How light interacts with glass: the science explained
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Discover how the interaction of light and glass products can be harnessed in structural glazing projects.
Glas ist ein Material, das auf faszinierende Weise mit seiner Umgebung interagiert. Mit Glas schaffen Sie nicht nur eine Barriere. Sie steuern auch die Umgebung – und vor allem die Wärme- und Lichtmenge, die durch das Glas dringt.
Beim Licht geht es nicht einfach darum, Licht auszusperren oder durchzulassen. Denn Licht verhält sich seltsam. Es kann reflektiert, gebrochen, absorbiert, gebeugt oder gestreut werden.
Dieses Verhalten ist seltsam, beruht jedoch auf wissenschaftlichen Prinzipien. Diese Prinzipien werden von Herstellern und Architekten manipuliert und genutzt, um ästhetische Effekte zu erzielen.
In diesem Artikel analysieren wir sechs wichtige Verhaltensweisen von Licht und erläutern, wie sie die Produktion und den Einsatz von Glas im privaten und gewerblichen Bereich beeinflussen.
Was ist Licht?
Die Sonne sendet ein Spektrum von Wellenlängen aus, die als „elektromagnetische Strahlung“ bezeichnet werden. Unterschiedliche Wellenlängen stehen für unterschiedliche Lichtarten.
Mikrowellen und Radiowellen liegen beispielsweise am langen Ende des Spektrums, während Röntgenstrahlen und ultraviolette (UV) Strahlen viel kürzere Wellenlängen haben.
Natürliches Licht gelangt von der Sonne zur Erde. Im Gegensatz zu Schallwellen benötigt Licht kein Medium, um sich zu bewegen. Stattdessen kann es das Vakuum des Weltraums durchqueren.
Trifft Licht auf ein Objekt, kann es sich unterschiedlich verhalten. Dies hängt von der Art, Form und Zusammensetzung des Materials ab, mit dem es in Kontakt kommt.
6 möglichkeiten, wie licht mit glas interagiert
Lichtwellen und -partikel interagieren auf sechs wesentliche Arten mit Glas. Diese werden durch die Art des Lichts, das auf das Glas fällt, sowie durch seine chemische Zusammensetzung beeinflusst.
Einige dieser Verhaltensweisen werden von Glasherstellern und Architekten aus ästhetischen Gründen ausgenutzt. Andere sind Unfälle, die entweder toleriert oder minimiert werden können.
1. Übertragung
Transmission bedeutet, dass Licht ein Medium direkt durchdringt, ohne reflektiert, gestreut oder absorbiert zu werden. Ein Standardfenster ohne Muster, Farbe oder Oberflächenbehandlung lässt das gesamte Licht durch.
Opakes Glas macht die Lichtdurchlässigkeit unmöglich, wohingegen eine durchscheinende Glasscheibe – beispielsweise eine Milchglas-Duschtür – zwar etwas Licht durchlässt, aber nicht alles.
Transmission can be manipulated for aesthetic effect by the inclusion of coloured interlayers in laminated glass or by frosting, tinting and other translucent effects.
Then there's
switchable smart glass, which can switch from transparent to translucent to opaque at the touch of a button.
2. Reflexion
Sowohl Licht als auch Schall werden von bestimmten Materialien reflektiert. Glatte Oberflächen reflektieren Licht am stärksten. Deshalb zeigt Ihnen Ihr perfekt glatter Glasspiegel ein klares Bild Ihres Gesichts, während Ihr Spiegelbild beim Blick in fließendes Wasser verschwommen ist.
Historically,
mirror glass was produced by polishing glass. Today, it's typically made by applying a reflective coating to glass. When finished, it can be
sandblasted or
digitally printed with designs. These block out some of the reflections without compromising the reflectiveness of the glass as a whole.
3. Brechung
Der Ausdruck „Lichtgeschwindigkeit“ könnte suggerieren, dass sich Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Tatsächlich bewegt sich Licht in verschiedenen Medien mit unterschiedlicher Geschwindigkeit – und beim Übergang von einem Medium in ein anderes ändert es in der Regel seine Geschwindigkeit.
Dadurch wird das Licht gebrochen – das wird jedem aufgefallen sein, der schon einmal an einem sonnigen Tag vor einem Buntglasfenster gestanden hat.
Lichtbrechung wird bereits bei Strukturverglasungen eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist das Refraction House in Jakarta, Indonesien. Dabei handelt es sich um ein Gebäude mit „tiefer Bauweise“: Der horizontale Abstand zwischen den Wänden ist deutlich größer als der vertikale Abstand zwischen den Stockwerken.
Solche Gebäude lassen sich nur schwer effizient beleuchten. Die Architekten des Refraction House lösten dieses Problem, indem sie die Wände durch Glasbausteine ersetzten. Diese brachen das natürliche Licht in den Gebäudekern.
Das Refraction House war ein Großprojekt, doch Lichtbrechung lässt sich auch im kleineren Maßstab nutzen. Öko-Häuser verfügen manchmal über Wände aus Glasflaschen und -gefäßen. Diese brechen das Licht stärker als herkömmliche Fenster, was zu einem reizvollen Licht- und Farbspiel führt.
4. Beugung
Wenn Licht durch ein Prisma scheint, breitet es sich in den Farben des Regenbogens aus. Diese Beugungsbewegung wird als „Beugung“ bezeichnet.
Dieses Verhalten des Lichts wird bei Strukturverglasungen kaum genutzt. Regenbögen entstehen eher durch einen glücklichen Zufall, wenn das Licht auf eine bestimmte Weise auf das Glas trifft, als durch einen gezielten Effekt.
5. Absorption
Im Gegensatz zu Wärme ist Licht nicht greifbar. Wenn Sie unter einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle stehen, spüren Sie möglicherweise deren Wärme – das Licht selbst jedoch nicht.
Dennoch ist die Sprache rund um die Bewegung des Lichts überraschend aktiv: Photonen treffen auf Materialien und regen Elektronen in höhere Zustände an.
In diesem Fall durchdringt das Photon das Objekt nicht, sondern wird absorbiert.
Bei der Herstellung von Glas ist eine möglichst geringe Absorption anzustreben. Faktoren wie die Dicke des Glases und seine chemische Zusammensetzung können die Absorption erhöhen oder verringern.
Diese müssen von den Herstellern kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Lichtintensität auf der anderen Seite des Glases nicht abnimmt (es sei denn, dies ist beabsichtigt, wie bei durchscheinenden oder undurchsichtigen Glasarten).
6. Streuung
Die letzte Art und Weise, wie Licht mit Glas interagiert, wird als „Streuung“ bezeichnet.
Bei der Reflexion des Lichts geht ein Strahl hinein und einer hinaus. Bei der Streuung geht ein Strahl hinein und viele hinaus.
Die meisten Objekte auf der Welt sind streuende Oberflächen – von Ihrer Haut bis hin zu den Möbeln in Ihrem Zimmer. Daher kann auch Glas Licht streuen.
Wenn Sie beispielsweise einen Lichtstrahl auf einen weißen Kunststoffbildschirm richten, wird dieser in viele verschiedene Winkel gestreut. Dies ist für das menschliche Auge aus jedem Blickwinkel sichtbar.
Bei Normalglas ist eine Streuung allerdings nur dann beobachtbar, wenn Defekte im Glas vorhanden sind.
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