P R O P I E D AD E S O P T I C AS D E L O S M AT E R I A L E S

FACILITADOR: M.C. Yadira Solano

06/Octubre/2016

PRESENTA

• Lenin Rodríguez Tovar

• Saúl Garibay Coria

• Jonathan Ezequiel Ordaz Cervantes

• José Rodrigo Bravo Rosales

• Humberto Prado Lázaro

FISICA DEL ESTADO SOLIDO

INGENIERIA EN MATERIALES

PROPIEDADES OPTICAS

• La radio y la televisión son posibles gracias a radiaciones u ondas electromagnéticas. En

realidad estas ondas son producidas en algún lugar del espacio y rápidamente se transmiten a

lugares muy distantes, donde pueden ser detectadas de alguna manera.

• La luz visible es una forma de radiación electromagnética con longitudes de onda que se

extienden desde 390 a 770 nm

• En general, los materiales absorben o reflejan diferentes partes del espectro visible y a ello se

deben los colores naturales y artificiales de los objetos cotidianos.

• Las propiedades ópticas son efecto de la interacción de un material con las radiaciones

electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Las

radiaciones pueden tener características que entren en el espectro de luz visible, o pueden

ser invisibles al ojo humano.

PROPIEDADES OPTICAS

Transparentes: Trasmiten la mayor parte de la luz y tienen pocaabsorción y reflexión

Opacos: No permiten la transmisión de la luz

Traslúcidos: La luz se transmite difusamente, la luz es dispersadaen el interiorLos materiales pueden ser

PROPIEDADES OPTICAS

PROPIEDADES OPTICAS

PROPIEDADES OPTICAS DE LOS METALES Y NO

METALES

Todos los materiales cuentan con idénticas propiedades ópticas, pero que los

hace distintos? Cada material los presenta en mayor o menor intensidad.

PROPIEDADES ÓPTICAS

• La luz tiene propiedades de onda y de partícula.

• Radiación electromagnética.

• Fotones.

• Onda: tiene frecuencia (f), longitud de onda (λ) y velocidad depropagación.

• Partícula: tiene energía (E) y momento lineal.

En 1925, Luis de Broglie propuso que todas las partículas deberían serconsiderados como provistas de propiedades ondulatorias.

INTERACCIÓN DE LA LUZ CON LA MATERIA.

Cuando la luz pasa de un medio a otro pueden ocurrir varios fenómenos:

• La refracción de una onda es la flexión que sufre cuando entra en un mediocon velocidad de propagación diferente. La refracción de la luz, cuandopasa de un medio de propagación rápido a otro mas lento, dobla el rayode luz en dirección a la normal a la superficie de contacto entre ambosmedios.

La cantidad de difracción depende de los índicesde refracción de los dos medios y se describecuantitativamente por la ley de Snell.

“ La refracción es la responsable de la formación de imágenes por las lentes y el ojo ”

El índice de refracción es una cantidad adimensional y generalmente es mayor quela unidad. Para el agua, n = 1.33, y para el vidrio, n = 1.5

n = es el índice de refracción característico del material c es la velocidad de la luz en el vacío v = la velocidad de la luz dentro del material.C = Velocidad de la luz en el vacío

Definiéndose así, el valor n de un medio como el cociente entre lavelocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz en el medioconsiderado, v. En índice de refracción n depende además del medio derefracción, de la longitud de onda y la frecuencia.

“El índice de refracción n de un material particular es la razón de la velocidad de la luz en el espacio libre con respecto a la velocidad de la luz a través del material”

REFLEXIÓN

• La reflexión de la luz es un fenómeno óptico de gran importancia. La

reflexión de la luz hace posible el que podamos percibir muchos de los

objetos a nuestro alrededor.

Pero… ¿Qué es la reflexión? ¿Cómo ocurre?

TIPOS DE REFLEXIÓN:

• REFLEXIÓN ESPECULAR: Cuando los rayos inciden sobre una superficie

lisa, los rayos reflejados serán paralelos entre sí.

El resultado de la reflexión especular es la formación de una imagen clara del

objeto se refleja. La palabra especular significa “Como espejo”

REFLEXIÓN DIFUSA

• Los rayos paralelos inciden sobre una superficie irregular, los rayos

reflejados por la superficie no serán paralelos entre sí.

El resultado será una imagen borrosa.

REFLEXIÓN

• Cuando un haz de fotones golpea un material, éstos interactúan con los electrones de valencia y ceden su energía.

• Los materiales con alto índice de refracción tienen mayor reflectividad que los de índice bajo.

REFLEXIÓN

• Cuando la luz blanca incide sobre un cuerpo éste absorbe total o parcialmente una partedel espectro y refleja o transmite (según sea opaco o transparente) una determinada gamade longitudes de onda, que constituyen su color. Es entonces cuando la energía luminosapuede convertirse en otro tipo de energías como el calor o la electricidad, o producir unareacción química como la que ocurre en la fotografía analógica y los soportesfotosensibles.

