Nome: Jeremias Christian Honorato Costa Disciplina: Materiais para Engenharia

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1 Nome: Jeremias Christian Honorato Costa Disciplina: Materiais para Engenharia

2 Por propriedade ótica subentende-se a reposta do material à exposição à radiação eletromagnética e, em particular, à luz visível. Radiação eletromagnética é a propagação de energia em forma de ondas eletromagnéticas.

3 Teoria corpuscular Acreditava-se que a luz fosse constituída de um feixe de partículas ou corpúsculos. Teoria clássica (ondulatória) Efeitos de interferência e difração foram observados por Grimaldi em 1665 e mais tarde por Thomas Young e Augustin J. Fresnel.

4 Teoria clássica (ondulatória) O físico inglês Maxwell em 1873 desenvolveu a teoria do eletromagnetismo e descreveu a luz como uma onda eletromagnética.

5 Teoria quântica (fótons) Einstein propôs que um feixe de luz consistia em pequenos pacotes de energia (quanta de luz). Quando um fóton de luz incide na superfície de um metal, ele pode transferir sua energia para um elétron. Alguns elétrons podem obter energia suficiente para escapar do material.

6 É aquela emitida pelo corpo devido ao movimento térmico de seus átomos ou moléculas. A quantidade de radiação térmica visível depende da temperatura.

7 Por exemplo: ~300 C a radiação infravermelha; ~800 C radiação visível considerável e os corpos nesta temperatura já apresentam luz própria; ~3000ºC filamentos de lâmpadas incandescente. A luz visível ocupa uma região muito estreita do espectro de radiações eletromagnéticas (0,4µm até 0,7µm).

8 Toda radiação eletromagnética atravessa o vácuo com a mesma velocidade, ou seja, com a velocidade da luz: 3 x 10 8 m/s. Esta velocidade (c) está relacionada com a constante de permissividade elétrica no vácuo (ε o ) e com a permeabilidade magnética no vácuo (µ o ).

9 Uma forma alternativa:

10 Materiais com T >> A+R são denominados transparentes, enquanto materiais com T << A+R são opacos e materiais com T pequeno são denominados translúcidos

11

12 Transmissão ~ 0; Refletividade: (luz refletida + luz re-emitida) ~ 0,90 0,95; Fração de ~ 0,1: dissipada em forma de calor A cor percebida do metal é determinada pela distribuição de comprimentos de onda da radiação que é refletida e não absorvida.

13 Os metais são opacos a todas as radiações eletromagnéticas de alto comprimento de onda (ondas de rádio e TV, microondas, infravermelho, luz visível e parte da radiação ultravioleta) e transparentes às radiações de baixo comprimento de onda (raios x e raios γ). Naturalmente, a quantidade de radiação transmitida depende da espessura e do coeficiente de absorção do material.

14 Tanto mais efetiva é a absorção quanto mais denso for o material. Tanto mais refletividade quanto mais polida a superfície.

15 Refração

16 Refração Os materiais cerâmicos cristalinos com estrutura cúbica e os vidros têm índices de refração isotrópicos. Já cristais não cúbicos tem o índice de refração maior na direção com maior densidade de íons

17 Absorção e transmissão A maioria dos materiais transparentes são coloridos. Um feixe de luz branca contém o espectro completo de cores. A cor dos materiais transparentes é uma combinação dos comprimentos de onda que são transmitidos. A cor resultante (visível) é denominada cor complementar do espectro absorvido.

18 Absorção e transmissão

19 Absorção e transmissão A absorção de fótons por elétrons da banda de valência promovendo-os para a banda de condução em materiais não metálicos é em princípio também possível, desde que eles (os elétrons excitados) consigam superar a barreira da banda desocupada (banda proibida). Pode-se determinar as energias e os respectivos comprimentos de onda máximos e mínimos que podem ser cedidas aos elétrons pela luz visível:

20 Absorção e transmissão Algumas considerações: A luz pode ser absorvida por materiais (semicondutores) com banda proibida menor que 1,8 ev. Estes materiais são opacos. Exemplos: silício, germânio e arseneto de gálio (GaAs); Materiais com energia da banda proibida entre 1,8 e 3,1 ev absorvem apenas alguns comprimentos de onda. Estes materiais são coloridos. Exemplos: fosfeto de gálio (GaP) e sulfeto de cádmio (CdS); A luz visível não pode ser absorvida com banda proibida maior que 3,1 ev.

21 Absorção e transmissão Impurezas também podem contribuir para que alguns comprimentos de onda sejam absorvidos. Exemplo: A safira é um cristal relativamente puro de Al 2 O 3. Os cristais de safira são isolantes e transparentes. Se uma pequena quantidade do íon Cr +3 substitui o alumínio, isto acarreta uma forte absorção na região de luz azul do espectro visível. O cristal resultante tem cor vermelha e é denominado rubi.

22 Absorção e transmissão A intensidade de radiação transmitida (I t ) depende do coeficiente de absorção do meio (α) e da distância atravessada pelo feixe no material (x) e é dada pela expressão:

23 Absorção e transmissão Deve-se lembrar que a refletância R, a absorbância A e a transmitância T, dependem não só do material e do caminho ótico mas também do comprimento de onda da radiação incidente.

24 Absorção e transmissão A transmitância dos polímeros amorfos ou com baixo grau de cristalinidade pode atingir até 92%. Materiais poliméricos com alto grau de cristalinidade são translúcidos, ou mesmo opacos.

25 Absorção e transmissão Uma fonte de luz desenvolvida nas últimas décadas, é o laser (light amplification by stimulated emission of radiation). Esta radiação luminosa é praticamente monocromática e pode ter intensidade muito alta. Apresenta baixa divergência. Lasers de alta intensidade podem, por exemplo, cortar chapas de aço e fundir metais de alto ponto de fusão. As aplicações de laser em telecomunicações são também muito promissoras

26 OBRIGADO!!!

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