Vì sao ánh sáng có thể xuyên qua kính?

(Dân trí) - Tính chất vô định hình là lý do cơ bản tại sao ánh sáng chiếu qua thủy tinh mà không xuyên qua gỗ.

Những cửa kính trong suốt giúp chúng ta có thể nhìn ngắm thế giới bên ngoài ngay từ trong nhà (Ảnh: Getty).

Trong cuộc sống hiện đại, kính đã trở thành một vật liệu không thể thiếu, hiện diện khắp nơi từ nhà ở, cửa hàng đến các tòa nhà văn phòng.

Dù trời nắng hay mưa, những ô cửa kính trong suốt vẫn cho phép chúng ta tận hưởng khung cảnh bên ngoài mà không lo ngại về thời tiết.

Tuy nhiên, ít ai thực sự hiểu rõ về cơ chế hoạt động và lý do vì sao ánh sáng có thể dễ dàng xuyên qua vật liệu quen thuộc này.

Cửa sổ bằng kính lần đầu tiên xuất hiện tại Anh vào thế kỷ XVII. Kể từ đó, ngành sản xuất kính đã không ngừng phát triển, mang đến những sản phẩm bền chắc và trong suốt hoàn hảo như ngày nay.

Các nghiên cứu về kính vẫn tiếp tục được thực hiện, hướng tới những ứng dụng tiên tiến hơn, chẳng hạn như vật liệu tự làm sạch hay thậm chí là kính có khả năng tự liền sau khi vỡ.

Vì sao ánh sáng có thể xuyên qua thủy tinh?

Cửa kính trong suốt giúp ánh sáng tự nhiên xuyên thấu vào nhà (Ảnh: Pinterest).

Đặc tính trong suốt của thủy tinh liên quan mật thiết đến cấu trúc vô định hình của nó. Thủy tinh được tạo ra bằng cách nấu chảy cát (chứa tinh thể thạch anh) ở nhiệt độ cao (hơn 1.600 độ C), sau đó làm nguội nhanh chóng.

Quá trình này khiến các nguyên tử và phân tử không kịp sắp xếp theo một trật tự nhất định, tạo thành một chất rắn vô định hình – trạng thái trung gian giữa rắn và lỏng.

Giáo sư Philp Moriarty từ Đại học Nottingham, Anh, giải thích rằng: "Trong các vật liệu như thủy tinh, các electron cần rất nhiều năng lượng để nhảy giữa các mức năng lượng, và các photon ánh sáng khả kiến không đủ mạnh để kích hoạt bước nhảy đó.

Thay vì bị hấp thụ hoặc phản xạ, ánh sáng chỉ đơn giản là đi qua. Đó là lý do tại sao chúng ta có thể nhìn xuyên qua thủy tinh, bởi vì nó trong suốt với ánh sáng khả kiến".

Ông cũng so sánh với giấy: "Lý do bạn không thể nhìn xuyên qua một tờ giấy nhưng lại dễ dàng nhìn xuyên qua một tấm kính dày là vì kính vô định hình, do đó nó không có trật tự, nhưng cũng không có nhiều khuyết tật.

Ở thang đo bước sóng ánh sáng, kính là đồng nhất. Giấy được tạo thành từ rất nhiều sợi và những sợi này - kích thước, đường kính, chiều rộng, khoảng cách giữa chúng - không khác biệt nhiều so với bước sóng ánh sáng và vì vậy chúng tán xạ ánh sáng. Kết quả là một tờ giấy mờ đục, không cho phép ánh sáng đi qua".

Quy trình chế tạo ảnh hưởng đến khả năng xuyên sáng

Để tạo ra thủy tinh trong suốt, cát thạch anh được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy, khiến cấu trúc tinh thể của thạch anh bị phá vỡ.

Khi được làm nguội nhanh chóng, vật liệu này chuyển thành chất rắn vô định hình. Quá trình làm nguội nhanh cũng giúp định hình và làm cứng vật liệu, biến nó thành những tấm kính cửa sổ quen thuộc.

Để tối ưu hóa quá trình sản xuất, các nhà khoa học đã tìm ra cách giảm nhiệt độ nóng chảy của cát bằng cách thêm natri cacbonat.

Tuy nhiên, điều này lại làm giảm độ bền hóa học của kính. Để khắc phục, canxi cacbonat được bổ sung như một chất ổn định, giúp cải thiện khả năng chịu lực của kính.

Chính nhờ những nỗ lực cải tiến không ngừng trong quy trình sản xuất, chúng ta ngày nay có thể tận hưởng ánh sáng tự nhiên xuyên qua những ô cửa kính, đồng thời được bảo vệ khỏi các yếu tố thời tiết và môi trường bên ngoài.

Các nghiên cứu về kính vẫn đang tiếp tục mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng hơn nữa trong tương lai.

Nguồn: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/vi-sao-anh-sang-co-the-xuyen-qua-kinh-20250818011425290.htm