透明・不透明って何ですか？

同じ厚さであっても、ガラスは光を通しますが、普通の金属は光を通しません。金属でもうんと薄いと光を通すようですが、光が通る、通らないの違いは何によるのでしょうか？

No.6 ベストアンサー 回答者： apple-man 回答日時： 2005/03/31 22:25

>同じ厚さでも、ダイアモンドは光を通しますが、黒鉛は通しません。

大学でやる量子力学とバンド理論というのが
分からないと理解しずらい話なんですが、
簡単に言うとこんな感じです。

　プラスの電荷を持つ原子核と
その周りにある電子はたえず
光りの固まりである光子（こうし）
を受け取ったり、投げ返したり
しています。

　ここが少し難しいかもしれませんが、

光の波長（色）＝エネルギーの違い

　で、波長が短い（赤より紫色のほうが）光
はより大きなエネルギーを持っていて、
受け取ったエネルギーの量によっては、
電子は光子を投げ返さず、その分
自分のエネルギーとして保持して
しまいます。エネルギー量の変化は
電子が回っている原子核周囲の軌道の
変化として表れます。
　高いところに人工衛星を上げるには
より多くのロケット燃料がいる。
高いところの人工衛星はより大きな
位置エネルギーを持っている・・・
というのとイメージ的に同じ（厳密には
電子のほうか量子力学的なポテンシャル
エネルギーといって、衛星の位置エネルギー
とは若干違います）で、原子核から
遠くの軌道にある電子は、より高い
エネルギー（ポテンシャル・エネルギー）を
持っています。

　光子を受け取るためには、光子の
エネルギーが電子のエネルギー
と同程度でないといけないため、
電子のエネルギーの状態によって、
特定のエネルギーの光子が
電子に受け止められず通過して
しまいます。これが光がガラスを
通り抜ける原理です。

　物質が原子レベルで全体に
均一にできていれば、通過する
光の波長も同じで、特定波長の
光が効率よく通りぬけていく（透明度１００％）
はずですが、実際には大きな物質には
ところどころ不均一だったり、
混ざりものがあったりするので、
１番目の原子は通過したが、２番目の
原子で多少光子がつかまり・・・
といった感じで減衰が起きるので、
通常はガラスの透明度も１００％では
なく、見た目にもなんとなく色が
ついて見えるのです。

　自然光は赤、青、黄色の３原色の
合成でできていることが知られて
いますが、電子の軌道の状態により、
赤が色が減衰するとガラスを通過した後
した後の光は黄緑っぽくなります。
これが分厚いガラスに色がついて見える
原理です。

この回答へのお礼

いろいろヒントがもらえたようで、又考えてみたいと思います。ありがとうございました。

お礼日時：2005/04/02 15:45

No.5 回答者： noname#11476 回答日時： 2005/03/31 22:24

>どのような物質であっても、Ｌがうんと小さくてＴが大きくなる条件があれば、光は透過するのですね。

その通りです。余談としては実は完全に通さないという条件を作るのが難しいということも表しています。式を見ればわかりますがＴ＝０になるのは、Ｌかαが無限大で無ければなりませんから。面白いでしょう。

>完全黒体などはαが大きいのですね。
理想的な完全黒体はα＝無限大になります。
ウィーン（昔の科学者）氏は内面を磨いて小さな穴を開けた箱で黒体が作れることを示しましたね。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
教科書は返事をしてくれませんし、学校でもなかなかこのような質問には答えてもらえる余裕はないみたいですので、ズーと疑問に思っていた事が判ったり整理されたりして、大変うれしいです。

お礼日時：2005/04/01 07:00

No.4 回答者： noname#11476 回答日時： 2005/03/31 16:47

＃２です。

（すいません。前回回答では一般人でしたが実は専門家です）
もう少し補足しておきますね。

基本は先の話しの通りですが、実は光の透過率には吸収のほかにももう一つ光を邪魔する要因があります。
これは「散乱」と呼ばれています。
散乱は物質の構成している原子なり分子なり単体ではなく、ある程度の塊を単位とした、平たく言うと微粒子の集まりみたいな形になっているときに、その中を光が通ると、光が違う方向に行ってしまうという現象です。

