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Instituto Politécnico Nacional ESIME Unidad Azcapotzalco

CIENCIA DE LOS MATERIALES I

PRÁCTICA 11: DETERMINACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE METALES EN CAMPOS MAGNÉTICOS.

Profesor: Mario Fernando Vergara Camacho

Integrantes: Del Pilar Martínez Alfredo López Ruiz Hernán Haziel Morales Álvarez Isai Josué Rodríguez Valenzuela Natalia

Grupo: 3MM2

Equipo: 1 Fecha de entrega: 23/11/2017

OBJETIVO Conocer e identificar la importancia de la determinación de las propiedades magnéticas en los materiales metálicos y clasificarlos en paramagnéticos, diamagnéticos y ferromagnéticos debido a su comportamiento en los campos magnéticos.

INTRODUCCIÓN Los materiales magnéticos son importantes para el área de la ingeniería eléctrica. En general hay dos tipos principales: materiales magnéticos blandos y magnéticos duros. Los blandos se utilizan en aplicaciones en las cuales el material debe imantarse y desimanarse fácilmente, como en núcleos de transformadores para la distribución de energía eléctrica y como materiales para estatores y rotores de motores y generadores. Por otra parte, los materiales magnéticos duros se utilizan para aplicaciones que requieran imanes que no se desimanen fácilmente, como en los imanes permanentes de los altavoces, receptores telefónicos, motores síncronos sin escobillas y motores de arranque para automóviles. Campos magnéticos. El magnetismo tiene una naturaleza dipolar, siempre hay dos polos magnéticos o centros del campo magnético, separados una distancia determinada, y este comportamiento dipolar se extiende hasta los pequeños dipolos magnéticos encontrados en algunos átomos. El campo magnético se produce o bien por materiales imanados (metales como hierro, cobalto y níquel una vez imanados a temperatura ambiente pueden generar un fuerte campo magnético a su alrededor) o por conductores portadores del corriente eléctrica. La presencia de un campo magnético rodeando una barra imanada de hierro puede observarse por la dispersión de pequeñas partículas de hierro espolvoreadas sobre una hoja de papel localizada encima de la barra de hierro (Fig. 1). La barra imanada posee dos polos magnéticos, y las líneas del campo magnético salen de un polo y entran en el otro.

Figura 1. El campo magnético que rodea a una barra imanada puede observarse mediante la distribución de virutas de hierro sobre una hoja de papel situada encima del imán. La barra imanada es un dipolo y las líneas magnéticas de fuerza abandonan un extremo del imán y entran por el otro.

Los campos magnéticos también son producidos por conductores portadores de corriente. La Figura 2 ilustra la formación de un campo magnético alrededor de una larga bobina de hilo de cobre, llamada solenoide. Para un solenoide de n vueltas y longitud l, la intensidad del campo magnético H es l nI H 0.4π = (1) donde / es la corriente.

a)

b)

Figura 2. (a) Ilustración esquemática de un campo magnético creado alrededor de una bobina de hilo de cobre, llamada solenoide. debido al paso de comente eléctrica por el hilo, (b) Ilustración esquemática del aumento del campo magnetice alrededor del solenoide cuando se introduce una barra de hierro dentro del solenoide pasa una comente eléctrica por el hilo El campo magnético exterior al solenoide con una barra de hierro situada en su interior es mayor que sin la barra (Fig.2b). El aumento del campo magnético fuera del solenoide es debido a la suma del campo generado por el solenoide y el campo magnético extremo a la barra imanada. El nuevo campo magnético resultante se denomina inducción magnética, o densidad de flujo, o simplemente inducción y se denota por el símbolo B. Se determina como B = µ 0H + µ 0M (2) Donde M la componente del campo debido a la barra y se denomina intensidad de imantación o simplemente imantación, y µ0 es la permeabilidad en el espacio libre igual a 4π·10-7 Tesla-metro por amperio (T·m/A). La unidad del SI para B es el Weber por metro cuadrado (Wb/m2), o el Tesla (T), y la unidad del SI para H y M es el Amperio por metro (A/m). La unidad CGS para B es el gauss (G) y para H el oersted (Oe). 3

El incremento del campo magnético debido a la presencia de un material imanado se expresa utilizando permeabilidad magnética µ , definida como

Donde µr es la permeabilidad magnética relativa, una característica a dimensional. En cierta forma, la permeabilidad magnética de los materiales magnéticos es análoga a la constante dieléctrica de los materiales dieléctricos.

DESARROLLO

Comportamiento de los materiales magnéticos En ausencia de un campo magnético la mayor parte de la materia no manifiesta propiedades magnéticas; eso es debido a que internamente, los campos magnéticos generados por el movimiento de los electrones están compensados unos con otros. Sin embargo al someter a un material, sea el que sea, a la acción de un campo magnético exterior, se produce una distorsión del movimiento electrónico lo que provoca la aparición de un momento magnético opuesto al campo exterior. Además, se da el caso de materiales que poseen de antemano un momento magnético y al ser sometidos a la acción del campo se produce una alineación de dichos momentos, lo que favorece la propagación del campo magnético.

Si el concepto de momento magnético te lía un poco, podemos hacer una cosa: pensemos que a cualquier material magnético o susceptible de ser magnetizado, pudiéramos dividirlo en tantos trozos o partes tan pequeñas como quisiéramos. Cada una de esas diminutas partes seguiría conservando las propiedades originales del material y podríamos llamarlos imanes elementales. En realidad esos mini imanes son la causa del movimiento de los electrones, así si la distribución es aleatoria, como ocurre en los materiales no magnéticos, unos campos son neutralizados por los demás quedando el material en su conjunto magnéticamente neutro, pero si el material es magnético entonces se produce una alineación, tal y como ya se dijo más arriba. Por lo tanto, hay materiales que debido a los fenómenos de distorsión y alineación presenten distintos comportamientos frente a la acción de un campo magnético. Así pues, podemos distinguir: 

Diamagnéticos

Un campo magnético externo actuando sobre los átomos de un material desequilibra ligeramente los electrones de los orbitales y crea pequeños dipolos magnéticos en los átomos que se oponen al campo aplicado. Esta acción produce un efecto magnético negativo conocido como di a magnetismo. Cuando un material diamagnético es sometido a la acción de un campo magnético, las líneas de fuerza de éste son repelidas hacia el exterior, o dicho de otro modo, un material

diamagnético sería repelido permanentemente por cualquier polo de un imán. La permeabilidad magnética de estos materiales es inferior que la del vacío, pues ofrecen mayor resistencia que éste a la propagación del campo magnético. Son diamagnéticos el bismuto, el hidrógeno, los gases nobles, cloruro de sodio, germanio, grafito, etc.

Diamagnetismo - Constantes de Pascal Como el diamagnetismo proviene de circulaciones de electrones inducidas por el campo magnético externo, todos los átomos y moléculas tienen contribuciones de origen diamagnético. La susceptibilidad diamagnética de un átomo es proporcional a • el número de electrones • la suma de los radios medios de los orbitales elevados al cuadrado. Los átomos más grandes con más electrones tienen mayores susceptibilidades diamagnéticas que los átomos más pequeños con menos electrones. Las circulaciones electrónicas diamagnéticas de una molécula no se circunscriben dentro de cada uno de sus átomos, sino que abarcan toda ella. Sin embargo, en la mayoría de casos, la susceptibilidad diamagnética de una molécula puede ser obtenida con una buena aproximación sumando las contribuciones de cada uno de sus átomos y enlaces: χ= ∑χ i Ai + ∑χ j Bj Los valores xA y χB representan las contribuciones diamagnéticas de átomos y enlaces, respectivamente, y se llaman constantes de Pascal (tabla 4.2).



Paramagnéticos

Los materiales que presentan una pequeña susceptibilidad magnética positiva por la presencia de un campo magnético se denominan paramagnéticos y al efecto magnético se denomina paramagnetismo. Se produce por alineación individual de los momentos dipolares magnéticos de los átomos o moléculas bajo la acción de un campo magnético aplicado. El paramagnetismo produce susceptibilidades magnéticas en los materiales en un rango de 10- 6 hasta 10-2 y se produce en muchos materiales. El efecto paramagnético en los materiales desaparece cuando se elimina el campo magnético aplicado. Puesto que la agitación térmica distribuye aleatoriamente la dirección de los dipolos magnéticos, un incremento en la temperatura disminuye el efecto paramagnético. Los átomos de algunos elementos de transición y tierras raras poseen capas internas parcialmente llenos con electrones desapareados. Estos materiales son débilmente atraídos por los campos magnéticos, es decir que si colocamos un material paramagnético dentro de un campo magnético atraerá hacia sí las líneas de fuerza del campo. Si retiramos el cuerpo de la acción del campo no conserva propiedades magnéticas. La permeabilidad magnética en estos materiales es superior a la del vacío. Son paramagnéticos el aluminio, magnesio, titanio, wolframio, etc.



Ferromagnéticos

Los materiales ferromagnéticos producen campos magnéticos que pueden mantenerse o eliminarse a voluntad. Los elementos ferromagnéticos más importantes son el hierro (Fe), cobalto (Co) y níquel (Ni). Las propiedades ferromagnéticas son debidas al modo en el que los espines de los electrones internos desapareados se alinean en la red cristalina. Las capas internas de átomos individuales se llenan con pares de electrones con espines opuestos, y de esta forma no queda ningún momento dipolar magnético debido a ellos. En los sólidos, los electrones de valencia se combinan unos con otros formando enlaces químicos de forma que no queda ningún momento magnético significativo debido a estos electrones. En el Fe, Co y Ni los electrones internos 3d son los responsables del ferromagnetismo que presentan estos elementos. El átomo de hierro posee cuatro electrones 3d desapareados, el átomo de cobalto tres y el átomo de níquel dos. En una muestra sólida de Fe, Co o Ni a temperatura ambiente los espines de los electrones 3d de átomos adyacentes se alinean en una dirección paralela por un fenómeno denominado imantación espontánea. Esta alineación paralela de dipolos magnéticos atómicos ocurre sólo en regiones microscópicas denominadas dominios magnéticos. Si los dominios están aleatoriamente orientados, entonces no se generará imantación neta en una muestra masiva. La alineación paralela de los dipolos magnéticos en los átomos de Fe, Co y Ni es debido a la formación de un intercambio positivo de energía entre ellos.

Son materiales que cuando se introducen dentro de un campo magnético, distorsionan muchísimo las líneas de flujo. Esto es debido a que se produce un ordenamiento de los momentos magnéticos del material en la misma dirección que el campo exterior. Si retiramos el material de la acción del campo conservará propiedades magnéticas durante un tiempo. Aquí la permeabilidad magnética es claramente superior a la del vacío. Los tres materiales ferromagnéticos por excelencia son hierro, cobalto y níquel, así como sus aleaciones. Las gráficas de más abajo muestran el comportamiento de los materiales que se acaba de describir.

Imagen 4. Propagación de líneas de fuerza en el vacío.

Imagen 5. Propagación de líneas de fuerza sobre un cuerpo diamagnético.

Imagen 6. Propagación de líneas de fuerza sobre un cuerpo paramagnético.

Imagen 7. Propagación de líneas de fuerza sobre un cuerpo ferromagnético. Cuando los electrones se mueven en un hilo conductor se genera un campo magnético alrededor del hilo. El magnetismo de los materiales también es debido al movimiento de los electrones, pero en este caso los campos y fuerzas magnéticas son causados por el espín de los electrones y su movimiento orbital alrededor del núcleo. Cada electrón, que gira alrededor de su propio eje, se comporta como un dipolo magnético y posee un momento dipolar denominado magnetón de Bohr µB. Dependiendo de peculiaridades de estructura electrónica de materiales se distinguen diferentes tipos de materiales magnéticos.

