Proprietà ottiche dei materiali

Fluorescenza e birrefrigencia in un cristallo di calcite, due delle proprietà ottiche dei materiali. Il raggio laser è separato in due quando si attraversa il vetro. Fonte: Wikimedia Commons.

Quali sono le proprietà ottiche dei materiali?

IL Proprietà ottiche dei materiali Sono quelli che vengono rivelati quando la materia interagisce con le radiazioni elettromagnetiche. Queste proprietà spiegano vari fenomeni come colore, trasparenza o opacità.

Le diverse strutture dei materiali, a livello molecolare, fanno assorbire la luce e riflettono in modi diversi, producendo effetti vari. La comprensione di questi fenomeni è fondamentale in molte tecnologie attuali, come quelle basate sulle fibre ottiche.

Ora, le radiazioni elettromagnetiche e in particolare la luce, che è la parte visibile dello spettro, interagisce con il mezzo in tre modi diversi:

• Assorbimento, parte del raggio incidente è completamente assorbita dall'ambiente.
• Riflessione, un'altra frazione di energia incidente viene riflessa sul mezzo originale.
• Trasmissione, il resto dell'energia sta attraversando l'ambiente e viene trasmesso a un altro mezzo.

Grazie a questo, dal punto di vista ottico, i materiali sono classificati come:

• Trasparente, quelli che la luce è completamente incrociata, permettendo di vedere chiaramente gli oggetti attraverso di essi.
• Traslucido, assorbi una parte della luce incidente e trasmetti un'altra, in modo che qualsiasi oggetto visto attraverso di loro appaia diffuso.
• Opaco, non è possibile vedere attraverso di loro, poiché assorbono completamente la luce incidente.

Proprietà ottiche più importanti

1. Incandescenza

Questa qualità si riferisce all'aspetto di una superficie quando la luce si riflette in essa. Se vengono prodotti i riflessi, la superficie è brillante, indipendentemente dal suo colore, e se al contrario sembra fuori, è una superficie opaca.

Le superfici metalliche basate su argento, oro, rame, acciaio e altri metalli hanno una luminosità metallica, come suggerisce il loro nome. D'altra parte, il polistirolo, alcune materie plastiche e un ruolo comune sono Matt.

I metalli brillano perché la luce interagisce con i suoi elettroni liberi, ha aumentato il suo grado di vibrazione, che si traduce nel riflesso della sua particolare luce luminosa.

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2. Colore

Gli oggetti sono del colore della luce che si disperde. La luce bianca contiene tutte le lunghezze d'onda e ognuna di queste è percepita come un colore diverso: blu, verde, giallo, rosso ... il cielo sembra blu, perché le molecole dell'atmosfera si disperdono preferibilmente quella lunghezza d'onda, assorbendo gli altri.

Invece, le gocce d'acqua e i cristalli di ghiaccio si disperdono al di fuori di loro praticamente tutte le lunghezze d'onda, ed è per questo che sembrano bianchi.

D'altra parte, metalli come oro e rame assorbono le lunghezze d'onda del blu e del verde, riflettendo quelle di giallo e rosso. E argento, acciaio e alluminio riflettono tutte le lunghezze d'onda visibili ed è per questo che sembrano argento bianco.

3. Trasparenza e opacità

I materiali che consentono a tutta la luce visibile che li colpisce sono trasparenti. Questo è il caso di acqua liquida, fogli acrilici trasparenti e cristalli di occhiali. D'altra parte, i materiali che non sono considerati opachi, ad esempio in metallo o pezzi di legno.

I materiali traslucidi hanno caratteristiche intermedie, assorbono una parte della luce che attraversa e trasmette il resto. Esempio di questo tipo di sostanze sono alcuni oli e cristalli di ghiaccio.

È importante notare che alcuni materiali sono opachi per determinate lunghezze d'onda e trasparenti prima di altri. Un caso è l'atmosfera della terra, che è in gran parte opaca alle radiazioni infrarosse emesse dal pianeta, essendo trasparente alla luce che viene dal sole.

4. Luminescenza

Alcune sostanze esposte a determinati stimoli di energia, hanno la capacità di assorbire l'energia e quindi emettere spontaneamente una parte nella gamma di luce di visibile o vicino ad esso. Per alcuni materiali, l'esposizione alla luce solare è sufficiente, altri richiedono invece più radiazioni energetiche, come i raggi X.

