Como funcionam?

Por que em alguns espectros as linhas são pretas e em outros as linhas são coloridas?

Em 1885, o físico e professor suíço Johann Balmer, ao estudar as linhas de emissão do Hidrogênio, conseguiu obter uma fórmula matemática empírica (através de experimentos) para a distância entre as linhas deste elemento. Esse feito acabou por desencadear uma incansável busca por outras fórmulas que descreveriam os padrões tão complicados dos outros elementos.

Como podemos ver no site http://jersey.uoregon.edu/vlab/elements/Elements.html, cada elemento tem seu espectro de emissão/absorção característico. Basta clicar sobre o elemento na tabela periódica e selecionar "Absorption" para o espectro de absorção ou "Emission" para o espectro de emissão. Note que para todos os elementos, os dois são complementares.

Todo esse estudo sobre os espectros de cada elemento é utilizado até hoje na caracterização de materiais por seu espectro de absorção/emissão.

O entendimento deste fenômeno foi possível apenas depois do surgimento da física quântica. O físico dinamarquês Niels Bohr propôs um modelo atômico utilizando a idéia de quantização de energia introduzida por Planck no início do século XX, que já tinha sido ressignificada por Einstein quando este escreveu seu artigo sobre Efeito Fotoelétrico, em 1905, pelo qual depois ganhou o prêmio Nobel de Física em 1921, um ano antes do próprio Bohr receber o seu.

No trabalho de Eintein sobre efeito fotoelétrico, ele apresenta a relação: E_max = hf – φ, onde E_max é a energia máxima com que o elétron irá sair do material, hf é a energia da onda eletromagnética incidente (fóton) e φ é a chamada função trabalho que possui valores diferentes para diferentes materiais. É a energia mínima que um fóton precisa ter para excitar um átomo do material em questão.

O caso consistia no fato de que alguns materiais condutores começavam a conduzir uma pequena corrente elétrica quando neles incidia radiação (fótons). Nesse artigo Einstein chegou ao resultado de que para “retirar” um elétron de um material condutor não adianta aumentarmos ou diminuirmos a intensidade da luz, o importante é que a energia da radiação incidente seja maior que a função trabalho do material. Para explicar isso, ele teve que repensar a luz não mais como uma onda eletromagnética, mas como uma partícula que ele denominou fóton, assim a intensidade luminosa estaria relacionada com a quantidade de fótons presentes na radiação e a energia do fóton seria diretamente proporcional à frequência deste.

Ao formular sua teoria, Bohr foi muito esperto, pois acabou postulando (isto é, tomando como verdades a partir das quais se desenvolve a teoria) alguns enunciados que batem de frente com algumas concepções da física clássica. Este fato tornou sua teoria um tanto indigesta, os físicos não estavam satisfeitos de engolir seus postulados sem mastigá-los. Porém, na época, não se tinha dentes capazes de mastigar aqueles enunciados, e já que a teoria de Bohr acabava por descrever muito bem vários resultados experimentais conhecidos àquela época, foi aceita.

Para entender o processo físico da lâmpada fluorescente e saber mais sobre o átomo de Bohr, siga adiante...