SVĚTELNÁ ENERGIE: VLASTNOSTI, TYPY, ZÍSKÁNÍ, PŘÍKLADY - VĚDA - 2025

Světelná energie nebo světlo je světlo, které nese elektromagnetickou vlnu. Je to energie, která zviditelňuje svět kolem nás a jeho hlavním zdrojem je Slunce, které je součástí elektromagnetického spektra, spolu s dalšími formami neviditelného záření.

Elektromagnetické vlny navazují interakci s hmotou a jsou schopné produkovat různé efekty podle energie, kterou nesou. Světlo tedy nejen umožňuje vidět objekty, ale také generuje změny v látce.

Obrázek 1. Slunce je hlavním zdrojem světelné energie na Zemi. Zdroj: Pixabay.

Vlastnosti světelné energie

Mezi hlavní charakteristiky světelné energie patří:

- Má dvojí povahu: na makroskopické úrovni se světlo chová jako vlna, ale na mikroskopické úrovni vykazuje vlastnosti částic.

-To je přepravováno balíčky nebo "quanta" světla zvaného fotony. Fotonům chybí hromadný a elektrický náboj, ale mohou interagovat s jinými částicemi, jako jsou atomy, molekuly nebo elektrony, a přenášet na ně hybnost.

- Nevyžaduje se šíření materiálu. Můžete to udělat ve vakuu při rychlosti světla: c = 3 × ¹⁰⁸ m / s.

- Světelná energie závisí na frekvenci vlny. Pokud označíme energii af jako frekvenci jako E, světelná energie je dána E = hf, kde h je Planckova konstanta, jejíž hodnota je 6 625 ^10–34 J • s. Čím vyšší je frekvence, tím více energie.

- Stejně jako jiné druhy energie se měří v Joulech (J) v mezinárodním systému jednotek SI.

- Vlnové délky viditelného světla jsou mezi 400 a 700 nanometry. 1 nanometr, zkráceně nm, se rovná 1 x ^10-9 m.

- Frekvence a vlnová délka λ jsou vztaženy k c = λ.f, proto E = hc / λ.

Druhy světelné energie

Světelná energie může být klasifikována podle svého zdroje do:

-Přírodní

-Umělý

Obrázek 2. Spektrum viditelného světla elektromagnetických vln je úzké barevné pásmo. Zdroj: F. Zapata.

Přirozená světelná energie

Přirozeným zdrojem par excellence světla je Slunce. Slunce jako hvězda má ve svém středu jaderný reaktor, který přeměňuje vodík na helium prostřednictvím reakcí, které produkují obrovské množství energie.

Tato energie opouští Slunce ve formě světla, tepla a dalších typů záření, nepřetržitě vyzařuje asi 62 600 kilowattů na každý metr čtvereční povrchu -1 kilowattu, což odpovídá 1000 wattům, což se zase rovná 1000 joul / sekundu.

Rostliny využívají část tohoto velkého množství energie k provádění fotosyntézy, což je důležitý proces, který tvoří základ života na Zemi. Dalším zdrojem přirozeného světla, ale s mnohem menší energií, je bioluminiscence, jev, ve kterém živé organismy produkují světlo.

Blesk a oheň jsou v přírodě další zdroje světelné energie, první nejsou kontrolovatelné a druhá doprovází lidstvo od pravěku.

Umělá světelná energie

Pokud jde o umělé zdroje světelné energie, vyžadují přeměnu jiných typů energie, jako je elektrická, chemická nebo kalorická, na světlo. Do této kategorie patří žárovky, jejichž extrémně horké vlákno emituje světlo. Nebo také světlo, které se získává spalovacím procesem, jako je plamen svíčky.

Velmi zajímavým zdrojem světelné energie je laser. Má mnoho aplikací v různých oblastech, včetně medicíny, komunikace, bezpečnosti, výpočetní techniky a letecké techniky.

Obrázek 3. Řezací stroj používá laser k provádění vysoce přesných průmyslových řezů. Zdroj: Pixabay.

Využití světelné energie

Světelná energie nám pomáhá komunikovat se světem kolem nás, funguje jako nosič a vysílač dat a informuje nás o okolních podmínkách. Staří Řekové už používali zrcadla k vyslání signálů rudimentárním způsobem na velké vzdálenosti.

Když například sledujeme televizi, data, která vyzařují, ve formě obrázků, se dostanou do mozku prostřednictvím smyslu zraku, což vyžaduje světelnou energii, aby zanechala otisk na optickém nervu.

Mimochodem, pro telefonní komunikaci je také důležitá světelná energie prostřednictvím tzv. Optických vláken, která vedou světelnou energii a minimalizují ztráty.

Vše, co víme o vzdálených objektech, jsou informace přijaté skrz světlo, které vyzařují, analyzují různými nástroji: dalekohledy, spektrografy a interferometry.

První z nich pomáhá sbírat tvar objektů, jejich jas - pokud se k našim očím dostane mnoho fotonů, jedná se o lesklý objekt - a jejich barvu, která závisí na vlnové délce.

Poskytuje také představu o jeho pohybu, protože energie fotonů, které pozorovatel detekuje, je jiná, když je zdroj, který jej emituje, v pohybu. Tomu se říká Dopplerův efekt.

Spektrografy shromažďují způsob, jakým je toto světlo distribuováno - spektrum - a analyzují jej, aby získali představu o složení objektu. A s interferometrem můžete rozlišit světlo ze dvou zdrojů, i když dalekohled nemá dostatečné rozlišení pro rozlišení mezi těmito dvěma.

Fotovoltaický efekt

Světelná energie vyzařovaná Sluncem může být přeměněna na elektřinu díky fotovoltaickému jevu, objevenému v roce 1839 francouzským vědcem Alexandrem Becquerelem (1820–1891), otcem Henriho Becquerela, který objevil radioaktivitu.

Toto je založeno na skutečnosti, že světlo je schopné produkovat elektrický proud osvětlením polovodičových sloučenin křemíku, které obsahují nečistoty jiných prvků. Stává se, že když světlo osvětluje materiál, přenáší energii, která zvyšuje pohyblivost valenčních elektronů, a tím zvyšuje jeho elektrické vedení.

Získání

Od svého počátku se lidstvo snaží ovládat všechny formy energie, včetně energie světla. Přes skutečnost, že Slunce poskytuje v denních hodinách téměř nevyčerpatelný zdroj, bylo vždy nutné produkovat světlo nějakým způsobem, aby se ochránilo před dravci a pokračovalo v plnění úkolů zahájených během dne.

Světelnou energii je možné získat pomocí některých procesů, které jsou nějakým způsobem regulovatelné:

- Spalování, při spalování látky, oxiduje, uvolňuje teplo a často během procesu.

- Žárovka, například při zahřívání wolframového vlákna, jako u elektrických žárovek.

Obrázek 4. Žárovky fungují průchodem elektrického proudu volfrámovým vláknem. Při zahřátí vydává teplo a světlo. Zdroj: Pixabay.

-Luminiscence, v tomto smyslu je světlo vytvářeno excitací určitých látek nějakým způsobem. Některé hmyzy a řasy produkují světlo, které se nazývá bioluminiscence.

- Elektroluminiscence, existují materiály, které emitují světlo, když jsou stimulovány elektrickým proudem.

U každé z těchto metod je světlo získáváno přímo, které má vždy světelnou energii. Nyní je výroba světelné energie ve velkém množství něčím jiným.

Výhoda

- Lehká energie má zvláště důležitou roli při přenosu informací.

- Jak jsme již řekli, je využití sluneční energie ze slunce zdarma, je to také téměř nevyčerpatelný zdroj.

- Lehká energie sama o sobě neznečišťuje (ale některé procesy k jejímu získání mohou být).

- Na místech, kde je v průběhu celého roku sluneční svit, je možné vyrábět elektřinu s fotovoltaickým efektem a tím snížit závislost na fosilních palivech.

- Zařízení, která využívají světelnou energii Slunce, se snadno udržují.

-Krátké vystavení slunečnímu záření je nezbytné pro to, aby lidské tělo syntetizovalo vitamin D, nezbytné pro zdravé kosti.

- Bez světelné energie nemohou rostliny provádět fotosyntézu, která je základem života na Zemi.

Nevýhody

- Na rozdíl od jiných druhů energie není skladovatelný. Ale fotovoltaické články mohou být podpořeny bateriemi, aby se rozšířilo jejich použití.

- Zařízení, která využívají světelnou energii, jsou v zásadě drahá a vyžadují také prostor, ačkoli se časem a zlepšováním náklady snižovaly. V současné době se testují nové materiály a flexibilní fotovoltaické články, aby se optimalizovalo využití prostoru.

- Dlouhodobé nebo přímé vystavení slunečnímu záření způsobuje poškození kůže a zraku, ale hlavně kvůli ultrafialovému záření, které nevidíme.

Příklady světelné energie

V předchozích částech jsme zmínili mnoho příkladů světelné energie: sluneční světlo, svíčky, lasery. Konkrétně existuje několik velmi zajímavých příkladů světelné energie díky některým z výše uvedených efektů:

LED světlo

Obrázek 5. LED světla jsou účinnější než žárovky, protože vydávají méně tepla a emitují světelnou energii na delší dobu. Zdroj: Pixabay.

Název LED světla pochází z anglické diody emitující světlo a je vyráběn průchodem nízkointenzivního elektrického proudu polovodičovým materiálem, který v reakci vyzařuje intenzivní a vysoce výkonné světlo.

LED žárovky vydrží mnohem déle než tradiční žárovky a jsou mnohem účinnější než tradiční žárovky, ve kterých se téměř veškerá energie přeměňuje spíše v teplo než v světlo. To je důvod, proč LED světla méně znečišťují, i když jejich cena je vyšší než u žárovek.

Bioluminiscence

Mnoho živých bytostí je schopno přeměnit chemickou energii na světelnou energii prostřednictvím biochemické reakce uvnitř nich. Hmyz, ryby a bakterie jsou mimo jiné schopny produkovat své vlastní světlo.

A dělají to z různých důvodů: ochrana, přilákání partnera, jako prostředek k lovu kořisti, ke komunikaci a samozřejmě k osvětlení cesty.

Reference

1. Blair, B. Základy světla. Obnoveno z: blair.pha.jhu.edu
2. Solární energie. Fotovoltaický efekt. Obnoveno z: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrujte Science.6th. Edice. McGraw Hill.
4. Vesmír dnes. Co je světelná energie. Obnoveno z: universetoday.com.
5. Vedantu. Světelná energie. Obnoveno z: vedantu.com.
6. Wikipedia. Světelná energie. Obnoveno z: es.wikipedia.org.