Iremos estudar a irradiação de luz pelos corpos. A luz consiste em ondas eletromagnéticas cujo comprimento varia de \(4 \times 10^{-7} \textrm{ a } 8 \times 10^{-7}\) m. As ondas eletromagnéticas são irradiadas quando o movimento das partículas carregadas é acelerado. Essas partículas fazem parte dos átomos que constituem a matéria. Mas, se não soubermos como o átomo é constituído, não podemos dizer nada de concreto sobre o mecanismo da irradiação. Só sabemos que no interior do átomo não há luz — o que é semelhante a dizer que nas cordas de um piano não há som. Assim como as cordas só começam a emitir som após o impacto do martelo, os átomos só emitem luz depois de serem excitados.
Para que um átomo comece a irradiar, é necessário transmitir‑lhe uma determinada quantidade de energia. Ao irradiar, o átomo perde a energia que adquiriu, e para que a matéria emita luz continuamente é necessária a chegada constante de energia do exterior.
Radiação térmica
A forma mais simples e mais comum de radiação é a radiação térmica: a energia liberada pelos átomos sob a forma de luz é compensada pela energia do movimento térmico dos átomos (ou moléculas) do corpo que irradia. Quanto maior a temperatura do corpo, mais rapidamente se movem os átomos. Quando átomos ou moléculas em alta velocidade colidem entre si, parte de sua energia cinética transforma‑se em energia de excitação dos átomos, que depois irradiam luz.
A radiação solar é um exemplo de radiação térmica. Uma lâmpada incandescente comum é um emissor térmico de luz. É um emissor muito prático, mas pouco econômico: apenas cerca de 12% de toda a energia liberada pelo filamento transforma‑se em energia luminosa. Outro emissor térmico de luz é a chama. As partículas de fuligem (partes do combustível ainda não queimadas) tornam‑se incandescentes graças à energia liberada durante a combustão e emitem luz.
Eletroluminescência
A energia necessária para que os átomos irradiem luz também pode ser fornecida por emissores não térmicos. Quando ocorrem descargas elétricas em gases, o campo elétrico comunica aos elétrons grande quantidade de energia cinética. Os elétrons rápidos sofrem choques não elásticos com os átomos. Os átomos excitados liberam energia sob a forma de ondas luminosas. Por isso, as descargas no gás são acompanhadas de luminescência — trata‑se da eletroluminescência.
As auroras boreais são um exemplo de eletroluminescência. Fluxos de partículas carregadas emitidas pelo Sol são atraídos pelo campo magnético da Terra. Eles excitam os átomos das camadas superiores da atmosfera próximas ao polo magnético, fazendo com que essas camadas emitam luz. A eletroluminescência também é utilizada nos tubos de anúncios luminosos.
Luminescência catódica
A luminescência de corpos sólidos provocada pelo bombardeamento de elétrons chama‑se luminescência catódica. Graças a ela, iluminam‑se as telas dos antigos tubos catódicos de televisores.
Luminescência química
Em algumas reações químicas exotérmicas, parte da energia liberada transforma‑se em energia luminosa. O emissor de luz permanece frio (à temperatura do ambiente). Esse fenômeno chama‑se luminescência química. Quase todos vocês provavelmente já o conhecem: no verão, na floresta, durante a noite, é possível ver um inseto curioso — o vaga‑lume. No seu corpo brilha uma pequena lanterna verde. Você não queima os dedos ao pegar um vaga‑lume: a mancha luminosa em suas costas tem praticamente a mesma temperatura do ar ao redor.
A capacidade de emitir luz também é encontrada em outros organismos vivos: bactérias, insetos e muitos peixes que vivem em grandes profundidades, onde a luz solar não chega. Muitas vezes, no escuro, pedaços de madeira em decomposição também emitem luz. Infelizmente, até hoje não é possível construir emissores de luz realmente econômicos baseados nos princípios da luminescência química.
Fotoluminescência
Parte da luz que incide na matéria é refletida e outra parte é absorvida. A energia da luz absorvida, na maioria dos casos, provoca apenas o aquecimento do corpo. No entanto, alguns materiais começam imediatamente a emitir luz sob a ação da radiação incidente — trata‑se da fotoluminescência. A luz excita os átomos (aumenta sua energia interna), e depois eles próprios emitem luz. Por exemplo, as tintas luminosas que revestem muitos brinquedos de árvore de Natal irradiam luz após serem expostas à radiação.
A luz irradiada por fotoluminescência tem, em geral, comprimento de onda maior do que a luz que causou a luminescência. Isso pode ser verificado experimentalmente: se iluminarmos um recipiente com tinta fluorescente (orgânica) usando luz violeta filtrada, o líquido começará a emitir luz verde‑amarelada — isto é, com comprimento de onda maior do que o da luz violeta.
O fenômeno da fotoluminescência é utilizado nas lâmpadas de luz natural, que são aproximadamente três a quatro vezes mais econômicas do que as lâmpadas incandescentes comuns.