¿Cuál es la diferencia entre un cuerpo que simplemente refleja la luz que incide sobre él y un cuerpo que la absorbe y la emite (como un cuerpo negro en equilibrio térmico)?
¿Cómo se pueden distinguir experimentalmente estos dos escenarios mediante mediciones simples? (Creo que la luz reflejada y transmitida no cambia la temperatura del cuerpo mientras que la luz emitida y absorbida sí lo hacen. ¿Es esto correcto y es posible diferenciar experimentalmente entre emisión y reflexión usando esta información?)
¿Y cuáles son los mecanismos detrás de la reflexión y la emisión? (Creo que la emisión está relacionada con las transiciones de electrones. Pero, ¿cómo decide un fotón si se refleja o transmite si no se absorbe?)
Cuando un fotón interactúa con un átomo, pueden suceder tres cosas:
dispersión elástica, el fotón mantiene su energía y cambia de ángulo
dispersión inelástica, el fotón cede parte de su energía al átomo, y cambia de ángulo
absorción, el fotón da toda su energía al átomo, y el electrón absorbente se mueve a un nivel de energía más alto según QM
Ahora, está preguntando cuál es la diferencia entre absorción y reflexión, es decir, dispersión elástica:
la absorción cambiará la fase del fotón, el fotón se apoderará de existir y toda su energía se le dará al átomo, y el átomo emitirá un nuevo fotón o más, que pueden tener diferente nivel de energía y fase.
la reflexión, que es dispersión elástica, no cambiará la energía del fotón y le dará una imagen de espejo real. Las imágenes especulares reales no solo mantienen la energía de los fotones individuales, sino que también mantienen la fase del fotón relativa entre sí, por lo que el ángulo relativo de los fotones no cambiará. Así es como se mantiene una imagen especular.
la absorción y la reemisión le darán un ángulo diferente, al igual que la reflexión, pero el cambio de ángulo será diferente para cada fotón. El problema con la absorción y la reemisión es que la relajación del electrón puede ocurrir en múltiples pasos, que se denominan cascadas, por lo que la energía del fotón original puede ser diferente a la energía del fotón emitido, ya que habrá dos o más fotones. emitido.
Ahora pregunta cómo puede distinguir experimentalmente, eso se hace verificando la energía y la fase de los fotones originales y la luz reflejada / reemitida y si la luz que regresa es difusa o especular:
para la reflexión, la luz reflejada siempre es especular, es decir, una imagen especular, lo que significa que el ángulo relativo de los fotones se mantiene igual.
para absorción y reemisión, la reemisión es difusa, lo que significa que el ángulo relativo de los fotones es aleatorio.
Está preguntando cómo decidirá el átomo si reflejará o absorberá. Esa es la pregunta, ¿cómo decidirá el átomo si dispersar elásticamente el fotón o absorberlo?
si la energía del fotón coincide con la diferencia entre los niveles de energía del átomo, entonces el átomo con alta probabilidad absorberá el fotón.
si la energía del fotón es menor o mayor que la diferencia entre los niveles de energía del átomo, entonces el fotón podría dispersarse fuera del átomo con una alta probabilidad.
Será dispersión inelástica, que transfiere energías vibratorias a las moléculas si la energía del fotón es mayor que la diferencia en los niveles de energía del átomo. Será una dispersión elástica, es decir, reflexión si la energía del fotón es menor que la diferencia en los niveles de energía del átomo. Por lo tanto, la decisión se toma en función del tipo de material y la energía del fotón.
En ambos casos, la luz que cae sobre un objeto es un campo electromagnético vibrante. Esto hace que los electrones en el objeto vibren y pueden hacerlos más energéticos.
Un espejo es un objeto liso con electrones libres. La luz los hace vibrar. Los electrones que vibran se aceleran. Los electrones acelerados irradian. Para un espejo, la radiación es la misma que la radiación entrante, pero en una dirección diferente. Si la superficie no es lisa, son muchos pequeños espejos en muchas direcciones.
En algunos objetos, la luz les da energía a los electrones, y los electrones transmiten la energía a los átomos que los rodean. Esto hace que los átomos vibren más, haciéndolos más calientes. La energía se transmite al azar. En algunos casos, los electrones energéticos emiten radiación. En este caso, la radiación emitida no está tan directamente ligada a la radiación entrante. La radiación saliente depende principalmente de la temperatura del objeto.