Radiação: Definição, Tipos e Exemplos

A radiação pode ter sido mal vista por acidentes nucleares, mas a palavra "radiação" realmente abrange uma grande variedade de fenômenos. A radiação está em toda parte, e um grande número de dispositivos eletrônicos do dia-a-dia dependem dela. Sem a radiação do sol, a vida na Terra seria muito diferente, se é que existia.

A definição básica de radiação é simplesmente o emissão de energia, na forma de fótons ou outras partículas subatômicas. Se a radiação é perigosa ou não, depende de quanta energia essas partículas têm. Os tipos de radiação são diferenciados pelos tipos de partículas envolvidas e suas energias.

A radiação eletromagnética é energia emitida na forma de ondas chamadas ondas eletromagnéticas ou luz. De acordo com a mecânica quântica, a luz é tanto uma partícula quanto uma onda. Quando está sendo considerado uma partícula, é denominado fóton. Quando é considerada uma onda, é chamada de onda eletromagnética ou onda de luz.

A luz é classificada de acordo com seu comprimento de onda, que é inversamente proporcional à sua energia: a luz de comprimento de onda longo tem menos energia em comparação com a luz de comprimento de onda curto. Seu espectro de comprimento de onda é mais comumente dividido em: ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, radiação ultravioleta, raios X e raios gama. Quando a luz é emitida como radiação eletromagnética, essa radiação também é classificada por essas categorias.

Radiação eletromagnética (que, para enfatizar, é apenas luz) é onipresente no universo e aqui na terra. As lâmpadas irradiam luz visível; microondas irradiam microondas. Um controle remoto irradia infravermelho para enviar um sinal para uma televisão. Esses tipos de radiação são de baixa energia e geralmente não são prejudiciais nas quantidades a que os humanos são normalmente expostos.

A parte do espectro com comprimentos de onda mais curtos do que a luz visível pode causar danos ao tecido humano. A luz ultravioleta, ao lado da luz visível no espectro, pode causar queimaduras solares e câncer de pele.

A radiação da extremidade de alta energia do espectro ultravioleta, além dos raios X e raios gama, é conhecida como radiação ionizante: é energético o suficiente para ser capaz de arrancar elétrons dos átomos, transformando os átomos em íons. A radiação ionizante pode danificar o DNA e causar uma infinidade de problemas de saúde.

A radiação de estrelas, supernovas e jatos de buracos negros é o que permite aos astrônomos vê-los. Explosões de raios gama, por exemplo, são explosões muito energéticas que são os eventos de radiação mais brilhantes que ocorrem no universo. A radiação detectada de sóis distantes permite aos astrônomos deduzir sua idade, tamanho e tipo.

O espaço também está cheio de raios cósmicos: Prótons que se movem rapidamente e núcleos atômicos que percorrem o cosmos quase à velocidade da luz que são muito, muito mais pesados ​​do que os fótons. Por causa de sua massa e velocidade, eles têm quantidades incrivelmente altas de energia.

Na Terra, o perigo representado pelos raios cósmicos é insignificante. A energia dessas partículas é gasta principalmente quebrando ligações químicas na atmosfera. No entanto, os raios cósmicos são uma consideração importante para os humanos no espaço.

Viagens em órbita baixa da Terra, incluindo a Estação Espacial Internacional, ainda são protegidas dos raios cósmicos por vários fatores. No entanto, qualquer missão tripulada de longo prazo além da órbita baixa da Terra, a Marte, por exemplo, ou à Lua para uma missão estendida, tem que mitigar o perigos para a saúde de raios cósmicos para seus astronautas.

Os núcleos de uma substância radioativa ou material radioativo, como urânio ou radônio, são instáveis. Para se estabilizar, os núcleos sofrerão reações nucleares, incluindo a separação espontânea, liberando energia quando isso ocorrer. Essa energia é emitida na forma de partículas. As partículas emitidas quando a substância se decompõe determinam o tipo de decomposição. Existem três tipos principais de radiação de decaimento nuclear: radiação alfa, radiação beta e radiação gama.

A radiação gama é a mais simples, pois é um fóton de alta energia emitido pelo átomo radioativo com um comprimento de onda na parte gama do espectro.

A radiação beta é a transmutação de um próton em um nêutron, facilitada pela emissão de um elétron. Esse processo também pode acontecer ao contrário (transformando um nêutron em um próton) pela emissão de um pósitron, que é a contraparte de antimatéria carregada positivamente de um elétron. Essas partículas são chamadas de partículas beta, apesar de também terem outros nomes.

A radiação alfa é a emissão de uma "partícula alfa", composta de dois nêutrons e dois prótons. Este também é um núcleo de hélio padrão. Após essa decadência, o átomo original tem seu número atômico diminuído em 2, mudando sua identidade elementar, e seu peso atômico diminuído em 4. Todos os três tipos de radiação de decaimento são ionizante.

O decaimento radioativo tem muitos usos, incluindo terapia de radiação, datação por radiocarbono e assim por diante.

A energia térmica pode ser transferida de um local para outro por meio de radiação eletromagnética. É assim que o calor chega à Terra através do vácuo do sol no espaço.

A cor de um objeto afeta o quão bem ele pode absorver o calor. O branco reflete a maioria dos comprimentos de onda, enquanto o preto é absorvido. Objetos prateados e brilhantes também refletem. Quanto mais refletivo algo for, menos energia radiativa ele absorverá e menos se aquecerá quando exposto à radiação. É por isso que objetos pretos ficam mais quentes ao sol do que objetos brancos.

Bons absorvedores de luz, como objetos pretos, também são bons emissores quando estão mais quentes do que o ambiente.

Se a radiação passar por um material transparente ou semitransparente para uma região fechada, ela pode ficar presa ao ser absorvida e reemitida em diferentes comprimentos de onda.

É por isso que seu carro fica tão quente ao sol, mesmo que seja apenas 70 graus lá fora; as superfícies dentro do seu carro absorvem a radiação do sol, mas a reemitem como calor em comprimentos de onda muito longos para penetrar no vidro da janela. Então, em vez disso, a energia térmica fica presa dentro do carro.

Isso também acontece com a atmosfera da Terra. A terra e o oceano aquecidos pelo sol reemitirão parte do calor absorvido em comprimentos de onda diferentes dos da luz solar originalmente. Isso impossibilitará o retorno do calor pela atmosfera, mantendo-o preso mais perto da Terra.

Um negro é um teórico, objeto ideal que absorve todos os comprimentos de onda da luz e emite todos os comprimentos de onda da luz. No entanto, ele emite luz de diferentes comprimentos de onda em diferentes intensidades.

A intensidade da luz, ou fluxo, pode ser descrita como o número de fótons por unidade de área sendo emitida pelo corpo negro. Um espectro de corpo negro, com comprimento de onda no eixo xe fluxo no eixo y, sempre mostrará um pico em um determinado comprimento de onda; mais fótons são emitidos com essa energia do que qualquer outro valor de energia.

Este pico muda dependendo da temperatura do corpo negro de acordo com a Lei de Deslocamento de Wien: O pico diminuirá linearmente no comprimento de onda conforme a temperatura do corpo negro aumenta.

Conhecendo essa relação, os astrônomos costumam modelar estrelas como corpos negros perfeitos. Embora seja uma aproximação, dá a eles uma boa estimativa da temperatura da estrela, o que pode dizer a eles sobre onde ela está em seu ciclo de vida.

Outra relação importante do corpo negro é a Lei de Stefan-Boltzmann, que diz que a energia total irradiada por um corpo negro é proporcional à sua temperatura levada à quarta potência: E ∝ T⁴.