Anti ferromagnetismo Otro tipo de magnetismo que se presenta en algunos materiales es el anti ferromagnetismo. En presencia de un campo magnético, los dipolos magnéticos de los átomos de los materiales anti-ferromagnéticos se alinean por sí mismos en direcciones opuestas (Fig.5). Los elementos manganeso y cromo, en estado sólido y a temperatura ambiente, presentan anti-ferromagnetismo Fig. 5 Alineamiento de los dipolos magnéticos para diferentes tipos de magnetismo:

(a) ferromagnetismo, (b) anti ferromagnetismo, y (c) ferromagnetismo Efecto de la temperatura sobre el ferromagnetismo. La energía térmica hace que los dipolos magnéticos de un material ferromagnético se desvíen de su alineamiento. Al aumentar la temperatura, se alcanza una temperatura en la cual el ferromagnetismo de los materiales ferromagnéticos

desaparece completamente, y el material se toma paramagnético. Esta temperatura se denomina temperatura de Curie (Fig. 6) Figura 6. Efecto de la temperatura sobre la imantación de saturación en un material ferromagnético. Cuando una muestra de material ferromagnético es enfriada por debajo de su temperatura de Curie, se vuelven a formar los dominios ferromagnéticos y el material se vuelve ferromagnético de nuevo. Las temperaturas de Curie del Fe, Co y Ni son 770, 1123 y 358 °C, respectivamente. 4. Magnetización y des magnetización de un metal ferromagnético La figura 7 representa el efecto de un campo aplicado H sobre la inducción magnética B de un metal ferromagnético durante la imantación y desimantación (llamada curva de histéresis).

Figura 7. Ciclo de histéresis de la inducción magnética B respecto al campo H para un material ferromagnético. Al aumentar el campo aplicado desde O, B aumenta desde cero hasta la inducción de saturación que se alcanza en el punto A.

Al disminuir el campo aplicado a cero, la curva de imantación original no vuelve por sus pasos, y queda un flujo magnético denominado inducción remanente Br (punto C en la Fig. 7). Para disminuir la inducción magnética a cero, debe aplicarse un campo en inversa (negativo) de valor Hi denominado campo coercitivo (punto D en la Fig.7). Si el campo aplicado negativo aumenta todavía más, el material alcanzará la inducción de saturación con el campo inverso en el punto E de la Figura 7. Al eliminar el campo inverso, la inducción magnética volverá a la inducción remanente dada por el punto F en la Figura 7, y al aplicar un campo positivo, la curva B-H seguirá el camino FGA hasta completar una vuelta. Volviendo a aplicar campos negativos y positivos hasta la inducción de saturación producirá vueltas sucesivas ACDEFGA. Este bucle de imantación se denomina ciclo de histéresis, y su área interna es una medida de la pérdida de energía o trabajo realizado por el ciclo de imantado y desimantado.

CONCLUSIÓN Realizar esta práctica nos consolidó el conocimiento acerca de un tópico que hemos venido desarrollando desde semestres anteriores y que es de vital importancia para nosotros como estudiantes de ingeniería, pues como es bien sabido por todos, conocer las propiedades magnéticas de los materiales puede resultar de gran utilidad al momento de realizar un prototipo o proyecto en general. El cómo los materiales metálicos y en específico sus propiedades que tienen, pueden influir mucho tanto en la forma de actuar e interactuar con los campos magnéticos, pues de esta forma logramos identificar las distintas clasificaciones de dichos materiales respecto a su comportamiento magnético. Así encontramos que los materiales diamagnéticos son aquellos que son repelidos permanentemente por cualquier polo de un imán, los materiales paramagnéticos por su parte son aquellos que son débilmente atraídos por los campos magnéticos y finalmente los ferromagnéticos producen campos magnéticos que pueden mantenerse o eliminarse a voluntad.

BIBLIOGRAFIA file:///F:/descargas/Materiales%20magn%C3%A9ticos.pdf http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2750/2957/html/21_ comportamiento_de_los_materiales_magnticos.html https://es.slideshare.net/dario18-broncano/magnetismo-11726953 https://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm10/pfcm10_5_6.html

Instituto Politécnico Nacional ESIME Unidad Azcapotzalco

CIENCIA DE LOS MATERIALES I

PRÁCTICA 12: MEDICIÓN DE PROPIEDADES ÓPTICAS

Profesor: Mario Fernando Vergara Camacho

Integrantes: Del Pilar Martínez Alfredo López Ruiz Hernán Haziel Morales Álvarez Isai Josué Rodríguez Valenzuela Natalia

