Propiedades ópticas• Cabrera Daniel Erick Leonardo

• Gutiérrez Cayetano Stefhani

• Malvaez Hernandez Rosario Guadalupe

• Nieto Villagran Marco Alfredo

3SM1

PROPIEDADES OPTICAS

Se relacionan con la interrelación entre un material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones.

Estas radiaciones pueden tener características que entren en nuestro espectro de luz visible, o ser invisibles para el ojo humano.

Esta interacción produce una diversidad de efectos, como absorción, transmisión, reflexión, refracción y un comportamiento electrónico.

Polarización

POLARIZACION

La polarización es una propiedad de las ondas que describe la orientación de sus muchas oscilaciones.

La luz tiene propiedades como partícula y como onda electromagnética. Estas características como onda electromagnética hacen que se vuelva polarizada.

Debido a que las ondas de luz tienen la capacidad de vibrar en direcciones múltiples, es posible cerrar algunos de estos ejes y así se produce la luz polarizada. La luz se puede polarizar a través de varias técnicas.

La luz que tiene oscilaciones en todas direcciones es denominada luz no polarizada. Para que se vuelva polarizada, uno de estos ejes (horizontal o vertical) se debe quitar.

Polarización lineal

Si la vibración de una onda transversal se mantiene paralela a una línea fija en el espacio, se dice que la onda esta POLARIZADA LINEALMENTE.

Polarización circular

Se dice que una onda esta POLARIZADA CIRCULARMENTE cuando el vector E mantiene su modulo fijo, mientras que su dirección gira en el espacio con una frecuencia angular ω contante. La variación de E puede representarse mediante un vector de modulo constante que gira alrededor del eje x con velocidad angular ω constante.

Polarización elíptica

Una onda POLARIZADA ELIPTICAMENTE es similar a una onda circularmente salvo que, en cada punto las componentes Ey y Ez del vector campo eléctrico E tienen amplitudes diferentes. En este caso el vértice del vector E describe una elipse.

FORMAS DE POLARIZAR LA LUZ

Hay tres formas principales de polarizar la luz, que son por doble refracción, por absorción y por reflexión.

Luz polarizada por doble refracción: Cuando la luz atraviesa un cristal anisotrópico se divide en dos rayos polarizados.

Doble refracción Cuando la luz atraviesa un

cristal anisotrópico se divide en dos rayos polarizados.

Absorción Los rayos polarizados en los que se divide la luz al atravesar cristales anisotrópicos pueden ser absorbidos diferencialmente. Si un rayo sufre casi absorción completa y el otro muy poca, el rayo emergente será polarizado en un plano.

Reflexión

La luz reflejada por una superficie lisa no metálica está parcialmente polarizada con las direcciones de vibración paralelas a la superficie reflectante. El grado de polarización depende del ángulo de incidencia y del índice de refracción de la superficie reflectante.

GRADO DE POLARIZACION

En un polarizador ideal toda la luz polarizada paralela al eje de transmisión se transmite, y no se transmite luz perpendicular a dicho eje. Sin embargo, en un polarizador real si que se puede transmitir algo de luz polarizada perpendicularmente a su eje de transmisión. Para caracterizar la polarización de la luz se utiliza el grado de polarización P de la luz, definido mediante:

Material dieléctrico

Se le denomina dieléctrico a un materia que es mal conductor de electricidad por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico

Todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

CONSTANTE DIELECTRICA

Permitividad está definida como la medida de la capacidad de un material aser polarizada por un campo eléctrico. La constante dieléctrica (k) de un material es la razón de su ε permitividad ala permitividad de vacío εo, para k = ε / εo. La constante dieléctrica es por tanto, también conocida como la permitividad relativa del material. Dado quela constante dieléctrica es sólo una relación de dos cantidades similares, es dimensional.

La constante dieléctrica o permitividad relativa  de un medio continuo es una propiedad macroscópica de un medio dieléctrico relacionado con la permitividad eléctrica del medio. En relación la rapidez de las ondas electromagnéticas en un dieléctrico es:

Donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v es la velocidad de la luz en el medio.

Factores de disipación y pérdidas dieléctricas

Cuando aplicamos una corriente alterna a un dieléctrico perfecto, la corriente adelantará al voltaje en 90°, sin embargo debido a las pérdidas, la corriente adelanta el voltaje en solo 90°-δ, siendo δ el ángulo de pérdida dieléctrica. Cuando la corriente y el voltaje están fuera de fase en el ángulo de pérdida dieléctrica se pierde energía o potencia eléctrica generalmente en forma de calor.El factor de disipación está dado por FD=Tan δ y el factor de pérdida dieléctrica es FP=K Tan δ.

Refracción

Algunos materiales pueden ser transparentes a la luz visible debido a su estructura de bandas electrónicas.

Por lo tanto la refracción es la disminución de la velocidad de la luz que se transmite en el interior de materiales transparentes.

El cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos.

La velocidad relativa de la luz que pasa a través de un medio se expresa por medio de una propiedad óptica llamada Índice de Refracción (n).

n=c/v

c= velocidad de la luz en el vacio

v= velocidad de la luz en el medio

La magnitud de n o grado de desviación depende de la longitud de onda de la luz.

