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ガラスや、ダイヤモンドはなぜ透明なんでしょうか?気体は物質の密度が低いので、光が通るのはなんとなく分かるのですが、固体で透明なのはなんででしょうか?

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A 回答 (4件)

まず、光は電磁気で、量子力学的な光量子とは考えず、上下・左右に振動する横波と考えたらここではいいでしょう。


次に、物質は、特にここでは「固体」を考えますが、
 1)共有結合結晶
 2)イオン結合結晶
 3)分子結合結晶
 4)金属結合結晶
の4つに大別されます。
電磁気の性質から、4)の金属は光を透過できません。自由電子の存在のためだと言われています。電波が金属を透過できないのと同じです。
1)~3)は原則的に光を透過できます。
透明とは、
 a)光を透過できる
 b)光が吸収されない
が原則となります。
a)にはさらに表面での反射の問題があります。物質自体が光りを透過できる物であっても表面や内部が均質でなかったら、乱反射のため光が物質中に入れません。
磨りガラスがこの例です。
b)はちょっとややこしいのですが、原子本来の振動、電子の振動、分子間の共鳴振動などによる吸収があります。いろいろな物質の色はこれに由来します。
 さて、ご質問のダイヤモンドは巨大な共有結合の結晶で均質で、可視光線の吸収も少ないので「透明」で、同じ炭素の単体の(同素体の)黒鉛は一部共有結合ですが、自由電子を持っていますので、不透明になります。
 ガラスは「非晶質固体:アモルファス」と現在は定義されます。均質で、各原子間の距離も等しく、酸化珪素の共有結合物質と見なして良く、可視光線の吸収も少ないので「透明」です。
 金属でも箔のような薄い場合は光を通します。
 最後に、一定方向の光しか透過できない「偏光板」を紹介します。これは、光の振動面の例えば上下方向だけの光を透過させ、他は吸収してしまうものです。1枚では透明ですが、二枚重ねると、平行では「透明」、直角では「不透明」となります。デジタル表示の文字盤に使われています。
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この回答へのお礼

どちらかといえば物理的な分野だったかもしれませんね。ありがとうございました。

お礼日時:2001/01/10 22:42

LITHRONさんのいうことであっています。

ガラスのようなものでも吸収と散乱は行われています。
一般にガラスは薄いものが使われていますが、厚いガラスになると光の吸収はより多くなります。
吸収されなかった光が散乱し、変移して目に届くのです。
ガラスも厚いものになると緑色っぽくなります。
簡単に説明しましたが、以下のページを見てもらえれば理解できると思います。

以前に
社会>自然のカテゴリーの「空と海はなぜ青いの?」でshoyosiさんが紹介されていたものです。
この場合は海についてですが、似たようなことですし面白いと感じてもらえると思います。
参考にしてください。

参考URL:http://tkynx0.phys.s.u-tokyo.ac.jp/torii/physic
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この回答へのお礼

100%透明ではないんですね。

お礼日時:2001/01/10 22:38

物質の色と言うのは、光の中のある波長を反射し、ある波長を吸収することにより目に見える色となって現れます。


例えば、青い色の物質は青い光を反射し、それ以外の色を吸収するため、青く見えます。全ての色を反射するのが白、全ての色を吸収するのが黒です。
自然光には紫→青→緑→黄色→オレンジ→赤までの可視光が含まれています。紫より波長が短いのが紫外線、赤より波長が長いのが赤外線です。可視光以外の光(電磁波)を反射しても目には見えません。
ここからは推測になりますが、透明な物質と言うのは、どんな色も反射、吸収しないのではないでしょうか。(目に見える物質である限り多少はあると思いますが)
蛇足になりますが、可視光の波長よりも小さい物質と言うのは、どんな色であるかはもちろん、どんなに倍率のいい光学顕微鏡を使っても決して目には見えません。
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この回答へのお礼

なるほど、たまたま人間の可視光線のほとんどを通してしまうということも考えられますね。

お礼日時:2001/01/10 22:35

ズバリこれ↓でしょう。


http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=8374
因みにガラスは、三態で言うところの固体ではありません。ここ↓
http://www.agc.co.jp/tanken/fushigi1.html
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この回答へのお礼

ありがとうございます。そういえば、ガラスは固体じゃないと聞いたことがありました。

お礼日時:2001/01/10 22:32

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Qダイヤモンドが透明なのは何故ですか?

