СВЕТОВАЯ ЭНЕРГИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕРЫ - НАУКА - 2025

Энергия света или свет свет , который несет в себе электромагнитную волну. Это энергия, которая делает мир вокруг нас видимым, и ее основным источником является Солнце, составляющее часть электромагнитного спектра, наряду с другими формами невидимого излучения.

Электромагнитные волны взаимодействуют с веществом и способны производить различные эффекты в зависимости от переносимой ими энергии. Таким образом, свет не только позволяет видеть объекты, но и вызывает изменения в материи.

Рисунок 1. Солнце - главный источник световой энергии на Земле. Источник: Pixabay.

Характеристики световой энергии

Среди основных характеристик световой энергии можно выделить:

-Он имеет двойную природу: на макроскопическом уровне свет ведет себя как волна, но на микроскопическом уровне он проявляет свойства частиц.

-Он переносится пакетами или «квантами» света, называемыми фотонами. Фотонам не хватает массы и электрического заряда, но они могут взаимодействовать с другими частицами, такими как атомы, молекулы или электроны, и передавать им импульс.

-Это не требует материальной среды для распространения. Вы можете сделать это в вакууме со скоростью света: c = 3 × 10 ⁸ м / с.

-Световая энергия зависит от частоты волны. Если обозначить энергию и п , как частота , как Е, то энергия света задается E = HF где Н постоянная Планка, значение которого равно 6,625 10 ^-34 Дж • с. Чем выше частота, тем больше энергии.

-Как и другие виды энергии, она измеряется в Джоулях (Дж) в Международной системе единиц СИ.

-Длины волн видимого света составляют от 400 до 700 нанометров. 1 нанометр, сокращенно нм, равен 1 x 10 ^-9 м.

-Частота и длина волны λ связаны соотношением c = λ.f, поэтому E = hc / λ.

Виды световой энергии

Световую энергию можно классифицировать по источнику:

-Природные

-Artificial

Рис. 2. Видимый световой спектр электромагнитных волн представляет собой узкую цветную полосу. Источник: Ф. Сапата.

Естественная световая энергия

Естественным источником световой энергии в первую очередь является Солнце. Будучи звездой, Солнце имеет в центре ядерный реактор, который превращает водород в гелий посредством реакций, производящих огромное количество энергии.

Эта энергия покидает Солнце в виде света, тепла и других видов излучения, непрерывно излучающих около 62 600 киловатт на каждый квадратный метр поверхности. -1 киловатт эквивалентен 1000 ватт, что, в свою очередь, равно 1000 джоулей в секунду.

Растения используют часть этого большого количества энергии для фотосинтеза - важного процесса, лежащего в основе жизни на Земле. Еще один источник естественного света, но с гораздо меньшей энергией - это биолюминесценция, явление, при котором живые организмы производят свет.

Молния и огонь - это другие источники световой энергии в природе, первые не поддаются контролю, а вторые сопровождали человечество с доисторических времен.

Искусственная световая энергия

Что касается искусственных источников световой энергии, они требуют преобразования в свет других видов энергии, например электрической, химической или теплотворной. К этой категории относятся лампы накаливания, чья чрезвычайно горячая нить излучает свет. Или также свет, который получается в процессе горения, как пламя свечи.

Очень интересный источник световой энергии - лазер. Он имеет множество приложений в различных областях, включая медицину, связь, безопасность, вычислительную технику и аэрокосмические технологии.

Рис. 3. Станок для резки использует лазер для выполнения высокоточных промышленных разрезов. Источник: Pixabay.

Использование световой энергии

Световая энергия помогает нам общаться с окружающим миром, выступая в качестве носителя и передатчика данных и информируя нас об условиях окружающей среды. Древние греки уже использовали зеркала для простой передачи сигналов на большие расстояния.

Когда мы, например, смотрим телевизор, данные, которые он излучает, в виде изображений, достигают нашего мозга через зрение, которому требуется световая энергия, чтобы оставить отпечаток на зрительном нерве.

Кстати, для телефонной связи важна и световая энергия, через так называемые оптические волокна, которые проводят световую энергию, сводя к минимуму потери.

Все, что мы знаем о далеких объектах, - это информация, полученная через излучаемый ими свет, анализируемая с помощью различных инструментов: телескопов, спектрографов и интерферометров.

Первые помогают определить форму объектов, их яркость (если много фотонов достигает наших глаз, это блестящий объект) и их цвет, который зависит от длины волны.

Это также дает представление о его движении, потому что энергия фотонов, которые обнаруживает наблюдатель, различается, когда источник, излучающий их, находится в движении. Это называется эффектом Доплера.

Спектрографы собирают способ распределения этого света - спектр - и анализируют его, чтобы получить представление о составе объекта. А с помощью интерферометра вы можете различать свет от двух источников, даже если у телескопа недостаточно разрешения, чтобы различать эти два источника.

