Optica

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Ótica
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Natureza ondulatória da luz
Dualidade onda partícula
A luz tem característica de partícula e características de onda. A natureza corpuscular da luz foi proposta por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico.
Um fóton, uma partícula de luz tem energia dada por E=hc/ onde h é a constante de Planck.
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Coerência
Quando duas ondas senoidais de mesma frequência e fases diferentes se combinam, a onda senoidal resultante depende da diferença de fase.
Duas fontes de ondas são coerentes se elas tem uma mesma frequência e uma diferença de fase constante.
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Dispersão cromática
Quando o feixe de luz consiste de componentes com diferentes comprimentos de onda, a refração do feixe numa superfície de separação de dois meios de diferentes índices de refração separa as componentes que viajam em direções diferentes. Esse efeito é chamado de dispersão cromática.
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Polarização por reflexão
Quando um feixe de luz não polarizada incide na interface plana de dois meios transparentes, como ar e vidro, a luz refletida é parcialmente polarizada. O grau de polarização depende do ângulo de incidência e do índice de refração dos meios. Para um determinado ângulo de polarização, denominado ângulo de Brewster, o raio refletido é totalmente polarizado.
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Polarização por espalhamento
Como foi discutido antes em relação ao espalhamento Rayleigh, o fenomeno de absorção e reirradiação é chamado de espalhamento.
A partícula que absorve a luz é vista como uma antena que irradia ondas com o máximo de intensidade na direção perpendicular a antena e com o campo elétrico paralelo à antena.
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Polarização por absorção
Placas polarizadoras de polaroid, um material que contém longas cadeias de hidrocarbonetos que se alinham quando a película é esticada durante o processo de fabricação. Quando a luz incide na película com o vetor campo elétrico paralelo às cadeias, correntes elétricas aparecem e a energia luminosa é absorvida. Quando é perpendicular a absorção é muito menor e a luz é transmitida.
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Polarização por birefringência
Birrefringência é um fenômeno que ocorre em alguns materiais como a calcita, nos quais a velocidade da luz depende da direção de propagação no material. Quando o raio penetra nesses materiais se divide em dois, o raio ordinário e o raio extraordinário, polarizados em direções mutuamente perpendiculares e tem velocidades diferentes.
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Existe uma direção nos cristais birrefringentes, denominada eixo ótico na qual os dois raios se propagam com a mesma velocidade. Quando a luz faz um ângulo com esse eixo, os raios ordinário e extraordinário se propagam em direções diferentes e emergem do cristal a uma certa distância um do outro. Quando a luz é perpendicular ao eixo ótico, os raios se propagam na mesma direção mas com velocidades diferentes. Os raios emergem com uma diferença de fase que depende da espessura do material e da frequencia.
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Fontes de Luz
Incandescentes
Fluorescentes
LASERS
LEDs
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Incandescência
Incandescência é a emissão de radiação eletromagnética incluindo luz branca, de um corpo quente como resultado de sua temperatura.
Incandescência é uma forma especial de radiação térmica especialmente referente à luz visível, enquanto radiação térmica se refere também ao infravermelho e outras radiações eletromagnéticas.
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Na prática, a maioria das substâncias sólidas ou líquidas começam a incandescer em torno de 5250C, com uma coloração vermelha, quando nenhuma reação química ocorre que produza luz por reações exotérmicas. A temperaturas mais altas a cor muda para branco e finalmente azul.
Nas lâmpadas incandescentes, um filamento é aquecido a altas temperaturas por um circuito elétrico até a incandescência. O filamento quente é protegido da oxidação por um bulbo de vidro ou quartzo que é evacuado ou preenchido por um gás inerte.
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Lâmpadas incandescentes convertem menos de 5% da energia que usam em luz visível, com o restante produzindo calor.
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Luminescência
Luminescência é a emissão de luz por uma substância que não resulta de calor, ou seja, é uma forma fria de radiação. Ela pode ser causada por reações químicas, energia elétrica, movimento subatômico ou estresse num cristal.
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Fluorenscência
Fluorescência é a emissão de luz por uma substância que absorveu luz de outra radiação eletromagnética. Na maioria dos casos a luz emitida tem um comprimento de onda maior, ou seja energia menor, que a radiação absorvida.
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Minerais emitindo luz visível depois de terem sido expostos à luz ultravioleta.
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Fosforenscência
Diferente de um material fluorescente, um material fosforecence não reemite imediatamente a radiação que absorveu. A radiação absorvida pode ser reemitida a baixa intensidade por horas após a absorção.
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Um pulso intenso de ultravioleta numa lâmpada de flash produz essa fluorescência azul no envoltório de sílica fundida.
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Lasers
Lasers se distinguem de outras fontes de luz por sua coerência. A coerência permite que a luz do laser seja focalizada num ponto, permitindo inúmeras aplicações.
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O termo laser significa “light amplification by stimulated emission of radiation” porque a luz é emitida através de um processo de amplificação óptica baseada na emissão estimulada de radiação eletromagnética.
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Os lasers também podem ter alta coerência temporal, o que lhes permite ter um espectro bem estreito, ele apenas emitem uma única cor de luz.
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LEDs
“Light emitting diodes” ou diodos emissores de luz é uma junção semicondutora que emite luz pela recombinação de elétrons com buracos.
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Lâmpadas de LEDs
Lâmpadas de LEDs tem um tempo de vida ( 30 000 H) muito melhor que as lâmpadas incandescentes (1000 H) e também melhor que as fluorescentes (8000).
Também tem maior eficiência elétrica, mais luz pela mesma eletricidade.