Energia luminosa: categoria, propriedades e usos importantes

O que é energia luminosa?

Definição de energia luminosa:

A luz é a única forma de energia visível ao olho humano. A energia da luz pode ser definida de duas maneiras:

A luz é composta de pacotes de energia sem massa conhecidos como fótons. Os fótons são pacotes de energia que transportam uma quantidade fixa de energia luminosa, dependendo do comprimento de onda.

A energia da luz refere-se à faixa de energia eletromagnética que consiste em raios gama, raios-x, luzes visíveis, etc.
A faixa visível do espectro eletromagnético é geralmente conhecida como luz.

A natureza da luz:

No século 17, havia duas idéias sobre a natureza da luz.

Natureza da Partícula da Luz

Isaac Newton acreditava que a luz era feita de minúsculas partículas discretas chamadas corpúsculos. Segundo ele, essas minúsculas partículas eram emitidas por objetos quentes como o sol ou o fogo e viajavam em linha reta com velocidade finita e possuíam ímpeto. Isso veio a ser conhecido como Teoria corpuscular da luz de Newton.

Onda Natureza da luz

Christiaan Huygens alegou refutar a teoria corpuscular de Newton ao propor a teoria ondulatória da luz. Segundo ele, a luz era formada por ondas que vibram para cima e para baixo perpendicularmente à sua direção de propagação. Isso veio a ser conhecido como Princípio de 'Huygens'

No início do século 19, o físico inglês Thomas Young conduziu um experimento que mostrou que a luz de uma fonte pontual, após passar por duas fendas, formava um padrão de interferência em uma tela colocada a uma distância apropriada. Isso veio a ser conhecido como o experimento de dupla fenda de Young, que defendia a natureza ondulatória da luz apoiando o Princípio de Huygens.

James Clerk Maxwell lançou as bases do eletromagnetismo moderno que descreveu a luz como uma onda transversal composta de campos magnéticos e elétricos oscilantes a 90 ° entre si. A formulação da luz como ondas transversais contradiz Huygens, que acreditava que a onda de luz era longitudinal.

Albert Einstein reviveu a teoria das partículas trazendo o conceito de fótons. O experimento de Einstein, conhecido como efeito fotoelétrico, mostrou que a luz compreende feixes discretos ou quanta de energia luminosa, chamados fótons

O fenômeno de interferência e difração só poderia ser explicado considerando a luz como uma onda. Em comparação, a explicação do efeito fotoelétrico só foi possível pela natureza das partículas da luz.
Este enorme dilema em relação à natureza da luz foi resolvido com a fundação da mecânica quântica que estabeleceu a dualidade onda-partícula na natureza da luz e da matéria 

Propriedades da luz:

Interações de luz:

As ondas de luz interagem com a matéria de maneiras diferentes:

Reflexo de luz

- Quando uma onda de luz ricocheteia na superfície de um material para seu meio anterior de propagação, o processo é denominado reflexão. Por exemplo, a imagem formada em uma lagoa / lago calmo.

Absorção de luz

Quando um material absorve a energia de uma onda de luz que incide sobre ele, o processo é denominado absorção. Por exemplo, plásticos que brilham no escuro, que absorvem a luz e reemitem na forma de fosforescência.

Transmissão

Quando uma onda de luz viaja / passa por um material, o processo é denominado como transmissão. Por exemplo, luz passando por uma vidraça.

Interferência

Interferência refere-se ao fenômeno no qual duas ondas de luz se sobrepõem para produzir uma onda resultante que pode ter amplitude menor, maior ou a mesma. A interferência construtiva e destrutiva ocorre quando as ondas em interação são coerentes entre si, seja porque compartilham a mesma fonte ou porque têm a mesma freqüência ou comparável.

Refração

A refração é um comportamento importante demonstrado pelas ondas de luz. A refração ocorre quando as ondas de luz se desviam de seu caminho original ao entrarem em um novo meio. A luz exibe velocidades diferentes em diferentes materiais de transmissão. A mudança na velocidade e no grau de desvio depende do ângulo da luz que entra.

Difração

A difração é definida como a curvatura das ondas de luz em torno dos cantos de uma abertura em sua região de sombra geométrica. O obstáculo de difração ou abertura torna-se uma fonte secundária da onda de luz propagada. Um dos exemplos mais comuns de difração é a formação de padrões de arco-íris em um CD ou DVD. As faixas próximas em um DVD ou CD servem como grades de difração, formando padrões quando a luz incide sobre elas.

Dispersão

A dispersão da luz refere-se ao fenômeno de divisão da luz branca em seu espectro constituinte de cores (ou seja, VIBGYOR) quando passada por um prisma de vidro ou objetos semelhantes. Por exemplo, a formação do arco-íris devido à difração da luz solar por gotas de chuva semelhantes a prisma.

Tipos de luz

• A luz como um todo se refere à radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda.
• A radiação eletromagnética pode ser classificada em termos de comprimentos de onda como
• Onda de rádio ~ [10⁵ - 10^-1 m]
• Microondas ~ [10^-1 - 10^-3 m]
• Onda infravermelha ~ [10^-3 - 0.7 x 10^-6m]
• A região visível (percebemos como luz) ~ [0.7 x 10^-6 - 0.4 x 10^-6 m]
• Ondas ultravioleta ~ [0.4 x 10^-6 - 10^-8 m]
• Raios-X ~ [10^-8 - 10^-11 m]
• Raios gama ~ [10^-11 - 10^-13 m]
• O funcionamento das radiações eletromagnéticas é baseado em seu comprimento de onda.

Frequência e comprimento de onda da luz

Escala de comprimento de onda

Frequência de luz

Ondas de rádio :

Onda de rádio é uma onda eletromagnética com frequência entre 20 kHz a cerca de 300 GHz e é conhecida por seu uso em tecnologias de comunicação, como telefones celulares, televisão e rádio. Esses dispositivos aceitam ondas de rádio e as transformam em vibrações mecânicas para produzir ondas sonoras.

Microondas :

Microondas é a radiação eletromagnética com uma frequência entre 300 MHz e 300 GHz. As microondas têm uma variedade de aplicações, incluindo radar, comunicação e culinária.

Ondas infravermelhas:

Onda infravermelha é radiação eletromagnética com uma frequência entre 300 GHz e 400 THz.
As ondas infravermelhas encontram sua aplicação no aquecimento de alimentos e controles remotos de televisão, cabos de fibra óptica, câmeras de imagem térmica, etc.

Luz visível :

A luz visível é a radiação eletromagnética com uma frequência entre 4 × 10¹⁴ para 8 × 10¹⁴ hertz (Hz). A razão por trás do olho humano ver apenas uma faixa específica de frequências de luz é que essas frequências estimulam a retina do olho humano.

Raios ultravioleta :

A luz ultravioleta é a radiação eletromagnética com uma frequência entre 8 × 10¹⁴ e 3 × 10¹⁶ hertz (Hz). A radiação ultravioleta é usada para anular micróbios, esterilizar equipamentos médicos, tratar problemas de pele, etc.

Raios-X:

Os raios X são radiações eletromagnéticas com frequências entre 3 × 10¹⁹ e 3 × 10¹⁶ Hz. Os raios X são usados ​​para anular as células cancerosas, em máquinas de raios-X, etc.

Raios gama:

Os raios gama são radiações eletromagnéticas com frequências superiores a 10¹⁹ hertz (Hz). Os raios gama são usados ​​para anular micróbios, esterilizar equipamentos médicos e alimentos.

Exemplos de energia luminosa

Fontes de luz

As fontes de luz podem ser classificadas em dois tipos básicos: Luminescência e Incandescência.