Фотоэлектрический эффект

Световая энергия, излучаемая Солнцем, может быть преобразована в электричество благодаря фотоэлектрическому эффекту, открытому в 1839 году французским ученым Александром Беккерелем (1820-1891), отцом Анри Беккереля, открывшего радиоактивность.

Это основано на том факте, что свет способен производить электрический ток, освещая полупроводниковые соединения кремния, содержащие примеси других элементов. Бывает, что когда свет освещает материал, он передает энергию, которая увеличивает подвижность валентных электронов и, таким образом, увеличивает его электрическую проводимость.

получение

С момента своего создания человечество стремилось контролировать все формы энергии, включая энергию света. Несмотря на то, что Солнце является почти неисчерпаемым источником в дневные часы, всегда необходимо было каким-то образом излучать свет, чтобы защитить себя от хищников и продолжать выполнять задачи, начатые днем.

Можно получить световую энергию с помощью некоторых процессов, которыми можно управлять:

-Сгорание: при сжигании вещества оно окисляется, выделяя тепло и часто свет во время процесса.

- Раскаление, например, при нагревании вольфрамовой нити накаливания, как у электрических лампочек.

Рисунок 4. Лампы накаливания работают, пропуская электрический ток через вольфрамовую нить. При нагревании излучает тепло и свет. Источник: Pixabay.

-Люминесценция, в этом эффекте свет создается каким-то образом путем возбуждения определенных веществ. Некоторые насекомые и водоросли излучают свет, который называется биолюминесценцией.

-Электролюминесценция, есть материалы, которые излучают свет, когда они стимулируются электрическим током.

С помощью любого из этих методов напрямую получается свет, который всегда имеет световую энергию. Теперь производство световой энергии в больших количествах - это совсем другое.

преимущество

-Световая энергия играет особенно важную роль в передаче информации.

-Использование световой энергии Солнца бесплатно, это также почти неиссякаемый источник, как мы уже говорили.

-Световая энергия сама по себе не загрязняет окружающую среду (но некоторые способы ее получения могут быть).

-В местах, где в течение всего года много солнечного света, можно вырабатывать электричество с помощью фотоэлектрического эффекта и, таким образом, уменьшить зависимость от ископаемого топлива.

- Объекты, которые используют световую энергию Солнца, просты в обслуживании.

- Кратковременное воздействие солнечного света необходимо человеческому организму для синтеза витамина D, необходимого для здоровья костей.

-Без световой энергии растения не могут осуществлять фотосинтез, который является основой жизни на Земле.

Недостатки

-Это не хранится, в отличие от других видов энергии. Но фотоэлектрические элементы могут быть подкреплены батареями, чтобы продлить срок их использования.

- В принципе, объекты, использующие световую энергию, дороги и также требуют места, хотя затраты снизились со временем и с улучшениями. Новые материалы и гибкие фотоэлектрические элементы в настоящее время проходят испытания для оптимизации использования пространства.

-Продолжительное или прямое воздействие солнечных лучей вызывает повреждение кожи и зрения, но в основном из-за ультрафиолетового излучения, которое мы не видим.

Примеры световой энергии

В предыдущих разделах мы упоминали множество примеров световой энергии: солнечный свет, свечи, лазеры. В частности, есть несколько очень интересных примеров световой энергии из-за некоторых эффектов, упомянутых выше:

Светодиодный

Рис. 5. Светодиодные лампы более эффективны, чем лампы накаливания, поскольку они выделяют меньше тепла и дольше излучают световую энергию. Источник: Pixabay.

Название светодиодный свет происходит от английского Light Emitting Diode и производится путем пропускания электрического тока низкой интенсивности через полупроводниковый материал, который в ответ излучает интенсивный и высокоэффективный свет.

Светодиодные лампы служат намного дольше, чем традиционные лампы накаливания, и намного более эффективны, чем традиционные лампы накаливания, в которых почти вся энергия преобразуется в тепло, а не в свет. Именно поэтому светодиодные фонари менее загрязняют окружающую среду, хотя их стоимость выше, чем у ламп накаливания.

биолюминесценция

Многие живые существа способны преобразовывать химическую энергию в энергию света посредством биохимической реакции внутри них. Среди прочего, насекомые, рыбы и бактерии способны излучать собственный свет.

И делают они это по разным причинам: защита, привлечение партнера, как ресурс для ловли добычи, для общения и, очевидно, для освещения пути.

Ссылки

1. Блэр, Б. Основы света. Получено с: blair.pha.jhu.edu
2. Солнечная энергия. Фотоэлектрический эффект. Получено с: solar-energia.net.
3. Тиллери, б. 2013. Интегрировать науку. 6th. Издание. Макгроу Хилл.
4. Вселенная сегодня. Что такое световая энергия. Получено с: universetoday.com.
5. Vedantu. Энергия света. Получено с: vedantu.com.
6. Wikipedia. Энергия света. Получено с: es.wikipedia.org.