¿Es la excitación de un electrón y su posterior retorno a su estado de energía inicial un intercambio perfecto de energía?

Solo explicaré lo que creo que le parece tan interesante sobre su problema. Sí, la eficiencia de la energía de los fotones a la energía de los electrones es del 100%, ya que en un solo átomo no hay ningún mecanismo disipativo presente. Pero esto no es nada profundo, porque un solo átomo aislado es una tremenda abstracción. Un péndulo matemático transforma la energía gravitacional potencial en energía cinética y viceversa con una eficiencia del 100% también, de ida y vuelta hasta el final de los tiempos. Pero aquí somos conscientes de que este es simplemente un modelo matemático, donde se descuidan muchos efectos del mundo real.

Hay más que un solo átomo en el universo. Y hay más que solo un núcleo puntual con una masa infinita y un solo electrón en un átomo general. Y hay otras interacciones además de la electromagnética. Todos estos efectos se combinan al final y producen resultados que son compatibles con la segunda ley (macroscópica, estadística) de la termodinámica. Espero que esto haya ayudado un poco.

Cuando un electrón excitado vuelve a su estado fundamental, libera la cantidad exacta de energía que se utilizó para excitarlo.

No estoy completamente seguro de lo que quieres decir con “¿se puede aprovechar esto efectivamente?”. En este caso, como en todos los demás, la energía se conserva. No se puede obtener más energía de un electrón de la que se introdujo. Así que no, esto no nos permite aprovechar alguna forma mágica de energía libre. Sin embargo, el electrón puede ser estimulado para liberar esta energía al absorber un fotón con exactamente la misma cantidad de energía. Este es el principio que subyace al funcionamiento de un láser.

Entonces, sí, podemos aprovechar este efecto para hacer láseres. Pero el láser debe estar excitado antes de emitir su rayo, y el rayo no contendrá más energía de la utilizada para excitarlo.

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