• Cuando la luz llega a un objeto diferentes cosas pueden pasar: la luz puede serabsorbida, puede ser reflejada o puede ser transmitida a través del objeto.

• Cuando la luz llega a una superficie u objeto éste puede absorber toda o parte deesa luz.

“CUANTO MÁS OSCURO ES UN OBJETO, MAYOR

ABSORCIÓN DE ENERGÍA RADIANTE TENDRÁ.”

• Los objetos negros absorben toda la luz y no reflejan ningún rayo; es decir absorben energía.• Los objetos blancos reflejan todos los rayos de luz que le llegan, es decir no absorben energía.

TIPOS DE ABSORCIÓN

No puede ser fotografiada, ya que solamente será “visible”

cuando la comparamos con otras luces en la misma escena

que no han sido absorbidas

Este tipo de absorción es uno de los factores quedeterminan si el objeto que vemos es negro, blanco o gris.

Esta absorción determina los colores del objeto en funciónde qué longitudes de onda absorbe y cuáles no.

DISPERSIÓN

•Existen diversos mecanismos por los cuales se

dispersa un haz de rayos electromagnéticos en el

interior de un material y que contribuyen a la

pérdida de energía del haz.

•El más elemental, es el de dispersión Rayleigh, que

constituye un importante contribución a la

pérdida de energía en los materiales muy puros

y transparentes, como los que se emplean para

fibras ópticas.

La dispersión Rayleig se debe a la variación pequeña en

los índices de refracción para las diferentes longitudes de

onda, en una sustancia amorfa se debe a variaciones

aleatorias en su densidad y composición, variaciones que

también ocurren en materiales cristalinos debido a

impurezas y/o mezclas.

Tabla Índices de refracción para algunos materiales, los

cristalinos si tienen estructura irregular presentan varios

índices.

• Tabla Índice de refracción característicos de Varios sólidos

Transparentes para varias.

Longitudes de onda

LUMINISCENCIA

• La luminiscencia se puede definir como el proceso por el cual

una sustancia absorbe radiaciones y otras formas de energía y

después, espontáneamente, emite radiación en el espectro

visible o cercano a éste.

ALGUN TIPO DE RADIACION

BANDA DE

CONDUCCION

BANDA DE VALENCIA

Brecha de energía prohibida Eg

Los electrones excitados se quedan brevemente en los niveles

superiores de energía, y cuando regresan a la banda de valencia,

emiten fotones, y si sus longitudes de onda están dentro del

espectro visible es luminiscencia

• Cuando se produce la absorción de energía en forma de radiación electromagnética

en un material, éste adquiere la energía de la radiación que ha absorbido.

Energía de la radiación = Energía térmica

Produciendo el calentamiento del material.

TRANFORMACION

Cuando el material está siendo iluminado, se

conoce como fotoluminiscencia o luminiscencia

fotoestimulada.

FOTOLUMINISCENCIA

• Recordando.

• Conductores

• Aislantes

• Semiconductores

• En la absorción de radiación electromagnética, cuando esta luz es

absorbida por el semiconductor se crea un exciton: pareja electrón‐hueco.Al cabo de un tiempo dado, este exciton se desintegrara (el electrón yhueco generados se recombinan), liberando un nuevo fotón con unaenergía muy próxima al band gap (luminiscencia).

• Quantum dots

• Son monocristales formados por un material semiconductor, donde por su efecto detamaño sufre una serie de efectos cuánticos como son la discretización de sus bandasde energía.

• Debido a efectos de tamaño los quantum dots padecen tanto absorciónde radiación electromagnética (típicamente en el espectro visible) yemisión de luz por la relajación de sus excitones (luminiscencia).

Catodoluminiscencia

• Algunos materiales naturales emiten luz visible cuando se les incide conun haz de electrones y a este fenómeno se lellama cátodoluminiscencia (CL).

• Los minerales carbonáticos son especialmente propensos a laluminiscencia y son las impurezas dentro del mineral carbonático, másque los elementos mayores, las que dan la mayor parte de laluminiscencia visible.

• Los iones que más afectan a la intensidad de la luminiscencia encarbonatos son el Mn2+ y el Fe2+, siendo el Mn el principal activador dela luminiscencia y el Fe el inhibidor.

HAZ DE ELECTRONES.

• Corriente en una sola dirección de radiación electromagnética o de

partículas.

APLICACIONES PROPIEDADES OPTICAS.

MINEROLOGIA.

MICROSCOPIO ELECTRONICO DE BARRIDO.

CELDAS SOLARES

LASER

SOLDADURA.