Grupo: 3MM2

Equipo: 1 Fecha de entrega: 23/11/2017

OBJETIVO Conocer y lograr identificar la importancia del concepto de las propiedades ópticas en los materiales más usados en ingeniería mecánica y poder clasificar los efectos ópticos de mayor relevancia según la interacción de la luz con las superficies de los materiales; como la refracción, reflexión, absorción y transmisión

INTRODUCCIÓN Las propiedades ópticas las tenemos desde un simple espejo, prismas, lentes hasta los últimos materiales fotónicos. Las propiedades ópticas de los materiales están relacionadas con la interrelación entre el material y las radiaciones electromagnéticas en forma de ondas o partículas de energía conocidas como fotones. Esta radiación puede tener la característica de que caigan en el espectro de la luz visible o invisible para el ojo humano. Cuando los fotones interactúan con un material, se pueden producir diversos efectos ópticos, incluyendo la absorción, la transmisión, la dispersión, la difracción, la reflexión, la refracción y la generación de voltaje. Al examinar estos fenómenos nos permite comprender el comportamiento de los materiales y poder aplicarlos para producir aeronaves no detectables por el radar; laser para uso médico, comunicaciones o manufactura; dispositivos de fibras ópticas; diodos emisores de luz; celdas solares e instrumentos analíticos para determinar la estructura cristalina o composición de los materiales. . La luz ultravioleta cubre el rango desde 0.01 a 0.39µm. y la región infrarroja se extiende desde 0.77 a 100µm. (Micrones µm). Fotones.- Energía o radiación electromagnética producida por fuentes atómicas, electrónicas o nucleares, que se pueden tratar como partículas o como ondas. Fenómenos ópticos.- Si los fotones incidentes interactúan con los electrones de valencia, al interactuar con la estructura electrónica o cristalina de un material, los fotones de una fuente externa crean varios fenómenos ópticos. Si los fotones ceden su energía al material, tenemos la absorción. Cuando los fotones aportan energía y de inmediato el material emite electrones de idéntica energía, se produce reflexión. Si los fotones no interactúan con la estructura electrónica del material, en ese caso ocurre la transmisión. Cuando la velocidad de los fotones cambia; este cambio propicia la refracción.

Como interactúa la luz con respecto a los materiales: Metales.- Estos reflejan y/o absorben fuertemente la radiación desde longitudes de onda larga (ondas de radio) hasta la mitad de del rango ultravioleta. Puesto que en los metales la banda de conducción se superpone a la banda de valencia, la radiación incidente eleva fácilmente los electrones hasta niveles de energía superiores, al descender a niveles de energía más bajos, las energías de los fotones resultan bajas y sus longitudes de onda largas. Este tipo de acción produce unos rayos fuertemente reflejados desde una superficie lisa, como se observa para muchos metales como sucede con el oro y la plata. La cantidad de energía en los metales depende de su estructura electrónica de cada material. En el cobre y el oro hay mayor absorción de longitudes de onda más corta, como el azul y el verde y una mayor reflexión en longitudes más largas, como el amarillo y el rojo, las superficies lisa de estos metales muestran dichos colores reflejados. La plata y el aluminio, reflejan fuertemente todas las regiones del espectro visible y muestran un color blanco “plateado”. Plásticos.- Muchos plásticos no cristalinos como el poliestireno, el polimetil metacrilato y el policarbonato tienen excelentes transparencias, sin embargo en algunos materiales plásticos hay regiones cristalinas que tienen un mayor índice de refracción que las regiones no cristalinas. Si estas regiones son de mayor tamaño que la onda de la luz incidente, las ondas de luz serán dispersadas por reflexión y refracción, por lo tanto la transparencia del material disminuye, por ejemplo. La lamina delgada de polietileno que tiene una estructura de cadena ramificada y por lo tanto un menor grado cristalino, es más transparente que la del polietileno de cadena lineal más cristalino. La transparencia de otros plásticos parcialmente cristalinos puede variar desde el nebuloso a opaco dependiendo principalmente de su grado cristalino, contenido de impurezas y el contenido de cargas. Vidrios.- El pasó de la luz a través de una lámina de vidrio en la que la reflexión tiene lugar en las superficies superior e inferior y la absorción dentro de la lámina.

