Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Optica » Lumina » Transmiterea selectivă a culorilor

Transmiterea selectivă a culorilor

postat în: Lumina 0

Filtrele dicroice (Filtrele dicroice sunt create folosind materiale optic transparente.)

În domeniul opticii, transparența (denumită și peluciditate sau diafanitate) este proprietatea fizică de a permite luminii să treacă prin material fără a fi împrăștiată. La o scară macroscopică (una în care dimensiunile investigate sunt mult, mult mai mari decât lungimea de undă a fotonilor în cauză), se poate spune că fotonii urmează legea lui Snell. Translucența (denumită și transluciditate) este un superset al transparenței: permite trecerea luminii, dar nu neapărat (din nou, la scară macroscopică) urmează legea lui Snell; fotonii pot fi împrăștiați la oricare dintre cele două interfețe unde există o schimbare a indicelui de refracție, sau intern. Cu alte cuvinte, un mediu translucid permite transportul luminii, în timp ce un mediu transparent nu numai că permite transportul luminii, ci permite și formarea imaginii. Proprietatea opusă a translucenței este opacitatea. Materialele transparente apar clar, cu aspectul general al unei culori sau orice combinație care duce la un spectru strălucitor al fiecărei culori.

Atunci când lumina întâlnește un material, acesta poate interacționa cu el în mai multe moduri diferite. Aceste interacțiuni depind de lungimea de undă a luminii și de natura materialului. Fotonii interacționează cu un obiect printr-o combinație de reflexie, absorbție și transmisie. Unele materiale, cum ar fi sticla și apa curată, transmit o mare parte din lumina care cade pe ele și reflectă puțin din ea; astfel de materiale sunt denumite optic transparente. Multe lichide și soluții apoase sunt foarte transparente. Absența defectelor structurale (goluri, crăpături etc.) și structura moleculară a majorității lichidelor sunt în mare parte responsabile de o transmisie optică excelentă.

Materialele care nu transmit lumină se numesc opace. Multe astfel de substanțe au o compoziție chimică care include ceea ce se numește centre de absorbție. Multe substanțe sunt selective în ceea ce privește absorbția frecvențelor luminoase albe. Acestea absorb anumite porțiuni ale spectrului vizibil în timp ce reflectă altele. Frecvențele spectrului care nu sunt absorbite sunt reflectate sau transmise pentru observarea noastră fizică. Aceasta este ceea ce dă naștere la culoare. Atenuarea luminii tuturor frecvențelor și lungimilor de undă se datorează mecanismelor combinate de absorbție și împrăștiere.

Transparența poate oferi camuflajul aproape perfect pentru animalele capabile să-l realizeze. Acest lucru este mai ușor în apa de mare slab luminată sau turbidă decât în o ​​bună iluminare. Multe animale marine, cum ar fi meduzele, sunt foarte transparente.

Opacitate, transparență, translucență
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Opacity_Translucency_Transparency.svg

(Comparații de 1. opacitate, 2. translucență și 3. transparență; în spatele fiecărui panou este o stea.)

Introducere

În ceea ce privește absorbția luminii, considerațiile primare de material includ:

  • La nivel electronic, absorbția în porțiunile ultraviolete și vizibile (UV-Vis) ale spectrului depinde de faptul că orbitele electronilor sunt distanțate (sau „cuantificate”) astfel încât să poată absorbi o cuantă de lumină (sau foton) de o anumită frecvență și nu încalcă regulile de selecție. De exemplu, la majoritatea sticlelor, electronii nu au niveluri de energie disponibile deasupra lor în aria asociată cu lumina vizibilă, sau în cazul în care o fac, ele încalcă regulile de selecție, ceea ce înseamnă că nu există o absorbție apreciabilă în sticlele pure (nedopate), făcându-le materiale transparente ideale pentru ferestre în clădiri.
  • La nivel atomic sau molecular, absorbția fizică în porțiunea infraroșie a spectrului depinde de frecvențele vibrațiilor atomice sau moleculare sau de legăturile chimice și de regulile de selecție. Azotul și oxigenul nu sunt gaze cu efect de seră, deoarece nu există o absorbție deoarece nu există un moment dipol molecular.

În ceea ce privește împrăștierea luminii, cel mai important factor este scara de lungime a oricăruia sau a tuturor acestor caracteristici structurale în raport cu lungimea de undă a luminii care este împrăștiată. Considerațiile privind materialele primare includ:

  • Structura cristalină: indiferent dacă atomii sau moleculele prezintă sau nu „ordinea pe un interval mare” evidențiată în solidele cristaline.
  • Structura sticloasă: centrele de dispersie includ fluctuațiile densității sau compoziției.
  • Microstructura: centrele de dispersie includ suprafețe interne cum ar fi granițele granulelor, defectele cristalografice și porii microscopici.
  • Materiale organice: centrele de împrăștiere includ fibrele și structurile celulare și marginile.

Împrăștierea luminii în solide

Reflexia difuză
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Diffuse_refl.gif

(Mecanismul general al reflexiei difuze.)

Reflexie difuză – În general, atunci când lumina atinge suprafața unui material solid (nemetalic și ne-sticlos), acesta se împrăștie în toate direcțiile datorită multiplelor reflexii prin neregularitățile microscopice din interiorul materialului (de exemplu, limitele granulelor unui material policristalin, sau limitele celulelor sau fibrelor unui material organic) și pe suprafața sa, dacă este dură. Reflexia difuză este caracterizată de unghiuri de reflexie omnidirecțională. Majoritatea obiectelor vizibile cu ochiul liber sunt identificate prin reflexie difuză. Un alt termen folosit în mod obișnuit pentru acest tip de reflecție este „împrăștierea luminii”. Lipsa de lumină de pe suprafețele obiectelor este mecanismul nostru principal de observare fizică.

Împrăștierea luminii în lichide și solide depinde de lungimea de undă a luminii care este împrăștiată. În consecință, apar limitele scalei spațiale de vizibilitate (folosind lumina albă), în funcție de frecvența undei luminoase și de dimensiunea fizică (sau scara spațială) a centrului de împrăștiere. Lumina vizibilă are o scală de lungime de undă de ordinul a jumătate de micrometru (o milionime de metru). Centrele (sau particulele) de dispersie, la fel de mici ca micrometrul, au fost observate direct în microscopul luminos (de exemplu, mișcarea browniană).

Absorbția luminii în solide

Când lumina ajunge pe un obiect, nu are de obicei doar o singură frecvență (sau lungime de undă), ci mai multe. Obiectele au tendința de a absorbi selectiv, de a reflecta sau de a transmite lumina anumitor frecvențe. Respectiv, un obiect poate reflecta lumina verde în timp ce absoarbe toate celelalte frecvențe ale luminii vizibile. Un alt obiect ar putea transmite în mod selectiv lumina albastră în timp ce absoarbe toate celelalte frecvențe ale luminii vizibile. Modul în care lumina vizibilă interacționează cu un obiect depinde de frecvența luminii, de natura atomilor din obiect și adesea de natura electronilor din atomii obiectului.

Unele materiale permit ca o mare parte a luminii care cade pe ele să fie transmisă prin material fără a fi reflectată. Materialele care permit transmiterea undelor luminoase prin ele sunt denumite optic transparente. Geamul din punct de vedere chimic pur (nedopat) și apa curată sau de izvor curată sunt exemple primare ale acestui lucru.

Materialele care nu permit transmiterea niciunei frecvențe a undelor luminoase se numesc opace. Astfel de substanțe pot avea o compoziție chimică care include ceea ce se numește centre de absorbție. Cele mai multe materiale sunt compuse din materiale care sunt selective în absorbția lor a frecvențelor luminoase. Astfel, ele absorb numai anumite porțiuni ale spectrului vizibil. Frecvențele spectrului care nu sunt absorbite sunt reflectate înapoi sau transmise pentru observația noastră fizică. În partea vizibilă a spectrului, acest lucru dă naștere la culoare.

Centrele de absorbție sunt în mare măsură responsabile pentru apariția anumitor lungimi de undă ale luminii vizibile în jurul nostru. Trecerile de la lungimi de undă mai mari (0,7 microni) la mai mici (0,4 microni): roșu, portocaliu, galben, verde și albastru (ROYGB) pot fi identificate prin simțurile noastre în apariția culorii prin absorbția selectivă a frecvențelor specifice a undelor luminoase (sau lungimi de undă). Mecanismele de absorbție selectivă a undelor luminoase includ:

  • Electronic: Tranziții în nivelurile de energie ale electronului din atom (de exemplu, pigmenți). Aceste tranziții sunt în mod obișnuit în porțiunile ultraviolete (UV) și/sau vizibile ale spectrului.
  • Vibrațional: Rezonanță în modurile vibraționale atomice/moleculare. Aceste tranziții sunt în mod obișnuit în porțiunea infraroșie a spectrului.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *