Opacité et transparence

[lagier74]

Bonjour, il y a quelque chose que je ne comprend pas dans la couleur des matériaux. Prenons le cas d'un saphir ( transparent et de couleur bleu) et un matériau bleu opaque. Dans les deux cas des transitions quantiques ou l'excitation de phonons peu importe absorbent les ondes de couleurs oranges ce qui se traduit par une couleur bleu de l'objet. Mais quel différence il y a t-il au niveau physique qui traduit le caractère opaque ou transparente. La seule explication selon moi serait de dire que dans le cas opaque. Les électrons ne sont pas simplement absorbés mais également réfléchis c'est à dire que la matière réémet une onde du fait de leur mouvement. Ce qui voudrait dire dans le cas du saphir transparent que les électrons ne réémettent pas d'ondes électromagnétiques et sont ainsi statiques, seules des transitions quantiques ou phonons sont possibles.
Comme vous pouvez le voir ce n'est pas clair, j'aimerais bien comprendre la différence entre les deux. merci. cordialement
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[LPFR]

Re.
Votre saphir (bleu transparent) est bleu pale aussi bien pour la lumière transmisse que la lumière réfléchie.
Tous les électrons de couches externes des molécules de Al2O3 se font agiter par le champ électrique des ondes électromagnétique de la lumière et réémettent la même fréquence dans toutes les directions.
Je vous recopie une explication que j’avais donné pour expliquer l’indice de réfraction. Elle est nécessaire pour comprendre la couleur de l’onde transmisse et réfléchie :
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Le ralentissement de la lumière dans un milieu est le résultat de l'interaction du champ électrique de l'onde avec les électrons de la matière. Donc, ce n'est pas simplement une question d'énergie de photons.
Dans la matière, le champ électrique de la lumière fait osciller les électrons, même s'ils restent liés à leur atome. L'amplitude de cette oscillation dépend des caractéristiques du matériau. Mais la fréquence est celle de l'onde.
Ces électrons accélérées (car ils oscillent) émettent une onde électromagnétique de même fréquence et en retard de phase dans les toutes les directions. Le jeu des interférences fait que seules les ondes dirigées en avant et en arrière donnent des interférences constructives. On peut ignorer les autres. Le résultat que l'on voit quand une onde entre dans un diélectrique, est une onde qui part en arrière que nous appelons "onde réfléchie" qui est le résultat de l'addition des ondes émises à différentes profondeurs dans le diélectrique. Vers l'avant, nous avons ce qui reste de l'onde incidente (qui s'est atténué en faisant osciller les électrons), plus les ondes émises à différentes profondeurs avec leurs déphasages. Le résultat de l'addition est une onde qui semble s'être propagé moins vite que dans le vide.
Évidemment, on ne va pas s'emmquiquiner à faire ce calcul à chaque fois et on utilise un modèle mathématique qui consiste à attribuer une vitesse de propagation plus lente dans le diélectrique (ce qui définit l'indice de réfraction), ainsi que des règles pour calculer l'amplitude de l'onde transmisse et réfléchie à partir des indices de réfraction.
La dépendance de l'indice de réfraction avec la fréquence provient de la réponse des électrons en fonction de la fréquence.
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Revenons au saphir. Il pressente des centres qui absorbent toutes les longueurs d’onde sauf le bleu. Et ils l’absorbent aussi bien pour la lumière re-émisse vers l’avant que pour la lumière re-émisse vers l’arrière.

Si la densité de centres « bleus » est trop grande seule la lumière bleue pourra passer. Mais si le matériau est trop épais, l’absorption de la lumière bleu (qui est partiellement absorbée aussi) fera que le matériau sera opaque et seule une petite partie de la lumière bleue sera vue par réflexion.
A+

[lagier74]

la seule chose bizarre dans votre explication est le fait que vous dites que pour n'importe quel matériau le champ E fera bouger les électrons dans ce dernier. Or pour moi si les électrons bouges, c'est une source d'un nouveau champ E. ce qui se traduit par une réflexion. Peut-on imaginer un matériau 100% transparent, tel que aucune lumière soit réfléchie, tel que aucun électron bouge ( car si ils bougeraient ils émettraient alors une onde en direction opposée)

[LPFR]

Re.
Oui. On peut l’imaginer. Mais ça s’arrête là.
Il faudrait que l’indice de réfraction soit strictement égal à 1.000…
C’est l’indice de réfraction du vide. Mais même l’espace intergalactique a un indice de réfraction très, très, très légèrement supérieur à 1 à cause des quelques 1000 électrons par m³ qui s’y trouvent.
Mais il ne faut pas mélanger le fait qu’il y ait une onde qui se réfléchit à l’interface avec la transparence.
Une fois que l’onde est rentrée, le matériau peut être très transparent, comme l’est celui utilisée pour les fibres optiques.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[lagier74]

Je crois avoir trouvé la question qui me chagrine depuis un bon bout de temps. Imaginons que les phénomènes d'absorption quantiques et l'excitation des phonons n'existent pas. Cependant les électrons peuvent bouger lorsqu'ils sont soumis à un champs E. Que va t-il se passer dans le cas d'un matériau réfléchissant ( disons un métal) et dans le cas d'un matériau transparent ( voilà j'aurais du formuler ma question comme cela depuis le début).

[lagier74]

En fait la question est toute simple, je ne comprend pas ce qui différencie la réflexion de la transmission.

[lagier74]

Si vous arrivez a m'expliquer la transparence avec le même type d'explication que celle que vous m'avez donnez au dessus que j réécris ci-dessous ce serait parfait

(ces électrons accélérées (car ils oscillent) émettent une onde électromagnétique de même fréquence et en retard de phase dans les toutes les directions. Le jeu des interférences fait que seules les ondes dirigées en avant et en arrière donnent des interférences constructives. On peut ignorer les autres. Le résultat que l'on voit quand une onde entre dans un diélectrique, est une onde qui part en arrière que nous appelons "onde réfléchie" qui est le résultat de l'addition des ondes émises à différentes profondeurs dans le diélectrique. Vers l'avant, nous avons ce qui reste de l'onde incidente (qui s'est atténué en faisant osciller les électrons), plus les ondes émises à différentes profondeurs avec leurs déphasages. Le résultat de l'addition est une onde qui semble s'être propagé moins vite que dans le vide.
Évidemment, on ne va pas s'emmquiquiner à faire ce calcul à chaque fois et on utilise un modèle mathématique qui consiste à attribuer une vitesse de propagation plus lente dans le diélectrique (ce qui définit l'indice de réfraction), ainsi que des règles pour calculer l'amplitude de l'onde transmisse et réfléchie à partir des indices de réfraction.
La dépendance de l'indice de réfraction avec la fréquence provient de la réponse des électrons en fonction de la fréquence)

[lagier74]

je comprend un peu pourquoi les interférences sont constructives à l'avant et à l'arrière. mais j'ai du mal a comprendre pourquoi dans le verre par exemple il y aura 4% de reflexion et 96% de transmission.