Виды световой энергии — источники, использование и преобразование

0

Световая энергия — это энергия одной из конфигураций электромагнитного излучения. В разных условиях свет может вести себя как волна, или как поток частиц. Когда художники желают описать какой-то объект, они начинают его с внешнего вида. То, что они видят, зависит от того, как этот объект отражает свет и как очи регистрируют этот свет.

Но нам свет невозможно воспринимать подобным образом. Поэтому художники изображают, как свет освещает различные предметы, а ученые исследуют, как свет воздействует на на разные вещества и предметы. Оказывается, иногда свет ведет себя подобно валам на поверхности пруда. В других же случаях свет действует на вещество, как если бы он представлял собой поток частиц. Подетальнее разберем какие виды световой энергии существуют, а также их источники образования далее в статье.

Фотоэлектрический эффект

В солнечных элементах для переработки энергии солнечного света в электрическую используется фотоэлектрический эффект. Фотоэффект возникает, когда видный свет или ультрафиолетовое излучения падает на поверхность некоторых веществ. Свет или УФ-излучение выбивает из вещества электроны, порождающие ток, какой можно измерить гальванометром.

Удивительное свойство фотоэффекта состоит и в том, что он проявляется лишь для света, частота которого превышает определенное пороговое смысл. Для света как более низких частот электроны вообще не испускаются, как бы сильно не был освещен материал. Минимальная частота для появления фотоэффекта зависит от освещаемого материала.

Пример устанавливаемой солнечной панели

Традиционный солнечный элемент заключается из двух пластин кремниевого полупроводника, наложенных друг на друга. Снаружи с обеих сторон нанесены электрические контакты. Химический состав пластин слегка различен, и солнечный свет заставляет электроны переходить из одной пластины в иную. Электроны потоком «выходят» из пластины через один контакт. Из второго контакта в элемент «входят» другие электроны, замыкая цепь.

Одинешенек солнечный элемент дает напряжение около 0,5 В. Получаемый ток зависит от площади элемента. Солнечный элемент диаметром 10 см. может подавать ток около 1,5 ампер при ярком солнечном свете. Солнечные элементы в изображенных на снимках панелях соединяются последовательно для увеличения усилия и параллельно для повышения силы тока.

бакен в океане с солнечными панелями

На этом работающем от конечной энергии бакене установлены 4 батареи солнечных элементов. Элементы заряжают аккумулятор, какой питает сигнальный огонь по ночам.

Свет как поток частиц

Немецкий физик Макс Планк (1845 — 1947) первым высказал гипотеза о двойственной природе света. В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879 — 1955) предложил объяснение фотоэлектрического эффекта. Оно опиралось на понятие, что свет ведет себя как поток частиц.

Электроны удерживаются в любом веществе притяжением к ядрам атомов этого вещества. Чтобы победить это предложение, им нужно получить дополнительную энергию, подобно тому, как необходимо ударить по футбольному мячу, чтобы он взоетел на верхушку холма. При фотоэлектрическом эффекте энергию электронам дает свет. Эйнштейн предположил, что свет это поток «порций» энергии, именуемых фотонами. Энергия каждого фотона определяется его частотой. Если частота слишком низкая, то «удар», который электрон получает от фотона, чересчур немощен, и электрон не может вырваться. Выше некоторой частоты каждый фотон обладает достаточной энергией, чтобы вышибить электрон из вещества, что и происходит при фотоэффекте.

Свет как волна

Пока Эйнштейн не предположил, что свет можно рассматривать как поток фотонов, физики описывали свет как разновидность волнового движения. Они пришагали к этому выводу на основании опытов, свидетельствующих о том, что свет ведет себя подобно звуковым волнам или волнам на воде.

Свет как поток частиц

В 1873 г. английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831 — 1879) вывел уравнение, описывающее свет как совместное распространение электрического и магнитного пустотелее, периодически колеблющихся перпендикулярно друг к другу и к направлению распространению света.

Явление дифракции света

Когда валы на воде набегают на стенку с узкой щелью в ней, они расходятся от щели в виде серии концентрических кругов, как если бы сама щель сделалась источником волн. Это явление называется дифракцией (лат. diffractus). Звуковые волны также дифрагируют. Если человек проходит мимо дома, где играет музыка и окно отворено, то, подходя к окну, первыми он слышит басовые ноты. Самые высокие ноты можно услышать лишь вблизи окна, потому что высокочастотные валы дифрагируют хуже. Дифракция демонстрирует волновую природу света.

[embedded content]

Когда свет одной длины валы проходит сквозь щель, на экране появляется нечетко очерченный светлый кружок, а чередующиеся слабые концентрические перстни: светлые в пиках световых волн и темные в узлах. Луч, проходящий сквозь щель, обычно не заходит в область тени, если лишь ширина щели не близка к длине световой волны.

Явление интерференции света

Когда волны на воде дифрагируют сквозь 2 расположенные рядом щели, эти щели действуют как отдельные источники волн, согласованные по фазе друг с другом. Валы, расходящиеся от этих отдельных источников, интерферируют (складываются) друг с другом. Там, где гребень одной волны встречается с впадиной иной, волны гасят друг с другом, и поверхность воды остается невозмущенной. Там, где накладывается 2 гребня или 2 впадины, возникает еще немало высокий гребень или более глубокая впадина.

[embedded content]

Когда свет одной впадины волны проходит сквозь 2 ювелирные щели, он расходится от этих щелей и образует интерференционную картину чередующихся светлых или темных полос: световые валы в одних местах усиливают друг друга, а в других гасят. Интерференция также является доказательством волновой натуры света.

Частицы как волны

Вскоре после того как Эйнштейн предположил, что свет может вести себя как поток крупиц, французский физик Луи де Бройль (1892 — 1987) заявил, что может быть верным и обратное: частицы также могут вести себя подобно валам. Он вычислил, что лишь самые легкие частицы обладают длинами волн, доступными экспериментальному изучению. В 1924 г. было замечено, что, если направить пучок электронов на кристалл, электроны дифрагируют сквозь промежутки между атомами кристалла и оставляют на фотопластинке интерференционную картинку. То имеется электроны ведут себя как волны.

Посетите магазины партнеров:

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены *