ciencia da cor

5/24/2018 Ciencia Da Cor

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PROCESSOS QUMICOS TXTEIS

VOLUME II Cincia da Cor

Por

Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam, M.Sc, PhD, CText FTI.

Professor Adjunto IV, Centro de Tecnologia,UFRN, Natal-RN, Brasil.

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA TXTIL

NATAL, RN - BRASIL.

2004


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CINCIA DA COR


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Processos Qumicos Txteis II DPT 141 Prof. Dr. Rasiah Ladchumananandasivam, PhD CText FTI iii

ficha catalogrfica

PREFCIO

A cor fascinou o homem desde o incio da civilizao, como podemos ver que foi o povo daidade da pedra que pintou figuras dos animais em vrias cores de vermelho, amarelo, marrom,e preto em tamanhos vivos nas paredes das cavernas. Durante a idade do bronze, o tingimentofoi descoberto e os pigmentos e corantes apareceram na maioria das cores manufaturadas nomundo.

O interesse cientfico pelas cores , provavelmente, to antigo quanto a histria, e os cientistasdo mundo todo investigaram exaustivamente os seus mistrios. Em termos industrias a cinciateve seu auge com a inveno dos computadores digitais nos anos sessenta. A disponibilidadede computadores mais baratos deu um impulso ao sistema de controle da cor, comunicaodireta entre o computador e o usurio, como tambm espectrometria controlada porcomputadores. Os desenvolvimentos destes equipamentos tiveram avano nas reas deformulao ds cores, assessoramento nas diferenas das cores, tcnicas de separao das corese percepo das cores.

A presente apostila mostra os aspectos cientficos bsicos necessrios para os alunos da reatxtil, com relao avaliao do dia a dia na manufatura e controle dos produtos coloridos.

Este trabalho faz parte da srie das apostilas preparadas pelo Professor RasiahLadchumananandasivam como apoio s aulas ministradas no Curso de Engenharia Txtil daUniversidade Federal do Rio Grande do Norte.

Ladchumananandasivam, Rasiah, 2002

Srie - Processos Qumicos Txteis.

Volume II Cincia da Cor


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CONTEDO

Pgina1 A natureza da luz e a sua interao com a matria 11.1 Natureza da radiao eletromagntica 11.1.1 Teoria da onda 11.1.2 Teoria quntica ou corpuscular 21.2 Excitao molecular 31.2.1 Transies eletrnicas 51.2.2 Transies vibracionais 61.2.3 Transies rotacionais 71.3 Espectro eletromagntico e a sua utilidade na qumica orgnica / fsico qumica. 7

1.4 Fonte de luz natural 81.4.1 Radiao do corpo negro 91.4.2 Lei da radiao de Planck 101.5 Fontes de luz artificial 111.5.1 Incandescncia 121.5.2 Temperatura e cor 121.5.3 Temperatura da cor correlata 131.5.4. Lmpada com filamento tungstnio 131.5.5 Lmpada de tungstnio - halognio 131.5.6 Outras fontes semelhantes de radiao corpo negro 131.5.7 Tubos com descarga de gs 141.5.8 Lmpadas de descarga de arco de xennio 151.5.9 Lmpadas fluorescentes 16

1.5.10 Lmpadas das cores primrias 171.6 Fontes padres de CIE 181.7 Propriedades das fontes de luz artificiais 201.7.1 Eficincia da lmpada 211.8 Absoro e disperso da luz 221.8.1 Reflexo da luz 231.8.2 Absoro da luz 251.8.3 Disperso da luz 271.8.4 Anlise Kubelka Munk 281.8.4.1 As limitaes da teoria Kubelka Munk 301.8.5 Abordagens alternativas 301.8.6.1 Teoria da transferncia radiativa 301.9 Curvas espectrofotomtricas e suas relaes cor percebida 311.9.1 Absoro / transmisso 311.9.2 Refletncia 332 Instrumentos para mensurao da luz absoro / refletncia 352.1 Calormetros 352.1.1 Primeiros calormetros fotoeltricos 362.2 Os princpios da espectrofotometria 372.2.1 Fontes da luz 382.2.2 Monocromadores 382.2.2.1 Os tipos de grades 392.2.3 Exemplo de um monocromador moderno 402.3 Aplicao de espectrofotometria de transmisso nas indstrias de fabricao de

corantes e naqueles que usam.41

2.3.1 Padronizao dos corantes 412.3.2 Espectrofotmetros de refletncia 42


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3 Calorimetria e o sistema CIE 453.1 Aspectos fundamentais 453.2 Misturas aditiva e subtrativa das cores 46

3.3 Propriedades da mistura aditivas das luzes 503.3.1 Observador padro funes de combinao da cor 513.3.2 Calculo dos valores triestimulus dos valores da refletncia 524 Cor 554.1 A expresso da cor 564.2 Os nomes comuns das cores e os nomes gerais das cores. 564.3 Cor, valor e croma. 584.3.1 Hue 594.3.2 Valor 594.3.3 Croma 594.4 Visualizao tridimensional das cores em termos de matiz, valor e croma. 604.5 Comunicao numrica da cor 624.6 Expresso numrica de diferenas minsculas da cor 654.7 Expresso numrica da cor: o sistema fundamental psicofsico da cor chamado

sistema da cor Yxy.68

4.7.1 Diagrama da cromaticidade 694.8 Sistema de cor Munsell 704.8.1 O que notao Munsell 704.8.2 A roda da cor do Munsell4.9 Converso dos cdigos numricos da cor para a notao Munsell 734.9.1 Sistema L

*, a

*, b

*para notao Munsell 74

4.10 Metamerismo 764.10.1 O metamerismo do iluminante 764.10.2 O metamerismo do observador 764.10.3 O metamerismo geomtrico 76

Bibliografia. 78


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1. A natureza da luz e a sua interao com a matria

1.1 Natureza da radiao eletromagntica:

- Radiao uma forma de energia;- Quando absorvida ela produz calor.Numa forma concentrada ela capaz de gerar vapor suficiente para rodar grandes

turbinas ou cortar metais.Ela ainda tem um potencial sem limite na rea militar.Os cientistas conhecem e entendem sobre as propriedades da radiao

eletromagntica e principalmente o tipo em que a retina humana pode detectar (queaqui ser referido como luz).

Duas teorias que tentam descrever a natureza da luz

1.1.1 Teoria da onda

Est teoria descreve a radiao em termos de campos eltricos e magnticos.Ele foi postulado principalmente em uma forma de descrever as propriedades da luz.Isto : interferncia, difrao e fenmeno da polarizao.

Os primeiros protagonistas desta teoria incluindo Huyghens, Fresnel, Maxwell,Hertz e Einstein acreditavam que a radiao consiste de uma srie de ondas que

originaram das diferentes partes de um tomo ou de uma molcula de acordo com otipo:Origem da radiao

Radiao Centro de distrbioRaio- NcleoRaios-X Eltron (camadas internas)U.V (ultravioleta) Visvel. Eltron (camadas externas)I.V (infravermelho) Todo tomo ou molcula.

A luz tem velocidade finita (C). Num espao vazio ela tem uma velocidade de2,997925x108 ms-1 ou cerca de 170.000 Km/s. Este valor permanece constante,dependendo do tipo da radiao que est sendo medida ou a sua intensidade. Ela devagar quando a luz tem que passar atravs de um meio, de acordo com a equao1.1.Velocidade da luz no meio = C/n

vacuoar n

C

n

C= (1.1)


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Onde n = indicie refrativo do meio.A distncia entre dois picos de ondas, ou qualquer outra caracterstica

recorrente, definido como o comprimento da onda (). Ex. AB na figura 1.1.

A B

DistnciaFigura 1.1 comprimento da onda

T

Tempo

Figura 1.2 Perodo de radiao

Um outro paramento importante, a freqncia () o nmero de ondascompletas que ocorrem por segundo e expresso em hertz (s -1). O comprimento deonda e a freqncia da radiao so relacionados a sua velocidade pela equao 1.2.

Velocidade, C = (1.2)Outras medidas comuns de radiao incluem o perodo (T) (Figura 1.2) que o

tempo gasto entre o recorrente de um a caracterstica de uma onda (equao 1.3);T = 1/ (1.3)

o numero da onda (), que o numero de ondas por metro, isto , o recproco docomprimento da onda (equao 1.4)

= 1/ (1.4)

Magnitude dodistrbioeltrico

Magnitude dodistrbio

eltrico


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costume se expressar a maioria de formas de radiao, principalmente

ultravioleta (U. V) e visvel, em termos de seus comprimento de onda. Na regioinfravermelha (I. V) a radiao tambm pode ser descrita pelo seu comprimento daonda (m) ou numero de comprimento (m 1). [1 = 10-4 cm; 1m = 10-7 cm; 1=10.000; A =1000 m].

A unidade de comprimento que selecionada para o comprimento da ondadepende largamente da regio do aspecto eletromagntico que est em estudo.

A luz azul-verde podia ser dito que tem um comprimento de onda de 5x10 -7ou0,0000005m, que complicado. Conseqentemente os comprimentos de onda naregio visvel so normalmente medidos em unidades de fcil calculo, o nanmetro(nm), com 1nm = 10-9m. Ento a cor mencionada acima ter o comprimento de500nm.

Surpreendentemente, a radiao nem sempre descrita pela sua freqncia,que tem uma maior importncia do que o comprimento da onda, nas mudanas deenergia que ocorrem durante a absoro e emisso (equao-1.5). Estepossivelmente que no pode ser medido diretamente, isto , ela tem que ser deduzidoatravs da medio do comprimento da onda.

1.1.2 Teoria Quntica ou Corpuscular

Muitas propriedades da luz, principalmente aquelas relacionadas absoro eemisso, no podem ser bem explicadas pela teoria da onda e existem muitosaspectos que reforam o conceito em que a luz existe, em uma srie de pacotes deenergia, comumente conhecidas como ftons com energia (E), equao 1.5:

E= h (1.5)Onde, h = constante de Planck = 6,626176x10-34Js.

Ento a luz de baixa freqncia tem energia menor (equao 1.5) e maiorcomprimento de onda (equao 1.2) isto , que os comprimentos de ondas grandestem baixa energia.

Energia medida em Joules (J) no sistema SI, todavia, o eltron volt (eV), isto, a quantidade de energia adquirida por uma partcula que carrega uma cargaeletrnica unitria, quando ela cair atravs de uma diferena potencial de 1V, pode serproveitoso (1eV = 1,602x10-19J), que equivalente a 96,47 kJ/mol.

1.2 Excitao Molecular

Quando um tomo ou molcula absorve a radiao ele excitado por umaquantidade que depende da energia da radiao e ela se desloca para um nvel de


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maior energia. Est energia emitida quando ela retorna ao seu estado original.Somente certos tipos destas transies podem ocorrer, isto , aqueles que esto entre

nveis de energia estvel. Na Figura 1.3, A e B so nveis de energia.J

v321

v2 021

v1 021

vo 0

Jv3

21

v2 021

v1 021

vo 0

B = nveis eltrons qunticosvo, v1 v2 e v3 = so nveis vibracionais qunticos (onde v o numerovibracional quntico).Jo, J1 e J2 = nveis rotacionais qunticos (onde J numero rotacionalquntico).

Figura 1.3 (a) e (b) Nveis de energia eletrnico vibracional e rotacional.

At para o tomo de hidrognio, existem vrios nveis de energia possveis,com o prton no centro. Os valores de nveis de energia correspondem com osnmeros qunticos principais (n),1, 2 , 3, 4 e 5 so E1 , E2, E3, E4 e E5respectivamente. Se a molcula de hidrognio esta no meio de uma descarga eltrica,algumas molculas vo separa em tomos, e alguns destes tomos podem atingir umestado eletrnico excitado, isto , assume valores maior que 1.

Alguns destes tomos perdem toda energia excedente, retornando ao nvelmais baixo (n = 1) e emite radiaes com freqncias 1, 2, 3, 4, por exemplo.

B (estado excitado)

A (estado nvel baixo)

}

}


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E2 E1= h1E3 E2= h2

E4 E3= h3, etc.

Figura 1.3 (c) Nveis de energia no tomo de hidrognio.

Essas diferentes freqncias so separadas atravs da passagem por umprisma ou Linhas de grade diffraction grating. A separao da radiao nos seuscomprimentos de freqncias forma o espectro do elemento.

Uma transmisso eletrnica ocorre quando um eltron absolve energia e semove para um estado de maior energia (excitado). O nvel normal A conhecidocomo estado baixo de energia; o prximo nvel B o primeiro nvel excitado edependendo da complexidade do tomo mais nveis eletrnicos excitados podemexistir acima deste nvel.

Transies vibracionais entre nveis de energia v0 v3ocorre quando a energiaabsolvida causa as ligaes entre os tomos para curvar ou estender, enquanto aradiao absolvida pode tambm causa a molcula rodar sobre diferentes eixos, comJ0 J2 representando os diferentes nveis de energia rotacional. Ento, se umatransio ocorre de Bopara Ao, a freqncia da radiao emitida e dada pela equao1.6:

EBo EAo= E = h (1.6)

Todas estas transies so quantificadas, isto , somente pacotes de energia

de certas freqncias podem ser efetivos em causar estas mudanas. Todas estastransmisses so acompanhadas pela absoro ou emisso de energia que dar alinha caracterstica do espectro, mas por causa de vrias ocorrncias dentro depequena diferena de energia, muitas linhas ficam bem perto de uma da outra soproduzidas que para uma banda no espectro.

1.2.1 Transies Eletrnicas.

n =1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

E1

E2E3

E4

E5


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Transies eletrnicas so produzidas quando o eltrons (sigma), (pi), ou nno ligante (non-bonding) elevado do nvel baixo para um nvel alto de energia

conhecido como o orbital antiligante (antibonding) denominado por * ou n*. Estesprincpios podem ser ilustrados pelo estudo do grupo carbonil mostrado na Figura 1.4.Os tipos de transies eletrnicas que ocorrem comumente na regio do

espectro U.V / Visvel / I.V em ordem decrescente de energia necessria so asseguintes:

(a) * Necessita de radiao de alta energia de U. V distante.(b) n - * Necessita de radiao de baixa energia (250 - 300 nm) e

claro, a molcula deve conter eltrons.(c)

(d)

*

n - *

Geralmente estas transies necessitam ainda baixaenergia na ordem de 200-800 nm.

Em geral, 10012.000 KJ/mol (1120eV) de energia necessria para efetuara transio eletrnica dos tipos acima mencionados. A entrada de (a introduo de)energia destas propores suficiente para distrbio das maiores ligaes covalentes(que tem a fora em torno de 200600kJ/mol) e a relao fotoqumica pode resultar,

por exemplo, no descobrimento dos corantes.

1.2.2 Transies Vibracionais.

Existem dois tipos de transies vibracionais, isto , estiramento, onde adistancia entre dois tomos aumenta e diminui periodicamente, e encolhimento, ondea posio dos tomos muda com relao ao eixo original da ligao. Quando amolcula perde energia e volta para o estado original, evolui radiao em forma decalor.

}


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Fig 1.4 Ligaes no grupo carbonil.

1.2.3 Transies Rotacionais.

Transio por causa da rotao do tomo ou molcula sobre eixos diferentesoferece um tipo de espectro molecular mais simples. Efetivamente estas transies spodem ser estudadas no I.V. distante e regies de microondas. Elas podem ser

efetuadas sobre uma pequena quantidade de energia (~0,005 eV) e ento as linhasficam muito prximas.

1.3 Espectro Eletromagntico e a sua utilidade na qumica orgnica / fsicoqumica.

Existem vrios tipos de radiao com comprimentos de ondas variando de 10 14 m para ondas csmicas at ondas de rdio que so alguns metros de comprimento(Figura 1.5). A tabela 1.2 oferece um sumrio dos mais comuns nas quais os vrioscomprimentos de espectro eletromagntico so aplicados.

C O

Eltrons no-ligantedo oxignio podesurgir n - * e n *transies.

Ligao entre o carbono e

oxignio pode dar *

e n - *

transies.

Dois orbitais do carbono capaz de formar

ligaes e *e n - *transies.


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Luz visvelVioleta Azul Verde Amarelo vermelho 780(nm)380 700

400 650450 600

500 550OndasCsmicas

Raio - Raios -X

U.V. I.V. Microonda

Radar

Rdio

10-5 10-3 10-1 10 103 105 109 (nm)Figura 1.5 Espectro Eletromagntico.

Tabela 1.2 Uso das diferentes partes do espectro eletromagntico

Radiao Tcnica Informao em

Raio-X DifraoFluorescncia Posio dos tomos em lminasAnlise dos elementosU.V visvel Espectrofotometria

EspectrofotometriaGrau de conjugao / cor.Distribuio espectral de energia dasfontes.

I.V Espectro-radiometria Estrutura molecularMicroondas Ressonncia de rotao do

eltronRadicais livres

Radio Ressonncia MagnticaNuclear - NMR

Estrutura molecular

1.4- Fontes de Luz Natural.

A luz solar nos atinge aps uma quantidade significativa sendo removida peloespalhamento e processos de absoro na atmosfera da terra devido ao sue contatocom oznio, vapor de gua, ar e lixos industriais, etc. A natureza da luz solar varia deacordo com:

(a) A latitude do local da medio e a estao do ano(b) Local e condies climticas


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(c) Tempo do dia.Todos afetam o grau em que os raios solares so espalhados e absolvidos.

Como visto na terra, at as radiaes emitidas das diferentes partes do sol sodiferentes, sendo mais considervel no centro do que nas periferias. Tambmvariando de acordo com o tempo, ao nvel de sada da superfcie, variando em tornode um ciclo de 11 anos. Por causa das variaes que ocorrem dentro da fonte e dascondies atmosfricas, as curvas da distribuio da energia espectral (SED), isto , aproporo da energia total emitida em cada comprimento da onda visvel e perto doespectro U.V, das diferentes formas da luz solar varia gradativamente, como ilustradona Figura 1.6. Esta mostra que o cu claro no apogeu mais azul, porque maisespalhado, horas este azul diminui significativamente quando o cu se torna maisnublado.

Figura 1.6 SED das diferentes formas da luz solar.

1.4.1 Radiao do Corpo Negro (Black Body)

A temperatura do radiador Corpo Negro pode ser usado como um meio dequantificar a distribuio de energia de um iluminante. O Corpo Negro pode serconsiderado como um corpo vazio, coberto por uma jaqueta atravs da qual, umliquido pode ser passado para elevar a temperatura do corpo, com isso, qualquer

1- Luz solar no seu apogeu2- Luz solar cu norte3- Luz solar no nublado4- Sol e cu claros5- Luz solar direta

Comprimento de onda

Energiarelativa


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temperatura pode ser atingida dentro do corpo, a radiao trmica desenvolvida estsujeita ao processo repetido de absoro e reflexo no seletiva. Se um orifcio, com

um pequeno furo no corpo, qualquer radiao que entra rapidamente absorvida (porisso o nome de Corpo Negro). Ento a quantidade da radiao que emergir do orifcio,depende somente da temperatura do corpo e no de sua composio.

Entrada

SadaFigura 1.7 Radiador Corpo Negro simples (um fluido numa dadatemperatura usado para aquecer o corpo a temperatura do fluido controla aquantidade de radiao que sugada pelo orifcio).

1.4.2 Lei da Radiao de Plank.

O radiador Corpo Negro, freqentemente referido como total ou radiadorPlankiano e difcil de obter na pratica, devido a maioria dos materiais tenderem aabsolver a luz, seletivamente em alguns pontos na regio U.V visvel ou I.V. Todavia,a distribuio da energia terica nessa regio pode ser calculada em uma dadatemperatura com o uso da lei da radiao de Plank, Equao 1.7.

[ ]1)/exp(M

25

1

=

TC

C

(1.7)

Onde M= emisso espectral de um Corpo Negro, Wm-3T = Temperatura absoluta, K= comprimento da radiao, m

Fludo circulante a TK

Pequeno orifcio

Coberto comcaractersticas deabsoro no-seletiva.


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C1= 2..c2h = 3,7415 x 10-16Wm2C2= 1,4388 x 10-2mK

Esse facilita o calculo do comprimento de onda Vs emisso espectral para umverdadeiro Corpo Negro numa dada temperatura (Figura 1.8).

Comprimento de onda, nm.Figura 1.8 Curva de energia relativa contra O comprimento de onda de

Corpo Negro nas diferentes temperaturas (todas as curvas foram

normalizadas em 560 nm para facilitar a comparao).

1.5 Fontes de Luz Artificial

A luz artificial produzida de duas formas. O primeiro mtodo peloaquecimento de um material, at o ponto em que os seus tomos ou molculas seexcitem e colidam, subseqentemente de excitarem e emitem radiao visvel. Estefenmeno conhecido como incandescncia, produz um espectro continuo com apresena de radiao de todos os comprimentos de onda de uma certa faixa.

