VALOENERGIA: OMINAISUUDET, TYYPIT, SAAMINEN, ESIMERKIT - TIEDE - 2026

Valoenergia tai valo on valoa, joka kuljettaa sähkömagneettisen aallon. Se energia, joka tekee ympäröivän maailman näkyväksi, ja sen päälähde on aurinko, joka muodostaa osan sähkömagneettisesta spektristä, samoin kuin muiden ei-näkyvien säteilyjen muodot.

Sähkömagneettiset aallot luovat vuorovaikutuksen aineen kanssa ja pystyvät tuottamaan erilaisia ​​vaikutuksia kuljettamansa energian mukaan. Siten valo ei vain mahdollista nähdä esineitä, vaan myös aiheuttaa muutoksia aineessa.

Kuva 1. Aurinko on tärkein valon energialähde maapallolla. Lähde: Pixabay.

Valoenergian ominaisuudet

Kevyen energian pääominaisuuksia ovat:

-Se on kaksoisluonto: makroskooppisella tasolla valo käyttäytyy kuin aalto, mutta mikroskooppisella tasolla sillä on hiukkasominaisuuksia.

-Sitä kuljetetaan paketeiksi tai valon "kvantteina", nimeltään fotoneja. Fotonista puuttuu massa ja sähkövaraus, mutta ne voivat olla vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten, kuten atomien, molekyylien tai elektronien kanssa, ja siirtää vauhtia niihin.

-Se ei vaadi aineellista väliainetta leviämiseen. Voit tehdä sen tyhjiössä valon nopeudella: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Kevyenergia riippuu aallon taajuudesta. Jos merkitsemme energiaa ja f taajuutena E: nä, valon energia saadaan muodossa E = hf, missä h on Planckin vakio, jonka arvo on 6,625 10 ^–34 J • s. Mitä korkeampi taajuus, sitä enemmän energiaa.

- Kuten muun tyyppistä energiaa, se mitataan Joules (J): n kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä SI.

-Näkyvän valon aallonpituudet ovat välillä 400–700 nanometriä. 1 nanometri, lyhennettynä nm, on 1 x 10 - ⁹ m.

- Taajuus ja aallonpituus λ liittyvät toisiinsa c = λ.f, siksi E = hc / λ.

Tyypit valoenergiaa

Valoenergia voidaan luokitella lähteensä mukaan:

-luonnon

-Keinotekoinen

Kuva 2. Sähkömagneettisten aaltojen näkyvä valonspektri on kapea värinen kaista. Lähde: F. Zapata.

Luonnollinen valoenergia

Luonnollinen kevyt energialähde on huippuluokan aurinko. Tähtenä ollessa Auringon keskellä on ydinreaktori, joka muuttaa vedyn heeliumiksi reaktioiden kautta, jotka tuottavat valtavia määriä energiaa.

Tämä energia jättää Auringon valon, lämmön ja muun tyyppisen säteilyn muodossa, emittoiden jatkuvasti noin 62 600 kilowattia kutakin neliömetriä pinta-kilowattia kohden vastaa 1000 wattia, mikä puolestaan ​​on yhtä suuri kuin 1000 joulea sekunnissa.

Kasvit käyttävät osaa tästä suuresta energiamäärästä fotosynteesin suorittamiseen, joka on tärkeä prosessi, joka muodostaa maan elämän perustan. Toinen luonnollisen valon lähde, mutta jolla on paljon vähemmän energiaa, on bioluminesenssi, ilmiö, jossa elävät organismit tuottavat valoa.

Salama ja tuli ovat luonnossa muita kevyen energian lähteitä, ensimmäisiä ei ole hallittavissa ja jälkimmäinen on seurannut ihmiskuntaa esihistoriasta lähtien.

Keinotekoinen valoenergia

Mitä keinotekoisiin kevyen energian lähteisiin tulee, ne vaativat muun tyyppisen energian, kuten sähköisen, kemiallisen tai lämpöarvon, muuttamista valoon. Tähän luokkaan kuuluvat hehkulamput, joiden erittäin kuuma hehkulanka säteilee valoa. Tai myös valo, joka saadaan palamisprosessien kautta, kuten kynttilän liekki.

