Nachgefragt: Warum ist Glas durchsichtig?
In unserer Rubrik „Nachgefragt“ gehen wir Phänomenen aus dem Alltag auf den Grund. Wir suchen Antworten auf Fragen, die wir uns schon oft gestellt haben. Wie kann es sein, dass man durch festes Material wie Glas durchschauen kann? Wir haben nachgefragt, bei Dr. Patrick Löffler. Er ist Geschäftsführender Beauftragter des Zentrums für Lehrerbildung und begeisterter Physikdidaktiker. Das Vermitteln von Physik liegt ihm am Herzen. In seinem YouTube-Channel beantwortet er Fragen von Grundschulkindern zur Astrophysik. Mit den Videos will er aber auch Lehrkräften zeigen, dass man selbst komplexe Fragen mit einfachen Hausmitteln erklären kann.
Lieber Dr. Löffler, warum ist Glas durchsichtig?
Ob ein Material durchsichtig ist, hängt hauptsächlich von zwei Dingen ab: von der Eigenschaft des Lichts – der Wellenlänge – und der Eigenschaft der Teilchen des Stoffs, auf den das Licht trifft. Glas ist durchsichtig, weil die Teilchen aus denen Glas besteht, kein Hindernis für die Wellenlängen des durchgehenden Lichts sind. Glas besteht hauptsächlich aus Siliziumdioxid, sprich Quarzsand. Die Teilchen des Quarzsands halten die Lichtwellen nicht auf.
Generell gibt es drei Möglichkeiten, wie sich Licht verhält, wenn es auf einen Gegenstand trifft, beziehungsweise wie die Teilchen, aus denen der Gegenstand besteht, auf das Licht reagieren. Das Licht kann zurückgeworfen werden, zum Beispiel von einem Spiegel. Wir sprechen hier von Reflexion. Licht kann aber auch verschluckt werden, wenn es beispielsweise auf eine schwarze Oberfläche trifft. Das wird als Absorption bezeichnet. Wenn Licht durch einen Gegenstand hindurchgeht, wie bei Glas, reden wir von Transmission. Meistens kommen Kombinationen dieser drei Möglichkeiten vor. Das kann man beispielsweise sehen, wenn Licht auf eine dunkle verspiegelte Sonnenbrille trifft. Licht wird durch die Verspiegelung zurückgeworfen und an manchen dunkeln Stellen kann man dennoch das Gesicht hinter den Brillengläsern erkennen.
Eine wichtige Rolle spielt dabei die Wellenlänge des Lichts. Unter Wellenlänge versteht man den Abstand von einem Wellenberg zum nächsten. Die Wellen des Lichts haben ähnliche Eigenschaften wie Wasserwellen. Auch Wasserwellen, die auf ein Hindernis treffen (siehe Videos hinter den Verlinkungen), können zurückgeworfen werden, ganz verschwinden oder von den Hindernissen kaum beeinflusst werden. Was davon passiert, hängt hauptsächlich von der Beschaffenheit und der Größe der Hindernisse und der Wellenlänge ab.
Lichtwellen haben sehr kleine Wellenlängen, weniger als ein tausendstel Millimeter. Für die winzig kleinen Lichtwellen sind die Teilchen eines Stoffs – die Atome und Elektronen – Hindernisse. Je nach deren Eigenschaften, wie Größe oder Beweglichkeit der Teilchen, können bestimmte Wellenlängen ungehindert hindurchgehen während andere aufgehalten werden. Das für uns sichtbare Licht wird von Glas nicht aufgehalten, hier passen die Wellenlängen und die Eigenschaften der Teilchen nicht zusammen: Glas ist durchsichtig. Für andere Wellenlängen ist das nicht der Fall (siehe Kasten). Infrarotlicht hat zum Beispiel eine größere Wellenlänge als sichtbares Licht. Für solche Wellenlängen sind die Atome und Elektronen von Glas ein echtes Hindernis, sie absorbieren infrarotes Licht. Es gibt aber auch den umgekehrten Fall, dass ein Stoff für infrarotes Licht durchsichtig ist, aber kein sichtbares Licht hindurchlässt, zum Beispiel Plastiktüten. Man kann Glas auch bewusst so bearbeiten, dass es für Licht bestimmter Wellenlängen undurchsichtig ist, zum Beispiel für die gefährliche UV-Strahlung. Bei (Sonnen-)Brillen ist das besonders wichtig, um die Augen zu schützen.
Für alle, die noch mehr über Wellenlängen und atomare Hindernisse wissen wollen, hat Patrick Löffler Videos recherchiert:
Glasmoleküle absorbieren infrarotes Licht
Dr. Patrick Löffler ist Geschäftsführender Beauftragter am Zentrum für Lehrerbildung an der Universität in Landau, wo er von 2002 bis 2006 Physik und Mathematik im Lehramt studiert hat. Der Fachdidaktiker, Realschullehrer und Schulbuchautor hat 2016 am DFG-Graduiertenkolleg „Unterrichtsprozesse“ promoviert und beschäftigt sich seitdem mit der Frage, wie das Fach Physik durch authentische und relevante Lerngelegenheiten interessanter für junge Menschen werden kann.
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