IŞIK ENERJISI: ÖZELLIKLER, ÇEŞITLERI, ELDE EDILMESI, ÖRNEKLER - BILIM - 2024

Işık enerjisi ya da hafif bir elektromanyetik dalga taşıyan hafiftir. Çevremizdeki dünyayı görünür kılan enerjidir ve ana kaynağı, elektromanyetik spektrumun bir parçasını oluşturan Güneş ve diğer görünmeyen radyasyon formlarıdır.

Elektromanyetik dalgalar madde ile etkileşim kurar ve taşıdıkları enerjiye göre çeşitli etkiler yaratabilirler. Böylece ışık sadece nesnelerin görülmesine izin vermekle kalmaz, aynı zamanda maddede değişiklikler de yaratır.

Şekil 1. Güneş, Dünya'daki ana ışık enerjisi kaynağıdır. Kaynak: Pixabay.

Işık enerjisinin özellikleri

Işık enerjisinin temel özellikleri şunlardır:

-Çift doğası vardır: Makroskopik seviyede ışık bir dalga gibi davranır, ancak mikroskobik seviyede parçacık özellikleri gösterir.

-Paketler veya foton adı verilen ışık "miktarları" ile taşınır. Fotonlar kütle ve elektrik yükünden yoksundurlar, ancak atomlar, moleküller veya elektronlar gibi diğer parçacıklarla etkileşime girebilir ve onlara momentum aktarabilirler.

-Yaymak için malzeme ortamı gerektirmez. Bunu ışık hızında bir vakumda yapabilirsiniz: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Işık enerjisi dalganın frekansına bağlıdır. İse E olarak frekans olarak enerji ve f ifade, ışık enerjisi değeri 6.625 10 saat Planck sabitesi olan E = hf, ile verilmektedir ^-34 J • s. Frekans ne kadar yüksekse, o kadar fazla enerji.

-Diğer enerji türleri gibi, Uluslararası Birim SI Sisteminde Joule (J) cinsinden ölçülür.

-Görünür ışığın dalga boyları 400 ila 700 nanometre arasındadır. Nm olarak kısaltılmış 1 nanometre, 1 x ^10-9 m'ye eşittir .

-Frekans ve dalga boyu λ, c = λ.f ile ilişkilidir, bu nedenle E = hc / λ.

Işık enerjisi türleri

Işık enerjisi kaynağına göre şu şekilde sınıflandırılabilir:

-Doğal

-Yapay

Şekil 2. Elektromanyetik dalgaların görünür ışık spektrumu, dar renkli banttır. Kaynak: F. Zapata.

Doğal ışık enerjisi

Doğal ışık enerjisi kaynağı Güneş'tir. Bir yıldız olan Güneş'in merkezinde, muazzam miktarda enerji üreten reaksiyonlarla hidrojeni helyuma dönüştüren bir nükleer reaktör vardır.

Bu enerji, Güneş'i ışık, ısı ve diğer radyasyon türleri şeklinde terk eder ve yüzeyin her metrekaresi için sürekli olarak yaklaşık 62.600 kilovat yayar. -1 kilowatt, 1000 watt'a eşittir, bu da 1000 jul / saniyeye eşittir.

Bitkiler, bu büyük miktardaki enerjinin bir kısmını, Dünya'daki yaşamın temelini oluşturan önemli bir süreç olan fotosentezi gerçekleştirmek için kullanırlar. Bir başka doğal ışık kaynağı, ancak çok daha az enerjiye sahip olan, canlı organizmaların ışık ürettiği bir fenomen olan biyolüminesanstır.

Yıldırım ve ateş, doğadaki diğer ışık enerjisi kaynaklarıdır, birincisi kontrol edilemez ve ikincisi tarih öncesi çağlardan beri insanlığa eşlik etmiştir.

Yapay ışık enerjisi

Yapay ışık enerjisi kaynaklarına gelince, elektriksel, kimyasal veya kalorifik gibi diğer enerji türlerini ışığa dönüştürmeyi gerektirirler. Akkor ampuller, aşırı sıcak filamanı ışık yayan bu kategoriye girer. Ya da mum alevi gibi yanma süreçlerinden elde edilen ışık.

