Fóton, o que é? Definição, principais características e aplicação

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A luz é formada por partículas elementares denominadas fótons. Ou seja, um fóton representa uma espécie de “pacote”, responsável pelo transporte da energia contida nas radiações eletromagnéticas. Sendo assim, um fóton surge quando ocorre a transição entre estados de energia diferentes.

Dessa forma, os átomos presentes na energia passam para uma forma mais externa, que antes se encontravam no interior da força energética. Quando isso ocorre, a produção de luz é gerada e o fóton é responsável por transportar essa energia.

Com a evolução da Teoria da Relatividade, desenvolvida por Einstein, a variação da energia é dada de acordo com a massa. Assim, para definir a massa, utiliza-se a equação E=mc2. Quando as equações são igualadas, então, é possível definir qual a massa que uma partícula de fóton emite.

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Para entender melhor o conceito de fóton, precisamos voltar um pouquinho na história. Então, vamos lá!

História do fóton

Um dos primeiros cientistas a exemplificar conceitos sobre a luz foi Isaac Newton, que acreditava que a luz era composta por pequenas esferas. Nesse sentido, reflexão e difração – caracterizadas como fenômenos ondulatórios – se formavam por colisões das esferas contidas na luz.

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Direção de ondas-partículas

Antes disso, em 1801, o físico britânico Thomas Young, constatou que a luz era formada por ondas eletromagnéticas. A partir disso, no século XX, Einstein comprovou que a luz possui características de onda e ao mesmo tempo de partícula. Inclusive, para essa partícula, o físico deu o nome de partícula luminosa de fóton.

Por meio dos estudos, Einstein viu que, como qualquer outra partícula, o fóton possuía uma relação de energia (E) com a frequência (F) de emissão. No caso, a energia e frequência da luz eram explicadas pela constante de Planck (h). Assim, foi definida a seguinte equação: E = hf.

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Quando o estado de energia está em ação, os elétrons passam de uma camada mais interna para outra camada, a externa. Com isso, a energia volta para o estado inicial e ocorre a transição do elétron presente em dois estados energéticos diferentes.

A teoria da relatividade, por exemplo, explica que a energia é variante em relação à massa. Isso se explica por conta da equação proposta por Einstein, em que E = mc2. Neste caso, quando as equações são igualadas, a massa do fóton emitido na luz pode ser determinada.

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Quando o fóton atinge um elétron no extado excitado ele é estimulado a emitir outro elétron, mudando o estado de energia

Entretanto, vale lembrar que a massa do fóton não fica em repouso. Ou seja, como a partícula é responsável por transportar energia, os fótons surgem com a velocidade da luz. Assim, quando a massa precisa ser calculada, deve-se igualar as equações em movimento. Sendo que, sem movimento, não existe massa nos fótons.

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Nesse sentido, a velocidades das partículas de fótons é determinada por: p = mc = hf/c = h/λ. Ou seja, quanto maior for a frequência emitida, maior será a energia e, consequentemente, é o impulso que o fóton tem no transporte das ondas eletromagnéticas.

Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico ocorre quando o fóton interage com algum tipo de matéria. Ou seja, o metal absorve um fóton e, caso o elétron possua carga relativamente baixa, ele é liberado no transporte de energia. Para esse tipo de efeito, é dada a equação: K=h.f−φ.

Nesse sentido, K representa a energia que o elétron produz quando é liberado. Enquanto isso, h.f simboliza a energia do fóton, que depende da velocidade. Assim, a massa dos fótons só é possível quando há movimento da partícula. Dessa forma, os fótons se classificam como partículas elementares.

Fermentação – Conceito, processo e características

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Aplicação dos fótons no dia a dia

As células fotoelétricas estão presentes em diversas atividades do cotidiano, principalmente àquelas ligadas à tecnologia. Um exemplo muito comum são as portas de elevadores que utilizam o efeito fotoelétrico para abrir e fechar.

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Efeito fotoelétrico

Outro exemplo são as lâmpadas que acendem de forma automática e que dependem, por exemplo, da luminosidade do local. Sendo assim, existe um medido de atividades fotoelétricas denominado fotômetro. O fotômetro é muito utilizado em fotografias, por exemplo. Isso porque, é por meio dele que os fotógrafos analisam as condições ideias em que a fotografia desse ser tirada.

Visto isso, os fótons se classificam como uma energia de radiação eletromagnética que é emitida ou absorvida pela matéria. Além disso, é possível ver a ação dos fótons em raios gama, luzes ultravioletas, na luz visível e na luz infravermelha, por exemplo. Vale lembrar que, em repouso, os fótons não possuem massa e sempre se movem na velocidade da luz.

O que achou da matéria? Se gostou, leia também o que é Cosmologia e o que estuda a Astronomia 

Fontes: Brasil Escola, Info Escola e Quero Bolsa 

Imagens: Hypescience, Cientistas descobriram que, Scielo e Khan Academy 

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