Energiarelativa


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Aleatoriamente, a luz pode ressaltar numa descarga eltrica; aqui o espectro da linha obtido (radiao de comprimentos de onda singelos separados pelas regies em

que no emitida energia radiante).

1.5.1 Incandescncia

Se um objeto metlico, um basto aquecido, apos um certo tempo ele setornar muito quente para ser tocado, isto , porque da radiao I.V est sendoemitida,.se continuarmos aquecendo o basto, todavia, o objetivo comea a brilhar,primeiro uma luz vermelha fosca e em seguida uma luz vermelha brilhante, depoisamarela e branca, e at azul em temperaturas alta. Ento o comprimento de ondamdia da luz que emitida diminui de acordo com o aumento da temperatura do

metal. A distribuio da energia da radiao, e sua cor da luz emitida do objeto, controlada pela sua temperatura.

1.5.2 Temperatura e Cor

Algumas fontes incandescentes, ex. lmpada de filamento tungstnio, temdistribuio da energia espectral (SED) mais perto de um radiador Corpo Negro. Estasemelhana oferece um meio de descrever a cor da radiao da lmpada por meio deum valor, isto , a temperatura do Corpo Negro da qual o SED se assemelha ao valor

da produo descrita. Infelizmente, o SED de todos as fontes em alguma maneiradiferem dos seus radiadores Corpo Negro, formando qualquer descrio com valoresaproximados.

O problema resolvido pela definio da cor no meio em teste em termos doradiador Corpo Negro que tem a mesma cromaticidade, um conceito descrito comouma combinao da nuana (matiz) e a saturao da cor da lmpada. Todavia, se almpada (o meio da luz) tem uma cromaticidade que difere significativamente daquelado Corpo Negro, radiador mais perto, ele no pode ser descrito em termos da cor, nodeve ser usado para descrever a cor de todas as lmpadas com um espectrocontnuo, e definitivamente aquelas com espectro continuo, e dificilmente aquelas comespectro de linha, tendo a produo (rendimento) que convenientemente diferentedaquelas dos radiadores totais.

Deve-se notar que, nos pontos em que a fonte e o radiador Corpo Negrotenham a mesma cromaticidade, a temperatura real do filamento sempre menor quea temperatura da cor associada. A temperatura deve ser expressa usando unidadesdo SI, o Kelvin (K).


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1.5.3 Temperatura da Cor Correlata

A luz dos tubos florescentes, e das combinaes das lmpadasincandescentes e filtros no tem cromaticidade que se aproxima de qualquer radiadorCorpo Negro. Conseqentemente, a cor destas lmpadas no pode ser descrita emtermos de temperatura de cor convencional. Em lugar disso, cada um definido pelatemperatura da cor correlata, a qual a temperatura do Corpo Negro onde a cor destatemperatura mais perto da lmpada. Ele no fornece qualquer informao dadistribuio de energia da lmpada.

As lmpadas fluorescentes emitem muito pouco calor e as reais temperaturasde operao so consideravelmente mais baixas do que os radiadores totais cem amesma cor.

1.5.4 Lmpada com Filamento de Tungstnio.

Algumas fontes (de luz) mostram pequenos desvios da distribuio Plankiana eas lmpadas so timos exemplos. A radiao derivada principalmente doaquecimento do fio de tungstnio pela passagem da corrente eltrica. Esse processo normalmente feito em dentro de um bulbo que contm um gs inerte ou presso doar reduzida para manter a oxidao do filamento no mnimo. A radiao que foiemitida (e ento a temperatura da cor) cor relacionada a temperatura controlada na

maioria das vezes pela voltagem aplicada. Na prtica a voltagem deve ser alteradaquando possvel para produzir uma proporo maior de radiao visvel, massuficientemente branco para oferecer uma vida mais longa da lmpada. Na realidade,lmpadas de tungstnio so produzidas com grande variedade de temperaturas decores, variando das lmpadas comuns com 2.800K at lmpadas fotogrficas com3.400K.

1.5.5 Lmpadas de Tungstnio Halognio.

Foi mostrado que quando adicionado um pouco de iodo ou bromo dentro deuma lmpada h re-deposio do tungstnio vaporizado no filamento reduzindoconsideravelmente a deposio do tungstnio nas paredes da lmpada. Isto permitefazer mudanas na geometria da lmpada que resulta no aumento da eficincia e avida til. Por causa de alto filamento e temperatura das cores, tais lmpadas podemoferecer alta promoo na regio de U.V.

1.5.6 Outras fontes semelhantes de radiao Corpo Negro


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A distribuio de energia do sol na atmosfera da terra tambm pode-seaproximar ao do Corpo Negro 6575K mas na superfcie da terra ela pode variar

dependendo do tempo e das condies das nuvens.Chamas de velas e fsforos tm SED bem prxima a de um radiador CorpoNegro 1800K.

1.5.7 Tubos com Descarga de Gs.

Corpos incandescentes emitem luz na forma de energia contnua por causa doaquecimento. A luz tambm pode ser obtida se os tomos de um vapor sobombardeados com eltrons numa corrente eltrica. Quando os tomos resultantesexcitados retornam aos seus estados originais, eles emitem radiaes com bandas

estreitas, caracterstica da consistncia do vapor, na forma de espectro de linha. Estepode ser mostrado pelas lmpadas de descarga de mercrio de alta presso que um produto inicialmente comercializado. As suas cores azul e verde so por causados picos 405, 436, 546 e 577 m. A intensidade e o tamanho (largura) dos picos socontrolados, na maioria pela corrente aplicada e a presso de vapor dentro do tubo.Nas lmpadas de presso baixa, as linhas so extremamente estreitas, mas, umaumento na presso alonga as linhas.

Comprimento de onda, nm.

Figura 1.9 SED de uma lmpada de mercrio de alta-presso.

No inicio de 1960 as lmpadas de sdio de alta presso foram desenvolvidas.Ainda, quando foi aumentada a presso da operao dentro do tubo, alargou as linhasde sdio substitudas por uma banda larga (Fig.1.10).

Energiarelativa


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Fig. 1.10 SED da lmpada de sdio de alta-presso.

Ambas as lmpadas de mercrio e sdio so largamente usadas na iluminaode ambientes externos, mas at recentemente no tinha outras aplicaes. Isto porcausa da cor dos objetos vistos nesta lmpada (luz), na maioria dos casos, completamente diferente quando for visto luz do dia, por causa da falta de algumascores na produo da lmpada. Ento, a carne, por exemplo, no parece vermelha se

no tiver vermelho na fonte da iluminao.Desenvolvimentos recentes nas lmpadas de sdio facilitaram sua operaocom vapor de sdio numa alta temperatura e presso, para produzir luz branca commelhor rendimento da cor cara iluminao de interiores.

1.5.8 Lmpada de descarga de arco de Xennio.

Principalmente pela sua distribuio espectral, que quando filtradoapropriadamente, assemelha-se a luz do dia e com boas propriedades de distribuioda cor, lmpadas com descarga de arco de xennio de alta presso, tornou-seimportante nos ltimos anos. Ele tem produo contnua em todas as partes visveis epartes significantes do espectro U.V e I.V e usado extensivamente emcinematografia, aplicaes laboratoriais e cientficas.

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Figura 1.11 SED para arco de xennio filtrada e alta presso,comparada com a luz do dia mdia, iluminante CIE D65.

1.5.9 Lmpadas Fluorescentes

Lmpadas de descargas emitem radiao sobre regies pequenas do espectrode U.V visvel e I.V. Alm disso, pelo aumento da presso do corpo dentro da

lmpada, possvel aumentar a quantidade da radiao visvel que emitida porunidade de potncia eltrica. Isto , a eficincia da luminosidade, pela cobertura daparede dentro da lmpada com um material fluorescente. Esta camada absolve aradiao U.V e re-emitida na regio visvel como um espectro contnuo.

O espectro assim produzido dependendo do tipo de composto florescente dacobertura. Alguns exemplos destes ingredientes ativos conhecidos como fsforsincluem tungstatos metlicos, silicatos, boratos, arsenatos e com importncia especial,o halofosfatos que emitem a regio do espectro verde-amarelo onde o olho doobservador mais sensvel.

Os tubos florescentes que utilizaram as linhas de U.V. na descarga da radiaodo mercrio na baixa presso ( 254, 313 e 365m) eram disponveis comercialmenteem 1930. Desde ento foram desenvolvidos vrios trabalhos nas lmpadas por usosespecficos com alta eficincia de luminosidade e/o melhoria das propriedades nosrendimentos das cores. A lmpada de halofosfato com branco gelo (cool white) altaeficincia na produo mas sofrem deficincia do vermelho. A lmpada branca de luxmorno fabricada para superar essa deficincia. A lmpada de luz do dia artificial foidesenvolvida na tentativa de obter luz com qualidade semelhante daquela dailuminao do D65em termos da temperatura e contendo da U.V da cor, de um tubosimples fluorescente (1963).

Energiarelativa

Arco de Xennio filtradode alta presso.


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Figura 1.12 SED dos alguns dos tubos fluorescentes.

1.5.10 Lmpadas das cores Primarias

Recentemente foi mostrado que possvel obter melhor equilbrio da coreficincia da luminosidade pelo uso das misturas das linhas de vermelho, verde e azulpara ajudar a luz do dia. Foi calculado que as para essas linhas ideais seria: 450 nmpara azul 540 nm para verde e 610 nm para vermelho. Estas cores so referidas comocores primrias.

Quando os fsforos apropriados foram desenvolvidos e para colocar est teoriaem funcionamento, as lmpadas resultantes que foram comercializadas comoultralume (Westing house) nos EUA e TL84 (Philips) na Gr Bretanha e mostraramque estas lmpadas tiveram melhor equilbrio entre o mantimento da cor e a eficinciada luminosidade do que as lmpadas fluorescentes convencionais. A posio dalmpada TL84 ilustra as melhorias que foram atingidas.

Branco gelo halofosfatoDeluxe branco mornoLuz do dia artificial

Energiarelativa


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Figura 1.13 SED da lmpada TL84.

Estas lmpadas foram introduzidas como iluminantes para economizar energia,mas causaram um grave problema, onde o SED destas lmpadas difere totalmente daluz do dia. Ento, dois artigos que aparecem similar a estas lmpadas podem dar umadiferena na lmpada de tungstnio ou na luz do dia e conseqentemente deve tomar

cuidados especiais na seleo dos corantes.

