ЕНЕРГІЯ СВІТЛА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, ОТРИМАННЯ, ПРИКЛАДИ - НАУКА - 2025

Енергія світла або світло світло , який несе в собі електромагнітну хвилю. Саме енергія робить світ навколо нас видимим, а його головним джерелом є Сонце, що входить до складу електромагнітного спектру, поряд з іншими формами невидимого випромінювання.

Електромагнітні хвилі встановлюють взаємодію з речовиною і здатні виробляти різні ефекти відповідно до енергії, яку вони несуть. Таким чином, світло не тільки дозволяє бачити предмети, але і генерує зміни речовини.

Малюнок 1. Сонце - головне джерело світлової енергії на Землі. Джерело: Pixabay.

Характеристика світлової енергії

Серед основних характеристик світлової енергії:

-Вона має подвійну природу: на макроскопічному рівні світло поводиться як хвиля, але на мікроскопічному рівні виявляє властивості частинок.

- Він транспортується пакетами або "квантами" світла, що називається фотонами. Фотонам не вистачає маси та електричного заряду, але вони можуть взаємодіяти з іншими частинками, такими як атоми, молекули або електрони, і передавати імпульс до них.

-Це не потребує поширення матеріального середовища. Ви можете це робити у вакуумі зі швидкістю світла: c = 3 × 10 ⁸ м / с.

-Енергія світла залежить від частоти хвилі. Якщо позначити енергію і f як частоту як E, то енергія світла задається E = hf, де h - константа Планка, значення якої - 6,625 10 - ³⁴ J • s. Чим вище частота, тим більше енергії.

- Як і інші види енергії, вона вимірюється в джоулях (J) в Міжнародній системі одиниць СІ.

-Длина хвиль видимого світла становить від 400 до 700 нанометрів. 1 нанометр, скорочений як нм, дорівнює 1 х 10 ^-9 м.

-Частота і довжина хвилі λ пов'язані c = λ.f, тому E = hc / λ.

Види світлової енергії

Світлова енергія може бути класифікована за її джерелом у:

-Натуральний

-Штучний

Малюнок 2. Спектр видимого світла електромагнітних хвиль - це вузькокольорова смуга. Джерело: Ф. Сапата.

Природна світлова енергія

Природним джерелом світлової енергії par excellence є Сонце. Будучи зіркою, Сонце має в своєму центрі ядерний реактор, який перетворює водень у гелій завдяки реакціям, що виробляють величезну кількість енергії.

Ця енергія залишає Сонце у вигляді світла, тепла та інших видів випромінювання, безперервно випромінюючи близько 62 600 кіловат на кожен квадратний метр поверхні -1 кіловат, що еквівалентно 1000 Вт, що в свою чергу дорівнює 1000 джоулей / секунду.

Рослини використовують частину цієї великої кількості енергії для здійснення фотосинтезу, важливого процесу, що складає основу життя на Землі. Іншим джерелом природного світла, але з набагато меншою енергією, є біолюмінесценція - явище, при якому живі організми виробляють світло.

Блискавка та вогонь - це інші джерела світлової енергії в природі, перші не є керованими, а другі супроводжують людство ще з доісторичних часів.

Штучна енергія світла

Що стосується штучних джерел світлової енергії, вони потребують перетворення інших видів енергії, таких як електрична, хімічна або калорійна, у світло. Цибулини розжарювання потрапляють до цієї категорії, надзвичайно гаряча нитка якої випромінює світло. Або також світло, що отримується за допомогою процесів горіння, як полум’я свічки.

Дуже цікавим джерелом світлової енергії є лазер. Він має безліч застосувань у різних галузях, включаючи медицину, комунікації, безпеку, обчислювальну техніку та аерокосмічні технології.

Малюнок 3. Ріжуча машина використовує лазер для виготовлення високоточних промислових розрізів. Джерело: Pixabay.

Використання світлової енергії

Світлова енергія допомагає нам спілкуватися з навколишнім світом, виступаючи переносником і передавачем даних та інформуючи нас про умови навколишнього середовища. Стародавні греки вже використовували дзеркала для передачі сигналів у рудиментарному вигляді на великі відстані.

Наприклад, коли ми дивимось телебачення, дані, які вони випромінюють, у формі зображень, потрапляють до нашого мозку через почуття зору, яке вимагає світлової енергії, щоб залишити відбиток на зоровому нерві.

До речі, для телефонного зв’язку важлива і світлова енергія, завдяки так званим оптичним волокнам, які проводять енергію світла, мінімізуючи втрати.

Все, що ми знаємо про віддалені об'єкти, - це інформація, отримана через світло, яке вони випромінюють, аналізується різними приладами: телескопами, спектрографами та інтерферометрами.

Перші допомагають зібрати форму предметів, їх яскравість - якщо багато фотонів досягають наших очей, це блискучий предмет - і їх колір, який залежить від довжини хвилі.

Це також дає уявлення про його рух, оскільки енергія фотонів, яку виявляє спостерігач, різна, коли джерело, яке випромінює, знаходиться в русі. Це називається ефектом Доплера.

Спектрографи збирають спосіб розподілу цього світла - спектр - і аналізують його, щоб отримати уявлення про склад об’єкта. А за допомогою інтерферометра ви можете відрізнити світло від двох джерел, навіть якщо у телескопа недостатньо роздільної здатності, щоб розрізнити це два.

