SVETELNÁ ENERGIA: VLASTNOSTI, TYPY, ZÍSKAVANIE, PRÍKLADY - VEDA - 2026

Svetelná energia alebo svetlo je svetlo, ktoré nesie elektromagnetickú vlnu. Je to energia, ktorá robí svet okolo nás viditeľným a jeho hlavným zdrojom je Slnko, ktoré tvorí súčasť elektromagnetického spektra, spolu s ďalšími formami neviditeľného žiarenia.

Elektromagnetické vlny vytvárajú interakciu s látkou a sú schopné vytvárať rôzne efekty podľa energie, ktorú nesú. Svetlo teda nielen umožňuje vidieť objekty, ale tiež generuje zmeny v hmote.

Obrázok 1. Slnko je hlavným zdrojom svetelnej energie na Zemi. Zdroj: Pixabay.

Vlastnosti svetelnej energie

Medzi hlavné charakteristiky svetelnej energie patria:

- Má dvojaký charakter: na makroskopickej úrovni sa svetlo správa ako vlna, ale na mikroskopickej úrovni vykazuje vlastnosti častíc.

- Transportuje sa pomocou balíkov alebo „quanta“ svetla nazývaných fotóny. Fotónom chýba masový a elektrický náboj, ale môžu interagovať s inými časticami, ako sú atómy, molekuly alebo elektróny, a prenášať na ne hybnosť.

- Nevyžaduje sa šírenie materiálu. Môžete to urobiť vo vákuu pri rýchlosti svetla: c = 3 × ¹⁰⁸ m / s.

- Svetelná energia závisí od frekvencie vlny. Ak označíme energiu af ako frekvenciu ako E, svetelná energia je daná E = hf, kde h je Planckova konštanta, ktorej hodnota je 6 625 10 - ³⁴ J • s. Čím vyššia je frekvencia, tým viac energie.

- Podobne ako iné druhy energie sa v medzinárodnom systéme jednotiek SI meria v jouloch (J).

- Vlnové dĺžky viditeľného svetla sú medzi 400 a 700 nanometrov. 1 nanometer, skrátene nm, sa rovná 1 x ^10-9 m.

- Frekvencia a vlnová dĺžka λ sú vo vzťahu c = λ.f, preto E = hc / λ.

Druhy svetelnej energie

Svetelná energia sa dá rozdeliť podľa svojho zdroja do:

-prírodné

-Artificial

Obrázok 2. Spektrum elektromagnetického vlnenia viditeľného svetla je úzky farebný pás. Zdroj: F. Zapata.

Prírodná svetelná energia

Prirodzeným zdrojom par excellence je Slnko. Ako hviezda má Slnko vo svojom jadre jadrový reaktor, ktorý premieňa vodík na hélium reakciami, ktoré produkujú obrovské množstvo energie.

Táto energia opúšťa Slnko vo forme svetla, tepla a iných druhov žiarenia, ktoré nepretržite emituje asi 62 600 kilowattov na každý meter štvorcový povrchu -1 kilowattov, čo zodpovedá 1000 wattom, čo sa zase rovná 1 000 joulov za sekundu.

Rastliny využívajú časť tohto veľkého množstva energie na uskutočnenie fotosyntézy, dôležitého procesu, ktorý tvorí základ života na Zemi. Ďalším zdrojom prírodného svetla, ale s oveľa menšou energiou, je bioluminiscencia, fenomén, v ktorom živé organizmy produkujú svetlo.

Blesky a oheň sú v prírode ďalšími zdrojmi svetelnej energie, prvé sú neovládateľné a druhé sprevádzajú ľudstvo už od praveku.

Umelá svetelná energia

Pokiaľ ide o umelé zdroje svetelnej energie, vyžadujú premenu iných druhov energie, napríklad elektrickej, chemickej alebo výhrevnej, na svetlo. Do tejto kategórie patria žiarovky, ktorých extrémne horúce vlákno vyžaruje svetlo. Alebo tiež svetlo, ktoré sa získava spaľovaním, napríklad plameň sviečky.