1.6 - Fontes Padres do CIE.

Como explicada antes, a luz do dia varia de acordo com as estaes do ano edia, condies climticas, localidade geogrfica, etc. At a radiao de fontesartificiais como filamento de tungstnio aquecido depende de fatores como tempo dedurao da lmpada, dimenses e voltagem aplicada. Todavia desejvel conduzircomparaes reprodutveis com exatido da cor, visualmente ou invisivelmente, afonte de sua distribuio de energia devem ser definidas. Est tarefa foi organizadapela Comisso Internacional de lclairage (CIE) que em 1931 props o uso de umasrie de iluminantes padronizados, com caractersticas espectrais de duas fontesprincipais do dia que so lmpadas de luz do dia e de tungstnio.

importante diferenciar a fonte e o iluminante. A fonte e o material fsico queemite luz, ex: uma lmpada ou uma vela, enquanto essencialmente o iluminante uma tabela de energias relativas em cada comprimento de onda no espectro visvel eperto da U.V, por ex: as condies medias de iluminao. Conseqentemente ele temuma sada terica que nem sempre percebida por a prpria fonte.

Energiarelativa


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O iluminante A do CIE foi desenvolvido como um meio de definir a luz tpicadaquela de uma lmpada de tungstnio, cheia de gs. A produo sada dela similar

ao do radiador Corpo Negro a 2856 K. O iluminante B foi desenvolvido para simular aluz do dia da tarde e o iluminante C foi projetado para representar a luz do dia mdia.Existem divergncias significantes entre os SEDs dos iluminantes B e C e daquelesque possuem valores mais perto dos radiadores totais. Estas diferenas sosignificantemente grandes para assegurar que suas cromaticidades tambm sodiferentes e conseqentemente as cores dos iluminantes B e C.

So descritas por temperaturas das cores a correlatas de 4874 K e 6774 Krespectivamente. Estas fontes so obtidas pela correlao de filtros lquidos azuis,com constituies deferentes na frente de uma lmpada de filamento de tungstnio.

Todos estes iluminantes podem ser realizados pelas fontes fsicas (tungstnio

aquecido com e sem filtros azuis).O iluminante D do CIE, D65com a temperatura da cor correlato aproximado

6500 K foi a principal adio no serie dos iluminantes padronizados. Este contm oSED que tem uma boa aproximao com a luz do dia.

(a) Bem cedo at a tarde(b) De cu claro azul at condies nubladas.(c) Nas diferentes latitudes.


Figura 1.14 SED dos iluminantes A, B, C, e D65do CIE.

CIE recomenda tambm o uso dos iluminantes com cores de 6000 e25000 K mas fora que dois iluminantes D55ou D75devem ser usados quando

Energiarelativa


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for possvel. Estes iluminantes representam temperaturas de cores correlatasde 5500 K e 7500K respectivamente.


Figura 1.16 SED dos iluminantes do CIE, D55, D65 e D75 (as curvasforam normalizadas a 560 nm).

1.7 Propriedades das Fontes de Luz Artificiais.

Existem dois tipos de fontes de luz artificiais que interessam os cientistas dacor:

(a) A eficincia da lmpada, que controlada pela quantidade da luz que ela emitepor uma quantidade de entrada da potncia eltrica e com qual facilidade estaluz pode ser detectada pr um observador qualquer.

(b) As caractersticas do rendimento da luz da lmpada. Este o grau em que a

lmpada altera a cor de um conjunto de padres de tonalidade (matiz, nuana)acreditado como representativa do ambiente mdio prtico, de uma verdadeiracor dentro da fonte de referncia escolhida. O rendimento geral da cor Ra freqentemente usado para descrever esta propriedade. Quando o valor do Ra 90-100, a fonte do teste pode ser considerada de ter propriedades da cor derendimento que so quase idnticas ao da fonte de referncia. Fonte comvalores de Ra na faixa de 80-90 so tambm consideradas como satisfatriasnos ndices de 70 e os mais baixos, pode indicar que existe diferenasignificativa entre a referencia e a fonte em teste.

Energiarelativa


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1.7.1 Eficincia da Lmpada.

Alguns tipos da luz podem ser vistos mais fcil do que outras. mostrado naFigura 1.17; a maneira fcil em que um observador pode ver a luz plotada como umafuno de seu comprimento de onda. Ento pra um dado fluxo radiante (radiant flux

pode ser definido como a energia radiante emitida de, transferida para ou recebidapor uma superfcie por um intervalo de tempo). Luz verde a 555 nm pode ser vistafacilmente enquanto o azul ou vermelho com o mesmo fluxo radiante aparece meiofosco pela comparao.

Esta curva Vdescreva a sensibilidade relativa do olho humano para radiaovisvel: pela modificao do fluxo radiante (p) da lmpada (que para uma fontecontnua, pode conter radiao maior, que no pode ser vista pelo observador

humano) cada comprimento de onda, com valores da curva V , a sada pode serconvertida em fluxo luminoso (F em lumens, lm).

= dVPKF n (1.8)Onde Kn = eficincia luminosa da radiao 555 nm, onde V mxima sobre

680 lm W-1.Ento K a medida da eficincia da transferncia da potencia eltrica (P em

Watts) para fluxo luminoso por uma dada lmpada, como na expresso:

P

FK= (1.9)

400 600 800Comprimento de onda, nm.

Figura 1.17 Funo da Luminosidade (V).

Os limites da integral na expresso 1.8 so idealmente fronteiras acima eabaixo do espectro visvel, isto , aproximadamente 380 e 770 nm.

Luminosidadere

lativa

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2


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1.8 Absoro e Disperso da luz

Vamos considerar a passagem da luz do ar numa superfcie de um filmepintado, que pode variar de um acabamento com brilho total at um acabamentofosco, para estudar o fenmeno de absoro e disperso. Dali, a luz continua at ointerior do filme, que contm partculas coloridas de pigmentos de tamanhos variados.No final, aps uma disperso mltipla, absoro e reflexo ela retorna ou, se asubstncia for transparente, passa atravs da face inferior do filme (Figura 1.18), Osprocessos diferentes e as leis que os controlam so descritos abaixo, iniciando doponto onde a luz toca o filme pintado.

Existem dois fenmenos possveis quando a luz encontra a superfcie pintada:ela pode ser refletida ou refratada.

Figura 1.8 Absoro e Disperso da luz.

1.8.1 Refrao da luz

A refrao no interior do filme ocorre de acordo com a lei de Snell, que diz quequando a luz viaja atravs de um meio de ndice refrativo n 1encontra-se e entra nummeio de ndice refrativo n2, ento a relao 1.10 vlida:

1

2

sen

sen

n

n

ro

io=

(1.10)

onde i= ngulo da incidnciar= ngulo de refrao.

O ndice refrativo de cada material dependente do comprimento de onda daluz no qual ele empregado. No vidro, por exemplo, ele diminui com o aumento docomprimento de onda, isto , a luz azul desviada mais forte do que a vermelha.

i

r

Partculas de pigmentosembutidos no polmero

i= ngulo de incidnciar = ngulo de refrao

Processo deespalhamento eabsoro da luz

Ar (ndice refrativo n1)

Meio da tinta (ndicerefrativo n2)

Fonte da luz


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Como resultado um espectro produzido quando uma luz branca passa atravs deum prisma.

1.8.2 Reflexo da luz

A luz, ou uma poro dela pode ser refletida de volta para dentro do mesmomeio. Esta luz no estar sujeita ao processo de absoro e disperso que poderia terocorrido se ela tivesse continuada dentro do meio, e conseqentemente, ela seria damesma cor da radiao incidente. A quantidade em que passa no segundo meio controlada em grande escala pelos ndices refrativos dos dois meios. Ento para umaluz no polarizada, quando o ngulo da incidncia normal para a superfcie (0o), arefletncia () pode ser determinada pela lei do Fresnel (equao 1.11):

2

12

12

+

=nn

nn (1.11)

Os ndices refrativos do ar e uma resina de tinta tpica so 1,0 e 1,5respectivamente. (Ento a quantidade da luz que seria refletida quando ela encontraum filme pintado a 90o ser [(1,5 1,0) / 1,5 + 1,0)]2 = 0,04 ou 4% da radiaoincidente.Quando o ngulo de incidncia elevado acima de 30o, todavia, a proporoda luz refletida aumenta at o ponto onde, nos ngulos que se tocam levemente ( i90o), toda radiao incidente refletida, isto , = 1,0.

A direo desta luz refletida torna-se uma parte importante na aparncia dasuperfcie do filme pintado. Se ela fosse concentrada numa regio muito pequena numngulo igual ao ngulo de incidncia, a superfcie aparecer brilhosa, isto , que elater uma alta refletncia especular.

Inversamente, se a luz for refletida indiscriminadamente em todos os ngulosentre +90oe 90o, ela ter uma aparncia fosca, isto , ela ter alta refletncia difusa.A proporo de a reflexo especular a difusa governada pela superfcie do filmepintado (Figura 1.19).

Figura 1.19 Reflexo Especular e Difusa.

Fonte da luz

Reflexo especular Reflexo difusa


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Este aspecto pode ser bem ilustrado na forma de diagramas polares quedescrevem a intensidade da luz refletida de + 90oa 90ocom linhas de comprimentos

variadas do ponto em que o raio da luz toca a superfcie (figura 1.20).

Figura 1.20 Distribuio polar da luz refletida.

Ento, a rugosidade da superfcie e o ngulo no qual vista ditam o brilho dofilme. Todavia, estes mesmos fatores tambm afetam a profundidade aparente ou aintensidade da gradao/sombra. O brilho e a sombra aparentes s podem ser bemavaliados sob condies diferentes de visualizao. Ento, a disposio paravisualizao mostrada na figura 1.21, e deve ser observado na avaliao do brilhoda superfcie. Entretanto no pode ser usada para avaliar as propriedades das cores,principalmente com padres de alto brilho, pois o observador ver somente umaimagem da fonte da luz.

A figura 1.22 mostra a disposio usada para essa avaliao e muito melhorpara esse fim.. Nesta posio o observador evita a luz branca refletida da superfciebranca que tem um efeito de diluio da luz colorida que sai do interior do filmepintado. Com materiais foscos a luz refletida desta superfcie no pode ser evitadapelo observador. Conseqentemente, no possvel obter nuanas fortes nasemulses foscas como possvel com tintas brilhosas.