Фотоелектричний ефект

Енергія світла, що випромінюється Сонцем, може бути перетворена в електрику завдяки фотоелектричному ефекту, відкритому в 1839 році французьким вченим Олександром Беккерелем (1820-1891), батьком Анрі Беккереля, який виявив радіоактивність.

Це ґрунтується на тому, що світло здатний виробляти електричний струм, висвітлюючи напівпровідникові сполуки кремнію, які містять домішки інших елементів. Буває, що, коли світло освітлює матеріал, він передає енергію, яка збільшує рухливість валентних електронів, і, таким чином, збільшує його електричну провідність.

Отримання

З часу свого створення людство прагнуло контролювати всі форми енергії, включаючи світлу енергію. Незважаючи на те, що Сонце забезпечує майже невичерпне джерело в денні години, завжди потрібно було певним чином виробляти світло, щоб захиститися від хижаків і продовжувати виконувати завдання, розпочаті протягом дня.

Отримати світлову енергію можна за допомогою деяких процесів, керованих певним чином:

-Згорання, спалюючи речовину, вона окислюється, виділяючи тепло і часто світло під час процесу.

-Нагрівання, наприклад, при нагріванні вольфрамової нитки, наприклад, на електричних лампочках.

Малюнок 4. Лампи розжарювання працюють, пропускаючи електричний струм через вольфрамову нитку. При нагріванні він випромінює тепло і світло. Джерело: Pixabay.

-Люмінесценція, при цьому ефект світла виробляється збудженням певних речовин певним чином. Деякі комахи та водорості виробляють світло, що називається біолюмінесценцією.

-Електролюмінесценція, є матеріали, які випромінюють світло, коли вони стимулюються електричним струмом.

За допомогою будь-якого з цих методів світло отримується безпосередньо, яке завжди має енергію світла. Зараз виробництво світлової енергії у великих кількостях - це щось інше.

Перевага

-Світлова енергія відіграє особливо важливу роль у передачі інформації.

- Використання світлової енергії від Сонця є вільним, це також майже невичерпне джерело, як ми вже говорили.

-Світла енергія сама по собі не забруднює (але деякі процеси її отримання можуть бути).

-У місцях, де сонячне світло рясне протягом року, можна виробляти електроенергію з фотоелектричним ефектом і тим самим зменшити залежність від викопного палива.

-Засоби, які використовують світлову енергію Сонця, прості в обслуговуванні.

-Кортове потрапляння сонячних променів необхідне людському організму для синтезу вітаміну D, необхідного для здорових кісток.

-Без світлової енергії рослини не можуть здійснювати фотосинтез, що є основою життя на Землі.

Недоліки

- Це не зберігається, на відміну від інших видів енергії. Але фотоелектричні комірки можуть бути підкріплені акумуляторами, щоб розширити їх використання.

-В принципі, споруди, які використовують світлову енергію, є дорогими, а також потребують місця, хоча витрати з часом та вдосконаленнями зменшилися. В даний час тестуються нові матеріали та гнучкі фотоелектричні комірки для оптимізації використання космосу.

- Тривале або пряме потрапляння сонячних променів завдає шкоди шкірі та зору, але головним чином через ультрафіолетове випромінювання, якого ми не можемо побачити.

Приклади світлової енергії

У попередніх розділах ми згадували багато прикладів світлової енергії: сонячне світло, свічки, лазери. Зокрема, є кілька дуже цікавих прикладів світлової енергії, обумовлених деякими ефектами, згаданими вище:

Світлодіодне освітлення

Малюнок 5. Світлодіодні світильники ефективніші, ніж лампи розжарювання, оскільки вони виділяють менше тепла і випромінюють світлову енергію довше. Джерело: Pixabay.

Назва світлодіодного світла походить від англійського світлодіода і виробляється шляхом пропускання електричного струму низької інтенсивності через напівпровідниковий матеріал, який у відповідь випромінює інтенсивне та високоефективне світло.

Світлодіодні лампи працюють набагато довше, ніж традиційні лампи розжарювання і набагато ефективніші, ніж традиційні лампи розжарювання, в яких майже вся енергія перетворюється на тепло, а не на світло. Ось чому світлодіодні світильники менш забруднюють, хоча їх вартість вище, ніж у ламп розжарювання.

Біолюмінесценція

Багато живих істот здатні перетворювати хімічну енергію у світлу енергію, шляхом біохімічної реакції всередині них. Комахи, риби та бактерії, серед іншого, здатні виробляти власне світло.

І роблять вони це з різних причин: захист, залучення парубка, як ресурсу для лову здобичі, спілкування і, очевидно, освітлення шляху.

Список літератури

1. Блер, Б. Основи світла. Відновлено: blair.pha.jhu.edu
2. Сонячна енергія. Фотоелектричний ефект. Відновлено з: solar-energia.net.
3. Тіллері, Б. 2013. Інтеграція науки.6. Видання. McGraw Hill.
4. Всесвіт сьогодні. Що таке світлова енергія. Відновлено з: universetoday.com.
5. Веданту. Енергія світла. Відновлено з: vedantu.com.
6. Вікіпедія. Світлова енергія. Відновлено з: es.wikipedia.org.