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空气为什么是透明的?

迷人的最后

2021-09-02 21:09:33

好评回答

shi勇石

2021-09-09 17:58:54
简单说来,一种固体物质既不吸收也不散射光,那么这种物质看起来就是透明的。纯硅对光具有极强的吸收力:这是因为纯硅中的电子吸收了可见光而实现了能级跃迁。固体的电子结构可以解释为何金属闪闪发亮,纯净的金属之所以反射而非透射光,是因为其中充斥着大量的自由电子,而这些电子会将入射光再反向辐射出去,于是就挡住了那些想一直向前的光线,也就防止了透射。
在人的肉眼看来是均匀的材料,实际上是由许多很小的晶畴组成,这些晶畴间的边界被称作晶界,如果晶界间的距离比可见光的最短波长还小(换句话说,如果材料的折射率是均匀的,对光线透射并无阻碍),那么,这种物质看起来就是透明的。每个晶界都会散射通过它的光线;可是,如果晶畴足够小的话,光波实际上就可以从它们上面直接“跃”过去。
由二氧化硅和一些杂质组成的玻璃并不是真正的固体。更准确地说,它是一种过冷液体。玻璃内并没有晶界存在,因此它看上去是透明的。相比之下,固体二氧化硅(砂子)里则存在明显的晶界,因而它是不透明的。
一个重要的原因:再坚实的物质,如果从原子的内部去看,它其实是空荡荡的。因为在原子的内部,原子核和电子的体积加起来不到原子体积的1000000000分之一。况且,还没有证据证明原子核和电子就不能被光子穿过!所以,透明才是正常的!
要想弄清楚这个复杂的问题首先得弄清楚下面这个问题:一些物质为什么是不透明的?
对于不透明的物质,我们可以分为四大类:
1、由于自由电子的阻挡作用导致的不透明:这是金属不透明的原因。
2、能吸收光线的物质导致的不透明:这类物质的分子的电子的激发能比较低,恰好在可见光范围内,分子里往往有苯环、苯醌、联苯胺或其它共轭体系的结构,这种结构可以降低电子的激发能,使电子容易发生跃迁而吸收光子的能量。这样光线就被吸收了。
3、由于透明物质的结构被破坏而造成的不透明。如玻璃是透明的,而玻璃粉则是不透明的;冰是透明的,而冰被砸碎了就是不透明的了。如果一种物质它的结构特点不符合1、2,那它就是可以通过光线的,但如果它的结构里有很多小空隙,那它就是白色。这就是白色物体不透明的原因。
4、 1、2、3原因混合的结果。现实中的许多物体的不透明就是这个原因造成的。
如果一种物质它的结构里即没有自由电子,又没有容易激发的电子,物质的结构又很紧密,没有许多孔隙等条件。那物质就可以通过光子,即是透明的。所以玻璃是透明的!
雪是白色的,这是构成雪花的无数冰晶所产生的反光造成的。由于冰对各种颜色的光的反射系数几乎都是相同的,而反射光和入射光又是完全同质的,因此在白天,雪花就是白色的。然而,单独的一块冰晶又几乎是透明的,这就显得有些奇怪了……为了说明为什么雪不是透明的,我们必须讲讲雪花的形成过程。
空气非常寒冷时,云雾中的水分就会凝集到各种各样的微小的悬浮颗粒身边。不过,这种凝集过程非常之缓慢,因此水分子不会快速聚集到一起,而是形成一些非常漂亮的、表面异常平滑的晶体。随后,在风的作用之下,这些晶体在空中互相碰撞,并最终形成了絮状的雪花。虽然一个晶体的表面因为反光弱而显得透明,但多个晶体的反光则会使雪花几乎变成“镜子”。这一比喻并非夸张,要知道,刚降落的雪能够反射95%的光线!正因为如此,刚下的雪才会显得如此洁白,人们在户外参加冬季运动的时候最好要戴上太阳镜。
随着时间的推移,冰晶体会逐渐变圆,其反光能力也随之减弱。冬季过后的雪只能反射50%的光线,而春天的雪也不如几个月前刚下的雪那样有光泽。
如果阳光从天空照射下来,它就会连续不断地碰到某些障碍——即使没有下雨。因为光所必须穿透的空气并不是空的,它由很多很多微小的微粒组成。其中的大多数,百分之九十九不是氮气便是氧气,其余则是别的气体微粒和微小的漂浮微粒,它们来源于汽车的废气、工厂的烟雾、森林火灾或者火山爆发出来的岩灰。虽然氧气和氮气微粒比一滴雨水小一百万倍,但是它们也照样能阻挡阳光的去路。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回,并改变自己的方向:光线被散射出去,这是我们化学家和物理学家们的说法。波长短的蓝色光和紫色光比波长长的橙色光和红色光散射得多。所以散射的光中,紫光比红光几乎多10倍,而蓝光则几乎比红光多6倍。绿色的、黄色和橙色的光线,敌不过占优势的蓝色光线和紫色光线,所以我们觉得这些散射的光是蓝色的——天蓝色的。发现这一切的是英国物理学家和诺贝尔奖获得者瑞利勋爵,他在130年前就已经发现了:当光线透过空气偏离了它原来的直线方向时,光的波长不同,偏离的距离不同。后来人们为了向他表示敬意,便把这个散射过程叫做瑞利散射。如果你向天空看去,你主要看见的是阳光中被散射的蓝色的光,而不是未经散射的阳光。
如果要看见这种白色的、未经散射的光,这种笔直向你落下来的光,你就得直接朝着太阳看去。但是,你千万别这样做!因为直接照射的阳光很强烈,也很危险,它会在瞬间严重灼伤你的眼睛;如果你看久了,它会使你双目失明。

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