Çok ilginç bir ışık enerjisi kaynağı lazerdir. Diğerlerinin yanı sıra tıp, iletişim, güvenlik, bilgi işlem ve havacılık teknolojisi gibi çeşitli alanlarda birçok uygulamaya sahiptir.

Şekil 3. Bir kesme makinesi, yüksek hassasiyetli endüstriyel kesimler yapmak için bir lazer kullanır. Kaynak: Pixabay.

Işık enerjisinin kullanımı

Işık enerjisi, çevremizdeki dünyayla iletişim kurmamıza yardımcı olur, veri taşıyıcısı ve ileticisi olarak hareket eder ve bizi çevresel koşullar hakkında bilgilendirir. Eski Yunanlılar uzun mesafelerde sinyalleri ilkel bir şekilde göndermek için zaten aynaları kullanıyorlardı.

Örneğin televizyon izlediğimizde, görüntü olarak yaydığı veriler beynimize görme duyusu yoluyla ulaşır, bu da ışık enerjisinin optik sinirde iz bırakması için gereklidir.

Bu arada, telefon iletişimi için, ışık enerjisi ileten ve kayıpları en aza indiren sözde optik fiberler aracılığıyla ışık enerjisi de önemlidir.

Uzaktaki nesneler hakkında bildiğimiz tek şey, yaydıkları ışık aracılığıyla alınan bilgilerdir, çeşitli cihazlarla analiz edilir: teleskoplar, spektrograflar ve interferometreler.

İlki, nesnelerin şeklini, parlaklıklarını - çok sayıda foton gözümüze ulaşırsa, parlak bir nesnedir - ve dalga boyuna bağlı olan renkleri toplamaya yardımcı olur.

Aynı zamanda hareketi hakkında bir fikir verir, çünkü bir gözlemcinin algıladığı fotonların enerjisi, onu yayan kaynak hareket halindeyken farklıdır. Buna Doppler etkisi denir.

Spektrograflar bu ışığın dağıtılma şeklini (spektrum) toplar ve nesnenin bileşimi hakkında bir fikir edinmek için analiz eder. Ve bir interferometre ile, teleskop ikisini ayırt etmek için yeterli çözünürlüğe sahip olmasa bile, ışığı iki kaynaktan ayırt edebilirsiniz.

Fotovoltaik etki

Güneş'in yaydığı ışık enerjisi, radyoaktiviteyi keşfeden Henri Becquerel'in babası Fransız bilim adamı Alexandre Becquerel (1820-1891) tarafından 1839'da keşfedilen fotovoltaik etki sayesinde elektriğe dönüştürülebilir.

Bu, ışığın, diğer elementlerin safsızlıklarını içeren yarı iletken silikon bileşiklerini aydınlatarak bir elektrik akımı üretebildiği gerçeğine dayanmaktadır. Işık malzemeyi aydınlattığında, değerlik elektronlarının hareketliliğini artıran ve böylece elektrik iletimini artıran enerjiyi aktarır.

edinme

Başlangıcından bu yana, insanlık ışık enerjisi de dahil olmak üzere her türlü enerjiyi kontrol etmeye çalıştı. Güneş, gündüz saatlerinde neredeyse tükenmez bir kaynak sağlasa da, kendisini avcılardan korumak ve gün içinde başlatılan görevleri yerine getirmeye devam etmek için bir şekilde ışık üretmek her zaman gerekli olmuştur.

Bir şekilde kontrol edilebilen bazı işlemlerle ışık enerjisi elde etmek mümkündür:

-Yanma, bir maddeyi yakarken oksitlenir, ısı yayar ve işlem sırasında genellikle ışık verir.

-Örneğin, bir tungsten filamenti ısıtırken, elektrik ampulleri gibi.

Şekil 4. Akkor ampuller, bir elektrik akımını bir tungsten filamentinden geçirerek çalışır. Isıtıldığında ısı ve ışık yayar. Kaynak: Pixabay.

-Lüminesans, bu etkide ışık bir şekilde bazı maddelerin uyarılmasıyla üretilir. Bazı böcekler ve algler biyolüminesans adı verilen ışık üretir.