A luz refletida difusamentepara dar um acabamento fosco

Alguma luz refletida especularmente para dar,ex. um acabamento do tipo casca de ovo.

A maioria da luz refletidaespecularmente para dar um


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Figura 1.21 Arranjo para avaliao da superfcie brilho

Figura 1.21 Arranjo para avaliao da superfcie brilho

1.8.3 Absoro da luz

Voltando figura 1.18, podemos considerar o que aproximadamente acontececom 96% da luz que penetra na superfcie. Dentro do filme pintado, ele passa atravsde uma matriz polimrica que contm partculas de pigmento de tamanhos diferentes(principalmente, 0,1 1,0 m) com propriedades variadas de disperso. Algumaspartculas so to pequenas, < 0,2 m que podem ser consideradas como estandoefetivamente na soluo e elas podem ser tratadas da mesma maneira que umasoluo de corante que absorve, mas no dispersa a luz.

As solues de corantes e as partculas de pigmentos pequenos sogovernadas por duas leis. A primeira a lei de Lambert (s vezes referida como leide Bouguer) que estabelece que as camadas da mesma espessura de umasubstncia transmitem a mesma frao da luz incidente, num dado comprimento deonda, de qualquer intensidade. Ento se Io a intensidade da radiao incidente, e I1,I2, e I3,, etc., representam a intensidade da radiao aps a passagem atravs dascamadas 1, 2, 3, etc., de camadas de mesma espessura, ento a mesma frao deradiao ser absorvida por cada camada (Figura 1.23).

Fonte da luzolho

Fonte da luz

olho


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Luz

incidente Luz transmitida

Camada 1 Camada 2 Camada 3

Se Io = 1,000 unidade arbitrriaEnto I1 = 0,500I2 = 0,250I3 = 0,125 (transmitncia)

Figura 1.23 Lei de Lambert.

A outra lei que governa a absoro, Lei de Beer, estabelece que a absoro daluz proporcional ao nmero de molculas absorventes no seu caminho (isto , aconcentrao da soluo absorvente).

Estas leis podem ser combinadas para formar a Lei Beer-Lambert, que podeser expressa, matematicamente, como na equao 1.12:

cl

oII = 10 (1.12)

Onde, I = intensidade da radiao da transmitida

Io= intensidade da radiao incidente = coeficiente da extino molar, 1mol-1cm-1c = concentrao do soluto absorvente, mol l-1l = comprimento do caminho ou espessura da camada absorvente,

cmFazendo que T= I / Io , a equao 1.12 pode ser reescrito na forma de equao

1.13:

Log 1/T = c l = D (1.13)Onde, T = transmitncia

D = absorbnciaAbsorvncia representa uma quantidade muito til porque aditiva; se trs

filtros tendo valores de absorvncia de D1, D2e D3, so colocados juntos num contatotico ( para que nenhuma luz espalhada em cada interface) a absorvncia total (D) dada pela equao 1.14:

D = D1+ D2+ D3 (1.14)Tambm tem uma relao linear com a concentrao dentro de certo limite.

Conseqentemente, uma plotagem de c contra D produz uma linha reta que passaatravs da origem com um ngulo de coeficiente (gradiente) l.


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As limitaes principais da Lei Beer-Lambert consistem em que ela relaciona-se estritamente a radiao monocromtica e se aplica apenas s solues corantes

que no dispersam a luz, em concentraes suficientemente baixas a fim deassegurar que o corante esteja presente na forma mono-molecular. As espcies decorante presentes como formas bi-molecular ou tri-molecular, por exemplo, produzemuma absorvncia mais baixa do que produziriam se estivessem presentes comomolculas separadas (Figura 1.24).

Concentrao (C)

Figura 1.24 Desvio da Lei Beer-Lambert.

1.8.4 Disperso da luz

Quando a luz passa num meio e encontra partculas com dimetros dez vezesmaiores que seu comprimento de onda, ela difundida numa quantidade quedepende da diferena do ndice refrativo entre o pigmento e o meio, de acordo com aequao de Fresnel. Essa diferena, e conseqentemente o nvel de disperso podealterar com o comprimento da onda.

Normalmente um pigmento difunde a luz com mais eficincia em uma regio doespectro enquanto tem sua absoro principal numa outra banda. Isto explica porqueos filmes transparentes e translcidos podem ter diferentes tons quando forem vistospela luz refletida em lugar da luz transmitida. Esta diferena no ndice refrativo entre opigmento e o meio tambm a razo principal pela qual o dixido de titnio e outrospigmentos inorgnicos (ex. xidos de ferro, sulfetos de cdmio, cromatos de chumbo,etc.) que tm os ndices refrativos acima de 2,0 mostram melhores propriedades dedisperso e poder de opacidade, enquanto os pigmentos orgnicos, que tm ndicesrefrativos perto das maiorias das resinas de revestimento superficial (cerca de 1,5)so comparativamente transparentes. A luz que no refletida ou difundida pelos

A lei Beer-Lambert obedecida nesta faixade concentrao

Pequena, mas, desviosignificante da linearidade:aumento da concentraooferece baixo aumento naabsorbncia do que na regiolinear.

Absorbncia (D)


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pigmentos entra no interior da partcula e sujeita aos processos normais deabsoro. A parte que emerge continua at atingir outras partculas e deste modo

difundida todos os pontos no filme tinto.Existem leis que tentam caracterizar este processo de absoro e disperso damesma maneira que a lei de Beer-Lambert caracteriza os meios coloridos no difusos.

1.8.5 Anlise Kubelka-Munk

Se considerarmos o simples caso da luz passando atravs de uma camadapigmentada muito fina num filme pintado (Fig. 1.25) num fluxo difuso para baixo (fluxo= i) e fluxo difuso para cima (fluxo = j) ento as mudanas que ocorrem representadapor die dj respectivamente, descrito como a seguir:

Fluxo para baixoDiminuio pela absoro = - KidxDiminuio pela disperso = - Si dxAumento pela disperso de retorno da radiao procedente para cima = +

Sj dx

Isto . di = - Ki dx Si dx+ Sj dxou di = - (K + S )i dx + Sj dx

onde, K e S so os coeficientes de absoro e disperso para ocolorante.

superfcie do filme pintado

dx

SubstratoFigura 1.25 Anlise Kubelka-Munk

Estas equaes diferenciais oferecem uma srie de solues para K e S,usando dados de refletncia para a camada colorida em substratos branco e preto(com valores de refletncia conhecidos). Os valores de K, S e K/S mostram asfunes que so aditivas e linearmente relacionadas a concentrao dentro de umcerta faixa.

j

i

x

Camada fina que maiorem comparao comtamanho das partculas de

pigmento, mas menor emcomparao da espessuratotal.


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Todavia, como a lei de Beer-Lambert h limitaes maiores para este tipo deanlise. A teoria pode apenas ser usada com relao radiao monocromtica. Ela

no se aplica a luz que perdida na interface ar/meio, devido as reflexos de Fresnelquando esta entrando ou saindo desta fronteira. Presume-se tambm que aspartculas de pigmentos so orientadas aleatoriamente e que os valores de K e Ssoconstantes em todo o filme. Nenhum sistema pigmentado pode verdadeiramente estade acordo com estes requisitos devido possibilidade do ar ser introduzido nascamadas superiores ou floculao, separao sedimentao ou alinhamento daspartculas do pigmento. Todavia, a maior limitao desta teoria que ela compreendeapenas dois fluxos, isto , luz difusa que passa para cima ou para baixo.

A luz que deixada aps os processos de absoro e difuso pode emergir dofilme pintado e ser vista pelo observador em duas direes principais: para cima e

para baixo.Se a luz incidente passa atravs da camada colorida e ao alcanar um suporte

transparente, ex. vidro ou filme polimrico claro, ela emergir como transmisso difusase houver alguma difuso, ou como transmisso especular se no tiver ocorridonenhum outro desvio alm da refrao nas interfaces (Figura 1.26).

Figura 1.27 Luz refletida

Quando a luz difundida na camada colorida at o ponto em que ele retornae/ou refletida do suporte para encontrar o fundo da superfcie pintado num ngulomais baixo do que o ngulo crtico (, na figura 1.27) uma poro dela refletida devolta na camada colorida, seguindo exatamente o mesmo processo de Fresnel

Iluminante

Transmisso especular

Figura 1.26 Luz transmitida

Transmisso difusa

Interior da camadacolorida Reflexo internaPigmento

Ar

Camada colorida


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(Fresnel reflexo) que a luz incidente sofreu na camada superior da superfcie. Aintensidade da luz que emerge ser 4% menor do que quando ela estava no fundo da

superfcie pintado (Figura 1.27).

1.8.5.1 As Limitaes da Teoria Kubelka-Munk

1. Em altas concentraes de cores acontece uma importante interaopartcula/partcula e h um significativo desvio da linearidade.

2. No se leve em considerao a perda de luz nas interfaces ar/meio oumeio/ar.

ar

meio

3. Suponhamos que a difuso-absoro seja mesma no total dascamadas coloridas. Todavia isto no se aplica a muitos sistemaspigmentados.

4. Aplica-se a um comprimento de onda cada vez porque S e Kdependem do comprimento da onda.5. No possvel irradiar e visualizar as camadas superiores

difusamente.

1.8.6 Abordagens Alternativas

As deficincias da teoria Kubelka-Munk, principalmente para padrestranslcidos motivaram a adoo da teoria de Mie. A teoria tenta descrever o queacontece quando a luz colimada, ao oposto da luz difusa, usada na anlise Kubelka-Munk, encontra uma partcula de pigmento esfrica singela.

As seguintes informaes so necessrias para efetuar a anlise:

1. Distribuio do dimetro e tamanho das partculas do pigmento, ex.determinado pela microscopia eletrnica.

2. ndice refrativo do meio, ex. obtido usando um refratmetro.3. Absoro e ndices refrativos do pigmento.

1.8.6.1 Teoria da transferncia radiativa


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A teoria de transferncia radiativa, esboada por Chandrasekhar usa osresultados obtidos da teoria de Mie para dar o mesmo tipo de informao que obtida

da anlise de Kubelka-Munk, mas sem algumas das restries, ex. radiao direta oudifusa pode ser feita. A teoria til uma vez que permite que os nmeros de fluxosque podem ser analisados sejam estendidos de dois (na teoria Kubelka-Munk) paratantos quantos o tempo e as facilidades computacionais permitam.