ダイヤモンドとSi(単結晶)はどちらもダイヤモンド構造を取りますが、
ダイヤモンドは透明なのに、Siは不透明なのは、どうしてですか?

教えてください。

Aベストアンサー

光に対する特性の原因は基本的に電子の性質によるものです。
電子が軌道エネルギーギャップを飛び越えるためのエネルギーが可視光線のもつエネルギー範囲内でしたら、その光のエネルギーを受け取ってしまいます。
 音叉をたくさん並べて、一方からスピーカーで音を出すと、その音源に含まれる周波数と共鳴する音叉があればその音叉が振動し始めますから、音はそこでいくらか吸収されますね。(エネルギー保存則)
 共鳴する高さの音が含まれていなければ、音は音叉の集団を通り抜けてしまいます。

 Siはご存知のように、半ば金属--半導体--で自由電子になりうる電子を持っていますから、光のエネルギーで十分励起される電子があるということです。炭素はSiよりはるかに共有結合性が高く光のエネルギーは共鳴できなくて素通りしてしまう。

まあ、
・金属が光を通さず、反射する。金属光沢をもつ(Si単結晶は金属光沢を持ちます。)
・導電性をもつ
も同じ原因です。

 ちなみに黒鉛も自由電子を持ちますから同じ炭素の単体であっても、金属光沢・電気伝導性、そして光を通しませんね。

 結合と言うより、結合に関わっている電子を含めて可視光線を吸収しうる電子があるかないかです。

光に対する特性の原因は基本的に電子の性質によるものです。
電子が軌道エネルギーギャップを飛び越えるためのエネルギーが可視光線のもつエネルギー範囲内でしたら、その光のエネルギーを受け取ってしまいます。
 音叉をたくさん並べて、一方からスピーカーで音を出すと、その音源に含まれる周波数と共鳴する音叉があればその音叉が振動し始めますから、音はそこでいくらか吸収されますね。(エネルギー保存則)
 共鳴する高さの音が含まれていなければ、音は音叉の集団を通り抜けてしまいます。

 Siはご存知の...続きを読む

Q透明とは、どういうこと?

ガラスの板と鉄の板があります。
どちらも、原子、電子、素粒子等で満たされています。

しかし、鉄は見えるのに対し、ガラスの方は、存在しないかの様に向こう側が見えます。

これは、どういう事でしょうか?
光子が、ガラス(水、氷、ダイヤモンド・・)の方だけすり抜けるのは何故ですか?

透明とは、どういう事ですか?
回答お願いします。

Aベストアンサー

私も難しいことは分りませんが、
単純に、

透明(とうめい)とは、その先にあるものが透けて見えること。極端な場合には、そのものが存在しないかのように感じられる。

透明の意味
光が透過すること
一般に「透明」とは光(可視光線)に対してのことを言う。そして光は電磁波の一種であるので科学的に一般化して、ある物質がある電磁波に対して透明であるとは、その物質と電磁波との間に相互作用が起こらず、電磁波の吸収および散乱が生じないということを意味する。

ある物質が電磁波を吸収する場合、その物質は吸収した波長の補色に色づいて見える。例えば、葉緑素は赤色に相当する680 - 700 nmの波長の光を吸収するため、補色の緑色に見える。

濁っていないこと
また、ある物質が電磁波を散乱する場合にも、その物質は色づいて見える。散乱は物質が電磁波の波長と同等の単位構造をもつときに生じる。例えば水は可視光線を吸収しないためまとまった量では透明に見えるが、細かい粒子になると光を散乱するため不透明となる。霧や湯気が白くみえるのはこのためである。

したがって、透明であるかどうかという評価は、対象とする電磁波の波長を特定しないと行うことができない。窓ガラスなどは可視光線に対してはほぼ透明であるが、紫外線はあまり透過しないため、紫外線を感知する生物にとっては透明とはいえない。反対に、もしX線を感知する生物がいるとすれば、ヒトは半透明な生物として観察されるであろう。

なお、英語で「透明」は transparence であるが、透明性を表現する単語として transparent と translucent の二語がある。これらは単純に透明・半透明で区別されるべきものではない。前者は trans-(=through、通す・通る)にラテン語の parere(現れる)が組み合わされた語であり、透明たる対象を通過して全く同じ像や事象が立ち現れることを意味する。後者は同じく trans- にラテン語の luc-(明るい)もしくは lux(光)が組み合わされた語であり、光が透過することに重点が置かれる。従って、「透光性セラミックス」や「透過式スクリーン」等の表現にはこちらが相応しい。

透明なモノ

ピンクに染色されたIndian glassy fish(P. ranga)
ウナギなどのレプトケファルスは透明である生物においては透明なものはそれほど珍しいものではなく、クラゲや魚の稚魚やサボテンの内部組織など、透明なものも多い。

透明な材料は製造に高い技術を必要とするため、純度が高いものや大きなものを作るのは難しい。しかし、科学技術の発展によって、さまざまな透明な素材が開発されるようになった。現在では水族館のガラスに使用されるアクリル樹脂や、光ファイバーに使用される石英ガラスなど、透明度が非常に高い素材が作られている。

ビッグバン理論によると、宇宙はできてからしばらくは不透明であった。

人体の中では、透明なものに羊膜、レンズ、半透明なものとして爪があるが、皮膚科的には爪母が乳白色であるのに反し、爪が半透明であることが論じられた。透明ということは、物質が特に密になっているもので、内部反射もない。もし空気があれば、そこから反射するので白っぽくなる。すりガラスに水を注ぐと反射がなくなり透明になる。薄いシャツなどを着て、水に濡れると内部が透けてみえるのはこの理由による。


→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%8F%E6%98%8E




他に、参考になるでしょうか?↓
http://homepage1.nifty.com/meltglass/glass75.htm

私も難しいことは分りませんが、
単純に、

透明(とうめい)とは、その先にあるものが透けて見えること。極端な場合には、そのものが存在しないかのように感じられる。

透明の意味
光が透過すること
一般に「透明」とは光(可視光線)に対してのことを言う。そして光は電磁波の一種であるので科学的に一般化して、ある物質がある電磁波に対して透明であるとは、その物質と電磁波との間に相互作用が起こらず、電磁波の吸収および散乱が生じないということを意味する。

ある物質が電磁波を吸収する場...続きを読む

Q透明な物質と不透明な物質との本質的な違い

以前の関係スレを見ているのですが、どうも素人にはわかりにくい無塚しい理論があるようです。
分子が通過する光子を捉えきれずに逃がしてしまうという現象のように理解したのですが、金属は1ミクロン以下でも光を通さず、水は何十メートルの厚さでも何もないかのように通過するのはやはりこの理屈なのでしょうか。どうも理解できません。水やガラス、ある種の透明プラスチックの間に共通点はあるのでしょうか。あるのでしょうね。私にはまったくないように思えます。
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Aベストアンサー

>> >基本的には「結晶」になれば、透明です
>> ガラスや水は巨大な近似単結晶だということでしょうか。
>> 結晶だと分子がそろっているので光が通り抜けやすいということなのでしょうか。

