SVJETLOSNA ENERGIJA: KARAKTERISTIKE, VRSTE, DOBIVANJE, PRIMJERI - ZNANOST - 2025

Svjetlosna energija ili svjetlo je svjetlo koje nosi elektromagnetski val. To je energija koja čini svijet oko nas vidljivim, a njen glavni izvor je Sunce, koje čini dio elektromagnetskog spektra, zajedno s drugim oblicima nevidljivog zračenja.

Elektromagnetski valovi uspostavljaju interakciju s materijom i sposobni su proizvesti različite učinke u skladu s energijom koju nose. Dakle, svjetlost ne samo da omogućuje gledanje predmeta, već i stvara promjene u materiji.

Slika 1. Sunce je glavni izvor svjetlosne energije na Zemlji. Izvor: Pixabay.

Karakteristike svjetlosne energije

Među glavnim karakteristikama svjetlosne energije su:

-Ima dvostruku prirodu: na makroskopskoj razini svjetlost se ponaša poput vala, ali na mikroskopskoj razini pokazuje svojstva čestica.

-Prenose se paketima ili "kvantima" svjetlosti koji se zovu fotoni. Fotonima nedostaje masa i električni naboj, ali mogu komunicirati s drugim česticama poput atoma, molekula ili elektrona i prenijeti zamah na njih.

-To ne zahtijeva materijal koji se širi. Možete to učiniti u vakuumu brzinom svjetlosti: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Svjetlosna energija ovisi o frekvenciji vala. Ako energiju i f označimo frekvencijom kao E, svjetlosna energija je dana s E = hf, gdje je h Planckova konstanta, čija je vrijednost 6.625 10 ^–34 J • s. Što je veća frekvencija, to je više energije.

- Kao i druge vrste energije, mjeri se u Joulesu (J) u Međunarodnom sustavu jedinica SI.

- Valne duljine vidljive svjetlosti su između 400 i 700 nanometara. 1 nanometar, skraćeno kao nm, jednak je 1 x 10 ^-9 m.

-Čestoća i valna duljina λ povezani su c = λ.f, dakle E = hc / λ.

Vrste svjetlosne energije

Svjetlosna energija se može klasificirati prema izvoru u:

-Natural

-Umjetno

Slika 2. Spektar vidljivog svjetla elektromagnetskih valova je usko obojeni pojas. Izvor: F. Zapata.

Prirodna svjetlosna energija

Prirodni izvor svjetlosne energije par excellence je Sunce. Sunce je u svom središtu nuklearni reaktor koji vodikom pretvara u helij reakcijama koje proizvode ogromne količine energije.

Ta energija napušta Sunce u obliku svjetlosti, topline i drugih vrsta zračenja, neprekidno emitira oko 62.600 kilovata na svaki kvadratni metar površine -1 kilovat ekvivalent 1000 vata, što je zauzvrat jednako 1000 džula / sekundi.

Biljke koriste dio ove velike količine energije za provođenje fotosinteze, važnog procesa koji čini osnovu života na Zemlji. Drugi izvor prirodne svjetlosti, ali s puno manje energije, je bioluminiscencija, fenomen u kojem živi organizmi proizvode svjetlost.

Munja i vatra su drugi izvori svjetlosne energije u prirodi, prvi se ne mogu kontrolirati, a drugi su pratili čovječanstvo još od prapovijesti.

Umjetna svjetlosna energija

Što se tiče umjetnih izvora svjetlosne energije, oni zahtijevaju pretvaranje drugih vrsta energije, poput električne, kemijske ili kalorične, u svjetlost. Žarulje sa žarnom niti spadaju u ovu kategoriju, čija izrazito vruća žarulja emitira svjetlost. Ili također svjetlost koja se dobiva izgaranjem, poput plamena svijeće.

Vrlo zanimljiv izvor svjetlosne energije je laser. Ima mnogo primjena u raznim područjima, uključujući medicinu, komunikacije, sigurnost, računarstvo i zrakoplovnu tehnologiju, među ostalim.

Slika 3. Stroj za rezanje koristi laser za izradu visoko preciznih industrijskih rezova. Izvor: Pixabay.

Upotreba svjetlosne energije

Svjetlosna energija pomaže nam komunicirati sa svijetom oko nas, djelujući kao prijenosnik i prijenosnik podataka te nas informira o okolišnim uvjetima. Stari Grci su već koristili ogledala za ručno slanje signala na velike udaljenosti.

Na primjer, kad gledamo televiziju, podaci koje emitiraju, u obliku slika, dopiru do našeg mozga putem vida, kojem je potrebna svjetlosna energija da ostavi trag na optičkom živcu.

Usput, za telefonsku komunikaciju važna je i svjetlosna energija, kroz takozvana optička vlakna koja provode svjetlosnu energiju, minimizirajući gubitke.

Sve što znamo o udaljenim objektima jesu informacije primljene kroz svjetlost koju emitiraju, analizirane s različitim instrumentima: teleskopima, spektrografima i interferometrima.

Bivši pomažu prikupiti oblik predmeta, njihovu svjetlinu - ako nam mnogo fotona dopre do očiju to je sjajni objekt - i njihovu boju, koja ovisi o valnoj duljini.

Ona također daje ideju o svom kretanju, jer je energija fotona koje promatrač detektira različita kada je izvor koji ga emitira u pokretu. To se naziva Doplerov efekt.

Spektrografi prikupljaju način na koji se to svjetlo distribuira - spektar - i analiziraju ga kako bi se dobila ideja o sastavu objekta. A pomoću interferometra možete razlikovati svjetlost iz dva izvora, čak i ako teleskop nema dovoljno razlučivosti da ih razlikuje.

