ENERGIA LUMINII: CARACTERISTICI, TIPURI, OBȚINERE, EXEMPLE - ŞTIINŢĂ - 2025

Energia luminii sau lumina este lumina care poartă o undă electromagnetică. Este energia care face lumea din jurul nostru vizibilă și sursa principală este Soarele, care face parte din spectrul electromagnetic, alături de alte forme de radiații ne vizibile.

Undele electromagnetice stabilesc interacțiunea cu materia și sunt capabile să producă diverse efecte în funcție de energia pe care o transportă. Astfel, lumina nu numai că permite vizualizarea obiectelor, dar generează și schimbări în materie.

Figura 1. Soarele este principala sursă de energie a luminii pe Pământ. Sursa: Pixabay.

Caracteristicile energiei luminoase

Printre principalele caracteristici ale energiei ușoare se numără:

-Are o dublă natură: la nivel macroscopic lumina se comportă ca o undă, dar la nivel microscopic prezintă proprietăți ale particulelor.

-Este transportat cu pachete sau „quanta” de lumină numită fotoni. Fotonilor le lipsește masa și sarcina electrică, dar pot interacționa cu alte particule, cum ar fi atomii, moleculele sau electronii și le pot transfera impulsul.

-Nu necesită un material material pentru a se răspândi. Puteți face acest lucru în vid la viteza luminii: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Energia luminii depinde de frecvența undei. Dacă denotăm energia și f ca frecvența ca E, energia lumină este dată de E = hf unde h este constantă a lui Planck, a cărei valoare este 6.625 10 ^–34 J • s. Cu cât este mai mare frecvența, cu atât mai multă energie.

-Cum alte tipuri de energie, se măsoară în Joules (J) în Sistemul Internațional de Unități SI.

-Lungimile de undă ale luminii vizibile sunt cuprinse între 400 și 700 nanometri. 1 nanometru, prescurtat ca nm, este egal cu 1 x 10 ^-9 m.

-Frecvența și lungimea de undă λ sunt legate de c = λ.f, deci E = hc / λ.

Tipuri de energie lumină

Energia luminii poate fi clasificată în funcție de sursa sa în:

-Natural

-Artificial

Figura 2. Spectrul luminii vizibile a undelor electromagnetice este banda îngustă colorată. Sursa: F. Zapata.

Energia luminii naturale

Sursa naturală de energie lumină prin excelență este Soarele. Fiind o stea, Soarele are în centrul său un reactor nuclear care transformă hidrogenul în heliu prin reacții care produc cantități imense de energie.

Această energie părăsește Soarele sub formă de lumină, căldură și alte tipuri de radiații, emitând continuu aproximativ 62.600 kilowati pentru fiecare metru pătrat de suprafață -1 kilowatt este echivalent cu 1000 de wați, care la rândul său este egal cu 1000 de joule / secundă.

Plantele folosesc o parte din această cantitate mare de energie pentru a realiza fotosinteza, procesul important care stă la baza vieții pe Pământ. O altă sursă de lumină naturală, dar cu mult mai puțină energie, este bioluminiscența, un fenomen în care organismele vii produc lumină.

Fulgerul și focul sunt alte surse de energie lumină în natură, primele nu sunt controlabile, iar cel de-al doilea a însoțit umanitatea încă din timpurile preistorice.

Energie de lumină artificială

În ceea ce privește sursele artificiale de energie, acestea necesită transformarea în lumină a altor tipuri de energie, cum ar fi cele electrice, chimice sau calorice. În această categorie intră becurile incandescente, al căror filament extrem de fierbinte emite lumină. Sau, de asemenea, lumina care se obține prin procese de ardere, precum flacăra unei lumânări.

O sursă foarte interesantă de energie luminoasă este laserul. Are multe aplicații în diverse domenii, inclusiv medicină, comunicații, securitate, calcul și tehnologie aerospațială, printre altele.

Figura 3. O mașină de tăiat utilizează un laser pentru a realiza tăieri industriale de înaltă precizie. Sursa: Pixabay.

Utilizări ale energiei luminoase

Energia luminii ne ajută să comunicăm cu lumea din jurul nostru, acționând ca purtător și transmițător de date și informându-ne despre condițiile de mediu. Grecii antici foloseau deja oglinzi pentru a trimite semnale într-un mod rudimentar pe distanțe lungi.

Când privim televiziunea, de exemplu, datele pe care le emite, sub formă de imagini, ajung la creierul nostru prin simțul vederii, ceea ce necesită energie lumină pentru a lăsa o amprentă asupra nervului optic.

Apropo, pentru comunicarea telefonică este importantă și energia luminoasă, prin așa-numitele fibre optice care conduc energia ușoară minimizând pierderile.

Tot ce știm despre obiectele îndepărtate este informația primită prin lumina pe care o emit, analizată cu diferite instrumente: telescoape, spectrografe și interferometre.

Primele ajută la colectarea formei obiectelor, luminozitatea lor - dacă mulți fotoni ajung la ochii noștri este un obiect strălucitor - și culoarea lor, care depinde de lungimea de undă.

De asemenea, oferă o idee a mișcării sale, deoarece energia fotonilor detectați de un observator este diferită atunci când sursa care o emite este în mișcare. Acesta se numește efect Doppler.

Spectrografele colectează modul în care această lumină este distribuită - spectrul - și o analizează pentru a vă face o idee despre compoziția obiectului. Și cu un interferometru, puteți distinge lumina de două surse, chiar dacă telescopul nu are suficientă rezoluție pentru a distinge între cele două.