-Elektrominesans, bir elektrik akımı ile uyarıldıklarında ışık yayan maddeler vardır.

Bu yöntemlerden herhangi biri ile, her zaman ışık enerjisine sahip olan ışık doğrudan elde edilir. Şimdi, büyük miktarlarda ışık enerjisi üretmek başka bir şey.

avantaj

-Işık enerjisinin bilgi aktarımında özellikle önemli bir rolü vardır.

-Güneş'ten gelen ışık enerjisini kullanmak bedava, aynı zamanda dediğimiz gibi neredeyse tükenmez bir kaynak.

-Işık enerjisi kendi başına kirletmez (ancak onu elde etmek için bazı işlemler olabilir).

-Güneş ışığının yıl boyunca bol olduğu yerlerde fotovoltaik etki ile elektrik üretmek ve böylelikle fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmak mümkündür.

-Güneşin ışık enerjisinden yararlanan tesislerin bakımı kolaydır.

-İnsan vücudunun sağlıklı kemikler için gerekli olan D vitamini sentezlemesi için güneş ışığına kısa süre maruz kalmak gerekir.

- Bitkiler, ışık enerjisi olmadan yeryüzündeki yaşamın temeli olan fotosentez yapamazlar.

Dezavantajları

-Diğer enerji türlerinden farklı olarak depolanamaz. Ancak fotovoltaik hücreler, kullanımlarını uzatmak için pillerle desteklenebilir.

- Prensip olarak ışık enerjisinden yararlanan tesisler hem pahalıdır hem de yer gerektirir, ancak zaman ve iyileştirmelerle maliyetleri azalmıştır. Yeni malzemeler ve esnek fotovoltaik hücreler şu anda alan kullanımını optimize etmek için test ediliyor.

-Güneş ışığına uzun süreli veya doğrudan maruz kalma, cilde ve görme yeteneğine zarar verir, ancak esas olarak göremediğimiz ultraviyole radyasyon nedeniyle.

Işık enerjisi örnekleri

Önceki bölümlerde birçok ışık enerjisi örneğinden bahsettik: güneş ışığı, mumlar, lazerler. Özellikle, yukarıda bahsedilen etkilerden bazılarına bağlı olarak çok ilginç bazı ışık enerjisi örnekleri vardır:

LED ışığı

Şekil 5. LED ışıklar, akkor lambalardan daha verimlidir, çünkü daha az ısı yayarlar ve daha uzun süre ışık enerjisi yayarlar. Kaynak: Pixabay.

LED ışığın adı İngiliz Işık Yayan Diyot'tan türemiştir ve düşük yoğunluklu bir elektrik akımının, yanıt olarak yoğun ve yüksek performanslı ışık yayan yarı iletken bir malzemeden geçirilmesiyle üretilir.

LED lambalar, geleneksel akkor ampullerden çok daha uzun ömürlüdür ve neredeyse tüm enerjinin ışık yerine ısıya dönüştürüldüğü geleneksel akkor ampullerden çok daha verimlidir. Bu nedenle, maliyetleri akkor lambalardan daha yüksek olmasına rağmen, LED ışıkların daha az kirletici olmasıdır.

Biyolüminesans

Birçok canlı, içlerindeki biyokimyasal reaksiyonla kimyasal enerjiyi ışık enerjisine dönüştürebilir. Diğerlerinin yanı sıra böcekler, balıklar ve bakteriler kendi ışıklarını üretebilirler.

Ve bunu farklı nedenlerle yapıyorlar: koruma, bir eşi cezbetmek, avı yakalamak için bir kaynak olarak, iletişim kurmak ve tabii ki yolu aydınlatmak.

Referanslar

1. Blair, B. Işığın Temelleri. Kurtarıldı: blair.pha.jhu.edu
2. Güneş enerjisi. Fotovoltaik etki. Solar-energia.net adresinden kurtarıldı.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. Baskı. McGraw Hill.
4. Bugün Evren. Işık Enerjisi nedir. Evrentoday.com'dan kurtarıldı.
5. Vedantu. Işık enerjisi. Kurtarıldı: vedantu.com.
6. Vikipedi. Işık enerjisi. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.