FÉNYENERGIA: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, MEGSZERZÉS, PÉLDÁK - TUDOMÁNY - 2026

A fényenergia vagy a fény az a fény, amely elektromágneses hullámot hordoz. Az energia teszi láthatóvá a körülöttünk lévő világot, és fő forrása a Nap, amely az elektromágneses spektrum részét képezi, a nem látható sugárzás más formáival együtt.

Az elektromágneses hullámok kölcsönhatást hoznak létre az anyaggal és képesek különféle hatásokra, az általuk szállított energia függvényében. Így a fény nem csak lehetővé teszi a tárgyak megtekintését, hanem változásokat is generál az anyagban.

1. ábra: A Nap a Föld fő energiaforrása. Forrás: Pixabay.

A fényenergia jellemzői

A fényenergia főbb jellemzői a következők:

- Kettős természetű: makroszkopikus szinten a fény úgy viselkedik, mint egy hullám, de mikroszkopikus szinten szemcsés tulajdonságokkal rendelkezik.

- Csomagok vagy fény "kvantuma" -okkal, úgynevezett fotonokkal szállítják. A fotonoknak nincs tömege és elektromos töltése, de kölcsönhatásba léphetnek más részecskékkel, például atomokkal, molekulákkal vagy elektronokkal, és átadhatják lendületüket nekik.

-A terjedéshez nem szükséges anyag. Meg lehet csinálni vákuumban, a fénysebességgel: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-A fényenergia függ a hullám frekvenciájától. Ha az energiát és az f frekvenciát E-vel jelöljük, akkor a fényenergiát E = hf adja, ahol h Planck állandója, amelynek értéke 6,625 10 ^–34 J • s. Minél nagyobb a frekvencia, annál több az energia.

- Mint más típusú energiát is, azt Joules-ben (J) mérik az SI Nemzetközi Egységrendszerben.

-A látható fény hullámhosszai 400 és 700 nanométer között vannak. 1 nanométer, rövidítve nm, egyenlő 1 x 10 ^-9 m-rel.

-A λ frekvencia és hullámhossz c = λ.f-rel kapcsolódik, ezért E = hc / λ.

A fényenergia típusai

A fényenergia forrás szerint osztályozható:

-Természetes

-Mesterséges

2. ábra: Az elektromágneses hullámok látható fény spektruma a keskeny színes sáv. Forrás: F. Zapata.

Természetes fényenergia

A kiváló minőségű fényenergia természetes forrása a Nap. Csillagként a Nap középpontjában egy nukleáris reaktor található, amely hatalmas mennyiségű energiát előállító reakciók révén hidrogént héliummá alakít át.

Ez az energia elhagyja a Napot fény, hő és más típusú sugárzás formájában, folyamatosan kb. 62 600 kilowattot bocsát ki minden felület négyzetméterére -1 kilovattnak felel meg, 1000 wattnak, amely viszont egyenlő 1000 joule / másodpercben.

A növények ennek a nagy mennyiségű energianak a felhasználásával fotoszintézist végeznek, amely fontos folyamat, amely a Föld életének alapját képezi. A természetes fény másik forrása, de sokkal kevesebb energiával, a biolumineszcencia, egy olyan jelenség, amelyben az élő szervezetek fényt termelnek.

A villámlás és a tűz a természetben egyéb fényenergia-forrás, az előbbiek nem irányíthatók, az utóbbi az őskor óta kísérte az emberiséget.

Mesterséges fényenergia

Ami a fényenergia mesterséges forrásait illeti, ezek más típusú energiát - például elektromos, kémiai vagy fűtőelemet - fényre kell konvertálni. Ebbe a kategóriába tartozik az izzólámpa, amelynek rendkívül forró izzólámpája fényt bocsát ki. Vagy az égési folyamatok révén nyert fény, például egy gyertya lángja.

Nagyon érdekes fényenergia-forrás a lézer. Számos alkalmazást kínál számos területen, többek között az orvostudomány, a kommunikáció, a biztonság, a számítástechnika és a repüléstechnika területén.

3. ábra. A vágógép lézert használ a nagy pontosságú ipari vágásokhoz. Forrás: Pixabay.

Fényenergia felhasználása

A könnyű energia segít kommunikálni a körülvevő világgal, hordozóként és adattovábbítóként működik, és tájékoztat a környezeti feltételekről. Az ókori görögök már tükröket használtak, hogy nagy távolságokon kezdetlegesen jeleket továbbítsanak.

Például, amikor televíziót nézünk, az általa kibocsátott adatok képek formájában a látás érzékelésén keresztül jutnak el az agyunkba, amely fényenergiát igényel, hogy nyomot hagyjon a látóidegben.

Mellesleg, a telefonos kommunikációhoz a fényenergia is fontos, az úgynevezett optikai szálakon keresztül, amelyek fényenergiát vezetnek, minimalizálva a veszteségeket.

A távoli tárgyakról csak annyit tudunk, hogy információkat bocsátanak ki az általuk kibocsátott fény révén, különféle eszközökkel elemezve: távcsövek, spektrográfok és interferométerek.

Az előbbi segít összegyűjteni a tárgyak alakját, fényességét - ha sok foton érkezik a szemünkre, ez egy fényes tárgy - és színük, amely a hullámhossztól függ.

Ezenkívül képet ad a mozgásáról, mivel a megfigyelő által észlelt fotonok energiája eltérő, ha a kibocsátó forrás mozgásban van. Ezt Doppler-effektusnak nevezzük.

A spektrográfok összegyűjtik a fény eloszlásának módját - a spektrumot - és elemzik azt, hogy képet kapjanak a tárgy összetételéről. Az interferométerrel meg lehet különböztetni a fényt két forrásról, még akkor is, ha a távcső nem rendelkezik elegendő felbontással a kettő megkülönböztetésére.

