их поглотить и перейти на верхние разрешённые уровни.
Итак, фотоны видимого света пролетают сквозь стекло, потому что они не обладают соответствующей энергией для перехода электронов на более высокий энергетический уровень , и стекло поэтому видится прозрачным.
Добавляя в стекло примеси, имеющие другой энергетический спектр, его можно сделать цветным - стекло будет поглощать фотоны определённых энергий и пропускать остальные фотоны видимого света.
Для начала, скажем, несколько слов о твердых телах, жидкостях и газах. В твердом теле молекулы плотно притянуты друг к другу. Они буквально слиплись вместе.
Вот почему твердые тела имеют конечную форму, например мяча или кубика. Но хотя молекулы упакованы очень плотно, они все же слегка вибрируют около своего среднего положения (ничто в природе не стоит на месте).
Молекулы в жидкостях и газах
В жидкостях молекулы соединены друг с другом более свободно. Они скользят и смещаются относительно друг друга. Поэтому жидкости текучи и занимают весь объем сосуда, в который их наливают. В газах молекулы совершенно не связаны друг с другом. Они с высокими скоростями разлетаются во всех направлениях. Средняя скорость полета молекулы водорода при температуре 0 градусов Цельсия составляет 5600 километров в час. Между молекулами газа остается масса свободного места. Вы можете пройти через газовое облако и даже не заметить этого.
Материалы по теме:
Как делают елочные игрушки?
Почему газы прозрачны а твердые тела нет?
Температура играет решающую роль в том, будет ли данное вещество твердым, жидким или газообразным. При нормальном давлении на поверхности земли при температуре 0 градусов Цельсия и ниже вода - твердое тело. При температурах между 0 и 100 градусами Цельсия вода - жидкость. При температуре выше 100 градусов Цельсия вода - газ. Пар из кастрюли распространяется по кухне равномерно во все стороны.
На основании вышесказанного предположим, что сквозь газы можно видеть, а сквозь твердые тела это невозможно. Но некоторые твердые вещества, например такие, как стекло, столь же прозрачны, как воздух. Как это получается? Большинство твердых веществ поглощает падающий на них свет. Часть поглощенной световой энергии уходит на нагревание тела. Большая часть падающего света отражается. Поэтому мы видим твердое тело, но не можем видеть сквозь него.
Материалы по теме:
Почему стекло прозрачно?
Молекулы стекла поглощают фотоны падающего на него света. В тот же момент молекулы стекла испускают в том же направлении такие же фотоны. Стекло поглощает фотоны и испускает в том же направлении такие же фотоны. Вот таким образом стекло оказывается прозрачным, то есть фактически оно пропускает свет. С водой и другими практически бесцветными жидкостями происходит та же история. Большая часть падающего света переносится молекулами. Некоторые фотоны поглощаются, и их энергия расходуется на нагревание жидкости.
В газах молекулы находятся на дальних расстояниях друг от друга. Лучи света могут пройти сквозь газовое облако, не встретив на своем пути ни одной молекулы. Так происходит с большинством фотонов солнечного света, проходящих через земную атмосферу. Свет при столкновении с молекулами газа рассеивается. При столкновении белого света с молекулой он расщепляется в цветовой спектр. Поэтому, видимо, газы земной атмосферы выглядят голубыми. Несмотря на это, они считаются прозрачными.
Материалы по теме:
Состав атмосферы Земли, размер молекулы воздуха
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
- Что такое венецианское стекло и…
- Почему человек зевает и почему…
- Почему человек не узнаёт свой…
Главная отличительная особенность стекла — его прозрачность. И, наверное, многие задавались вопросом: «Почему оно имеет такое свойство?» Ведь благодаря непосредственно этому качеству стекло получило широкое распространение и повсеместное применение в быту.
Если углубляться в эту тему, то она может показаться большинству людей достаточно тяжелой и непонятной, так как затрагивается много физических процессов в таких областях, как оптика, квантовая механика и химия. Для общего ознакомления лучше воспользоваться более легким языком повествования, который будет понятен многим пользователям.