DESARROLLO Las  Propiedades ópticas de los materiales son las que se ponen de manifiesto al incidir sobre ellos la luz. Las propiedades ópticas y/o estéticas se pueden definir también como aquellas que se perciben con el sentido de la vista. Los materiales se pueden clasificar a este respecto en: 

Materiales transparentes: Son los materiales que permiten el paso de la luz, y  se puede ver con nitidez a través de ellos. Son materiales transparentes el vidrio simple o el cristal, algunos plásticos, y cualquier material que deje pasar los rayos de luz y permita ver al otro lado del mismo.



Materiales opacos: Son los materiales que no permiten el paso de la luz, y no se puede ver a través de ellos. Por ejemplo los metales, aunque el Instituto Metalúrgico Dniepropetrovsk de Ucrania desarrolló hace unos años una tecnología que retó la opacidad de ciertos metales y, aunque no se consiguió la transparencia, sí se alcanzó cierta transmisión luminosa, dando lugar a un metal traslúcido y bastante ligero.



Materiales traslúcidos: Son los materiales que permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos. Esta propiedad la tienen algunos plásticos, metacrilato, vidrios especiales o tintados, el papel de cebolla, y muchos otros.

Fenómenos Ópticos Al interactuar con la estructura electrónica o  cristalina de un material, los fotones de una fuente externa crean varios fenómenos ópticos. Si los fotones incidentes interactúan con los electrones de valencia pueden ocurrir varias cosas: los fotones ceden energía al material, en cuyo caso hay absorción; o puede ser que cuando los fotones aportan energía, de inmediato el material emite electrones de idéntica energía, de forma que se produce reflexión.

También puede que los fotones no interactúen con la estructura electrónica del material, en ese caso ocurre la transmisión. En cualquiera de estos tres casos, la velocidad de los fotones cambia; este cambio propicia la refracción. Un rayo incidente de intensidad I0 parcialmente puede reflejarse, absorberse y transmitirse. Esta intensidad I0 se puede expresar como: I0 = Ir + Ia + It Donde Ir es la porción reflejada, Ia es la parte absorbida e It es la porción transmitida a través del material. Determinar el comportamiento de los fotones respecto al material es necesario conocer varios factores internos de este, particularmente la energía requerida para excitar un electrón hacia un estado de energía más elevado. Ahora examinaremos cada uno de estos cuatro fenómenos: Refracción Cuando un fotón es transmitido provoca la polarización de electrones en el material y, al interactuar con el material polarizado, pierde parte de su energía. La velocidad de la luz se puede relacionar con la facilidad con la cual un material se polariza tanto eléctricamente (permisividad) como magnéticamente (permeabilidad). Sin embargo, los materiales ópticos no son magnéticos, por tanto la permeabilidad puede no tomarse en  cuenta. Dado que la velocidad de los fotones disminuye, cuando el haz entra al material cambia de dirección. Suponiendo que un haz de fotones viaja en el vacío e incide sobre un material, a y b son los ángulos que los haces incidentes y refractados tienen con el plano de la superficie del material, entonces: n = c = l vacío = sen a V      l        sen b La relación n es el índice de refracción, c es la velocidad de la luz en el vacío y v la velocidad de la luz dentro del material. Si los fotones viajan en el material 1 y de ahí pasan al material 2, las velocidades de los haces incidentes y refractados dependen de la relación entre sus índices de refracción. v1 = n1 = sen a v2    n2     sen b Con la última expresión de esta igualdad podemos determinar si el haz será transmitido como un haz refractado o si se reflejará. Si el ángulo b es igual a 90°, el haz que viajaba a través del material se refleja.

Cuando el material ser polariza fácilmente habrá más interacción de fotones con  la estructura electrónica del mismo. Entonces, es de esperarse una relación entre el índice de refracción y la constante dieléctrica del material.