A fotovoltaikus hatás

A nap által kibocsátott fényenergiát a fotovoltaikus hatásnak köszönhetően átalakíthatják elektromos energiává, amelyet 1839-ben fedeztek fel a francia tudós, Alexandre Becquerel (1820-1891), Henri Becquerel atyja, aki felfedezte a radioaktivitást.

Ez azon a tényen alapul, hogy a fény képes villamos áramot előállítani, félig vezető szilíciumvegyületek megvilágításával, amelyek más elemek szennyeződéseit tartalmazzák. Előfordul, hogy amikor a fény megvilágítja az anyagot, akkor az energiát továbbítja, amely növeli a valencia elektronok mobilitását, és ezáltal növeli annak elektromos vezetőképességét.

beszerzése

Az emberiség a kezdetektől fogva igyekezett irányítani az energia minden formáját, ideértve a fényenergiát is. Annak ellenére, hogy a Nap nappali órákban szinte kimeríthetetlen forrást kínál, mindig is valamilyen módon fényt kellett előállítania, hogy megvédje magát a ragadozóktól, és továbbra is végezze a nappal kezdett feladatokat.

A könnyű energiát olyan folyamatokkal lehet előállítani, amelyek valamilyen módon ellenőrizhetők:

-Kombináció az anyag elégetésekor oxidálódik, hőt és gyakran fényt bocsát ki a folyamat során.

-Indecencia, például egy wolframszál melegítésekor, például az izzók fűtésekor.

4. ábra: Az izzólámpák úgy működnek, hogy elektromos áramot vezetnek át egy volfrámszálon. Hevítéskor hőt és fényt bocsát ki. Forrás: Pixabay.

-Fényvilágítás, ebben a hatásban bizonyos anyagokat valamilyen módon izgalmas előállít a fény. Egyes rovarok és algák fényt bocsátanak ki, amelyet biolumineszcenciának neveznek.

-Elektrolumineszcencia: vannak olyan anyagok, amelyek fényt bocsátanak ki, amikor egy elektromos áram stimulálja őket.

Ezen módszerek bármelyikével a fény közvetlenül nyerhető, amely mindig fényenergiával rendelkezik. A könnyű energia nagy mennyiségben történő előállítása valami más.

Előny

-A fényenergia különösen fontos szerepet játszik az információ továbbításában.

- A Napból származó fényenergia ingyenes felhasználása szintén szinte kimeríthetetlen forrás, amint mondtuk.

-A fényenergia önmagában nem szennyező (de ennek előállítása bizonyos folyamatok lehet).

- Azokban a helyekben, ahol a napfény egész évben bővelkedik, fotovoltaikus hatású villamos energiát lehet előállítani, így csökkentve a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget.

-A létesítmények, amelyek felhasználják a Nap fényenergiáját, könnyen karbantarthatók.

- Az emberi testnek rövid napfénynek való kitettségéhez szükséges az egészséges csontokhoz nélkülözhetetlen D-vitamin szintézise.

- A fényenergia nélkül a növények nem tudnak fotoszintézist végezni, amely a Földön az élet alapja.

hátrányok

- Más energiától eltérően nem tárolható. A fotovoltaikus cellákat azonban elemekkel lehet támogatni, hogy kibővítsék használatukat.

- Alapvetően a könnyű energiát hasznosító létesítmények drágák és helyet igényelnek, azonban a költségek idővel és a fejlesztésekkel csökkentek. Az új anyagokat és a rugalmas fotovoltaikus elemeket jelenleg tesztelik a helyfelhasználás optimalizálása érdekében.

-A hosszabb ideig tartó vagy közvetlen napfénynek való kitettség a bőrt és a látást károsítja, főleg az ultraibolya sugárzás miatt, amelyet nem látunk.

Példák a fény energiájára

Az előző szakaszokban a fényenergia számos példáját megemlítettük: napfény, gyertyák, lézerek. Különösen vannak néhány nagyon érdekes példa a fény energiájára, a fent említett néhány hatás miatt:

LED lámpa

5. ábra. A LED-lámpák hatékonyabbak, mint az izzólámpák, mivel kevesebb hőt bocsátanak ki, és hosszabb ideig bocsátanak ki fényenergiát. Forrás: Pixabay.

A LED fény neve az angol fénykibocsátó diódából származik, és úgy állítják elő, hogy alacsony intenzitású elektromos áramot vezet át egy félvezető anyagon, amely válaszul intenzív és nagy teljesítményű fényt bocsát ki.

A LED-lámpák sokkal hosszabb ideig tartanak, mint a hagyományos izzók, és sokkal hatékonyabbak, mint a hagyományos izzólámpák, amelyekben szinte minden energia hőre, nem pedig fényre alakul át. Ez az oka annak, hogy a LED lámpák kevésbé szennyezőek, bár költségeik magasabbak, mint az izzólámpák.

biolumineszcencia

Sok élő lény képes kémiai energiát könnyű energiává alakítani, a benne levő biokémiai reakció révén. Rovarok, halak és baktériumok, többek között, képesek saját fényt előállítani.

És különféle okokból teszik: védelem, páros vonzása, mint zsákmány elfogásának forrása, kommunikáció és nyilvánvalóan az út megvilágítása.

Irodalom

1. Blair, B. A fény alapjai. Helyreállítva: blair.pha.jhu.edu
2. Napenergia. Fotoelektromos hatás. Helyreállítva: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6. Kiadás. McGraw Hill.
4. Ma a világegyetem. Mi a fényenergia? Helyreállítva: universetoday.com.
5. Vedantu. Fényenergia. Helyreállítva: vedantu.com.
6. Wikipedia. Fényenergia. Helyreállítva: es.wikipedia.org.