LJUSENERGI: EGENSKAPER, TYPER, ERHÅLLANDE, EXEMPEL - VETENSKAP - 2025

Den ljusenergi eller ljus är ljuset som bär en elektromagnetisk våg. Det är energin som gör världen runt oss synlig och dess huvudsakliga källa är solen, som utgör en del av det elektromagnetiska spektrumet, tillsammans med andra former av icke synlig strålning.

Elektromagnetiska vågor skapar interaktion med materien och kan ge olika effekter beroende på den energi de bär. Således tillåter ljus inte bara objekt att ses, utan genererar också förändringar i materien.

Bild 1. Solen är den viktigaste källan till ljusenergi på jorden. Källa: Pixabay.

Egenskaper för ljusenergi

Bland de viktigaste egenskaperna hos ljusenergi är:

-Det har en dubbel karaktär: på makroskopisk nivå uppträder ljus som en våg, men på mikroskopisk nivå uppvisar det partikelegenskaper.

-Det transporteras med paket eller "kvanta" av ljus som kallas fotoner. Fotoner saknar massa och elektrisk laddning, men de kan interagera med andra partiklar som atomer, molekyler eller elektroner och överföra momentum till dem.

-Det kräver inte ett material för att sprida sig. Du kan göra det i ett vakuum med ljusets hastighet: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Ljusenergin beror på vågens frekvens. Om vi betecknar den energi och f som frekvensen som E, är den ljusenergi som ges av E = hf där h är Plancks konstant, vars värde är 6,625 10 ^-34 J • s. Ju högre frekvens, desto mer energi.

-Som andra typer av energi, mäts den i Joules (J) i International System of Units SI.

-Våglängderna för synligt ljus är mellan 400 och 700 nanometer. 1 nanometer, förkortat nm, är lika med 1 x ^10-9 m.

-Frekvens och våglängd λ är relaterade med c = λ.f, därför E = hc / λ.

Typer av ljusenergi

Ljusenergi kan klassificeras enligt dess källa i:

-Naturlig

-Artificiell

Figur 2. Det synliga ljusspektrumet för elektromagnetiska vågor är det smala färgade bandet. Källa: F. Zapata.

Naturlig ljusenergi

Den naturliga källan för ljus energi par excellence är Solen. Solen har en stjärna och har i centrum en kärnreaktor som omvandlar väte till helium genom reaktioner som producerar enorma mängder energi.

Denna energi lämnar solen i form av ljus, värme och andra typer av strålning, som kontinuerligt avger cirka 62 600 kilowatt för varje kvadratmeter yta -1 kilowatt motsvarar 1000 watt, vilket i sin tur är lika med 1000 joule / sekund.

Växter använder någon av denna stora mängd energi för att utföra fotosyntes, den viktiga processen som utgör grunden för livet på jorden. En annan källa till naturligt ljus, men med mycket mindre energi, är bioluminescens, ett fenomen där levande organismer producerar ljus.

Blixt och eld är andra källor till ljusenergi i naturen, de förra är inte kontrollerbara och den senare har åtföljt mänskligheten sedan förhistorisk tid.

Konstgjord ljusenergi

När det gäller konstgjorda ljuskällor kräver de omvandling av andra typer av energi, till exempel elektriskt, kemiskt eller brännvatten, till ljus. Glödlampor faller inom denna kategori, vars extremt heta glödtrådar avger ljus. Eller också ljuset som erhålls genom förbränningsprocesser, som ett ljus på en ljus.

En mycket intressant källa till ljusenergi är lasern. Det har många tillämpningar inom olika områden inklusive medicin, kommunikation, säkerhet, datoranläggning och rymdteknik, bland andra.

Bild 3. En skärmaskin använder en laser för att göra industriella skärningar med hög precision. Källa: Pixabay.

Användning av ljusenergi

Ljusenergi hjälper oss att kommunicera med världen runt oss, agera som bärare och sändare av data och informera oss om miljöförhållandena. De gamla grekerna använde redan speglar för att skicka signaler på ett rudimentärt sätt över långa avstånd.

När vi till exempel tittar på tv når data som de avger, i form av bilder, vår hjärna genom synskänsla, som kräver ljusenergi för att lämna ett avtryck på synnerven.

För telefonkommunikation är ljusenergi också viktigt, genom så kallade optiska fibrer som leder ljusenergi, vilket minimerar förluster.

Allt vi vet om avlägsna föremål är information som tas emot genom ljuset de avger, analyserat med olika instrument: teleskop, spektrografer och interferometrar.

Den förra hjälper till att samla formen på föremål, deras ljusstyrka - om många fotoner når våra ögon är det ett glänsande föremål - och deras färg, som beror på våglängden.

Det ger också en uppfattning om dess rörelse, eftersom energin hos fotonerna som en observatör upptäcker är annorlunda när källan som avger den är i rörelse. Detta kallas Doppler-effekten.