Veľmi zaujímavým zdrojom svetelnej energie je laser. Má mnoho aplikácií v rôznych oblastiach vrátane medicíny, komunikácií, bezpečnosti, výpočtovej techniky a leteckej techniky.

Obrázok 3. Rezací stroj používa laser na vysoko presné priemyselné rezy. Zdroj: Pixabay.

Použitie svetelnej energie

Svetelná energia nám pomáha komunikovať so svetom okolo nás, vystupuje ako nosič a prenášač údajov a informuje nás o okolitých podmienkach. Starí Gréci už používali zrkadlá na vysielanie signálov na veľké vzdialenosti na veľké vzdialenosti.

Keď napríklad sledujeme televíziu, údaje, ktoré vysiela, vo forme obrázkov, prenikajú do mozgu prostredníctvom zmyslu pre zrak, čo vyžaduje, aby svetelná energia zanechala dojem na optickom nerve.

Mimochodom, pre telefonickú komunikáciu je svetelná energia dôležitá aj prostredníctvom takzvaných optických vlákien, ktoré vedú svetelnú energiu, čím sa minimalizujú straty.

Všetko, čo vieme o vzdialených objektoch, sú informácie prijaté cez svetlo, ktoré vysielajú, analyzované rôznymi prístrojmi: ďalekohľadmi, spektrografmi a interferometrmi.

Prvý z nich pomáha zbierať tvar objektov, ich jas - ak sa do našich očí dostane veľa fotónov, je to lesklý objekt - a ich farbu, ktorá závisí od vlnovej dĺžky.

Poskytuje tiež predstavu o jeho pohybe, pretože energia fotónov, ktorú pozorovateľ zistí, je iná, keď je zdroj, ktorý ho emituje, v pohybe. Toto sa nazýva Dopplerov efekt.

Spektrografy zhromažďujú spôsob distribúcie tohto svetla - spektrum - a analyzujú ho, aby získali predstavu o zložení objektu. Pomocou interferometra môžete rozlíšiť svetlo z dvoch zdrojov, aj keď teleskop nemá dostatočné rozlíšenie na rozlíšenie medzi týmito dvoma zdrojmi.

Fotovoltaický efekt

Svetelnú energiu vyžarovanú Slnkom možno premeniť na elektrickú energiu vďaka fotovoltaickému efektu, ktorý objavil v roku 1839 francúzsky vedec Alexandre Becquerel (1820 - 1891), otec Henri Becquerel, ktorý objavil rádioaktivitu.

Je to založené na skutočnosti, že svetlo je schopné produkovať elektrický prúd osvetľovaním polovodičových zlúčenín kremíka, ktoré obsahujú nečistoty iných prvkov. Stáva sa, že keď svetlo osvetľuje materiál, prenáša energiu, ktorá zvyšuje mobilitu valenčných elektrónov, a tým zvyšuje jeho elektrické vedenie.

získanie

Od svojho vzniku sa ľudstvo snaží ovládať všetky formy energie vrátane energie svetla. Napriek tomu, že Slnko poskytuje takmer nevyčerpateľný zdroj v denných hodinách, bolo vždy potrebné nejakým spôsobom vyrábať svetlo, aby sa chránilo pred dravcami a pokračovalo vo vykonávaní úloh, ktoré sa začali počas dňa.

Svetelnú energiu je možné získať pomocou niektorých procesov, ktoré sú nejakým spôsobom regulovateľné:

- Spaľovanie, pri spaľovaní látky, oxiduje, uvoľňuje teplo a často svetlo počas procesu.

- žiarovky, napríklad pri vyhrievaní volfrámového vlákna, ako napríklad elektrických žiaroviek.

Obrázok 4. Žiarovky fungujú tak, že prechádzajú elektrickým prúdom cez volfrámové vlákno. Pri zahrievaní vyžaruje teplo a svetlo. Zdroj: Pixabay.

- Luminiscencia, v tomto zmysle je svetlo vytvárané excitáciou určitých látok nejakým spôsobom. Niektoré druhy hmyzu a rias produkujú svetlo, ktoré sa nazýva bioluminiscencia.

