O que são fótons?

Segundo Isaac Newton (1643-1727), a luz era composta por partículas corpusculares, pequenas esferas que colidiam com as superfícies e sofriam reflexão e refração. Anos mais tarde com os estudos do eletromagnetismo e as contribuições de James Maxwell (1831-1879), a luz foi definida como uma onda eletromagnética, isto é, uma combinação de campos elétricos e magnéticos variáveis que se propagam no espaço.

Quando uma grandeza é encontrada apenas em múltiplos inteiros de uma quantidade elementar (denominada de quantum), diz-se que ela é quantizada. No século XX, Albert Einstein (1879-1955) propôs que a radiação eletromagnética deveria ser quantizada e a quantidade elementar que definia a luz era o fóton.

Onda ou partícula?

Enfim, a luz é um tipo de onda ou um emaranhado de partículas que se propagam no espaço? A resposta a essa pergunta é intrigante. A luz é tanto onda quanto partícula. A dualidade onda-partícula da luz mostra-nos esse seu comportamento duplo.

A luz sofre fenômenos como refração, dispersão e polarização, característicos das ondas. No entanto, para se compreender o efeito fotoelétrico, por exemplo, deve-se considerar que ela é composta pelas partículas denominadas de fótons.

Fótons

Os fótons são as partículas que compõem a luz e podem ser definidos como pequenos “pacotes” que transportam a energia contida nas radiações eletromagnéticas. Segundo Einstein, um fóton deve possuir uma quantidade fixa de energia, definida pela seguinte equação:

Nessa equação, E é a energia pertencente ao fóton, f é a frequência da radiação eletromagnética (Hz) e h é a constante de Planck, que possui valor de 6,63 x 10 ^{– 34}J.s ou 4,14 x 10 ^{– 15} eV.s.

Segundo essa definição, a quantidade mínima de energia que uma onda eletromagnética deve possuir corresponde ao produto h.f, e qualquer valor de energia para uma radiação eletromagnética deve ser um múltiplo inteiro desse produto.

Massa do fóton

Segundo Einstein, a energia de um objeto depende de uma relação entre sua massa e sua velocidade.

Na equação acima, E é a energia acumulada por um corpo, m é a massa do elemento e c é a velocidade da luz. Igualando essa equação àquela que define a energia de um fóton, podemos definir sua massa. Esse elemento não possui massa de repouso, ou seja, não apresentará massa se estiver em repouso.

Fótons possuem quantidade de movimento

Quando um fóton interage com a matéria, ocorre transferência de energia, portanto, pode-se definir que esse elemento possui movimento linear (p), também chamado de quantidade de movimento.

Na equação acima, P é a quantidade de movimento do fóton, h é a constante de Planck (6,63 x 10 ^{– 34}J.s ou 4,14 x 10 ^{– 15} eV.s) e λ é o comprimento de onda da radiação eletromagnética.

Fótons no dia a dia

Algumas tecnologias do cotidiano funcionam a partir da interação com fótons. As lâmpadas que se acendem sozinhas estão conectadas a um dispositivo denominado célula fotovoltaica. Esse equipamento libera elétrons ao receber os fótons que compõem a luz solar. Essa corrente elétrica, ao passar por uma bobina, gera um campo magnético que mantém o circuito aberto. Durante a noite, com a falta da luz solar, o fluxo de elétrons é interrompido, causando fechamento do circuito e acendendo a lâmpada.

Outra aplicação é o aparelho denominado de fotômetro. Muito utilizado por fotógrafos, esse equipamento é um medidor de luminosidade que determina a intensidade de uma fonte luminosa por meio da recepção de fótons.

Por Joab Silas
Graduado em Física