Erittäin mielenkiintoinen valoenergian lähde on laser. Sillä on monia sovelluksia eri aloilla, mukaan lukien lääketiede, viestintä, turvallisuus, tietotekniikka ja ilmailu- ja avaruustekniikka.

Kuva 3. Leikkauskone käyttää laseria tarkkuuden teolliseen leikkaamiseen. Lähde: Pixabay.

Kevyen energian käyttö

Kevyt energia auttaa meitä kommunikoimaan ympäröivän maailman kanssa, toimimaan tiedon kantajana ja välittäjänä ja ilmoittamaan meille ympäristöolosuhteista. Muinaiset kreikkalaiset käyttivät jo peilejä signaalien lähettämiseen alkeellisella tavalla pitkiä matkoja.

Esimerkiksi televisiota katsellessaan sen lähettämä data kuvien muodossa saavuttaa aivomme näköajon kautta, joka vaatii valoenergiaa jättämään jäljennös näköhermoon.

Muuten, puhelinviestinnässä, valoenergia on tärkeä myös niin kutsuttujen optisten kuitujen kautta, jotka johtavat valoenergiaa minimoimalla häviöt.

Ainoa, mitä tiedämme etäisistä esineistä, on tietoa, joka vastaanotetaan niiden lähettämän valon kautta, analysoimalla erilaisilla instrumenteilla: kaukoputkilla, spektrografilla ja interferometreillä.

Entinen auttaa keräämään esineiden muotoa, niiden kirkkautta - jos monet fotonit tavoittavat silmämme, se on kiiltävä esine - ja niiden värin, joka riippuu aallonpituudesta.

Se antaa myös kuvan sen liikkeestä, koska tarkkailijan havaitsemien fotonien energia on erilainen, kun sitä lähettävä lähde on liikkeessä. Tätä kutsutaan Doppler-ilmiöksi.

Spektrografit keräävät tämän valon jakautumistavan - spektrin - ja analysoivat sitä saadakseen kuvan objektin koostumuksesta. Ja interferometrillä voit erottaa valon kahdesta lähteestä, vaikka kaukoputkella ei olisi tarpeeksi resoluutiota näiden kahden erottamiseksi.

Aurinkosähköteho

Auringon lähettämä valoenergia voidaan muuntaa sähköksi fotoelektrisen vaikutuksen ansiosta, jonka ranskalainen tutkija Alexandre Becquerel (1820-1891), Henri Becquerelin isä, löysi vuonna 1839 ja löysi radioaktiivisuuden.

Tämä perustuu siihen tosiseikkaan, että valo pystyy tuottamaan sähkövirran valaistamalla puolijohdepiin yhdisteitä, jotka sisältävät muiden elementtien epäpuhtauksia. Tapahtuu, että kun valo valaisee materiaalia, se siirtää energiaa, joka lisää valenssielektronien liikkuvuutta ja lisää siten sen sähkönjohtavuutta.

Saada

Ihmiskunta on alusta lähtien pyrkinyt hallitsemaan kaikkia energian muotoja, mukaan lukien kevyt energia. Huolimatta siitä, että aurinko tarjoaa melkein ehtymätön lähde päiväaikoina, oli aina tarpeen tuottaa valoa jollain tavalla suojautuakseen saalistajilta ja jatkaa päivällä aloitettujen tehtävien suorittamista.

Valoenergiaa on mahdollista saada joihinkin prosesseihin, jotka ovat jollain tavoin hallittavissa:

-Poltto, kun aine poltetaan, se hapettuu vapauttaen lämpöä ja usein valoa prosessin aikana.

-Hylkytys, kun lämmitetään esimerkiksi volframilankaa, kuten sähkölamppujen.

Kuva 4. Hehkulamput toimivat johtamalla sähkövirta volframilangan läpi. Kuumennettaessa se säteilee lämpöä ja valoa. Lähde: Pixabay.

-Luminesenssi, tässä vaikutuksessa valoa tuottaa jännittäviä tiettyjä aineita jollain tavalla. Jotkut hyönteiset ja levät tuottavat valoa, jota kutsutaan bioluminesenssiksi.

