कांच को पारदर्शी क्या बनाता है?

कभी घर बनते देखा है? बढ़ई पहले दो-चार-चार स्टड का उपयोग करके संरचना के मूल कंकाल को खड़ा करते हैं। फिर वे दीवारों को बनाने के लिए स्टड के लिए शीथिंग, आमतौर पर प्लाईवुड, कील लगाते हैं। अधिकांश दीवारों में एक खिड़की खोलना शामिल है, जिसमें एक फ्रेम के भीतर स्थित कांच की एक शीट होती है। खिड़कियां एक घर को उज्ज्वल, गर्म और स्वागत का अनुभव कराती हैं क्योंकि वे प्रकाश को प्रवेश करने देती हैं। लेकिन कांच की खिड़की को उसके चारों ओर की लकड़ी की तुलना में अधिक पारदर्शी क्यों होना चाहिए? आखिरकार, दोनों सामग्री ठोस हैं, और दोनों बारिश , बर्फ और हवा को दूर रखते हैं। फिर भी लकड़ी अपारदर्शी होती है और प्रकाश को पूरी तरह से अवरुद्ध कर देती है, जबकि कांच पारदर्शी होता है और धूप को बिना किसी बाधा के प्रवाहित होने देता है।

आपने कुछ लोगों को - यहां तक ​​कि कुछ विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों को - यह कहकर समझाने की कोशिश की होगी कि लकड़ी एक सच्ची ठोस है और वह कांच एक अत्यधिक चिपचिपा तरल है। फिर वे तर्क देते हैं कि कांच में परमाणु दूर-दूर तक फैले हुए हैं और ये अंतराल प्रकाश को निचोड़ने देते हैं। वे सदियों पुराने घरों की खिड़कियों की ओर भी इशारा कर सकते हैं, जो अक्सर लहराती और असमान रूप से मोटी दिखती हैं, इस बात के प्रमाण के रूप में कि ठंडे दिन में गुड़ की धीमी रेंगने वाली खिड़कियां वर्षों से "बहती" हैं।

वास्तव में, कांच बिल्कुल भी तरल नहीं है। यह एक विशेष प्रकार का ठोस है जिसे अनाकार ठोस के रूप में जाना जाता है । यह पदार्थ की एक ऐसी अवस्था है जिसमें परमाणु और अणु जगह में बंद हो जाते हैं, लेकिन स्वच्छ, व्यवस्थित क्रिस्टल बनाने के बजाय, वे खुद को बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित करते हैं। नतीजतन, चश्मा यांत्रिक रूप से ठोस की तरह कठोर होते हैं, फिर भी तरल पदार्थ जैसे अणुओं की अव्यवस्थित व्यवस्था होती है। अनाकार ठोस तब बनते हैं जब एक ठोस पदार्थ को उच्च तापमान पर पिघलाया जाता है और फिर तेजी से ठंडा किया जाता है - एक प्रक्रिया जिसे शमन कहा जाता है ।

कई मायनों में, चश्मा सिरेमिक की तरह होते हैं और उनके सभी गुण होते हैं: स्थायित्व, ताकत और भंगुरता, उच्च विद्युत और थर्मल प्रतिरोध, और रासायनिक प्रतिक्रिया की कमी। ऑक्साइड ग्लास, शीट और प्लेट ग्लास, कंटेनर और लाइट बल्ब में पाए जाने वाले वाणिज्यिक ग्लास की तरह, एक और महत्वपूर्ण संपत्ति है: यह दृश्य प्रकाश के रूप में ज्ञात तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला के लिए पारदर्शी है। यह समझने के लिए कि क्यों, हमें कांच की परमाणु संरचना को करीब से देखना चाहिए और समझना चाहिए कि क्या होता है जब फोटॉन - प्रकाश के सबसे छोटे कण - उस संरचना के साथ बातचीत करते हैं।

हम इसे आगे करेंगे।

सबसे पहले, याद रखें कि इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के नाभिक को घेर लेते हैं, विभिन्न ऊर्जा स्तरों पर कब्जा कर लेते हैं। निम्न से उच्च ऊर्जा स्तर तक जाने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए। इसके विपरीत, उच्च से निम्न ऊर्जा स्तर पर जाने के लिए, एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा छोड़नी होगी। किसी भी मामले में, इलेक्ट्रॉन केवल असतत बंडलों में ऊर्जा प्राप्त या जारी कर सकता है।

अब आइए एक फोटॉन पर विचार करें जो एक ठोस पदार्थ की ओर बढ़ रहा है और उसके साथ बातचीत कर रहा है। तीन चीजों में से एक हो सकता है:

ग्लास, निश्चित रूप से, इस अंतिम श्रेणी में आता है। फोटॉन सामग्री से गुजरते हैं क्योंकि उनके पास एक ग्लास इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा स्तर तक उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। भौतिक विज्ञानी कभी-कभी बैंड सिद्धांत के संदर्भ में इसके बारे में बात करते हैं , जो कहता है कि ऊर्जा स्तर ऊर्जा बैंड के रूप में जाने वाले क्षेत्रों में एक साथ मौजूद हैं । इन बैंडों के बीच में वे क्षेत्र होते हैं, जिन्हें बैंड गैप के रूप में जाना जाता है , जहां इलेक्ट्रॉनों के लिए ऊर्जा का स्तर बिल्कुल भी मौजूद नहीं होता है। कुछ सामग्रियों में दूसरों की तुलना में बड़े बैंड अंतराल होते हैं। ग्लास उन सामग्रियों में से एक है, जिसका अर्थ है कि इसके इलेक्ट्रॉनों को एक ऊर्जा बैंड से दूसरे में जाने और फिर से वापस जाने से पहले बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दृश्य प्रकाश के फोटोन- बैंगनी, इंडिगो, नीला, हरा, पीला, नारंगी और लाल रंगों के अनुरूप 400 से 700 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश - बस इस लंघन का कारण बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं है। नतीजतन, दृश्य प्रकाश के फोटॉन अवशोषित या परावर्तित होने के बजाय कांच के माध्यम से यात्रा करते हैं, जिससे कांच पारदर्शी हो जाता है।

दृश्य प्रकाश की तुलना में कम तरंग दैर्ध्य पर, फोटॉन में ग्लास इलेक्ट्रॉनों को एक ऊर्जा बैंड से दूसरे ऊर्जा बैंड में स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होने लगती है। उदाहरण के लिए, पराबैंगनी प्रकाश, जिसकी तरंग दैर्ध्य 10 से 400 नैनोमीटर तक होती है, अधिकांश ऑक्साइड ग्लास से नहीं गुजर सकती है, जैसे कि खिड़की के शीशे में कांच। यह निर्माणाधीन हमारे काल्पनिक घर में खिड़की सहित एक खिड़की को पराबैंगनी प्रकाश के लिए अपारदर्शी बनाता है जैसे लकड़ी दृश्य प्रकाश के लिए है।

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मूल रूप से प्रकाशित: जून १९, २०००

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