Fotonaponski efekt

Svjetlosna energija koju emitira Sunce može se pretvoriti u električnu energiju zahvaljujući fotonaponskom učinku, koji je 1839. otkrio francuski znanstvenik Alexandre Becquerel (1820-1891), otac Henrija Becquerela, koji je otkrio radioaktivnost.

To se temelji na činjenici da je svjetlost sposobna stvarati električnu struju, osvjetljavanjem poluvodičkih silicijskih spojeva koji sadrže nečistoće drugih elemenata. Događa se da kada svjetlost osvjetljava materijal, ona prenosi energiju koja povećava pokretljivost valentnih elektrona i na taj način povećava njegovu električnu vodljivost.

dobivanje

Čovječanstvo je od svog nastanka nastojalo kontrolirati sve oblike energije, uključujući svjetlosnu energiju. Unatoč činjenici da Sunce pruža gotovo neiscrpan izvor u dnevnim satima, uvijek je bilo potrebno proizvesti svjetlost na neki način da se zaštiti od grabežljivaca i nastavi obavljati zadatke započete tijekom dana.

Moguće je dobiti svjetlosnu energiju kroz neke procese koji su na neki način kontrolirani:

- Izgaranje, kada sagorijeva tvar, oksidira, odajući toplinu i često svjetlost tijekom postupka.

- Žarište, primjerice, kada zagrijavate volframovu žarulju, poput žarulja.

Slika 4. Žarulje sa žarnom niti rade prolazeći električnom strujom kroz volframovu žarulju. Kada se zagrijava, emitira toplinu i svjetlost. Izvor: Pixabay.

-Luminiscencija, u ovom se učinku svjetlost stvara pobudom određenih tvari na neki način. Neki insekti i alge proizvode svjetlost, što se naziva bioluminiscencija.

-Elektroluminiscencija, postoje materijali koji emitiraju svjetlost kada su potaknuti električnom strujom.

Uz bilo koju od ovih metoda, svjetlost se dobiva izravno, koja uvijek ima svjetlosnu energiju. Proizvodnja svjetlosne energije u velikim količinama je nešto drugo.

Prednost

-Svjetla energija ima posebno relevantnu ulogu u prijenosu informacija.

- Korištenje svjetlosne energije sa Sunca je besplatno, a također je gotovo neiscrpni izvor, kao što smo rekli.

-Svjetla energija, sama po sebi, ne zagađuje (ali neki procesi za dobivanje mogu biti).

-Na mjestima gdje sunčeva svjetlost obiluje tijekom cijele godine, moguće je stvarati električnu energiju s fotonaponskim učinkom i na taj način smanjiti ovisnost o fosilnim gorivima.

- Objekti koji koriste svjetlosnu energiju Sunca se lako održavaju.

-Kratko izlaganje suncu potrebno je da ljudsko tijelo sintetizira vitamin D, neophodan za zdrave kosti.

- Bez svjetlosne energije, biljke ne mogu provesti fotosintezu, što je osnova života na Zemlji.

Nedostaci

-Ne može se pohraniti, za razliku od drugih vrsta energije. No, fotonaponske stanice mogu se poduprijeti baterijama kako bi se povećala njihova upotreba.

-U načelu, objekti koji koriste svjetlosnu energiju su skupi i također zahtijevaju prostor, iako su se troškovi smanjivali s vremenom i poboljšanjima. Trenutno se ispituju novi materijali i fleksibilne fotonaponske stanice kako bi se optimizirala upotreba prostora.

-Dugotrajno ili izravno izlaganje suncu uzrokuje oštećenje kože i vida, ali uglavnom zbog ultraljubičastog zračenja, koje ne možemo vidjeti.

Primjeri svjetlosne energije

Kroz prethodne dijelove spomenuli smo mnoge primjere svjetlosne energije: sunčevu svjetlost, svijeće, lasere. Posebno postoje neki vrlo zanimljivi primjeri svjetlosne energije zbog nekih gore spomenutih učinaka:

LED svjetlo

Slika 5. LED svjetla su učinkovitija od žarulje sa žarnom niti, jer duže ispuštaju toplinu i emitiraju svjetlosnu energiju. Izvor: Pixabay.

Naziv LED svjetlo potječe od engleske svjetlosne diode, a nastaje propuštanjem električne struje niskog intenziteta kroz poluvodički materijal, koji kao odgovor odašilje svjetlo intenzivne i visoke performanse.

LED žarulje traju mnogo duže od tradicionalnih žarulja sa žarnom niti i mnogo su učinkovitije od tradicionalnih žarulja sa žarnom niti, u kojima se gotovo sva energija pretvara u toplinu, a ne u svjetlost. Zato LED svjetla manje zagađuju, iako je njihov trošak veći od cijene žarulja.

bioluminiscencija

Mnoga živa bića sposobna su pretvoriti kemijsku energiju u svjetlosnu energiju, putem biokemijske reakcije u njima. Insekti, ribe i bakterije, između ostalog, sposobni su proizvesti vlastitu svjetlost.

I to čine iz različitih razloga: zaštita, privlačenje partnera, kao resursa za hvatanje plena, za komunikaciju i očito da bi im olakšao put.

Reference

1. Blair, B. Osnove svjetlosti. Oporavak od: blair.pha.jhu.edu
2. Solarna energija. Fotonaponski efekt. Oporavak od: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrirajući znanost.6. Izdanje. McGraw Hill.
4. Svemir danas. Što je svjetlosna energija. Oporavilo od: universetoday.com.
5. Vedantu. Svjetlosna energija. Oporavak od: vedantu.com.
6. Wikipedia. Svjetlosna energija. Oporavak od: es.wikipedia.org.