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:
  1. O que é uma onda eletromagnética (luz, rádio, raios X etc.).
  2. Como ela leva energia (conceito de fóton e de campo eletromagnético).
  3. 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
Efóton = h,fó
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:
  1. 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.
  2. Vibrações moleculares (infravermelho): a energia do fóton faz as ligações vibrarem mais rápido, virando calor.
  3. 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 I(x) = I0 ,e^-alpha,x 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.

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 I(x) = I0,e^-alpha x 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.

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