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Non solo i radiazioni elettromagnetici danno origine a emissione di luce, ma anche meccanico, elettrico, termico e altro ancora.

Questo fenomeno luminoso ha la sua origine nel fatto che gli elettroni negli atomi sono disposti a livelli di energia discreti o quantizzati. Se assorbono l'energia, sono in grado di spostarsi da uno stato di meno energia a uno maggiore e quando successivamente tornano allo stato originale, emettono energia in eccesso sotto forma di luce.

• Fluorescenza e fosforescenza

Si chiama fluorescenza all'emissione di luce che si verifica entro 10^-8 Secondi dopo l'esposizione del materiale alla fonte di emissione di energia. D'altra parte, la fosforescenza si verifica quando l'emissione di luce dal materiale luminescente dura più di 10^-8 Secondi.

• Termoluminescenza

Alcuni materiali isolanti o semiconduttori sono in grado di emettere luce riscaldando continuamente sotto. Per questo motivo il solido emette luce in seguito.

Questo fenomeno con incandescenza non dovrebbe essere confuso, come quello che si verifica quando una corrente elettrica attraversa un filamento conduttivo di tungsteno, in una lampadina convenzionale.

La termoluminescenza viene spesso utilizzata fino ad oggi oggetti ceramici che contengono determinati minerali. Con questo metodo i campioni di un massimo di 500 possono essere datati.000 anni.

• Triboluminescenza

Alcuni tipi di quarzo e cristalli di zucchero di canna emettono luce quando si sbriciolano, si strofinano o deformati in qualche modo. A volte, alcuni terremoti sono accompagnati da fenomeni leggeri associati alla triboluminescenza delle rocce nella corteccia terrestre.

• Elettroluminescenza

Sono sostanze semiconduttori che emettono luce quando viene applicata una differenza potenziale. L'effetto è ampiamente utilizzato in tavole automobilistiche, giocattoli ed elementi decorativi.

• Chemioluminescenza e bioluminescenza

Alcune reazioni chimiche rilasciano energia sotto forma di luce e se si verificano negli esseri viventi, si chiama bioluminescenza, osservata negli insetti come lucciola e in gran parte della vita marina.

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La chemioluminescenza è utilizzata nella scienza forense. Il luminolo reagisce con piccole quantità di ferro ematico e produce un debole bagliore quando la stanza è nell'oscurità.

5. Dicroismo

Alcune sostanze mostrano colori diversi in base all'angolo da cui sembrano, cioè disperdono una certa lunghezza d'onda ad un certo angolo.

6. Birrefringencia o doppia rifrazione

Sono sostanze all'interno della cui velocità di luce non è la stessa in tutte le direzioni.

Un fronte d'onda luminosa che colpisce un tale materiale genera due serie di onde secondarie tangenti tra loro, lungo una direzione specifica, chiamata asse ottico. L'effetto è che attraverso un cristallo birrefringent sono viste due immagini dello stesso oggetto, leggermente spostate.

Esempio di sostanze birrefringenti sono la calcite e il quarzo cristallino.

7. Fotocromismo

È il cambiamento di colore in determinate sostanze, causato dall'interazione con un qualche tipo di radiazione elettromagnetica o altro tipo di stimolo esterno di tipo fisico o chimico, come il passaggio di una corrente elettrica, attrito, un cambiamento di pH o calore.

Questi materiali vengono utilizzati per vari scopi, come nell'elaborazione degli occhiali per il miglioramento selettivo dell'acuità visiva, i cristalli protettivi per case e patch indicatori del grado di esplosioni di esposizione, tra le altre applicazioni.

8. Polarizzazione

I campi elettromagnetici che compongono la luce non polarizzata possono essere spostati in qualsiasi direzione perpendicolare alla direzione di propagazione. Ma ci sono sostanze che quando sono attraversate dalla luce non polarizzata, lascia che la luce vibra in una certa direzione.

Un modo per ottenere la luce polarizzata è passare attraverso un cristallo birrefringente ed eliminare uno dei due componenti, come nel caso del prisma di Nicol.

Un cristallo di turmalina può assorbire la luce che vibra in tutte le direzioni tranne in una, quindi i cristalli con cui sono fabbricati i fogli polaroidi usano la turmalina.

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