Este documento describe las propiedades ópticas de los materiales. Explica que la luz puede ser absorbida, reflejada o transmitida cuando interactúa con un material. También describe fenómenos como la refracción, reflexión, dispersión y luminiscencia. Finalmente, menciona algunas aplicaciones de las propiedades ópticas como la minerología, microscopía electrónica y celdas solares.

1. P R O P I E D AD E S O P T I C AS D E L O S M AT E R I AL E S
FACILITADOR: M.C. Yadira Solano
06/Octubre/2016
PRESENTA
• Lenin Rodríguez Tovar
• Saúl Garibay Coria
• Jonathan Ezequiel Ordaz Cervantes
• José Rodrigo Bravo Rosales
• Humberto Prado Lázaro
FISICA DEL ESTADO SOLIDO
INGENIERIA EN MATERIALES

2. PROPIEDADES OPTICAS
• La radio y la televisión son posibles gracias a radiaciones u ondas electromagnéticas. En
realidad estas ondas son producidas en algún lugar del espacio y rápidamente se transmiten a
lugares muy distantes, donde pueden ser detectadas de alguna manera.
• La luz visible es una forma de radiación electromagnética con longitudes de onda que se
extienden desde 390 a 770 nm

3. • En general, los materiales absorben o reflejan diferentes partes del espectro visible y a ello se
deben los colores naturales y artificiales de los objetos cotidianos.
• Las propiedades ópticas son efecto de la interacción de un material con las radiaciones
electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía, conocidas como fotones. Las
radiaciones pueden tener características que entren en el espectro de luz visible, o pueden
ser invisibles al ojo humano.
PROPIEDADES OPTICAS

4. Transparentes: Trasmiten la mayor parte de la luz y tienen poca
absorción y reflexión
Opacos: No permiten la transmisión de la luz
Traslúcidos: La luz se transmite difusamente, la luz es dispersada
en el interiorLos materiales pueden ser
PROPIEDADES OPTICAS

5. PROPIEDADES OPTICAS

6. PROPIEDADES OPTICAS DE LOS METALES Y NO
METALES
Todos los materiales cuentan con idénticas propiedades ópticas, pero que los
hace distintos? Cada material los presenta en mayor o menor intensidad.

7. PROPIEDADES ÓPTICAS
• La luz tiene propiedades de onda y de partícula.
• Radiación electromagnética.
• Fotones.

8. • Onda: tiene frecuencia (f), longitud de onda (λ) y velocidad de
propagación.
• Partícula: tiene energía (E) y momento lineal.
En 1925, Luis de Broglie propuso que todas las partículas deberían ser
considerados como provistas de propiedades ondulatorias.

9. INTERACCIÓN DE LA LUZ CON LA MATERIA.
Cuando la luz pasa de un medio a otro pueden ocurrir varios fenómenos:

10. • La refracción de una onda es la flexión que sufre cuando entra en un medio
con velocidad de propagación diferente. La refracción de la luz, cuando
pasa de un medio de propagación rápido a otro mas lento, dobla el rayo
de luz en dirección a la normal a la superficie de contacto entre ambos
medios.
La cantidad de difracción depende de los índices
de refracción de los dos medios y se describe
cuantitativamente por la ley de Snell.
“ La refracción es la responsable de la formación de
imágenes por las lentes y el ojo ”

11. El índice de refracción es una cantidad adimensional y generalmente es mayor que
la unidad. Para el agua, n = 1.33, y para el vidrio, n = 1.5
n = es el índice de refracción característico del material c es la velocidad
de la luz en el vacío
v = la velocidad de la luz dentro del material.
C = Velocidad de la luz en el vacío
Definiéndose así, el valor n de un medio como el cociente entre la
velocidad de la luz en el vacío, c, y la velocidad de la luz en el medio
considerado, v. En índice de refracción n depende además del medio de
refracción, de la longitud de onda y la frecuencia.

12. “El índice de refracción n de un material particular es la razón de la velocidad de la luz
en el espacio libre con respecto a la velocidad de la luz a través del material”

15. REFLEXIÓN
• La reflexión de la luz es un fenómeno óptico de gran importancia. La
reflexión de la luz hace posible el que podamos percibir muchos de los
objetos a nuestro alrededor.
Pero… ¿Qué es la reflexión? ¿Cómo ocurre?

16. TIPOS DE REFLEXIÓN:
• REFLEXIÓN ESPECULAR: Cuando los rayos inciden sobre una superficie
lisa, los rayos reflejados serán paralelos entre sí.
El resultado de la reflexión especular es la formación de una imagen clara del
objeto se refleja. La palabra especular significa “Como espejo”

17. REFLEXIÓN DIFUSA
• Los rayos paralelos inciden sobre una superficie irregular, los rayos
reflejados por la superficie no serán paralelos entre sí.
El resultado será una imagen borrosa.

18. REFLEXIÓN
• Cuando un haz de fotones golpea un material, éstos interactúan con los electrones
de valencia y ceden su energía.
• Los materiales con alto índice de refracción tienen mayor reflectividad que los de
índice bajo.