Efectul fotovoltaic

Energia de lumină emisă de Soare poate fi transformată în energie electrică datorită efectului fotovoltaic, descoperită în 1839 de savantul francez Alexandre Becquerel (1820-1891), tatăl lui Henri Becquerel, care a descoperit radioactivitatea.

Aceasta se bazează pe faptul că lumina este capabilă să producă un curent electric, prin iluminarea compușilor de siliciu semiconductor care conțin impurități ale altor elemente. Se întâmplă că atunci când lumina luminează materialul, transferă energie care mărește mobilitatea electronilor de valență și astfel crește conducta electrică a acestuia.

Obținerea

Încă de la înființare, umanitatea a căutat să controleze toate formele de energie, inclusiv energia lumină. În ciuda faptului că Soarele oferă o sursă aproape inepuizabilă în orele de zi, a fost întotdeauna necesar să se producă lumină într-un fel pentru a se proteja de prădători și a continua să îndeplinească sarcinile începute în timpul zilei.

Este posibilă obținerea energiei luminoase prin intermediul unor procese care pot fi controlate într-un fel:

-Combustia, la arderea unei substanțe, se oxidează, emanând căldură și adesea ușor în timpul procesului.

-Incandescență, atunci când încălziți un filament de wolfram, de exemplu, precum cele ale becurilor electrice.

Figura 4. Becurile incandescente funcționează trecând un curent electric printr-un filament de wolfram. Când este încălzit, emite căldură și lumină. Sursa: Pixabay.

-Luminiscența, în acest efect lumina este produsă prin excitarea anumitor substanțe într-un fel. Unele insecte și alge produc lumină, care se numește bioluminiscență.

-Electroluminescență, există materiale care emit lumină atunci când sunt stimulate de un curent electric.

Cu oricare dintre aceste metode, se obține direct lumina, care are întotdeauna energie luminoasă. Acum, producerea de energie ușoară în cantități mari este altceva.

Avantaj

-Energia ușoară are un rol deosebit de relevant în transmiterea informațiilor.

-Utilizarea energiei luminoase de la Soare este gratuită, este de asemenea o sursă aproape inepuizabilă, după cum am spus.

-Energia ușoară, de la sine, nu este poluantă (dar pot fi unele procese pentru obținerea acesteia).

-În locurile unde lumina soarelui abundă pe tot parcursul anului, este posibilă generarea de energie electrică cu efect fotovoltaic și, astfel, reducerea dependenței de combustibilii fosili.

-Instalatiile care folosesc energia luminii a Soarelui sunt usor de intretinut.

-Expunerea la rază solară este necesară pentru ca organismul uman să sintetizeze vitamina D, esențială pentru oasele sănătoase.

-Fără energie lumină, plantele nu pot efectua fotosinteza, care este baza vieții pe Pământ.

Dezavantaje

-Nu este stocabil, spre deosebire de alte tipuri de energie. Dar celulele fotovoltaice pot fi susținute de baterii pentru a-și extinde utilizarea.

-În principiu, facilitățile care utilizează energia lumină sunt costisitoare și necesită, de asemenea, spațiu, deși costurile au scăzut odată cu timpul și îmbunătățirile. În prezent sunt testate noi materiale și celule fotovoltaice flexibile pentru a optimiza utilizarea spațiului.

-Expunerea prelungită sau directă la lumina soarelui provoacă daune pielii și vederii, dar mai ales din cauza radiațiilor ultraviolete, pe care nu le putem vedea.

Exemple de energie lumină

De-a lungul secțiunilor anterioare am menționat numeroase exemple de energie a luminii: lumina soarelui, lumânări, lasere. În special, există câteva exemple foarte interesante de energie lumină, datorită unora dintre efectele menționate mai sus:

Lumina LED

Figura 5. Luminile cu LED-uri sunt mai eficiente decât luminile incandescente, deoarece ele emană mai puțină căldură și emit energie luminoasă mai mult timp. Sursa: Pixabay.

Numele de lumină LED provine din dioda engleză de emisie a luminii engleze și este produs prin trecerea unui curent electric de intensitate mică printr-un material semiconductor, care în răspuns emite lumină intensă și de înaltă performanță.

Lămpile cu LED-uri durează mult mai mult decât becurile cu incandescență tradiționale și sunt mult mai eficiente decât becurile cu incandescență tradiționale, în care aproape toată energia este transformată în căldură, mai degrabă decât în ​​lumină. De aceea, luminile LED sunt mai puțin poluante, deși costul lor este mai mare decât cel al luminilor incandescente.

bioluminiscență

Multe ființe vii sunt capabile să transforme energia chimică în energie lumină, printr-o reacție biochimică din interiorul lor. Insectele, peștele și bacteriile, printre altele, sunt capabile să producă propria lumină.

Și o fac din diferite motive: protecție, atragerea unui partener, ca resursă pentru a prinde prada, pentru a comunica și, evident, pentru a lumina calea.

Referințe

1. Blair, B. Bazele luminii. Recuperat din: blair.pha.jhu.edu
2. Energie solara. Efect fotovoltaic. Recuperat de la: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrated Science.6th. Ediție. McGraw Hill.
4. Universul de azi. Ce este energia luminoasă. Recuperat din: universetoday.com.
5. Vedantu. Energie ușoară. Recuperat de la: vedantu.com.
6. Wikipedia. Energia luminii. Recuperat de la: es.wikipedia.org.