1.9 Curvas Espectrofotomtricas E Suas Relaes Cor Percebida

possvel medir a cor de um meio transparente ou opaco irradiando com, porexemplo, de luz de tungstnio e medindo a quantidade que transmitida ou refletida,respectivamente como uma funo do comprimento da onda. Um espectrofotmetro

usado para este fim e a curva produzida chamada de curva espectrofotomtrica, queuma vez que no tenha havido nenhuma fluorescncia, oferece a impresso digitaldessa cor.

1.9.1 Absoro/Transmisso1.9.2

As curvas espectrofotomtricas no difusas podem ser de dois tipos: absoroou transmisso (Fig. 1.28).

Absorvncia zero ou transmisso 100% atravs do espectro visvel so

produzidas por meios que no podem ser afetados pela luz e produzem as basestransparentes ou incolor mostrada na Fig. 1.28. Se a luz for absorvida completamentee/ou difundida pelo meio, ela produz as linhas opacas. Todavia, se parte da luz forapenas preferencialmente absorvida, ento a cor ser produzida como descrito naTabela 1.4.

Cores predominantes absorvidas pelo meio colorido

Cor do meio Cor predominante da luz que absorvidaMagenta Verde (450-570 nm)Amarelo Violeta azulada (400-460 nm)Azul Verde-amarelado, amarelo, laranja, avermelhado.

Ento a forma da curva e a posio da absoro mxima descrevem a cor domeio. Se, por exemplo, uma soluo de corante azul produzir uma curva de absorosemelhante aquela mostrada na figura 1.28, mas com o pico com comprimento deonda mais longo, teria uma aparncia mais verde uma vez que estaria absorvendomenos verde e mais vermelho. Por outro lado, se o pico fosse de comprimentos deonda mais baixos teria uma aparncia mais vermelha.


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Figura 1.28 Curvas de absorbncia e transmitncia contra o comprimento de ondapara corante amarelo, magenta e azul.

A profundidade, concentrao ou intensidade da cor pode ser avaliada daaltura da curva acima da linha da base da absoro. Para as medies da absoro

Amarelo

Magenta

Azul

Amarelo Magenta

Azul


Transmitncia, %

Absorbncia


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isto diretamente proporcional a concentrao da cor, at um certo limites. Aporcentagem da transmisso ou absoro no pico da curva, combinado com sua

largura, apresentam um aspecto importante num outro aspecto dar cor percebida. Istopode ser ilustrada pelas cores imaginrias mostradas na curva de transmisso dafigura 1.29. Em (a) apenas a luz vermelha esta sendo transmitida. A luz tem umaaparncia rica ou pura uma vez que no foi adulterada por outras cores. A medida quea curva se alarga para (b) uma significativa quantidade de verde esta sendotransmitida, o vermelho original perde um pouco da sua pureza e ele se tornadistintamente amarelado (misturas aditivas de vermelho e verde resultam emamarelo). Em (c) a luz azul esta sendo transmitida para dar a cor uma aparnciaamarronzada. Assim a cor torna-se mais fosco a medida que a curva de transmissose alarga.

Em geral quanto mais confinada for a faixa de transmisso mais limpa, maispura ou mais saturada ser sua aparncia.

Comprimento de onda, nm.Figura 1.29 Pureza da cor percebida

1.9.3 Refletncia

Com relao as espcies difuso da luz (ex. produtos txteis coloridos outintas) a cor pode ser representada pelas curvas de refletncia (figura 1.30) comoacontece as curvas de absoro e transmisso, suas formas oferecem uma descriocompleta da cor. Assim, por analogia com as curvas de absoro usadas paradescrever a cor da luz transmitida, podemos chegar as seguintes concluses:

a. O comprimento de onda da refletncia mnima oferece uma excelenteindicao da tonalidade principal, ex: 400 450 nm para amarelos, 530

580 nm para vermelhos e 600- 660 para azuis.

Azul Verde Vermelho Azul Verde VermelhoTransmisso

Azul Verde Vermelho


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b. O valor da refletncia mnima oferece uma vasta indicao daprofundidade da nuana; a figura 1.31 ilustra esse caso e mostra as

curvas de refletncia de trs superfcies amarelas que aumentam emprofundidade de fraca para forte.c. A largura da curva informa sobre a pureza (tambm chamada de brilho

ou saturao) da cor. A medida que ela diminui com relao a altura, apureza ou grau de absoro seletiva aumenta e vice versa.

Comprimento de onda

Comprimento de onda, nm.Figura 1.30 Curvas de refletncia Vs. Comprimento de onda.

Amarelo

Azul

Veludo preto

Fraco

Mdio

Forte


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2 Instrumentos para mensurao da luz absoro/refletncia

Os instrumentos que so usados na mensurao da cor podem ser divididosem dois grupos:

1. Aqueles que so usados para objetos transparentes, onde o nicoprocesso que ocorre a absoro da radiao;

2. Aqueles que so usados na medio da cor de objetos opacos pelareflexo.

Na prtica, todavia, os objetos reais no se classificam dentro destascategorias definidas, e entre os objetos opacos e transparentes existem objetos que

variam de solues de corantes de pouca turvao at filmes parcialmentetransparentes.

A propriedade que muda dentro desta faixa a extenso na qual a luz difundida:

1. Um objeto completamente transparente no mostra nenhuma difuso,enquanto que um objeto completamente opaco no transmite nenhumaluz.

2. Os objetos brancos e pretos constituem casos especiais.3. Brancos: difundem, mas no absorvem nenhuma luz;

4. Pretos: absorvem toda luz que cai neles, e esta propriedade mascaraqualquer difuso que pode estar presente.Os objetos coloridos transparentes exibem absoro, mas nenhuma difuso,

enquanto que os objetos coloridos opacos exibem ambas a absoro e a difuso.Com relao aos instrumentos envolvidos importante usar o grupo correto.

Resultados incorretos podem ser obtidos se o instrumento designado para medio datransmisso for usado para uma soluo turva, porque tais instrumentos objetivamamostras que so homogneas do ponto de vista tico.

Com objetos completamente opacos no haver problemas quando foremusados instrumentos destinados para reflexo, alm de usar as consideraesespeciais de usar os iluminantes padres e condies de observao.

Se as amostras so turvas ou translcidas, deve-se tomar cuidados especiaisquando interpretar as medidas tiradas, usando instrumentos de refletncia, para que,

junto com quaisquer instrumentos de refletncia no haja tambm diferenas natranslucidez, isto , a quantidade de transmitida por difuso.

2.1 Calormetros


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Os primeiros instrumentos que foram usados na medio das cores eramabsorciometros. O uso deles foi confinado principalmente na medio das solues

transparentes ou com pouca turvao. Eles dependem do olho e um detector da luzpara efetuar ajustagens da identificao da de duas solues. Os vidros de Nesslerso de bom exemplo. A luz de uma fonte, inicialmente luz solar, organizada parapassar verticalmente atravs de dois tubos de vidro com fundo chato. Os tuboscontm duas solues coloridas, uma delas com concentrao conhecida. Um ocularespecial permite a luz transmitida pela cada soluo ser vista lado a lado no campo doocular. Pela ajustagem da profundidade da soluo at que as cores das soluesaparecem iguais, a concentrao desconhecida da soluo pode ser encontrada pelasimples aplicao da lei Beer-Lambert.

Figura 2.1 Vidros de Nessler

2.1.1 Primeiros Calormetros Fotoeltricos .

O desenvolvimento de fotoclulas em 1930 proporcionou a oportunidade parasubstituir o olho do operador por um detector de luz objetivo.. Uns pares de fotoclulas

Soluo 1 Soluo 2

Soluo Soluo 2

Luz solar


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emparelhados substituram o olho como o detector balanceado no AbsorciomtroHilger Spekker.

Neste caso, em lugar de ajustar o comprimento da passagem da luz dasoluo absorvente, um dispositivo calibrado (que operado dentro de um princpiode rea varivel) foi ajustado at que a sada das duas fotoclulas fosse igual.

Este equipamento saiu de uso por causa do desenvolvimento dos detectoresde luz mais sensveis que podem trabalhar nos nveis de luz mais baixos possveis.

Os instrumentos modernos para medio da cor, quer seja por transmisso oureflexo na regio visvel do espectro, agora so baseados no uso de radiaomonocromtica de acordo com os requisitos da lei Beer-Lambert.

Os espectrofotmetros so largamente usados na medio nas regies de u.ve i.v do espectro, e os princpios baseados no seu desenho so os mesmos para

estas regies espectrais, assim como para a regio visvel. O que difere entre osinstrumentos destinados para diferentes regies espectrais o material usado naconstruo das vrias peas dos instrumentos.

Figura 2.2 Absorciomtro Hilger Spekker (a) arranjo tico (b) circuitoeltrico.

2.2 Os princpios da espectrofotometria

O espectrofotmetro consiste de duas sees. A primeira a fonte da luz e omonocromador, que em conjunto fornecem o meio de produzir radiaomonocromtica, e o segundo o fotmetro. O fotmetro o meio de medio darazo da radiao que emerge da passagem do absorvente (I) e o no-absorvente


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(Io). Desta razo a porcentagem de transmitncia calculada como I/Io x 100 eabsorbncia como log Io/I

Figura 2.3 Diagrama de bloco de Espectrofotmetro (com o solvente nocaminho da luz, o medidor d a medio de Io, com a soluo nocaminho, a medio de I)

2.2.1 Fontes da luz

O monocromador fixado a uma fonte da luz que libera radiao dentro deuma variao de comprimentos de onda. A fonte da luz mais comumente usada pararegies visveis do espectro a lmpada de filamento de tungstnio ou um tipoespecializado conhecido como iodo quartzo ou lmpada halognio. A lmpadahalognio tem a vantagem que o filamento pode ser aquecido pela corrente eltricanas temperaturas altas para que a sada de energia /curva do comprimento de ondano suba marcadamente do lado do espectro azul at ao lado do espectro vermelho.Isto porque o envelope de quartzo neste tipo de lmpada tem o ponto de fuso maisalto do que os vidros convencionais usados nas lmpadas comuns. Alm disso, apresena de pequenas quantidades de iodo no envelope, em conjunto com a altatemperatura, remove do lado interior do envelope o tungstnio que depositadodurante a vida til da lmpada. Isto evita o enegrecimento da lmpada, com a perda

conseqente da sada da luz que uma caracterstica das lmpadas de filamento detungstnio.No espectrofotmetro de u.v, as fontes de luz usadas so de lmpadas de

descarga de hidrognio ou gs deutrio. Para o espectro i.v, existe um grande numerode fontes. Para o comprimento de ondas curtas, s vezes as lmpadas de filamentode tungstnio so usadas, mas para comprimentos longos, filamentos Nernst,Globars, ou elementos de cermica cobertos de fio Nichrome podem ser usados.

