ŠVIESOS ENERGIJA: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI, GAVIMAS, PAVYZDŽIAI - MOKSLAS - 2025

Šviesos energija arba šviesa yra šviesa, kuri atlieka elektromagnetinį bangos. Būtent energija padaro aplinkinį pasaulį matomą, o pagrindinis jo šaltinis yra Saulė, sudaranti elektromagnetinio spektro dalį, kartu su kitomis nematomos radiacijos formomis.

Elektromagnetinės bangos sukuria sąveiką su medžiaga ir gali sukelti įvairius efektus, atsižvelgiant į energiją, kurią jos nešioja. Taigi šviesa ne tik leidžia pamatyti objektus, bet ir sukelia materijos pokyčius.

1 pav. Saulė yra pagrindinis šviesos energijos šaltinis Žemėje. Šaltinis: „Pixabay“.

Šviesos energijos charakteristikos

Tarp pagrindinių šviesos energijos savybių yra:

-Jis turi dvejopą prigimtį: makroskopiniame lygmenyje šviesa elgiasi kaip banga, tačiau mikroskopiniame lygyje pasižymi dalelių savybėmis.

-Jis gabenamas pakuotėmis arba šviesos „kvantomis“, vadinamomis fotonais. Fotonams trūksta masės ir elektros krūvio, tačiau jie gali sąveikauti su kitomis dalelėmis, tokiomis kaip atomai, molekulės ar elektronai, ir perduoti joms impulsą.

-Jei reikalinga materiali terpė plisti. Tai galite padaryti vakuume šviesos greičiu: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Šviesos energija priklauso nuo bangos dažnio. Jei energiją ir f pažymėtume kaip dažnį kaip E, šviesos energija būtų gaunama iš E = hf, kur h yra Plancko konstanta, kurios vertė yra 6,625 10 ^–34 J • s. Kuo didesnis dažnis, tuo daugiau energijos.

- Kaip ir kitos rūšies energija, ji matuojama džauliais (J) Tarptautinėje SI vienetų sistemoje.

- Matomos šviesos bangos ilgis yra tarp 400 ir 700 nanometrų. 1 nanometras, sutrumpintai kaip nm, lygus 1 x ^10–9 m.

- Dažnis ir bangos ilgis λ yra susieti c = λ.f, todėl E = hc / λ.

Šviesos energijos tipai

Šviesos energiją galima klasifikuoti pagal jos šaltinį:

-Natūralus

-Dirbtinis

2 pav. Elektromagnetinių bangų matomos šviesos spektras yra siaura spalvos juosta. Šaltinis: F. Zapata.

Natūrali šviesos energija

Natūralus šviesos energijos šaltinis yra Saulė. Būdama žvaigždė, Saulės centre yra branduolinis reaktorius, kuris vandenilį paverčia heliu per reakcijas, kurios sukuria didžiulį energijos kiekį.

Ši energija palieka Saulę šviesos, šilumos ir kitokio tipo spinduliuotės pavidalu, nuolat skleidžiant apie 62 600 kilovatų kiekvienam paviršiaus kvadratiniam metrui -1 kilovatas yra lygi 1000 vatų, o tai savo ruožtu yra lygu 1000 džaulių per sekundę.

Augalai dalį šios energijos sunaudoja fotosintezei vykdyti - svarbiam procesui, kuris sudaro gyvybės Žemėje pagrindą. Kitas natūralios šviesos šaltinis, tačiau turintis daug mažiau energijos, yra bioliuminescencija - reiškinys, kai gyvieji organizmai gamina šviesą.

Žaibas ir ugnis yra kiti gamtos energijos šaltiniai, pirmieji nėra kontroliuojami, o antrasis žmoniją lydėjo nuo priešistorinių laikų.

Dirbtinė šviesos energija

Kalbant apie dirbtinius šviesos energijos šaltinius, jiems reikia konvertuoti kitų rūšių energiją, pavyzdžiui, elektrinę, cheminę ar šiluminę. Į šią kategoriją patenka kaitrinės lemputės, kurių ypač karštas kaitrinis skleidžia šviesą. Arba šviesa, gaunama degimo metu, pavyzdžiui, žvakės liepsna.