Incandescência:

A incandescência envolve a vibração de todos os átomos presentes. Quando os átomos são aquecidos a uma temperatura ótima muito alta, as vibrações térmicas resultantes são liberadas como radiações eletromagnéticas. A luz incandescente ou “radiação de corpo negro” é criada quando a luz surge de um sólido aquecido. Com base na temperatura do material, os fótons liberados diferem em suas cores e energias. Em baixas temperaturas, os materiais produzem radiações infravermelhas.

Na radiação de corpo negro, com o aumento da temperatura, o pico se desloca para comprimentos de onda mais curtos, à medida que se move em direção à faixa ultravioleta do espectro, gera um vermelho e depois branco e, por último, uma cor branco-azulada.
A luz incandescente é a luz mais comumente usada. Consiste no sol, lâmpadas e fogo.
Os incêndios envolvem reações químicas que liberam calor, fazendo com que os materiais toquem em altas temperaturas e, eventualmente, leva os gases e materiais à incandescência. Por outro lado, as lâmpadas produzem calor devido à passagem da corrente elétrica por um cabo. As lâmpadas incandescentes emitem cerca de 90% de sua energia como radiação infravermelha e o restante como luz visível.

Luminescência

A luminescência envolve apenas elétrons e geralmente ocorre em temperaturas mais baixas, em comparação com a luz incandescente.
A luz luminescente é formada quando um elétron emite parte de sua energia como radiação eletromagnética. Quando um elétron salta para um nível de energia inferior, uma certa quantidade de energia luminosa é liberada na forma de luzes de uma cor específica. Geralmente, para manter a luminescência contínua, os elétrons precisam de um empurrão constante para alcançar níveis de energia mais altos para que o processo continue.
Por exemplo, as luzes de néon produzem luz por meio da eletroluminescência, que envolve um {push} de alta voltagem, que excita as partículas de gás e, eventualmente, resulta na emissão de luz.

Como a luz viaja?

A luz viaja praticamente como uma onda. Embora de acordo com a ótica geométrica, a luz é modelada para viajar em raios. A transmissão de luz de uma fonte a um ponto pode acontecer de três maneiras:

• Ele pode viajar diretamente através de um vácuo ou um espaço vazio. Por exemplo, luz viajando do Sol para a Terra.
• Ele pode viajar por vários meios, como ar, vidro, etc.
• Ele pode viajar após ser refletido, como por um espelho ou um lago parado.

Energia da luz vs energia do elétron

Usos da energia luminosa.

A luz tem suas aplicações em todos os aspectos da vida. Sem a energia da luz, seria impossível para nós sobreviver.
Aqui estão algumas aplicações essenciais da energia da luz em nossa vida:

• A luz permite a visão. Uma faixa específica de comprimentos de onda de luz fornece a quantidade perfeita de energia necessária para estimular as reações químicas em nossa retina para apoiar a visão.
• A energia da luz permite que as plantas produzam alimentos por meio do processo de fotossíntese.
• A energia da luz é usada como fonte de energia em tecnologias de satélite e espaciais.
• A energia solar é utilizada para diversas atividades domésticas e industriais.
• A energia da luz (radiação eletromagnética) é usada na indústria de telecomunicações.
• A energia da luz também é usada para vários tratamentos médicos.

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Sanchari Chakraborty

Olá, sou Sanchari Chakraborty. Fiz mestrado em Eletrônica.
Gosto sempre de explorar novas invenções na área da Eletrônica.
Sou um aluno ávido, atualmente investido na área de Óptica Aplicada e Fotônica. Também sou membro ativo da SPIE (Sociedade Internacional de Óptica e Fotônica) e da OSI (Sociedade Óptica da Índia). Meus artigos têm como objetivo trazer à luz tópicos de pesquisa científica de qualidade de uma forma simples, mas informativa. A ciência vem evoluindo desde tempos imemoriais. Então, tento explorar a evolução e apresentá-la aos leitores.
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