Absorção (ótica)

A absorção em óptica , ou eletromagnética , é um processo físico pelo qual a energia eletromagnética é transformada em outra forma de energia.

Nível microscópico

No nível dos fótons ( quanta de luz), a absorção representa o fenômeno pelo qual a energia de um fóton é absorvida por outra partícula, por exemplo, um átomo. Nesse caso, se a energia do fóton ( , relação de Planck-Einstein ) for igual a de um estado excitado do átomo , a luz será absorvida por uma transição eletrônica de um elétron de valência. O elétron passa de um estado de energia fundamental para um estado excitado (veja a figura abaixo). ${\ displaystyle E = h \ nu}$

O fóton é então destruído pela operação.

A energia eletromagnética é absorvida e transformada em energia eletrônica, que pode ser transformada nas seguintes formas:

energia eletromagnética pela emissão de fóton (s) (luz);
transformada em agitação particulada (aumento da velocidade da partícula) que se reflete no nível macroscópico por um aumento da temperatura (energia eletromagnética foi transformada em calor);
em fônon (agitação da estrutura cristalina em um cristal);
em plasmon (oscilação coletiva de um elétron em um metal).

Consulte Espectroscopia e espectro eletromagnético .

Difusão não ressonante

No caso de fótons de energia inferior aos estados excitados da partícula (um átomo, por exemplo), ocorre o espalhamento não ressonante. Se a partícula estiver em um estado fundamental, a energia incidente não será suficiente para que ocorra uma transição eletrônica. No entanto, essa energia induz a configuração em vibração da nuvem eletrônica em torno do núcleo atômico. O sistema torna-se então um dipolo oscilante, que será a fonte de radiação da mesma frequência: um fóton , idêntico ao incidente, seguindo uma direção diferente. É, portanto, uma difusão elástica não ressonante (o sistema não entra em ressonância).

Nível macroscópico

No nível do eletromagnetismo clássico, a absorção constitui o fenômeno pelo qual um material não transparente (α ≠ 0) atenua qualquer onda eletromagnética que passa por ele (esta é a consequência macroscópica do parágrafo anterior), a energia absorvida é então convertida em calor ( Efeito Joule ). Cada material tem suas próprias características de absorção eletromagnética, dependendo do comprimento de onda (ou frequência) da onda.

Essas propriedades são denotadas pela parte imaginária de sua permissividade e sua permeabilidade :

$\ varejpsilon (\ omega) = \ varepsilon ^ {{\ prime}} (\ omega) -i \ varepsilon ^ {{\ prime \ prime}} (\ omega)$ , para a permissividade complexa, em F m −1 ; $\ varejpsilon$
${\ displaystyle \ mu (\ omega) = \ mu '(\ omega) -i \ mu' '(\ omega)}$ , para a permeabilidade complexa, em H m −1 . $\ mu$

O fenômeno de absorção está ligado ao fenômeno de dispersão pelas relações de Kramers-Kronig .

Aspecto prático

Para a maioria das substâncias, a taxa de absorção varia com o comprimento de onda da luz incidente, levando ao aparecimento de cor em pigmentos que absorvem alguns comprimentos de onda, mas não outros. Esta absorção seletiva de luz branca incidente por um objeto que absorve comprimentos de onda em azul, verde e amarelo, aparecerá na cor vermelha. Um material de cor preta, portanto, absorve todos os comprimentos de onda (convertidos em calor), enquanto um material de cor branca os reflete.

Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute criaram um material a partir de nanotubos de carbono que pode absorver 99,955% da luz.

Notas e referências