física - óptica

En física, la absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al ser absorbida, puede, bien ser reemitida o bien transformarse en otro tipo de energía, como calor o energía eléctrica.- ..............................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=b88ecf668d4b9ad6ab3299706e7ef4bcd2af786b&writer=rdf2latex&return_to=Absorci%C3%B3n+%28%C3%B3ptica%29

Absorción óptica

En los experimentos de absorción óptica, un haz de luz monocromática de intensidad I(0) incide sobre una muestra de espesor L. Tras la interacción entre el haz y la muestra, parte de la radiación incidente se habrá absorbido en la misma, por lo que, en general, la intensidad del haz emergente, I(L), será distinta a la del haz incidente.
 

Cuando la reflectividad de la muestra es baja, la relación entre ambas intensidades es

(1)

donde  recibe el nombre de coeficiente de absorción. Dicho coeficiente depende de los procesos de interación entre el haz y la muestra, es decir, tanto de la longitud de onda de la radiación como de la estructura electrónica de la heteroestructura. Por tanto, analizando el coeficiente de absorción en función de la energía del haz incidente se puede obtener información relevante sobre la estructura electrónica de la heteroestructura.

Absorción, reflexión y transmisión

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. En general pasan una combinación de estas cosas.

Vamos a graficar este concepto con ejemplos. Si tenemos un pantalón rojo, éste va a absorber el verde y el azul y va a reflejar el rojo, por eso lo vemos rojo. En teoría, un objeto blanco refleja toda la luz y un objeto negro absorbe toda la luz.

En este curso no vamos a entrar en detalles específicos de la física de la luz, pero si vamos a ver como aplicar estas propiedades o características de la luz para mejora nuestras fotografías.

Absorción.

Cuando la luz llega a una superficie u objeto, éste puede absorber toda o parte de esa luz. En el gráfico de abajo vemos como un objeto negro absorbe toda la luz. En el primer gráfico de arriba vimos como el pantalón rojo absorbía el verde y el azul.

La luz que se absorbe se convierte en calor. Es, por esta razón, que en general se recomienda durante el verano no usar colores oscuros ya que absorben la mayor parte de la luz y la convierten en calor. Por eso tenemos mas calor si usamos ropa negra que si usamos ropa blanca (refleja toda la luz).

Reflexión

La reflexión es cuando la luz llega a un objeto y rebota o refleja, en parte o en su totalidad, de ese objeto. La luz puede ser reflejada de manera especular (directa) o difusa.

1.Reflexión especular: se produce cuando la luz refleja de una superficie lisa o pulida como, por ejemplo, un espejo. La luz va a reflejar en el mismo ángulo en el cual incide o llega a esa superficie (Ley de reflexión).

2. Reflexión difusa: se produce cuando la luz llega a una superficie u objeto que tiene textura como, por ejemplo, una pared con textura.

Una reflexión difusa va a producir una luz más suave que una reflexión directa. También va a generar menos contraste en la escena, sombras más claras y una transición más suave entre luces y sombras.

Una reflexión directa va a producir una luz más intensa, mayor contraste y sombras más oscuras y bien definidas.

Como dijimos anteriormente el blanco refleja, teóricamente, toda la luz. Una superficie de color va a reflejar su propio color y va a absorber el resto. Por ejemplo, un objeto verde va a reflejar el verde y va a absorber el rojo y el azul.

Transmisión.

La transmisión ocurre cuando la luz atraviesa una superficie u objeto. Hay 3 tipos de transmisión: directa, difusa o selectiva.

1. Transmisión directa: es cuando la luz atraviesa un objeto y no se producen cambios de dirección o calidad de esa luz. Por ejemplo, un vidrio o el aire.

2. Transmisión difusa: se produce cuando la luz pasa a través de un objeto transparente o semi-transparente con textura. Por ejemplo, un vidrio esmerilado o un papel manteca. La luz en vez de ir en una sola dirección es desviada en muchas direcciones. La luz que es transmitida de manera difusa va a ser más suave, va a tener menos contraste, va a ser menos intensa, va a generar sombras más claras y una transición más suave entre luz y sombra que la luz directa.

3. Transmisión selectiva: se produce cuando la luz atraviesa un objeto de color. Parte de la luz va a ser absorbida y parte va a ser transmitida por ese objeto. En el ejemplo de abajo la luz blanca (rojo, verde y azul) pasa a través de una superficie roja. El verde y el azul son absorbidos y solo es transmitido el rojo. Por lo tanto del otro lado de esa superficie vamos a ver luz roja.

Los filtros o gelatinas, que mencionamos en el capítulo de Temperatura color, trabajan por transmisión selectiva. Los filtros de color van a dejar pasar su color (un filtro azul deja pasar luz azul) y van a absorber el resto de los colores.

Un filtro azul deja pasar las longitudes de onda azules y absorbe las longitudes de onda rojas y verdes.

Vamos a ver unos ejemplos de cómo utilizar estas propiedades de la luz para mejorar nuestras fotografías.

Absorción selectiva

El color

Cuando la luz llega a un material obliga a los electrones de los átomos a oscilar. Las frecuencias naturales de los electrones dependen de la naturaleza de los distintos átomos; hay átomos cuyos electrones están más ligados y otros en los que por el contrario están más libres.

Al incidir la luz sobre un material, los electrones de sus átomos empiezan a oscilar. Están en “ estado excitado”. En este estado solo pueden estar nanosegundos. Pueden ocurrir dos cosas: que transfieran su energía por colisiones con átomos vecinos o que la reemitan en forma de fotón y vuelva a su estado original. Parte de la energía incidente se transforma en interna por las colisiones de unos átomos con otros y parte vuelve a ser emitida, con lo que la energía reemitida que emerge siempre será menor que la incidente. Este fenómeno se conoce como absorción.

Si la frecuencia con la que llega la luz coincide o se aproxima a la frecuencia natural de los electrones en sus átomos las oscilaciones se amplifican y perduran, aumentado la probabilidad de que dichos átomos transfieran por colisiones la energía recibida de los átomos vecinos. Al energía interna se transforma en su mayor parte en energía interna y muy poca se reemite. El material es opaco a esa radiación. Por ejemplo, en el caso del vidrio de las ventanas, sus frecuencias naturales de oscilación coinciden con las radiaciones ultravioletas, por tanto es inútil intentar ponerse moreno detrás de una ventana cerrada.

Las frecuencias correspondientes al espectro visible no producen resonancia en los electrones del vidrio, de modo que la reemisión predomina sobre la absorción. Los átomos excitados vuelven a su estados fundamental reemitiendo luz de la misma frecuencia que los llevó al estado de excitación. La luz que emerge tiene las mismas frecuencias que la luz incidente. El material es transparente a esas radiaciones. La luz se propaga por el medio a menor velocidad, dando explicación a la refracción.

Visión del color

Seguramente, alguna vez habrás observado que una pieza de ropa, que comprada en la tienda tenía un color determinado, cuando la llevas por la calle adquiere otra tonalidad.

La visión del color es una respuesta fisiológica y psicológica al estímulo de la radiación que incide en nuestros ojos. Es decir, el color no es una propiedad intrínseca de los objetos sino la forma en que las personas interpretamos las diferentes frecuencias que forman parte de la luz.

El color de un objeto depende de la luz que incide sobre él y de la naturaleza del propio objeto. Un cuerpo de color negro es aquel que absorbe toda la radiación incidente. Por el contrario, un objeto que refleja toda la luz que incide sobre él se ve del color de la luz con la que ha sido iluminado (blanco si utilizamos luz blanca).

Por lo tanto, el color observado es el resultado de la absorción selectiva de alguna de las frecuencias que pertenecen al espectro visible. El resto de las frecuencias llega a nuestros ojos después de haber sido reflejadas o transmitidas por el objeto. Por otro lado, los cuerpos que emiten luz por algún mecanismo físico-químico se ven del color de la radiación emitida. Nota: Una superficie iluminada con luz blanca se ve de color rojo. Di de qué color se verá la misma superficie si la iluminamos con luz roja o con luz violeta.

Los colores de las cosas

Los mecanismos de observación del color pueden ser de dos tipos: por reflexión (materiales opacos) y por transmisión (materiales transparentes).

Cuando un material iluminado con luz blanca presenta un determinado color es porque ha absorbido todas las demás radiaciones, salvo la correspondiente a ese color, que, o bien es reflejada, si el material es opaco, o transmitida por el material hasta aparecer por el lado opuesto, si es transparente. A este proceso se le llama absorción selectiva.

Si un material refleja todas las radiaciones del espectro visible será percibido como blanco, mientras que si las absorbe todas se verá negro.

Pero esto no es tan sencillo. Debemos tener en cuenta lo que se llama mezcal aditiva de los colores de la luz. La luz blanca surge de combinar la luz roja, la azul y la verde. Un material que solo absorba el azul, reflejar el rojo y el verde, es decir, el amarillo. Si cogemos un papel celofán amarillo, absorberá el azul y dejará pasar el rojo y el verde. Si observamos un objeto azul lo veremos negro ya que el objeto absorbe todos los colores menos el azul, pero azul ya no le llega, porque ha sido absorbido por el celo.