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Transparenz

Dieser Artikel erläutert den Begriff der Wellenlehre; weitere Bedeutungen siehe transparent (Begriffsklärung).

Transparenz ist in der Physik die Fähigkeit von Materie, elektromagnetische Wellen hindurchzulassen.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen und Begriffsklärung

Transparenz, von lateinisch trans „(hin)durch“ und parere „sich zeigen, scheinen“ ist der Effekt der Transmission: Gelingt es den Wellen – speziell denen des sichtbaren Lichts – nicht, die Materie zu durchdringen, dann nehmen die Elektronen des Mediums Energie von der Lichtwelle auf und die Wellen werden auf dem Weg hindurch absorbiert – das Material ist undurchsichtig. Gelingt es den Wellen aber, dann gibt es keine Wechselwirkung zwischen Licht und den Atomen und die Wellen können auch keine Energie an die Atome abgeben – das Material ist durchsichtig. Transparenz ist deswegen nicht nur eine Eigenschaft des Materials, sondern ist auch auf die zu betrachtende elektromagnetische Wellenlänge bezogen. Materialien die undurchsichtig für Licht sind, können transparent für andere Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums sein (z. B. Röntgenstrahlen).

Transparenz ist eine optische Eigenschaft eines Materials. Andere optische Eigenschaften sind beispielsweise die Reflexion und Absorption. Die Transparenz, wie auch andere optische Eigenschaften, hängt eng mit den elektrischen Eigenschaften eines Materials zusammen. Starke Elektronenbindung innerhalb eines Materials, wie zum Beispiel Glas, erlaubt nicht nur keine Wechselwirkung mit Lichtwellen, sondern bewirkt auch dass Glas nicht elektrisch leitfähig ist, denn um Strom leiten zu können müssen bewegliche Elektronen vorhanden sein.

Im Allgemeinen wird ein Material transparent oder durchsichtig genannt, wenn man Dahinterliegendes relativ klar erkennen kann – beispielsweise Fensterglas. Bloße Lichtdurchlässigkeit wie etwa bei Milchglas, bei der nur diffuses Licht durchscheint, aber nichts Genaues zu erkennen ist, nennt man dagegen Transluzenz oder durchscheinend. Von Opazität spricht man bei schwach lichtdurchlässigen Materialien, so sind z. B. Wolken opak. Tiefenlicht ist eine nur oberflächliche Transluzenz, bedingte Durchsichtigkeiten sind die Phototropie und Elektrotropie.

Transparenz ist meist bei gasförmigen Materialien gegeben (z. B. Luft), aber auch bei manchen flüssigen und festen Stoffen (z. B. klares Wasser, gewöhnliches Glas und einige Kunststoffe). Falls der Grad der Transparenz von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, dann ist das transparente Medium getönt. Das kann an bestimmten Metalloxid-Molekülen im Glas liegen oder (größeren) farbigen Partikeln, wie in farbigem Rauch. Sind viele dieser farbigen Partikel vorhanden, wird das Gas, die Flüssigkeit oder der Festkörper undurchsichtig, z. B. dichter Rauch.

Bedingt transparente Materie

Phototropie

Es gibt transparentes Glas, das auf Licht reagiert, so genanntes phototropes Glas. Die Phototropie basiert auf einer reversiblen Transformation eingelagerter silberhalogenidhaltiger Ausscheidungen. Bei dem Vorgang wird das Glas eingefärbt. Je nach Halogenidart im Glas können verschiedene Farben erzeugt werden. Braune oder graue phototrope Gläser werden für die Herstellung von Sonnenbrillen verwendet, die bei großer Helligkeit von allein (rasch) dunkler und bei nachlassender Helligkeit (langsamer) wieder durchsichtiger werden. Der Geschwindigkeitsunterschied beruht darauf, dass sich ein Gleichgewicht zweier gegenläufiger Reaktionen einstellt: Das Dunkelwerden verläuft in einer Reaktion 0. Ordnung (jedes einfallende, in der Wellenlänge geeignete Lichtquant bewirkt eine Molekülumwandlung). Dagegen ist der umgekehrte Prozess eine von der Temperatur abhängige Reaktion 1. Ordnung, die nach einer e-Funktion abläuft (in gleichen Zeiten reagieren gleiche Anteile, vgl. Halbwertszeit). Diese Eigenschaften haben zur Folge, dass sich solche Brillen für das Autofahren nicht so gut eignen, wenn die Helligkeit in schneller Folge wechselt, bei einer Tunneleinfahrt bleibt die Brille (zu) lange dunkel. Bei großer Kälte und großer Helligkeit – im Winter bei Schnee – ist die Brille schwarz; langsam klar wird sie bei Dunkelheit, schnell geht das unter warmem Wasser.

Phototropie spielt auch eine Rolle bei der Photosynthese.

Elektrotropie

Außerdem gibt es noch transparentes Glas, das per Knopfdruck blickdicht gemacht werden kann, sogenanntes elektrotropes Glas. Dies geschieht mit Hilfe von Flüssigkristallen, die entweder transparent oder undurchsichtig sein können, je nachdem ob eine elektrische Spannung angelegt wurde oder nicht. Anwendungsbeispiele sind Glastrennwände in Limousinen und die Glasfront bei neueren ICE-Cockpits.