巨大な近似的な単結晶を作っているという発想も、あながち間違いではありません。ただ、液体のため、結晶構造は持っていないという考え方でも結果的に同じです。散乱を起こす粒子単位そのものがないため、また、金属のような自由電子もないため、透明に見えます。なお、可視光で強い吸収がないのも理由の一つになります。薄い色はありますので、厚いガラス、深い湖には、色を見ることができます。あまりに厚くなると、結果的に不透明になります。

>> >遷移軌道に入っている電子が励起によるので
>> こういった現象がここでは起こらないのは単に物性の問題なのだと解釈できるのでしょうか。

例外もありますが、元素そのもの種類によると考えて良いかと思います。電子軌道の構造によります。

ちょっと意地悪な例を追加しておきます。
世の中には、「構造色」というモノがあります。これまでの話にも関わりますが、元素や分子そのものの性質でできる色とは違い、物質の表面の形状だけで生じる色のことです。水やガラスの話で、構造を持たないから透明なんだという説明の逆の話です。
蝶の紫色は、その蝶を集めてその色を取りだそうとしても取り出せません。表面のスリット構造による光の散乱・回折で生じる色だから、構造を壊してしまうと無くなる色です。

>> >基本的には「結晶」になれば、透明です
>> ガラスや水は巨大な近似単結晶だということでしょうか。
>> 結晶だと分子がそろっているので光が通り抜けやすいということなのでしょうか。

巨大な近似的な単結晶を作っているという発想も、あながち間違いではありません。ただ、液体のため、結晶構造は持っていないという考え方でも結果的に同じです。散乱を起こす粒子単位そのものがないため、また、金属のような自由電子もないため、透明に見えます。なお、可視光で強い吸収がないのも理由の一つになります...続きを読む

Qガラスとプラスチックの透明性について

プラスチック製品の中には透明のものが多いですが、このプラスチックの透明性にはガラスの透明性と共通の理由があるのでしょうか。

Aベストアンサー

No3です。

>結晶化と不透明性をつないでいるものはやはり電子の動きでしょうか。

樹脂(高分子)における、結晶部分と非晶部分のつながりという意味の質問でしょうか?
長い高分子鎖の一部が折り返し構造をとったところが結晶(ラメラ結晶)といわれる部分です。
折り返さず伸びたり、絡み合ったりしているところが非晶部分と簡単に考えたらよいと思います。
つまり、結晶している樹脂においても、一つの分子鎖のある部分が整列して結晶化しているところと、非晶のところが混在していると考えてください。

一つの高分子鎖の結合には、電子の動きが重要(共有結合)ですが、高分子鎖の絡み合いとかにはあまり関係ないと思います。

Q波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式は?

波長(nm)をエネルギー(ev)に変換する式を知っていたら是非とも教えて欲しいのですが。
どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

No1 の回答の式より
 E = hc/λ[J]
   = hc/eλ[eV]
となります。
波長が nm 単位なら E = hc×10^9/eλ です。
あとは、
 h = 6.626*10^-34[J・s]
 e = 1.602*10^-19[C]
 c = 2.998*10^8[m/s]
などの値より、
 E≒1240/λ[eV]
となります。

>例えば540nmでは2.33eVになると論文には書いてあるのですが
>合っているのでしょうか?
λに 540[nm] を代入すると
 E = 1240/540 = 2.30[eV]
でちょっとずれてます。
式はあっているはずです。

Q転化率

転化率の定義を教えてください。

Aベストアンサー

styrenさん、こんばんは。

参考URLに、大変面白い例が載っていました。

「新入生100人(原料)が入学し、1年後に、卒業試験がある(反応器)。
 合格者は、卒業(生成物)。
 不合格者(未反応物)は、在籍する(リサイクルにまわされる)」

このとき、
 卒業試験の合格率=(1回転化率)

