Corpos luminosos: características e como eles geram sua própria luz - Ciência - 2023

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Se denomina corpo luminoso a qualquer objeto natural ou não natural que emita sua própria luz, sendo esta a parte do espectro eletromagnético visível aos olhos humanos. O oposto de um objeto luminoso é um objeto não luminoso.

Objetos não luminosos são visíveis porque são iluminados pela luz emitida por objetos luminosos. Os corpos não luminosos também são chamados de corpos iluminados, embora nem sempre estejam nesse estado.

Os objetos luminosos são fontes primárias de luz, uma vez que a emitem, enquanto os objetos não luminosos são fontes secundárias de luz porque refletem a produzida pelas primeiras.

Exemplos de corpos luminosos e não luminosos

Objetos luminosos

Existem objetos na natureza capazes de emitir luz. Esses incluem:

- O sol.

- As estrelas.

- Insetos luminescentes, como vaga-lumes e outros.

- Os raios.

- A aurora boreal ou aurora boreal.

Os seguintes são objetos luminosos feitos pelo homem:

- Lâmpadas incandescentes ou lâmpadas.

- A chama de uma vela.

- Lâmpadas fluorescentes.

- Luzes LED.

- A tela de um telefone celular.

Objetos não luminosos

Na natureza existem muitos objetos que não emitem luz por si próprios, mas podem ser iluminados:

- A Lua, que reflete a luz do Sol.

- Os planetas e seus satélites, que também refletem a luz do sol.

- Árvores, montanhas, animais refletem a luz do céu e do sol.

- O céu azul e as nuvens. Eles são visíveis devido à dispersão da luz solar.

Características dos corpos luminosos e sua luz

A principal característica dos corpos luminosos é que a luz com a qual podemos vê-los é produzida pelo próprio objeto.

Podemos ver pessoas e objetos graças à luz emitida por corpos luminosos, sejam naturais ou artificiais. E também porque a natureza nos dotou com os órgãos da visão.

Na ausência de corpos luminosos é impossível ver tudo o que nos rodeia. Se você já experimentou a escuridão total, então sabe a importância dos corpos luminosos.

Ou seja, sem luz não há visão. A visão humana e animal é a interação entre a luz emitida por corpos luminosos e aquela refletida por corpos não luminosos com nossos sensores de luz no olho e com nosso cérebro, onde a imagem é finalmente construída e interpretada.

A visão é possível porque a luz emitida ou refletida por objetos se move pelo espaço e atinge nossos olhos.

Fótons

Um fóton é a menor quantidade de luz que um corpo luminoso pode emitir. Os fótons são emitidos por átomos de corpos luminosos e refletidos ou espalhados por outros não luminosos.

A visão só é possível quando alguns desses fótons, emitidos, dispersos ou refletidos, chegam aos nossos olhos, onde produzem uma excitação eletrônica nas terminações do nervo óptico que conduzem um pulso elétrico ao cérebro.

Como os corpos luminosos geram luz?

Os fótons são emitidos pelos átomos dos corpos luminosos quando são excitados de tal forma que os elétrons dos orbitais atômicos passam para estados de energia superior, que posteriormente decaem para estados de energia inferior com a conseqüente emissão de fótons.

Todo corpo, se sua temperatura aumenta, torna-se um emissor de luz. Um pedaço de metal à temperatura ambiente é um corpo não luminoso, mas a 1000 graus Celsius é um corpo luminoso, porque os elétrons ocupam níveis superiores e quando decaem para níveis inferiores emitem fótons na faixa do espectro visível.

É o que acontece no nível atômico com todos os corpos luminosos, seja o Sol, a chama de uma vela, o filamento de uma lâmpada incandescente, os átomos da poeira fluorescente da lâmpada economizadora de energia ou os átomos do diodo LED, que é o mais recente corpo de luz artificial.

O que varia de caso para caso é o mecanismo de excitação dos elétrons para irem para níveis atômicos de energia mais alta e então decair e emitir fótons.

Tudo o que vemos é o passado

A visão não é instantânea, pois a luz viaja a uma velocidade finita. A velocidade da luz no ar e no vácuo é da ordem de 300 mil quilômetros por segundo.

Os fótons de luz que saem da superfície do Sol levam 8 minutos e 19 segundos para chegar aos nossos olhos. E os fótons emitidos por Alpha Centauri, nossa estrela mais próxima, levam 4,37 anos para chegar aos nossos olhos, se estivermos olhando para o céu.

Os fótons que podemos observar a olho nu ou através de um telescópio na galáxia de Andrômeda, a mais próxima da nossa, terão saído de lá há 2,5 milhões de anos.

Mesmo quando vemos a Lua, estamos vendo uma Lua velha, porque o que estamos olhando é uma imagem de 1,26 segundo atrás.E a imagem dos jogadores de um jogo de futebol que vemos nas arquibancadas a 300 metros dos jogadores, é uma imagem antiga um milionésimo de segundo no passado.