Leyes de refracción: 1. Cuando la onda pasa de un medio a otro, el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia, están en el mismo plano. 2. Cuando la razón del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante para los medios comprendidos. Dicha constante se denomina índice de refracción, n, para ambos medios. La distancia que la dirección del haz refractado se desplaza con respecto a la del haz incidente se denomina desplazamiento y depende del ángulo de incidencia y del índice de refracción. Cuando el rayo incidente es perpendicular a la superficie, la refracción y el desplazamiento equivalen a cero. La refracción varía según la longitud de onda. Las ondas cortas como el azul y la violeta, se transmiten más que las ondas largas como la roja. Este fenómeno se utiliza para separar la luz blanca en sus colores componentes atravesando un prisma de refracción. El grado de la separación de color, que depende del ángulo de incidencia y de las propiedades refractivas del material del prisma, se denomina dispersión.

Reflexión Cuando un haz de fotones golpea un material, éstos interactúan con los electrones de valencia y ceden su energía. Cuando las bandas de valencia no están totalmente ocupadas, cualquier radiación, de casi cualquier longitud de onda, excita a los electrones hacia niveles superiores de energía. Podría esperarse que, si los fotones son totalmente absorbidos, no se reflejaría luz y el material aparecería de color negro. Sin embargo, cuando fotones de longitud casi idéntica vuelven a ser emitidos,  mientras que los electrones excitados regresan a sus niveles inferiores de energía, ocurre la reflexión. Dado que la totalidad del espectro visible se refleja, los materiales con esta propiedad tienen un color blanco o plateado (en los metales).La reflectividad R da la fracción del haz incidente que se refleja y está relacionada con el índice de refracción. Si el material esta en el vacío o en el aire: R=n-1       n+1 Si el material está en algún otro medio, con un índice de refracción ni entonces: R=n-ni       n+ni Los materiales con alto índice de refracción tienen mayor reflectividad que aquellos cuyo índice es bajo. La reflectividad y el índice de refracción varían con la longitud de onda de los fotones.

Tipos de reflexión: Reflexión especular, cuando la superficie reflectora es lisa. Obedece a dos leyes fundamentales: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal a la superficie en un punto de incidencia se trazan en un mismo plano. La segunda ley es que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Reflexión compuesta, no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero el ángulo de intensidad máxima reflejada es igual al ángulo de incidencia. Esta reflexión ocurre cuando la superficie es irregular o rugosa. Reflexión difusa, cuando la luz que incide sobre una superficie es reflejada en todas las direcciones, siendo el rayo normal a la superficie el de mayor intensidad. Este tipo de reflexión se produce en superficies como el papel blanco mate, las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve etc. Reflexión mixta o reflexión intermedia entre la especular y la difusa, en la que parte del haz incidente se refleja y parte se difunde. Este tipo de reflexión la presentan los metales no pulidos, el papel brillante y las superficies barnizadas.

Absorción La porción de haz incidente que no es reflejada por el material es absorbida o transmitida a través del mismo. La fracción de luz absorbida está relacionada con el espesor del material y la forma en la cual los fotones interactúan con su estructura. La intensidad del haz, después de pasar a través del material, está dada por: I = I0 exp (-m x) Donde x es la trayectoria a través de la cual se mueven los fotones (por lo general, el espesor del material), m es el coeficiente lineal de absorción del material para los fotones, I0 es la intensidad del haz, después de reflejarse en la superficie delantera,  e I es la intensidad del haz cuando llega a la superficie trasera. La absorción ocurre debido a varios mecanismos. En la dispersión de Raleigh, el fotón interactúa con electrones en órbita y sufre una deflexión sin cambios de energía; este resultado es más significativo para átomos con alto número atómico y para fotones de baja energía.

La dispersión Compton es causada por la interacción entre electrones en órbita y fotones; así, el electrón es expulsado del átomo y, por tanto, consume parte de la energía del fotón. De nuevo, átomos con números atómicos más altos y energías de fotón menores causan mayor dispersión. El efecto fotoeléctrico se presentará cuando al energía del fotón se consuma al romperse la unión entre el electrón y su núcleo.  Conforme la energía del fotón aumenta (reduciendo la longitud de onda), ocurrirá menos absorción, hasta que el fotón tenga una energía igual a la de la unión. A este nivel de energía, el coeficiente de absorción  se incrementa de manera significativa. La energía o longitud de onda a la que esto ocurre se conoce como margen de absorción. Cuando los fotones no interactúan con imperfecciones del materia, se dice que éste es transparente. Éste es el caso del vidrio, cerámicos cristalinos de alta pureza y de polímeros amorfos como acrílicos, policarbonatos y polisulfones.