のようです。
このときの、反応器に入れられる量=原料+リサイクル

なので、合格率は、

(生成物)÷(原料+リサイクル)×100=1回転化率

のようにかけると思います。
ご参考になればうれしいです。

Q物性論から見た、ガラスが光を透過する原理

ガラスは光の殆どを透過し、一部の光を反射しますよね。2か月くらい前の固体物理の授業で物質が光を透過するかどうかの事を光のエネルギーに絡めて説明していたのですが、よく理解する事が出来ません。光子のエネルギーがエネルギーギャップを超える事で...と色々と言っていましたが、ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され電子が基底状態に戻る際に出した光が反射光として我々の目に見えるという事ですか?授業ではガラス等の非晶質固体についてはまだ深く学んでいませんが、結晶ではないのにバンド構造を持っているのですか?

お手数ですが、どなたかもうちょっと詳しい説明をお願いします。

Aベストアンサー

> 光子のエネルギーがエネルギーギャップを超える事で...と色々と言っていましたが、ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され電子が基底状態に戻る際に出した光が反射光として我々の目に見えるという事ですか?

これは違います。ガラスは可視光に対して透明ということは、
バンドギャップよりもエネルギーが低いため、電子励起が起こっていないということです。

それでも反射は可視域でも起こります。
これについては#1の方がWikiを引用されています。
電気電波の言葉で言えば、空気中とガラス中での光に対するインピーダンス不整合で、反射が起きます。

> ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され
これが起こるのはガラスの場合、深紫外域です。再び光が再放出されても紫外線なので、
人間の眼には見えません。


> 結晶ではないのにバンド構造を持っているのですか?

固体のような分散曲線(kとEの図)は書けないと思いますが、どうやら絶縁体結晶に相当する
バンドギャップのようなものは存在すると考えられています。

> 光子のエネルギーがエネルギーギャップを超える事で...と色々と言っていましたが、ギャップを超える位の大きなエネルギーを与える事で、ガラスを構成している原子が励起され電子が基底状態に戻る際に出した光が反射光として我々の目に見えるという事ですか?

これは違います。ガラスは可視光に対して透明ということは、
バンドギャップよりもエネルギーが低いため、電子励起が起こっていないということです。

それでも反射は可視域でも起こります。
これについては#1の方がWikiを引用されています。
電気電...続きを読む

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

QW/V%とは?

オキシドールの成分に 過酸化水素(H2O2)2.5~3.5W/V%含有と記載されています。W/V%の意味が分かりません。W%なら重量パーセント、V%なら体積パーセントだと思いますがW/V%はどのような割合を示すのでしょうか。どなたか教えていただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

w/v%とは、weight/volume%のことで、2.5~3.5w/v%とは、100ml中に2.5~3.5gの過酸化水素が含有されているということです。
つまり、全溶液100ml中に何gの薬液が溶けているか?
ということです。
w/v%のwはg(グラム)でvは100mlです。

Q光の吸収: あらゆる波長の光を吸収するわけではないのに

こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程多くの色々な物質が入っているということでしょうか? 

2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか? 表の青色は,裏面からの透過光(を含んでいる)とは思えませんが.

3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

光の吸収を勉強していて,当たり前に思えていたことに疑問を覚えました.何か勘違いしているかも知れず,これも危惧しております.どうか,回答お願い申し上げます.宜しくお願いします.

こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程...続きを読む

Aベストアンサー

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸収する波長幅はどの程度になると思いますか?
幅が0になるでしょうか。実は0にはなりません。
このスペクトルの広がりには大きく分けると均一広がりと不均一広がりがあります。均一広がりの代表的なものは、励起準位の寿命です。
寿命が短いと幅は広くなります。(これは有限時間の波では単一周波数にはなりえないからでフーリエ変換すればわかります)
言い換えると励起準位自身が幅を持っているということを意味します。