Labai įdomus šviesos energijos šaltinis yra lazeris. Jis gali būti pritaikytas įvairiose srityse, įskaitant mediciną, ryšius, saugumą, skaičiavimą ir kosmoso technologijas.

3 pav. Pjaustymo mašina naudoja lazerį, kad būtų galima atlikti preciziškus pramoninius pjūvius. Šaltinis: „Pixabay“.

Šviesos energijos panaudojimas

Šviesos energija padeda mums susisiekti su mus supančiu pasauliu, veikti kaip duomenų nešiotoja ir perdavimo priemonė bei informuoja mus apie aplinkos sąlygas. Senovės graikai veidrodžiais signalų perdavimui dideliais atstumais jau naudodavo veidrodžius.

Pavyzdžiui, kai žiūrime televizorių, jo skleidžiami duomenys vaizdų pavidalu pasiekia mūsų smegenis regėjimo pojūčiu, kuriam reikalinga šviesos energija, kad regos nervas paliktų įspaudą.

Beje, telefoniniam ryšiui taip pat svarbi šviesos energija per vadinamuosius optinius pluoštus, kurie praleidžia šviesos energiją, sumažindami nuostolius.

Viskas, ką žinome apie tolimus objektus, yra informacija, gaunama per jų skleidžiamą šviesą, analizuojama įvairiais prietaisais: teleskopais, spektrografais ir interferometrais.

Buvę padeda surinkti objektų formą, jų ryškumą - jei daug fotonų pasiekia mūsų akis, tai yra blizgus objektas - ir jų spalvą, kuri priklauso nuo bangos ilgio.

Tai taip pat suteikia jo judėjimo idėją, nes fotonų, kuriuos aptinka stebėtojas, energija skiriasi, kai juda šaltinis, kuris jį skleidžia. Tai vadinama Doplerio efektu.

Spektrografai renka šios šviesos pasiskirstymo būdą - spektrą - ir analizuoja ją, kad susidarytų idėją apie objekto kompoziciją. Naudodami interferometrą, galite atskirti šviesą nuo dviejų šaltinių, net jei teleskopas neturi pakankamai skiriamosios gebos, kad atskirtų du šaltinius.

Fotoelektros efektas

Saulės skleidžiama šviesos energija gali būti paversta elektra fotovoltinio efekto dėka, kurį 1839 m. Atrado prancūzų mokslininkas Alexandre'as Becquerel'as (1820–1881), Henri Becquerel tėvas, atradęs radioaktyvumą.

Tai pagrįsta tuo, kad šviesa gali generuoti elektros srovę, apšviesdama puslaidininkinius silicio junginius, kuriuose yra kitų elementų priemaišų. Taip atsitinka, kad kai šviesa apšviečia medžiagą, ji perduoda energiją, kuri padidina valentinių elektronų judrumą ir taip padidina jo elektrinį laidumą.

Gavimas

Nuo pat savo veiklos pradžios žmonija stengėsi valdyti visų rūšių energiją, taip pat ir šviesos energiją. Nepaisant to, kad Saulė dienos metu yra beveik neišsemiamas šaltinis, tam tikru būdu reikėjo gaminti šviesą, kad apsisaugotumėte nuo plėšrūnų ir tęstumėte dienos metu pradėtas užduotis.

Šviesos energiją galima gauti naudojant tam tikrus procesus, kurie tam tikru būdu yra kontroliuojami:

-Kombinacija, kai dega medžiaga, ji oksiduojasi, proceso metu išskirdama šilumą ir dažnai šviesą.

-Indecencija, kaitinant, pavyzdžiui, volframo siūlelį, pavyzdžiui, elektros lemputes.

4 paveikslas. Kaitinamosios lemputės veikia praleidžiant elektros srovę per volframo giją. Šildant jis skleidžia šilumą ir šviesą. Šaltinis: „Pixabay“.

-Liuminescencija, tokiu būdu šviesą sukuria tam tikros savybės sukeliančios tam tikros medžiagos. Kai kurie vabzdžiai ir dumbliai skleidžia šviesą, kuri vadinama bioliuminescencija.