Итак, известно, что все тела состоят из молекул, а молекулы, в свою очередь, — из атомов, строение которых достаточно простое. В центре атома находится состоящее из протонов и нейтронов ядро, вокруг него на своих орбитах вращаются электроны. Свет также устроен довольно просто. Надо только представить его потоком шариков-фотонов, вылетающих из фонарика, на которые реагируют наши глаза. Если поставить между глазами и фонариком бетонную стенку, то свет станет невидимым. Но если посветить на данную стенку фонарем со стороны наблюдателя, то можно увидеть, как лучи света отражаются от бетона и опять попадают в глаза. Вполне логично, что шарики-фотоны не проходят через бетонную преграду из-за того, что они бьются об электроны, которые движутся с такой невероятной скоростью, что фотон света не может проникнуть сквозь электронные орбиты к ядру и в итоге отражается уже от электронов.
Также по теме: Почему поролон желтеет?
Однако почему же свет проникает сквозь стеклянные преграды? Ведь внутри стекла тоже есть молекулы и атомы. Если взять довольно толстое стекло, то летящий фотон обязательно должен столкнуться с ними, так как атомов в каждой крупинке стекла просто немереное количество. В этом случае все зависит от того, как происходят столкновения электронов с фотонами. Например, когда по вращающемуся вокруг протона электрону ударяется фотон, то вся его энергия переходит к электрону. Фотон поглощается ним и исчезает. В свою очередь, электрон получает дополнительную энергию (ту, которая была у фотона) и с ее помощью перемещается на более высокую орбиту, начиная таким образом вращаться дальше от ядра. Обычно дальние орбиты менее устойчивы, поэтому через некоторое время электрон выпускает взятую частицу и возвращается на свою устойчивую орбиту. Испущенный фотон отправляется в любую произвольную сторону, после чего поглощается каким-то соседним атомом. Он продолжит блуждать в веществе до тех пор, пока не излучится обратно или в конечном итоге не пойдет, как в конкретном случае, на нагрев стены из бетона.
Также по теме: Почему мылится мыло?
Важно то, что электронные орбиты расположены вокруг атомного ядра не хаотично. У атомов каждого химического элемента имеется четко сформированный набор уровней или орбит, то есть электрон не в состоянии подняться выше или опуститься пониже. Он имеет возможность перескочить только на четкий промежуток вниз или вверх. А все эти уровни отличаются разной энергией. Поэтому выходит, что только фотон с какой-то определенной, точно заданной энергией в состоянии направить электрон на более высокую орбиту.
Выходит, что среди трех летящих фотонов с разными показателями заряда энергии только тот стыкуется с атомом, у которого энергия будет точно равна разнице энергий между уровнями отдельно взятого конкретного атома. Остальные пролетят мимо и не смогут сообщить электрону заданную порцию энергии для возможности перехода на другой уровень.
Прозрачность стекла объясняется тем, что электроны в его атомах расположены на таких орбитах, что для их перехода на более высокий уровень необходима энергия, которой недостаточно у фотона видимого света. По этой причине фотон не сталкивается с атомами и достаточно легко проходит сквозь стекло.
Также по теме: Как усилить гидролиз?
Скажем сразу, утверждение, что чем мощнее и ярче источник света, тем будет больше энергии у фотонов, неверное. Мощность зависит от большего их количества. При этом энергия каждой отдельно взятой частицы света одинаковая. Как же найти фотоны с разными зарядами энергии? Для этого надо вспомнить, что свет — это все-таки не просто поток шариков-частиц, это еще и волна. Различные фотоны отличаются между собой разной длиной волны. И чем выше частота колебаний, тем частица несет более мощный заряд энергии. Низкочастотные фотоны несут мало энергии, высокочастотные – много. К первым относятся радиоволны и инфракрасный свет. Ко вторым — рентгеновское излучение. Видимый нашему глазу свет находится где-то посредине. В то же время, например, тот же бетон является прозрачным для радиоволн, для гамма-излучения и инфракрасного излучения, но непрозрачен для ультрафиолета, рентгена и видимого света.
07.02.2017 15:49
850
Почему стекло прозрачное.