次に不均一広がりですが、一つはドップラーシフトです。分子・原子毎にこのシフトがランダムにおきますので、全体として広がりを持ちます。特に気体では顕著ですが固体も格子振動していますので生じています。もう一つは原子・分子が周囲の原子・分子の影響を受けて共鳴する励起準位にずれが生じます。これも一つの原子・分子では広がりは見えませんが、集合体としては広がりを持ちます。

上記に書いた均一広がりや不均一広がりの原因はあくまで代表例であり、このほかにも色々あります。

さて、次にでは物質にはどの位の共鳴する励起準位があるのでしょうか?
構造が単純な原子でも実はかなりの数があります。それが分子となり、さらには分子の集団となるとき、その数は非常に多くなってきます。

つまり、整理すると、一つ一つの励起準位を取り上げても広がりがあり、それが更に沢山存在するわけですから、それらは重なり合い全体に吸収する部分が容易に生じるわけです。

そのため普段見かける物質の大半は幅広い範囲で吸収を示し、まったく吸収を示さない波長はほとんどありません。もちろん吸収の程度にはかなり差がありますが。

さて、吸収の次は散乱です。
一番わかりやすいのは磨りガラスです。ガラスは本来透明ですが、沢山の傷により光は色んな方向に散乱します。当然光源側に戻る成分もあり、透過率は100%では無くなります。また透過した光も散乱されているため、透明ではなく濁っています。

散乱の物理的原理を説明し出すと大変なので詳細は省略しますけど、基本的には原子・分子で一度光が吸収されてまた光として再放出される時に環境がランダムなので、方向もランダムになるという現象です。(環境が均一ならば入射光と同じ方向に進む光になり、これは透明体と同じです)

最後には反射です。
ガラスでも水面でもそうですが、斜めから光を入れると反射が強くなります。
つまり透過光量は少なくなります。
極端なのは金属反射です。実は金属のような導電体では光の電場を打ち消すように自由に動ける電子がいるため、この電子により電場か打ち消され、進入できません。その場合、その光のほとんどが反射してしまうわけです。(わずかには吸収されますので、それが金属毎に微妙に違う光沢の色になります)
つまり金属はそもそも電場を打ち消されて進入できないので、光を通さないわけです。


さて、これで吸収、散乱、反射の三現象がわかりました。


>1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか

まず、木で考えると、木を非常に薄くすることを考えてみます。カンナくずはその代表例です。すると光が散乱されるけど透過することがわかります。
これにより、まず強い吸収があることがわかります。
また散乱もあることがわかります。

反射は?
たとえば木の表面をカンナがけしてきれいな面にすると、正反射の位置で太陽光を反射させてみると表面が輝き光が反射しているのがわかります。つまり反射もあるわけです。でも木が見えるということは、単に反射のためだけではなく散乱もあるということに気がつくでしょう。でないと木が見えません。

プラスチック板でもなんでもやはり同じですね。


>2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか?

こちらももうわかると思います。
青い板が見えるのは基本的には散乱によります。
ただ青く見えるのは何故でしょうか。それは青以外の波長は散乱より吸収が強いからということに他なりません。散乱時点でも吸収が強い波長の場合には散乱するより吸収が強くなるわけですね。

たとえばプラスチックの青い板をうんと薄くするとどうなるでしょうか。青いセロハンになるわけです。青い光は吸収が少ないけど他の色の吸収は強いわけです。

ただ青いといっても、青の光をまったく吸収しないわけではありませんから、厚みをますと結局光は透過して見えることはなくなります。


>3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

バンドギャップより長波長はエネルギーが低いので透過しますね。
で、半導体の場合には単純に一つの準位ではありません。いくつもの吸収する準位があります。そのためそれら準位の重ね合わせとして幅広く吸収が生じています。
つまりバンドギャップEgより短波長では吸収領域が幅広く存在しているわけです。

もう一ついうと、光により励起された電子は価電子帯にいるわけですから、その構造はかなり金属と似ています。そのため見かけは金属と似た感じの金属反射のような感じに見えるわけです。

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸...続きを読む


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