19. REFLEXIÓN

20. • Cuando la luz blanca incide sobre un cuerpo éste absorbe total o parcialmente una parte
del espectro y refleja o transmite (según sea opaco o transparente) una determinada gama
de longitudes de onda, que constituyen su color. Es entonces cuando la energía luminosa
puede convertirse en otro tipo de energías como el calor o la electricidad, o producir una
reacción química como la que ocurre en la fotografía analógica y los soportes
fotosensibles.

21. • Cuando la luz llega a un objeto diferentes cosas pueden pasar: la luz puede ser
absorbida, puede ser reflejada o puede ser transmitida a través del objeto.
• Cuando la luz llega a una superficie u objeto éste puede absorber toda o parte de
esa luz.

22. “CUANTO MÁS OSCURO
ES UN OBJETO, MAYOR
ABSORCIÓN DE ENERGÍA
RADIANTE TENDRÁ.”
• Los objetos negros absorben toda la luz y no reflejan ningún rayo; es decir absorben energía.
• Los objetos blancos reflejan todos los rayos de luz que le llegan, es decir no absorben energía.

23. TIPOS DE ABSORCIÓN
No puede ser fotografiada, ya que solamente será “visible”
cuando la comparamos con otras luces en la misma escena
que no han sido absorbidas

24. Este tipo de absorción es uno de los factores que
determinan si el objeto que vemos es negro, blanco o gris.

25. Esta absorción determina los colores del objeto en función
de qué longitudes de onda absorbe y cuáles no.

26. DISPERSIÓN
•Existen diversos mecanismos por los cuales se
dispersa un haz de rayos electromagnéticos en el
interior de un material y que contribuyen a la
pérdida de energía del haz.

27. •El más elemental, es el de dispersión Rayleigh, que
constituye un importante contribución a la
pérdida de energía en los materiales muy puros
y transparentes, como los que se emplean para
fibras ópticas.

28. La dispersión Rayleig se debe a la variación pequeña en
los índices de refracción para las diferentes longitudes de
onda, en una sustancia amorfa se debe a variaciones
aleatorias en su densidad y composición, variaciones que
también ocurren en materiales cristalinos debido a
impurezas y/o mezclas.

29. Tabla Índices de refracción para algunos materiales, los
cristalinos si tienen estructura irregular presentan varios
índices.

30. • Tabla Índice de refracción característicos de Varios sólidos
Transparentes para varias.
Longitudes de onda

31. LUMINISCENCIA
• La luminiscencia se puede definir como el proceso por el cual
una sustancia absorbe radiaciones y otras formas de energía y
después, espontáneamente, emite radiación en el espectro
visible o cercano a éste.
ALGUN TIPO DE RADIACION

32. BANDA DE
CONDUCCION
BANDA DE VALENCIA
Brecha de energía prohibida Eg
Los electrones excitados se quedan brevemente en los niveles
superiores de energía, y cuando regresan a la banda de valencia,
emiten fotones, y si sus longitudes de onda están dentro del
espectro visible es luminiscencia

33. • Cuando se produce la absorción de energía en forma de radiación electromagnética
en un material, éste adquiere la energía de la radiación que ha absorbido.
Energía de la radiación = Energía térmica
Produciendo el calentamiento del material.
TRANFORMACION

34. Cuando el material está siendo iluminado, se
conoce como fotoluminiscencia o luminiscencia
fotoestimulada.

35. FOTOLUMINISCENCIA
• Recordando.
• Conductores
• Aislantes
• Semiconductores

36. • En la absorción de radiación electromagnética, cuando esta luz es
absorbida por el semiconductor se crea un exciton: pareja electrón‐hueco.
Al cabo de un tiempo dado, este exciton se desintegrara (el electrón y
hueco generados se recombinan), liberando un nuevo fotón con una
energía muy próxima al band gap (luminiscencia).

37. • Quantum dots
• Son monocristales formados por un material semiconductor, donde por su efecto de
tamaño sufre una serie de efectos cuánticos como son la discretización de sus bandas
de energía.
• Debido a efectos de tamaño los quantum dots padecen tanto absorción
de radiación electromagnética (típicamente en el espectro visible) y
emisión de luz por la relajación de sus excitones (luminiscencia).

39. Catodoluminiscencia

40. • Algunos materiales naturales emiten luz visible cuando se les incide con
un haz de electrones y a este fenómeno se le
llama cátodoluminiscencia (CL).
• Los minerales carbonáticos son especialmente propensos a la
luminiscencia y son las impurezas dentro del mineral carbonático, más
que los elementos mayores, las que dan la mayor parte de la
luminiscencia visible.
• Los iones que más afectan a la intensidad de la luminiscencia en
carbonatos son el Mn2+ y el Fe2+, siendo el Mn el principal activador de
la luminiscencia y el Fe el inhibidor.

41. HAZ DE ELECTRONES.
• Corriente en una sola dirección de radiación electromagnética o de
partículas.

43. APLICACIONES PROPIEDADES OPTICAS.

44. MINEROLOGIA.

45. MICROSCOPIO ELECTRONICO DE BARRIDO.

46. CELDAS SOLARES

47. LASER

48. SOLDADURA.