- Elektroluminesenssi, on materiaaleja, jotka lähettävät valoa, kun niitä stimuloi sähkövirta.

Millä tahansa näistä menetelmistä saadaan suoraan valoa, jolla on aina valoenergiaa. Nyt valoenergian tuottaminen suurina määrinä on jotain muuta.

Etu

- Valoenergialla on erityisen merkittävä rooli tiedonsiirrossa.

- Auringon valoenergian käyttäminen on ilmaista, se on myös lähes ehtymätön lähde, kuten olemme sanoneet.

- Valoenergia itsessään ei ole saastuttavaa (mutta jotkut prosessit sen saamiseksi voivat olla).

- Paikoissa, joissa auringonvaloa on runsaasti ympäri vuoden, on mahdollista tuottaa sähköä aurinkosähköllä ja vähentää siten riippuvuutta fossiilisista polttoaineista.

-Tilojen, jotka käyttävät aurinkoa valoenergiaa, on helppo ylläpitää.

- Lyhyt auringonvalo on välttämätöntä, jotta ihmiskeho syntetisoisi D-vitamiinia, joka on välttämätöntä terveille luille.

- Ilman valoenergiaa, kasvit eivät voi suorittaa fotosynteesiä, joka on maan elämän perusta.

haitat

-Sitä ei voida varastoida, toisin kuin muun tyyppistä energiaa. Mutta aurinkosähkökennot voidaan taata paristoilla niiden käytön laajentamiseksi.

- Periaatteessa kevyttä energiaa käyttävät laitokset ovat kalliita ja vaativat myös tilaa, vaikka kustannukset ovat vähentyneet ajan myötä ja parantuneiden. Uusia materiaaleja ja joustavia aurinkosähkökennoja testataan parhaillaan tilan käytön optimoimiseksi.

-Pitkäaikainen tai suora altistuminen auringonvalolle aiheuttaa iho- ja näkövaurioita, mutta pääasiassa ultraviolettisäteilyn takia, jota emme voi nähdä.

Esimerkkejä valon energiasta

Edellisissä osioissa olemme maininneet monia esimerkkejä valoenergiasta: auringonvalo, kynttilät, laserit. Erityisesti on olemassa joitain erittäin mielenkiintoisia esimerkkejä valoenergiasta joihinkin edellä mainituista vaikutuksista johtuen:

LED-valo

Kuva 5. LED-valot ovat tehokkaampia kuin hehkulamput, koska ne lähettävät vähemmän lämpöä ja lähettävät valon energiaa pidempään. Lähde: Pixabay.

Nimi LED-valo on peräisin englanninkielisestä valodiodista, ja se tuotetaan johtamalla matalan intensiteetin sähkövirta puolijohdemateriaalin läpi, joka vasteena säteilee voimakasta ja korkealaatuista valoa.

LED-lamput kestävät paljon kauemmin kuin perinteiset hehkulamput ja ovat paljon tehokkaampia kuin perinteiset hehkulamput, joissa melkein kaikki energia muuttuu lämmöksi eikä valoa. Siksi LED-valot ovat vähemmän saastuttavia, vaikka niiden kustannukset ovat korkeammat kuin hehkulamppujen.

bioluminenssi

Monet elävät olennot kykenevät muuttamaan kemiallisen energian kevyeksi energiaksi niiden sisällä tapahtuvan biokemiallisen reaktion kautta. Hyönteiset, kalat ja bakteerit pystyvät tuottamaan oman valonsa.

Ja he tekevät sen eri syistä: suojelu, parin houkutteleminen saaliin saalistamiseen, kommunikointiin ja tietysti valoilleen.

Viitteet

1. Blair, B. Valon perusteet. Palautettu osoitteesta: blair.pha.jhu.edu
2. Aurinkoenergia. Aurinkosähkövaikutus. Palautettu osoitteesta: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6. Painos. McGraw Hill.
4. Universumi tänään. Mikä on valoenergia. Palautettu osoitteesta: universetoday.com.
5. Vedantu. Valoenergia. Palautettu osoitteesta: vedantu.com.
6. Wikipedia. Valoenergia. Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org.