Стекло, это очень важный материал, который человек использует в разных сферах жизни. Из него делают окна, посуду, зеркала, линзы для очков и т.д...
Вот представьте себе: возвращаетесь вы из школы и обнаруживаете, что в окнах вашей квартиры нет стёкол. Исчезла также из дома и вся стеклянная посуда. Вы хотите посмотреть на своё удивлённое лицо в зеркало, но и его не оказалось на месте... Да и многих других полезных вещей у нас бы сейчас не было, если бы в своё время не появилось стекло.
В нашей статье, мы расскажем вам историю стекла, как оно вошло в нашу жизнь и почему оно такое прозрачное. Кто же изобрел этот полезный, хрупкий материал? Как ни странно - никто. Дело в том, что стекло было создано самой природой.
Когда-то давным-давно, еще за много миллионов лет до появления на земле первого человека, стекло уже существовало. А образовалось оно из сначала раскалённой, а затем остывшей лавы, вырвавшейся на поверхность из вулканов. Это природное стекло называется сейчас обсидианом.
Однако остеклять, например, окна, им было нельзя. И не только потому, что окон тогда ещё не было, но и потому, что природное стекло имеет грязно-серый цвет, и через него абсолютно ничего не видно.
Так как же появилось стекло, пригодное для употребления,то есть прозрачное? Может быть люди научились его отмывать? Увы, природное стекло грязное не снаружи, а изнутри, поэтому здесь не помогут никакие даже самые современные моющие средства...
О том, как люди впервые сделали стекло, приближённое к современному, существует несколько легенд. Все они очень однообразны и их смысл сводится к тому, что путешественники, не имея под рукой камней для очага, использовали вместо них куски природной соды.
Причем, происходило это в пустыне или на берегу водоёма, там, где обязательно был песок. И вот под воздействием огня сода и песок плавились и соединялись вместе, образуя стекло. Люди долгое время верили в эти легенды. Но совсем недавно выяснилось, что всё это неправда, потому что жара исходящего от костра, для такого сплава недостаточно.
Производить стекло своими руками люди начали более 5-ти тысяч лет назад, было это в Египте. Правда, и тогда оно прозрачным не было, а из-за того, что в песке попадались посторонние примеси, имело зелёный или синий оттенок. Но постепенно на Востоке научились избавляться от этих примесей. Судя по раскопкам, первыми стеклянными изделиями были бусы.
Чуть позже стеклом стали покрывать посуду. А на то, чтобы научиться делать её полностью из стекла, чекловеку потребовалось ещё 2 тысячи лет. Секрет производства стекла был в те времена настолько ценен, что правительство Венеции в начале ХIII века для его выяснения направило на восток специальных людей.В результате, венецианцы этот секрет раздобыли.
Они наладили собственное производство и смогли сделать стекло ещё более прозрачным, догадавшись добавлять в его состав немного свинца. Сначала стекло изготавливалось в самой Венеции. Местные власти очень боялись, что кто-то узнает секрет производства, поэтому район, где эти мастерские располагались, был всегда оцеплён солдатами.
Никто из рабочих занятых производством стекла не имел права покинуть пределы города. За любую попытку это сделать к смертной казни приговаривался не только сам стеклодел, но и вся его семья. В конце концов было решено перенести мастерские на остров Мурано. Оттуда и сбежать было труднее, и попасть туда было тоже сложно.
В 1271 году венецианские шлифовщики научились делать из стекла линзы, которые сначала особым спросом не пользовались. Но в 1281 году догадались вставлять их в специально разработанные оправы.Так появились первые очки. Они стоили сначала настолько дорого, что являлись прекрасным подарком даже для королей и императоров.
В конце 15 века, когда в Венеции научились делать из стекла посуду, муранские (названные так в честь острова где их производили) изделия стали пользоваться во всём мире такой популярностью, что для их доставки пришлось строить дополнительные корабли.
Но усовершенствование стекла продолжалось и позже. Пришло время, и люди придумали покрывать его специальным составом – амальгамой, так появились зеркала.
В России производство стекла началось тысячу лет назад, в небольших мастерских. А в 1634 году под Москвой был построен первый стекольный завод.