2.2.2 Monocromadores


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A pea mais importante do monocromador o elemento de disperso. Este

seleciona o comprimento de onda monocromtica necessria de uma srie decomprimentos de ondas (radiao heterocromtica) emitidas pela fonte. Ele pode serum prisma ou uma grade (gradeamento).

Figura 2.4 Monocromador de prisma bsico.

2.2.2.1 Os tipos de grades (gratings)

As consideraes mencionadas acima aplicam-se para todos os tipos demonocromadores, quer sejam baseados em prismas ou grades (grating). Na prtica,os prismas foram usados nos equipamentos que esto obsoletos nos dias atuais. Porcausa do problema de encontrar grandes cristais naturais livres de impurezas,manchas para fazer os prismas e lentes de quartzo para radiao u.v e sal de pedra(cloreto de sdio) e sylvine (cloreto de potssio) para radiao i.v., foramdesenvolvidos mtodos para criar cristais grandes em escala industrial. Subseqente,o mtodo de fazer marcao de grade, e tambm o desenvolvimento de mtodos para

produo de rplicas de grades mestras, resultou no uso em grande escala dasgrades, em lugar de prismas, nos espectrofotmetros, como agente de disperso.Alm de custo baixo em oferecer a mesma abertura tica, o poder de disperso dasgrades independente do comprimento da onda.


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Figura 2.5 Monocromador de grade simples usando a grade de plano numa

montagem Littrow.

2.2.3 Exemplo de um tipo de monocromador moderno

Este fornecido pela Pye Unicam PU8800, que mostrado na figura 2.6. Duasfontes de luz so fornecidas, uma lmpada de tungstnio e uma lmpada de descargadeutrio. Qualquer uma pode ser selecionada pelo movimento do espelho M1 naposio apropriada. Um dos filtros de azul que remove radiaes com comprimentode onda acima de 550nm.para que o espectro de segunda ordem no seja produzidopela grade. O outro filtro reduz a disperso da luz nas faixas de 285-390 e 700-

850nm. Um nico espelho cncavo, M3 serve para as funes de colimao etelescpica, enquanto o espelho plano M4, usado para direcionar a radiaomonocromtica produzida pela grade seo de fotmetro. A placa defletora evitaque a luz dispersada atravesse a grade e sofra difrao mltipla. O espelho e a gradeso cobertos de slica e o monocromador fechado para proteger das mudanasatmosfricas do laboratrio.


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Figura 2.6 Diagrama esquemtico do Pye Unicam PU8800espectrofotmetro de dupla-faixa para medio de transmisso.

2.3 A aplicao de espectrofotometria de transmisso nas indstriasde fabricao de corantes e naquelas que o usam.

2.3.1 Padronizao dos corantesQuando o uso dos corantes extrados das plantas e animais deu lugar aos

corantes orgnicos sintticos as leis da absoro de luz encontraram outra aplicao

nos procedimentos da padronizao necessrios a produo dos corantes. Apadronizao necessria porque quando os corantes orgnicos so sintetizados, osprodutos raramente consistem de simples compostos qumicos puros.Freqentemente, os produtos contm intermedirios no reagentes, outros ismeros ecompostos relacionados talvez com menor nmero de grupos substituintes namolcula do que o corante desejado.

Quaisquer que sejam as fontes destas impurezas, o resultado prtico quediferentes lotes do corante que foi sintetizado assim tm propriedades diferentes, queso reveladas como diferenas na tonalidade e intensidade quando os tingimentosso feitos. Tais diferenas nem beneficiam o fabricante nem o consumidor.


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As diferenas na intensidade entre lotes podem ser ajustadas pela adio dequantidades variadas de diluentes no-coloridos (ex. sal ou dextrina) para cada uma

at que atinja sua fora de colorao com base no peso seja igual. Variaes natonalidade entre lotes podem ser eliminadas pela adio de quantidades apropriadasde outros colorantes que se chamam componentes de tonalidade, para correo oumistura dos lotes. Por exemplo, um lote de corante vermelho que produz umtingimento muito amarelo pode ser misturado com um outro lote que produztingimentos muito azuis a fim de produzir uma mistura na tonalidade. O resultado detudo isso que os corantes comerciais geralmente no so compostos orgnicossimples e puros como listado no Colour Index da Society of Dyers and Colourists.

Desde que os corantes, por definio, so solveis ou podem-se tornar solvela espectrofotometria das solues dos corantes representa uma importante parte nos

processo de padronizao dos corantes. Todavia, as medidas de refletncia visveldos corantes reais, ou espectrofotometria i.v, dos discos de brometo de potssio, noqual pequenas quantidades de corantes slidos foram dispersas podem sernecessrias de suplementar as medidas da soluo em casos particulares.

2.3.2 Espectrofotmetros de Refletncia

A fim de medir a cor de uma amostra opaco com o espectrofotmetro derefletncia necessrio medir apenas a curva de refletncia / comprimento da onda

da amostra de 400 700nm. As diferenas na especificao numrica da corobjetivando notar aparncia diferente da cor sob fontes diferentes e condies devisualizao podem ser aceitas usando as tabelas de padronizao apropriadas dascaractersticas da fonte e o observador.


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Figura 2.7 Condies de iluminao e visualizao recomendadas pela CIEpara medies de refletncia.

Figura 2.8 Espectrofotmetro Pye Unicam PU8800 equipado para medioda refletncia (o feixe de luz monocromtico que entra naabertura 2 produzido por uma fonte de luz e o monocromadordo tipo mostrado na figura 2.6)


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Figura 2.9 Espectrofotmetro de refletncia Zeiss RFC3

Figura 2.10 Espectrofotmetro Macbeth MS2020


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3 Calorimetria e o sistema CIE

Aspectos Fundamentais

A cor extremamente importante no mundo moderno. Ns precisamos ver aonosso redor as cores variadas produzidas nos txteis, tintas, papeis e plsticos. Emmaiores dos casos, a cor um fator importante na produo do material e vital parasucesso comercial do produto. Em alguns casos, como os alimentos usamos a corpara julgar a qualidade do mesmo e em outros casos, como embalagem a cor importante em atrair os consumidores. Neste caso, a cor exata pode no ser crtica,mas importante que a cor seja uniforme constante de um artigo para outro. Qualquervariao poderia ser perseguida como falta de cuidado na preparao ou

armazenagem da embalagem e pode tambm compreender um descuidocorrespondente com relao aos contedos.

Em todos os ramos de cincias e engenharia, a mensurao ocupa uma parteimportante. De maneira semelhante, no comrcio, os materiais so normalmentecomprados e vendidos por peso ou volume. Sem sistemas padronizados para medir amassa, volume e tempo a vida seria muito difcil. obvio ter um sistema padronizadopara medio e especificao da cor seja necessria. Todavia, h diferenasimportantes entre cor, e, por exemplo, comprimento. O comprimento de um metropadro, que at 1960 era usado como padro do comprimento, permanecia constante

apenas enquanto as condies tais como temperatura fossem adequadamentecontroladas. A cor de um objeto depende de muitos fatores tais como iluminao,tamanho da amostra e o ambiente e as cores circundantes. muito mais importantedizer que a cor um fenmeno subjetivo e depende de observador. A mensurao defenmenos subjetivos tais como a cor, gosto e odor so, obviamente, mais difceis doque a mensurao dos fenmenos objetivos tais como massa, comprimento e tempo.Ao se fazer uma medio devemos ter cuidado para considerar o objetivo que abase para esta medio. possvel medir o tempo at uma frao de segundo.Basicamente ns precisamos obter medidas suficientemente exatas para os nossosobjetivos. Uma maior exatido ser possvel, mas, custar mais e ser umdesperdcio. Todavia, com relao a cor nunca devemos esquecer que o objetivo final produzir algo que seja agradvel ou satisfatria para o observador. Se a cor parecererrada, ela est errada.

Quando a cor discutida em geral, podemos considerar as lmpadas coloridas,solues coloridas ou superficiais coloridas, tais como tintas, plsticos e txteis. Emquase todos as situaes prticas, nossa considerao com as superfciescoloridas, todavia, as propriedades das lmpadas coloridas so usadas naespecificao da cor das superfcies. importante observar que a cor de um objetodepende do iluminante usado para iluminar a superfcie, o observador e as


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propriedades superficiais. Obviamente a natureza da superfcie o fator maisimportante.

naturalmente muito difcil projetar um sistema de medio de cor que tentedescrever a cor que ns vemos. Precisamos pensar como devemos descrever umacor. O que parece rosa (rose) para uma pessoa, pode ser chamado de rsea (pink)por outra. O sistema CIE basicamente tenta dizer como a cor poder ser reproduzidaem lugar de descrita e acontece que para muitas aplicaes s isto que necessrio.

Sabe se bem que a cor tridimensional. Isto aparente em muitos casos. Atlasde cores tais como o Munsell Atlas, organiza as cores usando trs escalas (hue(tonalidade), value (valor) e chroma (croma) no sistema Munsell). Em contraste comos corantes, as lmpadas coloridas so mais fceis de definir e reproduzir. Imagine a

luz vermelha obtida pelo isolamento do comprimento de onda de 750nm do espectro.Todos os laboratrios no mundo capazes de medir o comprimento de onda comexatido (uma medio fsica objetiva) poderiam produzir a mesma cor vermelha.Uma cor verde correspondente a 546,1nm poderia ser produzida mais facilmente.Uma lmpada de mercrio emite luz em apenas de quatro comprimentos de ondas naregio visvel (404,7, 435,8, 546,1 e 577,8 nm). Filtrando as outras trs, pode se obtero comprimento de onda de verde requerida. Os comprimentos de onda 404,7 e 435,8nm podem ser obtidos de maneira semelhante. Pequenas variaes nas condies deoperao no tem efeitos significativos nos comprimentos de ondas emitidos pela

lmpada de mercrio. Assim, trs lmpadas poderiam ser definidas simplesmentecomo comprimentos de ondas apropriadas e facilmente reproduzidas.A mistura de trs cores coloridas pode ser produzida de vrias maneiras, mas a

maneira mais simples imaginando-se trs refletores iluminando uma mesma reauma tela branca, Figura 3.1. A cor produzida poderia ser a mistura das trs cores e possvel produzir uma grande variedade de cores pela variao da quantidade dastrs cores primrias.