Este efecto se demuestra gráficamente por la conocida dispersión o separación de un haz de luz blanca en sus colores correspondientes por un prisma de vidrio

Reflexión

Cuando la luz pasa de un medio a otro que tiene diferente índice de refracción, parte de la luz se dispersa en la interfaz.

No toda la luz que llega a un material transparente entra en el material y se refracta. Una parte de esta luz es reflejada en la superficie, con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia.

La reflectividad se define como la fracción de luz reflejada en una entre cara y está relacionada con el índice de refracción.

Los materiales con alto índice de refracción tienen mayor reflectividad que aquellos cuyo índice es bajo. La reflectividad y el índice de refracción varían con la longitud de onda.

La reflectancia R representa la fracción de luz incidente que se refleja en la intercara

R=IR/Io IR e Io son las intensidades de los haces incidente y reflejado

respectivamente.

Absorción, transmisión y dispersión

Absorción

Se denomina absorción a la transformación de la energía radiante en otra forma de energía, generalmente en forma de calor. Este fenómeno es una característica de todas las superficies que no son completamente reflectoras, y de los materiales que no son totalmente transparentes. La relación entre la luz absorbida y la luz incidente se denomina absortancia del material.

El color es el resultado de un proceso de absorción selectiva de los rayos de luz de determinadas longitudes de onda. Cuando la luz blanca se proyecta sobre una superficie que absorbe los rojos y los verdes, el ojo humano percibe el color azul, por ser la única luz visible que refleja.

Transmision

Es el paso de una radiación a través de un medio sin cambio de frecuencia de las radiaciones monocromáticas que la componen. Este fenómeno es característico de ciertos tipos de vidrios, cristales, plásticos, agua y otros líquidos, y del aire.

Al atravesar el material, parte de la luz se pierde debido a la reflexión en la superficie del medio siguiente y parte se absorbe. La relación entre la luz transmitida y la luz incidente se denomina transmitancia del material.

En la transmisión se pueden diferenciar tres tipos: regular, difusa y mixta

Transmisión regular

En esta transmisión, el haz que incide sobre un medio, la atraviesa y sale de él como tal haz. Los medios que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos “transparentes” y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrás de ellos.

Transmision difusa

Transmisión en la que el haz incidente se difunde por el medio, saliendo del mismo en múltiples direcciones.

A estos medios se les denomina “traslúcidos” y los más conocidos son los cristales esmerilados y los vidrios orgánicos opalizados. Los objetos colocados detrás de ellos no son distinguidos con precisión.

Transmisión mixta

Es una forma de transición de la transmisión, intermedia entre la regular y la difusa. Se presenta en vidrios orgánicos, vidrios orgánicos depulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la difusión del haz de luz no es completa, los objetos no se pueden observar claramente detrás del mismo aunque sí su posición.

Dispersión

Es la separación de los rayos de energía en las diferentes longitudes de onda que los constituyen. Ello ocurre cuando una forma de energía, por ejemplo la luz, pasa a través de un material que tiene un índice de refracción distinto para cada longitud de onda. Es un efecto similar al que se produce cuando la energía es refractada al pasar por el borde de un obstáculo. Si la energía es luz blanca, la dispersión creará un espectro visible completo, del rojo al violeta. Por el contrario, la interferencia de longitud de onda en fenómenos tales como la reflexión sobre una capa fina produce espectros parciales.

Mediante un prisma se puede crear un espectro de dispersión. El prisma refracta más luz azul que la roja, o sea las longitudes de onda cortas más que las largas. No produce un cambio uniforme de la refracción con la longitud de onda, de manera que bandas de longitudes con el mismo número de longitudes de onda no producen franjas de color de igual anchura en el espectro.

Interacciones electrónicas

Los fenómenos ópticos que tienen lugar dentro de los materiales sólidos implican interacciones entre las radiaciones electromagnéticas y los átomos los iones y/o los electrones. La polarización electrónica y las transiciones de energia electrónicas son las mas importantes.

Polarización electrónica

Un componente de una onda electromagnética es simplemente un campo eléctrico. Este campo eléctrico interactúa con la nube electrónica que rodea a cada uno de los átomos que se encuentra en su campo, de modo que, con cada cambio de dirección del componente de campo eléctrico, introduce una polarización electrónica o una modificación de la nube de electrones.

Las consecuencias de esta polarización son:

1. Parte de la energía de la radiación se absorbe

2. La velocidad de la onda de luz disminuye al pasar a través del medio. La segunda consecuencia se manifiesta como el fenómeno de refracción

Transiciones electrónicas

La absorción y la emisión de radiación electromagnética representan transiciones de un estado energético a otro. El cambio energético experimentado por el electrón ΔΕ, depende de la frecuencia de la radiación.

Las características ópticas de los materiales sólidos que relacionan las radiaciones electromagnéticas de absorción y de emisión se explican mediante la estructura de bandas electrónicas de materiales.

Se excita un electrón de un estado E2 a Un estado E4 mediante la absorción de un fotón

ΔE = hv

Niveles de energía discretos