一番わかりやすいのは埃が舞い上がったときに、光に照らされた埃が動いているのが見えたりします。
これは空気中に埃という微粒子が存在して光がそれにより散乱されて起きています。

同じようにたとえ固体であっても、それが微粒子の集まりの形になっていると散乱がおきます。

日常目にするものでは「塩」を見るとよいです。塩は固体の時には白く見えます。これは一粒一粒を良く見ると実は白ではないのですが、その粒が沢山集まることで全体としては白く見えるというものです。

また水に溶かすとその結晶はＮａとＣｌという原子の状態に戻りますので、やはり散乱は起きず透明になります。

この散乱はその微粒子のサイズにより、可視光すべての波長の光が散乱する（白く見える）ものから一部の波長の光のみが散乱されて見える（実は夕焼けとか空が青いのはこのため）など色んな散乱の仕方をします。

では。

この回答へのお礼

散乱については考えていました。しかし、光を通す通さないを、小学生が質問してきたらどうしようと思ってしまいます。そんなひねくれた小学生はいませんか。現象としては♯２の回答が納得できます。

お礼日時：2005/03/31 20:39

No.3 回答者： kaitaradou 回答日時： 2005/03/31 14:52

私も知りたいです。

ろうそくの蝋などは溶けていると透明ですが、固まると不透明になります。プラスチックなどでも同じようなことがあります。プラスチックの場合は、結晶化の違いであるという説明を受けたことがあります。

この回答へのお礼

同じような疑問を持っている人が私だけではないと分かり心強いです。

お礼日時：2005/03/31 20:33

No.2 回答者： noname#11476 回答日時： 2005/03/31 11:36

単に光を吸収する量が違うためです。

たとえば普通のガラスは透明に見えますが、ガラスの切り口を見てください。
ガラスの切り口から反対側の切り口まで見通せるかというと無理ですね。
（中には吸収が少なくて反対側が見える種類のガラスもあります）

光の吸収は単位距離を進む間にどれだけ光エネルギーを吸収するのかということで定義します。
これを吸収係数と呼んでいます。
実際に通る光はものの厚みがＬ［ｍｍ］とすると、光が透過する率（透過率）Ｔ［％］は、

Ｔ＝ｅｘｐ｛－α×Ｌ｝×１００［％］

α：吸収係数

と計算します。αが大きければＬが同じでもＴは小さくなります。

で、吸収係数が何故物質によって違うのかというと、一つは光を吸収するのは物質を構成している原子や分子ですからその密度が異なると違ってきます。
もう一つは原子や分子は波長により吸収の大きいところと小さいところがあります。そこで可視光（目に見える光）の領域で吸収が大きい物質だと吸収係数は大きく、逆だと小さくなります。

実際にはこのほかに光が反射する効果も考えねばなりませんので、話は更にややこしくなりますが、どれだけ反射するのかというのも吸収係数と同じく物質により異なります。

実際金属は反射の部分がかなり強いですね。だから光に当てると光って見えます。

この回答へのお礼

早速の回答ありがとうございました。
どのような物質であっても、Ｌがうんと小さくてＴが大きくなる条件があれば、光は透過するのですね。完全黒体などはαが大きいのですね。

お礼日時：2005/03/31 20:31

No.1 回答者： SCNK 回答日時： 2005/03/30 23:33

自由電子があるかないかです。

自由電子があると、電磁波を吸収して、再放射します。これが反射です。

この回答への補足

済みません。質問が解りにくかったかもしれません。かなり素朴に、以前から思っていたことです。
同じ厚さでも、ダイアモンドは光を通しますが、黒鉛は通しません。単結晶のシリコン・ウェハーは光を通さないみたいです。自由電子の量が多いものは光を反射してしまい、それが少ないか無いものは光を通すのでしょうか。
ガラスでも透明なものと、不透明なものがあるような気がします。どちらも自由電子は少ないと思いますが。
もう少し補足して説明していただけるとありがたいですが。

補足日時：2005/03/31 07:25