aula07 propriedades opticas

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(Parte 1 de 3)

Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais Escola Politécnica -USP

PMT2200 Ciência dos Materiais - Propriedades Ópticas dos Materiais

Prof. Antônio Carlos Vieira Coelho

Prof. Samuel Márcio Toffoli Profa. Dra. IvetteF. C. Oppenheim

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Escola Politécnica -USP2 PMT -20

Por propriedades ópticas podemos entender a resposta da interação dos materiais com a radiação eletromagnética, especialmente em uma determinada gama de freqüências -a região do espectro que engloba a luz visível, com extensão para o infravermelho e o ultravioleta.

Espectro da luz solar na superfície da Terra : curva da distribuição da energia luminosa emitida pelo Sol.

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Escola Politécnica -USP3 PMT -20

Representação de uma onda eletromagnética mostrando as componentes de campo elétrico E e campo magnético H, e o comprimento de onda λλλλ.

λλλλ posição

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Escola Politécnica -USP4 PMT -20

Ondas com seus componentes de campo elétrico (E) e magnético (H), perpendiculares entre si e perpendiculares àdireção de propagação.

No vácuo, todas as radiações se propagam com a mesma velocidade c = 3 x 108m/s.

Essa velocidade (c) estárelacionada com a constante de permissividade elétrica do vácuo (εεεεo) e com a permeabilidade magnética do vácuo (µµµµo) através da fórmula:

c = 1/(εεεεoµµµµo)0,5

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Do ponto de vista da mecânica quântica, considera-se as radiações eletromagnéticas como sendo constituídas de "pacotes" (quanta, singular quantum) de energia, denominados "fótons“. Estes fótons apresentam comportamento dual: dependendo do fenômeno em discussão eles se comportam como onda (por exemplo, na difração de raios-X) ou como partícula (por exemplo no efeito fotoelétrico).

A energia dos fótons érelacionada àfreqüência da radiação (alternativamente, ao seu comprimento de onda) pela relação:

onde h = constante de Planck (6,63 x 10-34J.s) E = h νννν= h c / λλλλ

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Superfícies metálicas emitem elétrons quando luz de energia (hνννν) maior que um determinado valor, chamado de função de trabalho (W), incide sobre elas. Observa-se experimentalmente que a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é

Kmax= hνννν -W.

W éfunção do material, sendo a energia mínima necessária para liberar um elétron do metal.

Kmaxaumenta linearmente com a freqüência da luz incidente, não dependendo da sua intensidade.

Se ννννémantido constante, a magnitude da corrente dos elétrons emitidos éproporcional àintensidade da luz incidente.

Entre a incidência da luz e a emissão dos elétrons transcorre um intervalo de tempo muito pequeno (< 10-9 s).

Em 1905, utilizando a descrição quântica da luz, Albert Einstein apresentou a teoria do Efeito Fotoelétrico; por essa teoria, Einstein recebeu em 1922 o prêmio Nobel de física.

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O espectro eletromagnético

Raio do próton Raio do átomo de hidrogênio

Distâncias interatômicas típicas

Escalas típicas de microestruturas em materiais de engenharia

Escala típica de componentes de engenharia

Barragem de Itaipú raios gama raios X ultravioleta luz visível infravermelho microondas rádio

Radiação visível: de ~ 680 a ~ 410 nm

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Materiais TransparentesT > > A + RMateriais OpacosT < < A + R

T + A + R = 1 , ou IO= IT+ IA+ IR , onde T = IT/ IO; A = IA/ IOe R = IR/ IO Materiais Translúcidos T pequena (pouca radiação transmitida)

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Duas conseqüências da polarização parte da energia da radiação pode ser absorvida.

a velocidade de propagação da onda diminui quando ela atravessa o meio refração.

H posição

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