Spektrografer samlar hur detta ljus distribueras - spektrumet - och analyserar det för att få en uppfattning om objektets sammansättning. Och med en interferometer kan du skilja ljus från två källor, även om teleskopet inte har tillräckligt med upplösning för att skilja mellan de två.

Den fotovoltaiska effekten

Ljusenergin som släpps ut av solen kan omvandlas till elektricitet tack vare den fotovoltaiska effekten som upptäcktes 1839 av den franska forskaren Alexandre Becquerel (1820-1891), far till Henri Becquerel, som upptäckte radioaktivitet.

Detta baseras på det faktum att ljus kan producera en elektrisk ström genom att belysa halvledar-kiselföreningar som innehåller föroreningar från andra element. Det händer att när ljuset lyser upp materialet överför det energi som ökar rörligheten hos valenselektronerna och därmed ökar dess elektriska ledning.

Erhållande

Sedan starten har mänskligheten försökt kontrollera alla former av energi, inklusive ljusenergi. Trots att solen ger en nästan outtömlig källa under dagtimmarna var det alltid nödvändigt att producera ljus på något sätt för att skydda sig mot rovdjur och fortsätta att utföra de uppgifter som påbörjades under dagen.

Det är möjligt att få ljusenergi genom vissa processer som kan kontrolleras på något sätt:

-Förbränning, när det bränner ett ämne, oxiderar det, avger värme och ofta lätt under processen.

-Blödhet, till exempel vid uppvärmning av en volframtråd, som elektriska glödlampor.

Bild 4. Glödlampor fungerar genom att leda en elektrisk ström genom en volframtråd. Vid uppvärmning avger den värme och ljus. Källa: Pixabay.

-Luminescens, i denna effekt produceras ljus genom att spänna vissa ämnen på något sätt. Vissa insekter och alger producerar ljus, som kallas bioluminescens.

-Elektroluminescens, det finns material som avger ljus när de stimuleras av en elektrisk ström.

Med någon av dessa metoder erhålls ljus direkt, som alltid har ljusenergi. Att producera ljusenergi i stora mängder är någonting annat.

Fördel

-Litenergi har en särskilt relevant roll vid överföring av information.

-Användning av ljusenergi från solen är gratis, det är också en nästan outtömlig källa, som vi har sagt.

-Liten energi är i sig inte förorenande (men vissa processer för att få den kan vara).

-På platser där solsken florerar under hela året är det möjligt att generera elektricitet med den fotovoltaiska effekten och därmed minska beroendet av fossila bränslen.

-Faciliteter som utnyttjar solens ljusenergi är lätta att underhålla.

- Kort exponering för solljus är nödvändigt för att människokroppen ska syntetisera D-vitamin, nödvändigt för friska ben.

- Utan ljusenergi kan växter inte utföra fotosyntes, som är grunden för livet på jorden.

nackdelar

-Det är inte lagringsbart, till skillnad från andra typer av energi. Men fotovoltaiska celler kan stödjas av batterier för att utvidga deras användning.

- I princip är anläggningarna som använder ljusenergi dyra och kräver också utrymme, även om kostnaderna har minskat med tiden och förbättringarna. Nya material och flexibla fotovoltaiska celler testas för närvarande för att optimera utrymmet.

-Den långvariga eller direkta exponeringen för solljus orsakar skador på hud och syn, men främst på grund av ultraviolett strålning, som vi inte kan se.

Exempel på ljusenergi

Under de föregående avsnitten har vi nämnt många exempel på ljusenergi: solljus, ljus, lasrar. I synnerhet finns det några mycket intressanta exempel på ljusenergi på grund av några av de effekter som nämns ovan:

LED-ljus

Bild 5. LED-lampor är mer effektiva än glödlampor, eftersom de avger mindre värme och avger ljusenergi längre. Källa: Pixabay.

Namnet LED-ljus härstammar från den engelska ljusemitterande dioden och produceras genom att leda en lågintensiv elektrisk ström genom ett halvledarmaterial, som som svar avger intensivt och högpresterande ljus.

LED-lampor håller mycket längre än traditionella glödlampor och är mycket effektivare än traditionella glödlampor, där nästan all energi förvandlas till värme, snarare än ljus. Det är därför LED-lampor är mindre förorenande, även om deras kostnader är högre än för glödlampor.

bioluminescence

Många levande varelser kan konvertera kemisk energi till ljusenergi genom en biokemisk reaktion inuti dem. Insekter, fisk och bakterier, bland andra, kan producera sitt eget ljus.

Och de gör det av olika skäl: skydd, locka en kompis, som en resurs för att fånga rov, för att kommunicera och uppenbarligen att tända vägen.

referenser

1. Blair, B. Grunderna i ljuset. Återställd från: blair.pha.jhu.edu
2. Solenergi. Fotovoltaisk effekt. Återställd från: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. Utgåva. McGraw Hill.
4. Universum idag. Vad är ljusenergi. Återställd från: universetoday.com.
5. Vedantu. Ljusenergi. Återställd från: vedantu.com.
6. Wikipedia. Ljusenergi. Återställd från: es.wikipedia.org.