- Elektroluminiscencia, existujú materiály, ktoré vyžarujú svetlo, keď sú stimulované elektrickým prúdom.

Pri ktorejkoľvek z týchto metód sa svetlo získava priamo, ktoré má vždy svetelnú energiu. Teraz je výroba svetelnej energie vo veľkých množstvách niečo iné.

výhoda

- Ľahká energia má pri prenose informácií mimoriadne dôležitú úlohu.

- Ako sme už povedali, je použitie slnečnej energie zadarmo, je to tiež takmer nevyčerpateľný zdroj.

- Ľahká energia sama o sebe neznečisťuje (ale niektoré procesy na jej získanie môžu byť).

- Na miestach, kde slnečné žiarenie pretrvá po celý rok, je možné vyrábať elektrinu s fotovoltaickým efektom, a tak znižovať závislosť od fosílnych palív.

- Zariadenia, ktoré využívajú svetelnú energiu Slnka, sa ľahko udržiavajú.

-Krátke vystavenie slnku je nevyhnutné, aby ľudské telo syntetizovalo vitamín D, nevyhnutný pre zdravé kosti.

- Bez svetelnej energie nemôžu rastliny vykonávať fotosyntézu, ktorá je základom života na Zemi.

nevýhody

- Na rozdiel od iných druhov energie nie je skladovateľná. Ale fotovoltaické články môžu byť podporované batériami, aby sa rozšírilo ich použitie.

- Zariadenia, ktoré využívajú svetelnú energiu, sú v zásade drahé a vyžadujú si aj priestor, hoci s časom a zlepšovaním sa náklady znižujú. V súčasnosti sa testujú nové materiály a flexibilné fotovoltaické články s cieľom optimalizovať využitie priestoru.

- Dlhodobé alebo priame vystavenie slnečnému žiareniu spôsobuje poškodenie kože a zraku, ale hlavne v dôsledku ultrafialového žiarenia, ktoré nevidíme.

Príklady svetelnej energie

V predchádzajúcich častiach sme spomenuli mnoho príkladov svetelnej energie: slnečné svetlo, sviečky, lasery. Najmä existuje niekoľko veľmi zaujímavých príkladov svetelnej energie v dôsledku niektorých vyššie uvedených účinkov:

LED svetlo

Obrázok 5. LED svetlá sú účinnejšie ako klasické žiarovky, pretože vydávajú menej tepla a dlhšie vyžarujú svetelnú energiu. Zdroj: Pixabay.

Názov LED svetla je odvodený od anglickej diódy emitujúcej svetlo a vyrába sa prechodom nízkointenzívneho elektrického prúdu cez polovodičový materiál, ktorý v reakcii vyžaruje intenzívne a vysoko výkonné svetlo.

LED žiarovky vydržia oveľa dlhšie ako tradičné žiarovky a sú oveľa účinnejšie ako tradičné žiarovky, v ktorých sa takmer všetka energia mení skôr na teplo než na svetlo. Z tohto dôvodu sú LED svetlá menej znečisťujúce, aj keď ich cena je vyššia ako cena klasických žiaroviek.

Bioluminiscencia

Mnohé živé bytosti sú schopné premieňať chemickú energiu na svetelnú energiu prostredníctvom biochemickej reakcie v nich. Hmyz, ryby a baktérie sú okrem iného schopné produkovať svoje vlastné svetlo.

A robia to z rôznych dôvodov: ochrana, prilákanie partnera, ako prostriedok na chytenie koristi, komunikácia a samozrejme, aby osvetlila cestu.

Referencie

1. Blair, B. Základy svetla. Obnovené z: blair.pha.jhu.edu
2. Solárna energia. Fotovoltaický efekt. Obnovené z: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrujte Science.6. Vydanie. McGraw Hill.
4. Vesmír dnes. Čo je svetelná energia. Získané z: universetoday.com.
5. Vedanta. Svetelná energia. Obnovené z: vedantu.com.
6. Wikipedia. Svetelná energia. Obnovené z: es.wikipedia.org.