¿Por qué el vidrio es mucho más transparente que el agua?

No estoy de acuerdo con la premisa de esta pregunta. El uso de la permitividad de CC y la resistividad de CC es un punto de partida terrible si desea comprender algo sobre la respuesta de la luz visible. [Actualización: debo decir que no es un punto de partida tan malo para los metales específicamente. Mucho peor para otros materiales.] Cuando los electrones se mueven de un lado a otro a 60 Hz, por lo general se mueven de una manera totalmente diferente que cuando se mueven de un lado a otro a 1 cuatrillón de Hz.

Por ejemplo, en un semiconductor de tipo n, a 60 Hz, la conductancia proviene de los electrones en la banda de conducción que se desplazan dentro de la banda y viajan y, a veces, chocan contra defectos. La conductancia a 1 cuatrillón de Hz proviene de los electrones en la banda de valencia que son arrastrados a un estado de superposición cuántica entre los estados de valencia y de la banda de conducción. El estado de superposición se mueve de un lado a otro (por distancias a escala atómica) a 1 billón de Hz, debido a la diferencia de energía entre los dos estados y las leyes de la mecánica cuántica. Pronto se altera la superposición y se obtiene un par electrón-hueco.

Por ejemplo, el caucho tiene una resistividad muy alta pero no es transparente. El óxido de indio y estaño tiene una resistividad baja pero es transparente.

Para comprender la absorción visible, debe pensar en los niveles y modos de energía, no en la resistividad de CC.

El agua absorbe la luz visible debido a varios modos vibratorios débiles (armónicos). Normalmente, los modos de vibración están solo en el infrarrojo, pero el agua tiene modos de vibración inusualmente de alta frecuencia que llegan solo un poco a lo visible. (Porque el hidrógeno es liviano y se une muy fuertemente al oxígeno. Al igual que una cuerda delgada y tensa de una guitarra vibrará a una frecuencia más alta que una cuerda suelta y gruesa). El vidrio no tiene esa propiedad.

El vidrio puede ser mucho más transparente que el agua: por ejemplo, la fibra óptica son hebras de vidrio a través de las cuales la luz puede viajar muchos kilómetros con una absorción insignificante. Las fibras ópticas se fabrican con mucho cuidado para reducir la absorción; si hiciera un vidrio de ventana ordinario de 1 km de espesor, sin duda sería opaco.

Bueno, los datos de absorción que di para el agua de mar se pueden encontrar en cualquier texto confiable sobre las propiedades de los materiales terrestres. Tengo una fuente de datos que cubre el rango de longitud de onda desde 0,1 micrones, en el vacío UV, hasta 3,0 metros, o 100 MHz, en un artículo de Woods Hole Mass. que data de 1965. Recientemente vi un gráfico similar en un 1981 Tesis de maestría, y los dos gráficos son prácticamente idénticos en todo ese rango.

Entonces, la absorción de agua de mar aumenta en un factor de 10 ^ 8 para un cambio de longitud de onda de 6: 1. Eso no es una dependencia de raíz cuadrada. Los cálculos habituales del efecto piel se basan en la suposición de un material pasivo. Los procesos de absorción óptica casi siempre tienen funciones anómalas de absorción e índice de refracción que resultan de resonancias atómicas o moleculares. El agua en particular tiene resonancias bien conocidas a 3,0 y 6,0 micras, que son consecuencia de la estructura de la molécula del agua, por lo que son las mismas para el agua dulce y salada. Cuando ingresa a la región de microondas y radiofrecuencia a una longitud de onda superior a aproximadamente 30 micrones, el agua de mar comienza a comportarse mucho más como un conductor homogéneo pasivo, similar a los metales ordinarios. Entonces comienza a aparecer el comportamiento habitual del efecto piel. A esas frecuencias,