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⇒ Propriedades óticas resposta ou reação de um material à incidência de radiação eletromagnética, e em particular a luz visível ⇒ Luz fenômeno ondulatório evidência: ocorrência de difração Einstein: feixe de luz consiste em pequenos pacotes de energia: → quanta de luz: FÓTON Formas de radiação eletromagnética: luz, calor, ondas de radar, ondas de rádio e raios X Espectro de radiações eletromagnéticas PROPRIEDADES ÓTICAS Conceitos básicos Todos os corpos emitem radiação eletromagnética: movimento térmico de átomos e moléculas. radiação térmica visível depende de T Ex.: 300°C radiação infravermelha 800°C radiação visível Luz visível espectro de radiações pequeno 0,4µm ≤ λ ≤ 0,7µm CORES 0,40 a 0,45 µm – violeta 0,45 a 0,50 µm – azul 0,50 a 0,55 µm – verde 0,55 a 0,60 µm – amarelo 0,60 a 0,65 µm – laranja 0,65 a 0,70 µm – vermelho Conceitos básicos Feixe de luz incide no sólido com intensidade I0 parte é transmitida It parte é absorvida Ia parte é refletida Ir I0 = It + Ia + Ir (em W/m2) ou T + A + R = 1 T = transmitância (It/I0) A = absorbância (Ia/I0) R = refletância (Ir/I0) Se: T >> A+R: materiais transparentes T << A+R: materiais opacos T pequeno: materiais translúcidos relacionadas por: Radiação incidente com λvisível absorvida por e- grande parte da radiação absorvida reemitida na superfície luz visível de = λ incidente POR QUÊ? e- que foram promovidos acima do nível de Fermi pela absorção de fótons de luz, decaem para níveis menores de energia e emitem luz. ⇒ Refletância dos metais entre 0,90 e 0,95 (dissipação do calor) * Metais são opacos a radiações eletromagnéticas de λ ↑ (ondas de rádio, TV, microondas, infravermelho, luz visível) * Metais são transparentes a radiações eletromagnéticas de λ ↓ (raios X e raios γ) Propriedades óticas dos METAIS Cor do metal: distribuição dos comprimentos de onda refletidos. Propriedades óticas dos METAIS Ex.: O ouro reflete quase que completamente a luz vermelha e a amarela e absorve parcialmente λ mais curtos. A prata reflete eficientemente quase todos os λ do espectro visível, por isso sua cor esbranquiçada. 400 a 450 nm – violeta 450 a 500 nm – azul 500 a 550 nm – verde 550 a 600 nm – amarelo 600 a 650 nm – laranja 650 a 700 nm – vermelho ABSORÇÃO(A) e TRANSMISSÃO (T) Maioria dos materiais transparentes são coloridos. A cor dos materiais transparentes é uma combinação dos comprimentos transmitidos. ⇒ Absorção de fótons por e- da banda de valência promovendo-os à banda de condução em não-metais também é possível, desde que os e- superem a banda proibida. ⇒ Energia está associada com λ (E = hc/λ). Determina-se E máximos e mínimos que podem ser cedidos aos e- pela luz visível λmin = 0,4 µm ∴ Emax = 3,1eV λmax = 0,7µm ∴ Emin= 1,8eV Propriedades óticas dos materiais não-metálicos Se: i) a luz pode ser absorvida por materiais com banda proibida menor que 1,8 eV (SEMICONDUTORES) estes materiais são opacos ex.:Si, Ge, AsGa ii) materiais com banda proibida entre 1,8 e 3,1 eV absorvem apenas alguns comprimentos de ondas estes materiais são coloridos ex.:GaP, CdS iii) a luz visível não pode ser absorvida por este mecanismo em materiais com banda proibida maior que 3,1 eV comprimento de onda (nm) cor absorvida cor visível (complementar) 410 violeta verde 500 azul vermelho 530 verde violeta 580 amarelo azul púrpura 610 laranja azul 680 vermelho azul esverdeado Propriedades óticas dos materiais não-metálicos ABSORÇÃO(A) e TRANSMISSÃO (T) ⇒ Impurezas podem contribuir para que alguns comprimentos de onda sejam absorvidos Ex.: safira e rubi Safira: cristal puro de Al2O3, isolante, transparente Rubi: safira onde uma pequena quantidade de íons Cr+3 substitui o Al+3, causando absorção na região de luz azul do espectro visível. Cristal resultante: vermelho ⇒Cor dos vidros de sílica, cal, soda e chumbo pode ser modificada pela adição de óxidos de elementos de transição Ex.: adição de 0,01 a 0,03% de CoO - coloração azulada adição de 0,2% de NiO - coloração púrpura adição de 1,0% de FeO - amarelo esverdeada ⇒Cor pode ser resultado do desvio da estequiometria ou da presença de defeitos cristalinos Ex.: cristais puros de NaCl, KBr e KCl são incolores se forem recozidos em atmosfera de metais alcalinos ou irradiados com raios X ou neutrôns coloração: NaCl amarelo KBr azul KCl magenta Criou-se defeitos: centro de cor Propriedades óticas dos materiais não-metálicos Relação com a Microestrutura Defeitos no material espalham a luz e podem torná-lo transparente, translúcido ou opaco Ex.: monocristal de safira (Al2O3) transparente policristal de safira sem poros translúcido policristal de safira com 5% poros opaco Exemplo: lâmpada de sódio (1000oC) com tubo de alumina (100 lúmens/W convencional 15 lúmens/W) Alumina convencional (opaca)Alumina translúcida porosidade: 0,3% porosidade: 3% Slide Number 1 Slide Number 2 Slide Number 3 Slide Number 4 Slide Number 5 Slide Number 6 Slide Number 7 Slide Number 8
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