Fóton

Um fóton é uma partícula elementar que está relacionada com a radiação eletromagnética. Além disso, ela pode interagir com a matéria de diversas maneiras. Por exemplo, no efeito fotoelétrico.

Fóton é uma partícula elementar e subatômica. Além disso, dentre outras coisas, é a partícula responsável pela radiação eletromagnética e por diversas propriedades da matéria. Afinal, ela interage com os elétrons. Por isso, veja o que são fótons, quais são suas características, aplicações e origem.

O que são fótons

O fóton é uma partícula elementar que pode ser entendida como a quantização da radiação eletromagnética. Ou seja, existem grandezas físicas que são transportadas apenas em números inteiros, os quantum. Essas grandezas são quantizadas. Assim, o quanta da radiação eletromagnética é o fóton. Além disso, essa partícula não possui massa e seu spin é igual a 1 e são muito menores que um átomo.

História

Desde a antiguidade o ser humano discute sobre a luz. Dessa maneira, por vezes concebeu-se a luz como uma onda. Entretanto, ela também era concebida como partícula em diversos momentos. Por exemplo, uma discussão famosa sobre esse tema foi entre Isaac Newton e Christiaan Huygens. Newton acreditava que a luz era transmitida por partículas que sofriam reflexão e refração. Porém, Huygens defendia a ideia de que a luz era uma onda e os fenômenos ondulatórios também eram aplicados.

Séculos mais tarde, Louis de Broglie propôs a propriedade ondulatória dos elétrons e sugeriu que toda matéria deveria ter propriedades de onda. Essa ideia ficou conhecida como a hipótese de Broglie. Além disso, é um exemplo de dualidade onda-partícula que forma um dos pilares da física quântica.

Entre os séculos XIX e XX, foi observado um efeito em que uma placa metálica poderia expelir elétrons caso fosse bombardeada com uma certa frequência luminosa. Esse feito ficou conhecido como efeito fotoelétrico. O qual foi explicado de maneira satisfatória por Albert Einstein. Nesse caso, o fóton se comporta como onda e como partícula ao mesmo tempo. Além disso, Einstein postulou que a energia de um fóton deveria ser dada pela seguinte equação:

Em que:

  • E: energia do fóton (eV)
  • h: constante de Planck (4,14 x 10 –15 eV.s.)
  • f: frequência (Hz)

Note que a unidade de medida do fóton é o elétron-volt (eV). Contudo, essa grandeza física pode ser medida em joules (J).

Características

Confira abaixo algumas características do fóton:

  • Os fótons não possuem massa;
  • A sua carga é nula;
  • Seu spin é 1. Por conta disso, é classificado como um bóson;
  • Em específico, é um bóson de calibre;
  • Um fóton é onda e partícula ao mesmo tempo.

Essas caracterizações tornam possível compreender, inclusive, como tais partículas surgem. Por isso, veja a seguir de onde elas vêm.

Como surgem os fótons

Os fótons são criados quando um elétron de valência muda de orbital com energia diferente. Além disso, essas partículas podem ser emitidas a partir de um núcleo instável quando há o decaimento nuclear. Por fim, também pode haver a produção dos fótons caso partículas carregadas sejam aceleradas.

Fótons X elétrons

Um elétron é uma partícula subatômica com carga elétrica negativa. Além disso, seu spin é fracionário. Portanto, é um férmion. Contudo, um fóton é uma partícula subatômica com carga elétrica nula e seu spin é 1. Por isso, é considerado um bóson.

Aplicações do fóton

Algumas tecnologias cotidianas contemporâneas funcionam a partir da interação com os fótons. Por isso, veja cinco dessas aplicações:

  • Fotocélulas: são os dispositivos responsáveis por acender as lâmpadas automaticamente quando o ambiente fica escuro;
  • Fotômetro: é usado por fotógrafos e cinegrafistas. Esse aparelho mede a luminosidade de um ambiente;
  • Energia solar: as placas fotovoltaicas recebem a radiação solar e geram energia elétrica a partir do efeito fotoelétrico;
  • Lasers: os lasers são fótons organizados por meio de um feixe coerente;
  • Controles remotos: os fótons emitidos pelos controles são entendidos pelo receptor e faz o televisor mudar de canal.

Além dessas aplicações, existem diversas outras. Por exemplo, essas partículas são importantes para compreender a constituição da matéria. Além disso, a física de partículas é uma área recente da ciência que ainda possui muita coisa para ser estudada.

Vídeos sobre fótons

A luz pode se comportar como onda e como partícula ao mesmo tempo. Essa dualidade deve estar presente apenas na física. Por isso, não é possível que alguém fique à mercê de ir bem e falhar em uma prova. Dessa maneira, veja os vídeos selecionados sobre esse tema:

A natureza da luz no século XIX

A natureza da luz sempre foi motivo de discussão para os cientistas. Por isso, é importante saber como esse conceito foi tratado ao longo dos anos. Assista ao vídeo do canal Ciência em Si e compreenda um pouco mais como a luz era tratada no século retrasado.

Experimento sobre efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico foi um dos motivos que levaram ao desenvolvimento da física quântica. Os professores Gil Marques e Claudio Furukawa realizam um experimento para ilustrar esse efeito. Além disso, no vídeo, os docentes explicam como os fótons podem interagir com a matéria.

Efeito fotoelétrico

O canal Mundo Nonato explica o que é o efeito fotoelétrico. O professor Nonato conta como os elétrons podem ser ejetados após serem expostos a determinadas frequências de fótons. Ao final do vídeo, o docente resolve um exercício de aplicação para mostrar qual a frequência mínima para que um elétron seja ejetado de um material metálico.

Os fótons estão presentes no cotidiano em todos os momentos. Afinal, eles estão presente na radiação solar. Além disso, eles são muito utilizados em pesquisas científicas para compreender a constituição da matéria. Dessa forma, é possível, inclusive, compreender a formação do universo. Para isso, os cientistas realizam as suas pesquisas em um acelerador de partículas.

Referências

Física IV: Óptica e física moderna – YOUNG, H. D. et al. (2016)
Física: Volume 4 – HALLIDAY, D. et al. (2008)
Curso de Física Básica – NUSSENZVEIG, H. D. (2014)

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Fóton. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/foton. Acesso em: 30 de July de 2021.

Exercícios resolvidos

1.

As partículas subatômicas possuem um momento angular intrínseco associado a cada uma delas. Essa grandeza física é chamada de spin.

Dessa forma, assinale a alternativa que representa o spin do fóton:

a) -1/2
b) 0
c) 1
d) +1/2
e) -1

Alternativa correta: C

O fóton possui spin 1. Por conta disso, ele é classificado como um bóson. Partículas com o spin fracionário são chamadas de férmions.

2.

Assinale a alternativa que preenche a lacuna corretamente:

Os fótons são partículas subatômicas que podem ser classificadas como ______ por possuírem seu spin igual a 1. Além disso, a carga elétrica dessa partícula é igual a ______.

a) bósons, duas vezes a carga do elétron.
b) férmions, zero.
c) bósons, metade da carga do elétron.
d) bósons, zero.
e) férmions, duas vezes a carga do elétron.

Alternativa correta: D

Partículas com o spin inteiro são classificadas como bósons. Além disso, os fótons, são partículas com carga elétrica nula.

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