Transmisión La fracción del haz que no ha sido reflejada ni absorbida se transmite a través del material. Podemos determinar la fracción del haz que se ha transmitido por medio de la siguiente ecuación. It= I0 (1- R )2 exp (-m x) De nuevo observamos que la intensidad del haz transmitido dependerá de la longitud de onda de los fotones dentro del haz. Si sobre un material incide un haz de luz blanca y se absorben, se reflejan y se transmiten fracciones equivalentes de fotones con longitudes de onda diferentes, el haz transmitido también será de luz blanca. Pero, si los fotones de longitud de onda más larga son absorbidos en mayor proporción que los de longitud de onda más corta, la luz transmitida aparecerá del color de la longitud de onda corta cuya absorción haya sido menor. La transparencia no es otra cosa que la transmisión íntegra de los haces de luz que inciden sobre el material y la intensidad del haz también depende de características micro estructurales. Cuando cualquiera de estos tres fenómenos  ópticos se da de forma que solo fotones con un intervalo específico de longitud de onda son absorbidos, reflejados o transmitidos, se producen propiedades ópticas poco comunes, que se traducen en cambios de color (policromía), colores característicos (como el rojo del láser de rubí dopado), etc. Tipos de transmisión: Transmisión regular, el haz que incide sobre un medio, la atraviesa y sale de él como tal haz. Los medios que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos transparentes y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrás de ellos. Transmisión difusa, el haz incidente se difunde por el medio, saliendo del mismo en múltiples direcciones. A estos medios se les denomina traslúcidos y los más conocidos son los cristales esmerilados y los vidrios opacos opalizados. Los objetos colocados tras de ellos no son distinguidos con precisión. Transmisión mixta, la transición de la transmisión, intermedia entre la regular y la difusa. Se presenta en vidrios orgánicos, vidrios orgánicos depulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la difusión del haz de luz no es completa, los objetos no se pueden observar claramente detrás del mismo aunque sí su posición.

CONCLUSIÓN El desarrollo de esta práctica nos sirvió para consolidar nuestros conocimientos teóricos acerca de un tema que hemos venido desarrollando desde hace mucho tiempo, pero que no le habíamos dado la debida importancia, pero que gracias a lo visto en clase y a lo que hemos investigado ya consideramos de vital importancia, pues para nosotros como estudiantes de ingeniería, conocer las propiedades ópticas de los diferentes materiales puede resultar de gran utilidad al momento de realizar un prototipo o proyecto en general. El cómo los materiales y en específico sus propiedades ópticas que tienen, pueden influir mucho tanto en la forma de actuar e interactuar con la luz y en especial con los fotones, los cuales son Energía o radiación electromagnética producida por fuentes atómicas, electrónicas o nucleares, que se pueden tratar como partículas o como ondas, dando como resultado cuatro diferentes tipos de fenómenos ópticos. Así encontramos que los materiales actúan de diferentes forma al interactuar con la luz, por ejemplo los metales reflejan y/o absorben fuertemente la radiación desde longitudes de onda larga (ondas de radio) hasta la mitad de del rango ultravioleta, produciendo unos rayos fuertemente reflejados desde una superficie lisa, como se observa para muchos metales como sucede con el oro y la plata. Los materiales poliméricos, por su parte, tienen excelentes transparencias, sin embargo en algunos materiales plásticos hay regiones cristalinas que tienen un mayor índice de refracción que las regiones no cristalinas y en el caso de un material cerámico (vidrio) el paso de la luz a través de éste, tiene lugar en las superficies superior e inferior y la absorción dentro del mismo.

BIBLIOGRAFIA http://www.materialesde.com/propiedades-opticas-de-los-materiales/ https://teknikailuminacion.wordpress.com/2013/12/10/propiedades-opticas-de-lamateria/ http://www.mailxmail.com/curso-introduccion-ciencia-materiales/propiedadesmateriales-opticas-1 https://www.slideshare.net/zZho0nii/prop-opticas20 file:///C:/Users/Downloads/APUNTES%20C.M.%20I%20REV.11%20AGOSTO %202017.pdf