Explique o fenômeno da absorção de energia eletromagnética.
Passo 1
Beleza, o exercício pede para “explicar o fenômeno da absorção de energia eletromagnética”. Isso cai dentro de Física e Óptica, mais especificamente dentro da interação entre ondas eletromagnéticas e matéria. Para resolver isso vamos precisar entender:
- O que é uma onda eletromagnética (luz, rádio, raios X etc.).
- Como ela leva energia (conceito de fóton e de campo eletromagnético).
- De que forma essa energia pode “parar” num material (transições eletrônicas, vibrações moleculares, perdas ohmicas etc.).
Passo 2
Entendendo a onda eletromagnética e o fóton
– Uma onda eletromagnética é uma perturbação dos campos elétrico E e magnético B que se propaga. Ela carrega energia e momento.
– No modelo quântico, cada “pacotinho” de energia dessa onda é o fóton, cuja energia é
– Uma onda eletromagnética é uma perturbação dos campos elétrico E e magnético B que se propaga. Ela carrega energia e momento.
– No modelo quântico, cada “pacotinho” de energia dessa onda é o fóton, cuja energia é
onde
é a constante de Planck e
a frequência da onda. Quanto maior a frequência, maior a energia do fóton.
Passo 3
Como a matéria absorve essa energia
Quando a onda incide num material, seus fótons podem interagir com os elétrons ligados aos átomos ou com os íons e moléculas:
Quando a onda incide num material, seus fótons podem interagir com os elétrons ligados aos átomos ou com os íons e moléculas:
- Transição eletrônica (gás, sólidos): se a energia do fóton coincide com a diferença de energia entre dois níveis eletrônicos, o elétron “salta” para um nível mais alto e o fóton some – isso é absorção.
- Vibrações moleculares (infravermelho): a energia do fóton faz as ligações vibrarem mais rápido, virando calor.
- Perdas óhmicas (metais): o campo elétrico faz elétrons livres se moverem contra colisões, gerando calor também.
A teoria microscópica usa seções de choque e amplitudes de probabilidade, mas o resultado macroscópico mais usado é a Lei de Beer–Lambert, que diz que a intensidade remanescente
depois de percorrer espessura
é
onde
é a intensidade incidente e
o coeficiente de absorção do material (depende de frequência, densidade, propriedades eletrônicas etc.).
Passo 4
De onde vem o coeficiente
?
– Microscopicamente, , sendo
o número de átomos ou moléculas por volume e
a seção de choque de absorção (área efetiva de “captura” do fóton).
– Quando a frequência está longe de qualquer ressonância (diferença de níveis), cai muito e
é pequeno – o material é transparente. Perto de ressonância,
cresce e o material absorve forte.
– Microscopicamente,
– Quando a frequência está longe de qualquer ressonância (diferença de níveis),
Resposta
A absorção de energia eletromagnética é o processo em que fótons transferem sua energia para a matéria, promovendo transições eletrônicas, excitações vibracionais ou perdas de correntes livres. Microscopicamente, isso ocorre quando a energia
bate certinho em níveis de energia do material ou faz oscilar cargas internas. Macroscopicamente, descrevemos a diminuição da intensidade pela Ley de Beer–Lambert:
onde
reflete quantos fótons são “retirados” do feixe por unidade de caminho, dependendo de densidade e propriedades eletrônicas do material.