СВЕТЛИННА ЕНЕРГИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ПОЛУЧАВАНЕ, ПРИМЕРИ - НАУКА - 2025

В светлинната енергия или светлина е светлината, която носи електромагнитна вълна. Именно енергията прави света около нас видим, а неговият основен източник е Слънцето, представляващо част от електромагнитния спектър, заедно с други форми на невидимо излъчване.

Електромагнитните вълни установяват взаимодействие с материята и са способни да произвеждат различни ефекти според енергията, която носят. Така светлината не само позволява да се виждат обекти, но и генерира промени в материята.

Фигура 1. Слънцето е основният източник на светлинна енергия на Земята. Източник: Pixabay

Характеристики на светлинната енергия

Сред основните характеристики на светлинната енергия са:

-Той има двоен характер: на макроскопско ниво светлината се държи като вълна, но на микроскопично ниво проявява свойства на частиците.

-Те се транспортира чрез пакети или "кванти" от светлина, наречена фотони. Фотоните нямат маса и електрически заряд, но те могат да взаимодействат с други частици като атоми, молекули или електрони и да прехвърлят инерция към тях.

-Не се изисква материална среда за разнасяне. Можете да го направите във вакуум със скоростта на светлината: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Енергията на светлината зависи от честотата на вълната. Ако обозначим енергията и f като честота като Е, светлинната енергия се дава от E = hf, където h е константа на Планк, чиято стойност е 6,625 10 - ³⁴ J • s. Колкото по-висока е честотата, толкова повече енергия.

-Подобно на други видове енергия, тя се измерва в Joules (J) в Международната система от единици SI.

-Дължините на вълната на видимата светлина са между 400 и 700 нанометра. 1 нанометър, съкратено като nm, е равно на 1 x 10 ^-9 m.

-Честотата и дължината на вълната λ са свързани с c = λ.f, следователно E = hc / λ.

Видове светлинна енергия

Светлинната енергия може да бъде класифицирана според източника й в:

естествени

-Artificial

Фигура 2. Спектърът на видимата светлина на електромагнитните вълни е тясно оцветената лента. Източник: Ф. Сапата.

Естествена светлинна енергия

Естественият източник на светлинна енергия par excellence е Слънцето. Като звезда, Слънцето има в центъра си ядрен реактор, който превръща водорода в хелий чрез реакции, които произвеждат огромни количества енергия.

Тази енергия оставя Слънцето под формата на светлина, топлина и други видове радиация, като непрекъснато излъчва около 62 600 киловата за всеки квадратен метър повърхност -1 киловат се равнява на 1000 вата, което от своя страна е равно на 1000 джаула / секунда-.

Растенията използват част от това голямо количество енергия за извършване на фотосинтеза, важният процес, който представлява основата на живота на Земята. Друг източник на естествена светлина, но с много по-малко енергия, е биолуминесценцията, явление, при което живите организми произвеждат светлина.

Светкавицата и огънят са други източници на светлинна енергия в природата, първите не са контролируеми, а вторите са съпътствали човечеството още от праисторически времена.

Изкуствена светлинна енергия

Що се отнася до изкуствените източници на светлинна енергия, те изискват преобразуване на други видове енергия, като електрическа, химическа или калорична, в светлина. Крушките с нажежаема жичка попадат в тази категория, чиято изключително гореща нишка излъчва светлина. Или също светлината, която се получава чрез горивни процеси, като пламъка на свещ.

Много интересен източник на светлинна енергия е лазерът. Той има много приложения в различни области, включително медицина, комуникации, сигурност, компютърни технологии и космически технологии, наред с други.

Фигура 3. Машината за рязане използва лазер за извършване на високоточни промишлени разфасовки. Източник: Pixabay

Използване на светлинна енергия

Светлинната енергия ни помага да общуваме със света около нас, действайки като носител и предавател на данни и ни информира за условията на околната среда. Древните гърци вече използвали огледала, за да изпращат сигнали по рудиментарен начин на дълги разстояния.

Когато гледаме телевизия, например, данните, които излъчва под формата на изображения, достигат до мозъка ни чрез усещането за зрение, което изисква светлинна енергия, за да остави отпечатък върху зрителния нерв.

Между другото, за телефонната комуникация светлинната енергия също е важна чрез така наречените оптични влакна, които провеждат светлинна енергия, минимизирайки загубите.

Всичко, което знаем за отдалечените обекти, е информация, получена чрез светлината, която излъчват, анализира с различни инструменти: телескопи, спектрографи и интерферометри.

Първите помагат да се събере формата на предметите, тяхната яркост - ако много фотони достигат до очите ни, това е лъскав предмет - и цвета им, който зависи от дължината на вълната.

Той също така дава представа за неговото движение, защото енергията на фотоните, която наблюдател открива, е различна, когато източникът, който го излъчва, е в движение. Това се нарича Доплеров ефект.

Спектрографите събират начина, по който се разпределя тази светлина - спектърът, и я анализират, за да получат представа за състава на обекта. И с интерферометър можете да различите светлината от два източника, дори ако телескопът няма достатъчно разделителна способност, за да разграничи двата.

Фотоволтаичният ефект

Светлинната енергия, излъчвана от Слънцето, може да бъде преобразувана в електричество благодарение на фотоволтаичния ефект, открит през 1839 г. от френския учен Александър Бекерел (1820-1891), баща на Анри Бекерел, който откри радиоактивността.

Това се основава на факта, че светлината е способна да произвежда електрически ток чрез осветяване на полупроводникови силициеви съединения, които съдържат примеси от други елементи. Случва се, когато светлината осветява материала, той предава енергия, която увеличава подвижността на валентните електрони и по този начин увеличава електрическата му проводимост.

Получаване

От създаването си човечеството се стреми да контролира всички форми на енергия, включително светлинната енергия. Въпреки факта, че Слънцето осигурява почти неизчерпаем източник в дневните часове, винаги е било необходимо да се произвежда светлина по някакъв начин, за да се предпази от хищници и да продължи да изпълнява задачите, стартирани през деня.

Възможно е да се получи светлинна енергия чрез някои процеси, които са контролирани по някакъв начин:

- Изгарянето, когато изгаря вещество, окислява, отделяйки топлина и често светлина по време на процеса.

-Прикачане при нагряване на волфрамова нишка например, като тези на електрически крушки.

Фигура 4. Крушките с нажежаема жичка работят чрез преминаване на електрически ток през волфрамова нишка. При нагряване той излъчва топлина и светлина. Източник: Pixabay

-Люминесценция, при този ефект светлината се произвежда чрез възбуждане на определени вещества по някакъв начин. Някои насекоми и водорасли произвеждат светлина, която се нарича биолуминесценция.

-Електролуминесценция, има материали, които излъчват светлина, когато се стимулират от електрически ток.

С всеки от тези методи директно се получава светлина, която винаги има светлинна енергия. Сега производството на светлинна енергия в големи количества е нещо друго.

предимство

-Светната енергия има особено важна роля в предаването на информация.

-Използването на светлинната енергия от Слънцето е безплатно, това е също почти неизчерпаем източник, както казахме.

-Светливата енергия сама по себе си не замърсява (но някои процеси за получаването й могат да бъдат).

-На места, където слънчевата светлина изобилства през цялата година, е възможно да се генерира електричество с фотоволтаичния ефект и по този начин да се намали зависимостта от изкопаеми горива.

-Удобствата, които използват светлинната енергия на Слънцето, са лесни за поддръжка.

-Кортовото излагане на слънчева светлина е необходимо за човешкото тяло да синтезира витамин D, от съществено значение за здравите кости.

-Без светлинна енергия растенията не могат да извършват фотосинтеза, което е основата на живота на Земята.

Недостатъци

-Той не може да се съхранява, за разлика от други видове енергия. Но фотоволтаичните клетки могат да бъдат подкрепени от батерии, за да се разшири тяхното използване.

-По принцип съоръженията, които използват светлинната енергия, са скъпи и също изискват пространство, въпреки че разходите намаляват с времето и подобренията. В момента се тестват нови материали и гъвкави фотоволтаични клетки, за да се оптимизира използването на пространството.

- Продължителното или пряко излагане на слънчева светлина причинява увреждане на кожата и зрението, но най-вече поради ултравиолетово лъчение, което не можем да видим.

Примери за светлинна енергия

В предишните раздели сме споменавали много примери за светлинна енергия: слънчева светлина, свещи, лазери. По-специално, има някои много интересни примери за светлинна енергия, поради някои от споменатите по-горе ефекти:

Светодиодна светлина

Фигура 5. LED светлините са по-ефективни от нажежаемите, тъй като те отделят по-малко топлина и излъчват светлинна енергия за по-дълго. Източник: Pixabay

Името на LED светлината произлиза от английския светодиод и се произвежда чрез преминаване на електрически ток с нисък интензитет през полупроводников материал, който в отговор излъчва интензивна и високоефективна светлина.

LED лампите издържат много по-дълго от традиционните крушки с нажежаема жичка и са много по-ефективни от традиционните крушки с нажежаема жичка, при които почти цялата енергия се трансформира в топлина, а не в светлина. Ето защо LED светлините са по-малко замърсяващи, въпреки че цената им е по-висока от тази на лампите с нажежаема жичка.

биолуминесценция

Много живи същества са способни да преобразуват химическа енергия в светлинна енергия чрез биохимична реакция вътре в тях. Насекомите, рибите и бактериите, между другото, са способни да произвеждат собствена светлина.

И го правят по различни причини: защита, привличане на половинка, като ресурс за улов на плячка, за общуване и очевидно, за осветяване на пътя.

Препратки

1. Блеър, Б. Основите на светлината. Възстановено от: blair.pha.jhu.edu
2. Слънчева енергия. Фотоволтаичен ефект. Възстановени от: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Интегрирайте науката.6. Edition. McGraw Hill.
4. Вселена днес. Какво е светлината енергия. Възстановено от: universetoday.com.
5. Vedantu. Светлинна енергия. Възстановено от: vedantu.com.
6. Wikipedia. Светлинна енергия. Възстановено от: es.wikipedia.org.