Dualidade de luz

Segundo as teorias mais aceitas, a luz é uma onda eletromagnética, assim como as ondas de rádio, as microondas com que se cozinham os alimentos, as microondas dos telefones celulares, os raios X e a radiação ultravioleta.

No entanto, a luz é uma onda, mas também é composta de partículas chamadas fótons, como afirmamos anteriormente. A luz tem esse comportamento dual, que é conhecido na física como dualidade onda-partícula.

Toda a variedade de ondas eletromagnéticas difere em seu comprimento de onda. A parte do espectro eletromagnético que o olho humano é capaz de perceber é chamada de espectro visível.

O espectro visível corresponde a uma faixa estreita do espectro eletromagnético entre 0,390 mícrons e 0,750 mícrons. Este é o tamanho característico de um protozoário (ameba ou paramécio).

Abaixo do espectro visível, em comprimento de onda, temos a radiação ultravioleta cujo comprimento de onda é comparável ao tamanho das moléculas orgânicas.

E acima do espectro visível está a radiação infravermelha, cujo tamanho é comparável à ponta de uma agulha. Na ponta dessa agulha cabem 10 a 100 protozoários, ou seja, 10 a 100 comprimentos de onda do espectro visível.

Em contraste, as microondas têm comprimentos de onda entre centímetros e metros. As ondas de rádio têm comprimentos de centenas de metros a milhares de metros. Os raios X têm comprimentos de onda comparáveis ao tamanho de um átomo, enquanto os raios gama têm comprimentos de onda comparáveis ao núcleo atômico.

Cores e espectro visível

O espectro visível inclui a variedade de cores que podem ser distinguidas em um arco-íris ou na luz do sol espalhada em um prisma de vidro. Cada cor tem um comprimento de onda que pode ser expresso em nanômetros, que é um milionésimo de milímetro.

O espectro de luz e seus comprimentos de onda em nanômetros (nm), do mais alto ao mais baixo, são os seguintes:

- Vermelho. Entre 618 e 780 nm.

- Laranja. Entre 581 e 618 nm.

- Amarelo. Entre 570 e 581 nm.

- Verde. Entre 497 e 570 nm.

- Ciano. Entre 476 e 497 nm.

- Azul. Entre 427 e 476 nm.

- Tolet. Entre 380 e 427 nm.

O corpo negro luminoso, energia e momentum

A luz tem energia e impulso. Cada cor no espectro visível corresponde a fótons de energia diferente e momento ou momento diferente. Isso foi aprendido graças aos pioneiros da física quântica como Max Planck, Albert Einstein e Louis De Broglie.

Max Planck descobriu que a energia da luz vem em pacotes ou quanta, cuja energia E é medida em Joules e é igual ao produto de uma constante fundamental da natureza conhecida como constante de Planck, que é denotada pela letra he pela frequência f em Hertz.

E = h ∙ f

Essa descoberta foi feita por Planck para explicar o espectro de radiação de um corpo luminoso, que apenas emite radiação, mas não reflete nenhuma, conhecido como "corpo negro" e cujo espectro de emissão muda com a temperatura.

A constante de Planck é h = 6,62 × 10 ^ -34 J * s.

Mas foi Albert Einstein quem afirmou, sem dúvida, que a luz eram fótons com energia dada pela fórmula de Planck, como única forma de explicar um fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico, em que um material iluminado por luz emite elétrons. Foi por esse trabalho que Einstein recebeu o Prêmio Nobel.

Mas o fóton, como toda partícula e apesar de não ter massa, tem um ímpeto ou momento dado por uma relação descoberta por Louis De Broglie na estrutura da dualidade onda-partícula do fóton e objetos quânticos.

A relação de de Broglie afirma que o momento p do fóton é igual ao quociente da constante de Planck he ao comprimento de onda λ do fóton.

P = h / λ

A cor vermelha tem um comprimento de onda de 618 × 10 ^ -9 me uma frequência de 4,9 x 10 ^ 14 Hz, então a energia de um fóton é 3,2 × 10 ^ -19J e seu momento é 1,0 × 10 ^ -27 kg * m / s.

Na outra extremidade do espectro visível está o violeta com um comprimento de onda de 400 × 10 ^ -9 me uma frequência de 7,5 x 10 ^ 14 Hz, então a energia de um fóton é 4,9 × 10 ^ -19J e seu momento é 1,7 × 10 ^ -27 kg * m / s. A partir desses cálculos, concluímos que o violeta tem mais energia e mais momentum do que o vermelho.

Referências

Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. 7ª Edição. Mac Graw Hill. 262-282.
Wikipedia. Espectro visível. Recuperado de wikipedia.com
Wikipedia. Espectro eletromagnético. Recuperado de wikipedia.com
Wikipedia. Fonte de luz. Recuperado de wikipedia.com
Wikibooks. Física, óptica, natureza da luz. Recuperado de: es.wikibooks.org