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Figura 3.1 Mistura aditiva das cores usando trs luzes coloridas, o detalhe mostra o

campo visual do observador; a metade esquerda do campo circularinterior o estimulo da cor que tem origem na lmpada incandescente,a metade direita a mistura do estimulo vermelho, verde e azul; cadalmpada conectada em srie com um resistor varivel para controlar aquantidade de cada estimulo.

Misturas Aditiva e Subtrativa das Cores

Para aqueles acostumados a misturas os corantes ou pigmentos, a produode cores pela mistura das luzes seria uma surpresa em alguns casos. Por exemplo,uma luz azul misturada com uma luz amarela pode produzir uma luz branca, enquantoluzes vermelha e verde podem ser misturadas para produzir amarelo. (a mistura decorantes amarelo e azul dariam verde, enquanto os corantes vermelho e verdeprovavelmente produziriam uma cor marrom sujo). Obviamente h algofundamentalmente diferente com relao a mistura dos corantes (e pigmentos) e amistura das luzes coloridas. Normalmente considera-se esta como um exemplo da

mistura aditiva, enquanto a mistura do corante ou tinta um exemplo da misturasubtrativa.

As misturas aditivas ocorrem quando duas ou mais luzes coloridas soprojetada ao mesmo tempo de modo que vemos as duas luzes juntas. Considere asluzes vermelha e verde numa tela branca usando um dispositivo semelhante ao quemostrado na figura 3.1. A tela refletir quase toda a luz incidente e a mistura devermelho e verde nas propores apropriadas sero visualizadas. Se a cor vista(amarelo) surpreendente isto acontece simplesmente porque no estamosacostumados a misturar as cores dessa maneira. Note que as cores no interagem

Olho

Tela dereduo e oambiente

Vermelho

Verde

Azul

Divisriopreto

Tela branca

Lmpada incandescente


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entre si de maneira nenhuma. Se o vermelho e verde forem comprimentos de ondasimples, ambos os comprimentos de onda so visualizados e uma no interfere com a

outra de maneira nenhuma. Ns vemos o comprimento de onda vermelho mais ocomprimento de onda verde que so chamadas de mistura aditiva.Um mtodo simples de demonstrar a mistura aditiva pelo uso do disco de

Maxwell. Este disco feito de setores de vrias cores e rodado numa velocidadecrescente. Acima uma certa velocidade as cores se fundem de maneira aditiva. Ascores produzidas podem ser variadas alterando-se as reas de setores coloridosseparadas.

As misturas subtrativas ocorrem com maior freqncia, mas normalmente seconstitui no processo mais complicado. O caso mais simples ocorre quandoprojetamos uma luz atravs de dois filtros de vidro coloridos como mostrado na figura

3.2. A luz passa atravs dos filtros em sucesso. Note que apenas a luz transmitidapelo primeiro filtro (F1) alcana o segundo filtro (F2). Cada filtro subtra a luz e anica luz vista aquela que passou atravs de ambos os filtros. Essa situao completamente diferente da situao discutida acima com relao a mistura aditiva,na qual a luz transmitida por cada um dos filtros visualizada.

Os exemplos mais importantes de mistura subtrativa acontecem quandomisturamos tintas ou fazemos tingimento com uma mistura de corantes. Os resultadosso freqentemente previsveis com base na experincia diria, mas os detalhes doprocesso so muito mais complicados.

Figura 3.2 Efeito subtrativo dos filtros coloridos.

Nenhum

Absorve Absorve

Fontede luz

Vermelho


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Figura 3.3 Sistema de Aditivo das cores

Figura 3.4 Sistema Subtrativo das cores

VerdeAzul

AmareloMagenta

Ciano


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Figura 3.5 Discos de mistura tica. Discos segmentados com as respectivascores.


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Figura 3.6 Absoro seletiva pelas superfcies coloridas

Propriedades da mistura aditiva das luzes

Foi mostrado anteriormente que podemos combinar (colour matching combinao das cores) uma variedade de cores usando uma mistura digamos deprimrias de vermelho, verde e azul. Supondo que as primrias so de comprimentossingelos e se usarmos para combinar com a luz branca contendo uma mistura detodos os comprimentos de onda na regio visvel usando a o arranjo como mostradona figura 3.1. Todavia a mistura fisicamente diferente da luz branca, com aajustagem das quantidades das primrias podemos combinar com a luz branca. Isto ,que podemos produzir com a mistura uma cor branca idntica daquela.

Este foi reconhecido pela Grassman que citou que Estimulo da mesma cor(isto , mesma cor, mesma intensidade e mesma saturao) produz efeitos idnticos

na mistura sem nenhuma importncia da sua composio espectral. Ento, podemostratar com as cores sem considerar suas composies espectrais, pelo menos emmuitas aplicaes. A lei de Grassman tambm implica, que se a cor A combina com acor B e a cor C combina com a cor D, ento a cor A misturado aditivamente com Ccombina com a cor B mistura do coma cor a cor D. Este importante quandoconfederarmos que as cores normais so misturas aditivas de todos os comprimentosde onda no espectro visvel.

Supondo que representamos as fontes das luzes primrias, Vermelho, verde eazul pelo [R], [G] e [B]. Se usarmos estes para combinar com a cor [C] usando a


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mistura das primrias, nos podemos representar as quantidades das primrias pelo R,G e B respectivamente. Nos podemos escrever a equao 3.1:

C[C] R[R] + G[G] + B[B] (3.1)

Que equivalente em dizer que C unidades da cor [C] pode ser combinadopela R unidades da primria vermelha [R] misturada aditivamente com G unidades daprimria verde [G] junto com B unidades da primria [B]. Deve ter cuidado paradistingui claramente entre as primrias entre si, ex. [R], e as quantidades dasprimrias usadas numa combinao, isto R. As quantidades usadas de cadaprimria, isto , R, G e B so conhecidos como os valores tristimulusda cor [C]. Estesvalores dependem da cor [C]. Se os valores sendo conhecidos, eles deram aindicao da cor. Ento, se R e B so altas e G baixo, a cor pode ser combinadacom muita Vermelha e azul e pouca Verde. Neste caso a cor seria mais ou menos deprpura. A cor exata depende obviamente da natureza exata das primrias [R], [G] e[B], e se eles so mais puras a cor seria prpura saturada.

Em maioria dos casos a equao 3.1 pode ser tratada como umaequao algbrica ordinria. Ento se:

C1[C1] R1[R] + G1[G] + B1[B] (3.2)

C2[C2] R2[R] + G2[G] + B2[B] (3.3)

Ento uma mistura aditiva de unidades C1unidades de [C1] com C2unidadesde [C2] pode ser combinado com R1mais R2unidades da primria [R] aditivamentemisturada com G1 mais G2 unidades da primria verde [G], junto com B1 mais B2unidades da primria azul [B], isto .

C1[C1] + C2[C2] (R1+ R2) [R] + (G1+ G2) [G] + (B1+ B2) [B] (3.4)

Se precisarmos selecionar e definir trs primrias especficas [R], [B] e[G], as quantidades de cada uma desta necessria para combinar qualquer cor (isto ,os valores tristimulus, R, G e B) poderia usado para especificar a cor. Cada cordiferente ter conjunto de valores tristimulus diferentes e na prtica podemos deduzira aparncia da cor dos valores tristimulus. Todavia tal sistema sofre de um nmero dedefeitos:

Uso de primrias selecionadas aleatoriamenteInadequao das primrias reaisInadequao da observao visual


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3.3.1 Observador Padro Funes de combinao da cor

Se imaginar um calormetro visual tristimulus semelhante ao mostrado na figura3.1, no qual uma metade do campo de viso consiste uma mistura de [R], [G] e [B]primrias, enquanto a cor na outra metade um comprimento de onda singela. Paraproduzir uma combinao experimentalmente, preciso de adicionar alguma de [R],[G] ou [B] ao comprimento de onda a ser combinado.

O CIE adaptou trs primrias no reais [X[, [Y] e [Z] e as funes da

combinao da cor em termos destes primrias so denominadas pela

x ,

y e

zesempre so positivos.

3.3.2 Calculo dos valores tristimulus dos valores da refletncia

Supondo que temos uma superfcie de uma amostra, ex. uma superfciepintada, e j foi medida a frao da luz refletida de cada comprimento de onda. Sedenotarmos esta frao como R(maioria dos instrumentos d a porcentagem da luzrefletida, isto , 100 vezes). Desde que a amostra no fluorescente, os valoressero completamente independentes da luz usada na amostra. Por exemplo, umatinta branca, reflete 90% da luz incidente (isto , R 0,9) vamos dizer, 500nm

Figura 3.7

Valores triestimulos

begr, dos estmulos espectrais em comprimentos de ondas diferentes,mas, a radinia constante medido pelo observador mdio com viso de cor normal usando os

primrios como [R] 700nm, [G] 546,1 e [B] 435,6 nm.


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iluminado por luz do dia forte ou uma lmpada de tungstnio fraca. Todavia, aquantidade real refletida ser diferente para diferente fontes da luz. Se a quantidade

da luz usada na superfcie no comprimento Eento, a quantidade da luz refletidano mesmo comprimento de onda ser Evezes R.Se considerarmos somente um comprimento de onda , uma unidade de

energia de pode ser combinada pela uma mistura aditiva de

x unidades de [X] com

y unidades de [Y] e

z unidades de [Z]. Os valores de ERpode ser escrito como:

E

x R[X] + E

y R.[Y] + E

z R.[Z] em concordncia com aspropriedades da luz. Tambm das propriedades da mistura aditiva das luzes que a luzrefletida nos dois comprimentos de ondas 1e 2, isto , E1R1+ E2R2pode ser

combinado com E1 1x R1mais E2 2

x R2unidades de [X] misturados com E1 1

y

R1mais E2 2

y R2unidades de [Y] misturado com E1 1

z R1mais E2 2

z R2unidades de [Z].

A quantidade de energia total refletida sob o espectro visvel a somatria dasquantidades refletidas em cada comprimento de onda. Este pode ser representadosimplesmente,

=

760

380RE

Onde o sigma significa que os valores de E R para cada comprimento deonda atravs da regio visvel deve ser adicionada e os limites de = 380 e 760nmso as fronteiras da regio visvel. Estritamente, o espectro deve ser dividido eminfinitesimalmente pequenos intervalos do comprimento de onda (

ciencia da cor

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