- Elektroliuminescencija, yra medžiagų, kurios skleidžia šviesą, kai jas stimuliuoja elektros srovė.

Taikant bet kurį iš šių būdų, šviesa gaunama tiesiogiai, visada turinti šviesos energiją. Gaminti didelius kiekius šviesos energijos yra kažkas kita.

Privalumas

-Šviesos energija turi ypač svarbų vaidmenį perduodant informaciją.

-Kas naudojamės saulės šviesos energija yra nemokama, ji, kaip minėjome, taip pat yra beveik neišsemiamas šaltinis.

-Šviesos energija savaime nėra tarša (tačiau kai kurie procesai jai gauti gali būti).

-Tose vietose, kur saulės spinduliai gausu ištisus metus, galima gaminti energiją naudojant fotovoltinį efektą ir taip sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro.

-Įrenginius, kuriuose naudojama saulės šviesos energija, lengva prižiūrėti.

-Žmogaus kūnas turi sintetinti vitaminą D, būtiną sveikiems kaulams.

- Be šviesos energijos, augalai negali vykdyti fotosintezės, kuri yra gyvybės Žemėje pagrindas.

Trūkumai

-Jis nėra sandėliuojamas, skirtingai nuo kitų rūšių energijos. Tačiau fotoelektros elementai gali būti palaikomi akumuliatoriais, kad būtų prailgintas jų naudojimas.

- Iš esmės įrenginiai, kuriuose naudojama šviesa, yra brangūs, taip pat reikalauja erdvės, nors laikui bėgant ir tobulėjant, išlaidos sumažėjo. Šiuo metu bandomos naujos medžiagos ir lankstūs fotoelektriniai elementai, siekiant optimizuoti erdvės naudojimą.

-Pailgėjęs ar tiesioginis saulės spindulių poveikis kenkia odai ir regėjimui, tačiau daugiausia dėl ultravioletinių spindulių, kurių mes nematome.

Šviesos energijos pavyzdžiai

Ankstesniuose skyriuose mes paminėjome daugybę šviesos energijos pavyzdžių: saulės spindulių, žvakių, lazerių. Visų pirma, yra keletas labai įdomių šviesos energijos pavyzdžių dėl kai kurių aukščiau paminėtų efektų:

Led šviesa

5 pav. LED lempos yra efektyvesnės nei kaitrinės lemputės, nes jos išskiria mažiau šilumos ir ilgiau išskiria šviesos energiją. Šaltinis: „Pixabay“.

Pavadinimas LED lemputė kilo iš angliškojo šviesos diodo ir yra gaminamas praleidžiant mažo intensyvumo elektros srovę per puslaidininkinę medžiagą, kuri kaip atsakas skleidžia intensyvią ir efektyvią šviesą.

LED lempos tarnauja daug ilgiau nei tradicinės kaitrinės lemputės ir yra daug efektyvesnės nei tradicinės kaitrinės lemputės, kuriose beveik visa energija virsta šiluma, o ne šviesa. Štai kodėl LED lempos mažiau teršia, nors jų kaina yra didesnė nei kaitrinių lempučių.

Bioliuminescencija

Daugelis gyvų būtybių sugeba paversti cheminę energiją šviesos energija, vykdydamos biocheminę reakciją jų viduje. Vabzdžiai, žuvys ir bakterijos, be kitų, sugeba pasigaminti savo šviesą.

Ir jie tai daro dėl skirtingų priežasčių: apsaugos, pritraukdami kapitono padėjėją, kaip išteklių sugauti grobį, bendrauti ir, aišku, parodyti kelią.

Nuorodos

1. Blairas, B. Šviesos pagrindai. Atkurta iš: blair.pha.jhu.edu
2. Saulės energija. Fotoelektros efektas. Atkurta iš: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integruoti mokslą.6. Leidimas. McGraw Hill.
4. Visata šiandien. Kas yra šviesos energija. Atkurta iš: universetoday.com.
5. Vedantu. Šviesos energija. Atgauta iš: vedantu.com.
6. Vikipedija. Šviesos energija. Atkurta iš: es.wikipedia.org.