¿Por qué los electrones emiten energía en forma de fotones, pero no en forma de energía térmica?

Para emitir energía como calor, una molécula o un átomo de estado excitado tiene que chocar con otra cosa (la pared del recipiente u otro átomo o molécula. Si lo hace, puede liberar energía al acelerar la otra cosa que acaba de golpear). En una muestra de fase gaseosa, siempre sucederá algo de esto en un gas en estado excitado, sin embargo, también habrá un tiempo muy largo entre esas colisiones, desde la perspectiva del átomo o molécula en estado excitado, y habrá una alta probabilidad de que el electrón no espere esa colisión y, en cambio, simplemente se libere de su energía emitiendo un fotón de luz. Todo se trata de probabilidad. Ambos pueden suceder, a veces un método es tan raro que podemos ignorarlo eso.

Tenga en cuenta que un tubo fluorescente se calentará después de un tiempo, por lo que es evidente que parte de la energía se pierde al emitir calor, no toda se convierte en energía luminosa. Pero, una bombilla incandescente se calienta mucho primero y solo una pequeña fracción de la energía se emite como luz. Esto se debe a que los átomos y moléculas excitados en el filamento de estado sólido pierden su energía de manera muy efectiva al chocar con sus vecinos y darles energía cinética.

Para aclarar, “energía térmica” es un poco inapropiado. No existe realmente una forma de energía llamada “energía térmica”. Lo que vemos como calor es en realidad la sensación que tenemos en nuestra piel cuando algo más caliente entra en contacto con nosotros. De hecho, lo que sucede en ese caso es la “transferencia de calor” de un cuerpo a otro, por convección, transmisión o conducción. De hecho, los tres casos son simplemente casos especiales de interacción electromagnética, ya sea directamente entre dos cuerpos o mediados por un tercer objeto.

Los electrones emiten energía dependiendo de la interacción. Por lo general, están ocupando una cierta energía orbital en un átomo, y una interacción hace que se muevan a otro nivel de energía. La conservación de energía exige que se conserven los mostos de energía, por lo que si el electrón se mueve a un nivel en el que va a tener menos energía, debe perder ese excedente en forma de fotón, que tendrá una energía de exactamente ese valor. Si el electrón se está moviendo a un nivel en el que va a tener una energía más alta, entonces debe haber recibido esta energía de alguna parte: un fotón cuya energía es exactamente la diferencia entre las energías de los orbitales inicial y final del electrón.

Siempre que la interacción electromagnética es responsable de la transferencia de energía, los fotones son las únicas partículas que pueden hacer el trabajo, siendo los mediadores exclusivos de esa interacción, como los gluones trabajan solo para la fuerza nuclear (que mantiene unidos los núcleos atómicos).

La energía, como todo en el universo, está cuantizada. Es decir, es decreto y solo puede existir en ciertos niveles de energía correspondientes a la energía de los depósitos de energía de electrones o neutrones o protones. La energía térmica es bastante baja (inferida) y es probable que sea una energía más baja que la capa de energía de partículas más baja. Sin embargo, al no haberlo investigado, podría haber alguna reacción nuclear que podría liberar energía en la frecuencia inferida.

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