광 에너지 또는 광 전자기파를 운반하는 광이다. 그것은 우리 주변의 세계를 가시적으로 만드는 에너지이며, 그 주된 원천은 태양이며, 다른 형태의 비가시 방사선과 함께 전자기 스펙트럼의 일부를 형성합니다.
전자기파는 물질과의 상호 작용을 형성하고 전달하는 에너지에 따라 다양한 효과를 생성 할 수 있습니다. 따라서 빛은 물체를 볼 수있게 해줄뿐만 아니라 물질의 변화를 일으 킵니다.
그림 1. 태양은 지구상의 주요 빛 에너지 원입니다. 출처 : Pixabay.
빛 에너지의 특성
빛 에너지의 주요 특징은 다음과 같습니다.
-거시적 인 수준에서는 빛이 파동처럼 행동하지만, 현미경 수준에서는 입자 특성을 나타냅니다.
-광자라고 불리는 빛의 "양자"또는 패키지로 운반됩니다. 광자는 질량과 전하가 부족하지만 원자, 분자 또는 전자와 같은 다른 입자와 상호 작용하여 운동량을 전달할 수 있습니다.
-퍼지는 재료 매체가 필요하지 않습니다. 빛의 속도로 진공 상태에서 할 수 있습니다 : c = 3 × 10 8 m / s.
-빛 에너지는 파동의 주파수에 따라 다릅니다. 에너지와 f를 주파수로 E로 표시하면 빛 에너지는 E = hf로 주어지며, 여기서 h는 플랑크 상수이며 값은 6.625 10 –34 J • s입니다. 주파수가 높을수록 더 많은 에너지가 발생합니다.
-다른 유형의 에너지와 마찬가지로 국제 단위계 SI의 줄 (J) 단위로 측정됩니다.
-가시광 선의 파장은 400 ~ 700 나노 미터입니다. 1 나노 미터 (nm로 약칭)는 1 x 10-9m 와 같습니다 .
-주파수와 파장 λ는 c = λ.f에 의해 관련되므로 E = hc / λ.
빛 에너지의 유형
빛 에너지는 소스에 따라 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.
-자연스러운
-인공
그림 2. 전자기파의 가시 광선 스펙트럼은 좁은 색의 밴드입니다. 출처 : F. Zapata.
자연광 에너지
탁월한 빛 에너지의 천연 원천은 태양입니다. 태양은 별이기 때문에 막대한 양의 에너지를 생성하는 반응을 통해 수소를 헬륨으로 변환하는 원자로가 중심에 있습니다.
이 에너지는 태양을 빛, 열 및 기타 유형의 복사 형태로 남겨 두어 표면의 각 평방 미터당 약 62,600 킬로와트를 지속적으로 방출합니다.
식물은이 많은 양의 에너지를 사용하여 지구 생명체의 기초를 형성하는 중요한 과정 인 광합성을 수행합니다. 자연광의 또 다른 원천이지만 훨씬 적은 에너지를 가진 생물 발광은 생물이 빛을 생성하는 현상입니다.
번개와 불은 자연에서 빛 에너지의 다른 원천이며 전자는 제어 할 수 없으며 후자는 선사 시대부터 인류와 함께했습니다.
인공광 에너지
인공적인 광원 에너지의 경우 전기, 화학 또는 발열과 같은 다른 유형의 에너지를 빛으로 변환해야합니다. 백열 전구는 매우 뜨거운 필라멘트가 빛을 방출하는이 범주에 속합니다. 또는 촛불의 불꽃과 같은 연소 과정을 통해 얻어지는 빛.
매우 흥미로운 빛 에너지 원은 레이저입니다. 의료, 통신, 보안, 컴퓨팅 및 항공 우주 기술을 비롯한 다양한 분야에서 많은 응용 프로그램이 있습니다.
그림 3. 절단 기계는 레이저를 사용하여 고정밀 산업 절단을 수행합니다. 출처 : Pixabay.
빛 에너지의 사용
빛 에너지는 우리가 주변 세계와 의사 소통하는 데 도움이되며, 데이터 전달자 및 전송자 역할을하며 환경 조건을 알려줍니다. 고대 그리스인들은 이미 거울을 사용하여 장거리에 걸쳐 기초적인 방식으로 신호를 전송했습니다.
예를 들어 우리가 텔레비전을 볼 때 이미지의 형태로 방출되는 데이터는 시각을 통해 우리 뇌에 도달하는데, 이는 시신경에 각인을 남기기 위해 빛 에너지를 필요로합니다.
그런데 전화 통신의 경우 광 에너지를 전달하는 소위 광섬유를 통해 손실을 최소화하는 광 에너지도 중요합니다.
우리가 먼 물체에 대해 아는 것은 그들이 방출하는 빛을 통해받은 정보이며, 망원경, 분광기, 간섭계 등 다양한 기기로 분석됩니다.
전자는 물체의 모양, 밝기를 수집하는 데 도움이됩니다. 많은 광자가 우리 눈에 도달하면 그것은 반짝이는 물체입니다. 그리고 파장에 따라 달라지는 색상입니다.
또한 관찰자가 감지하는 광자의 에너지는 방출하는 소스가 움직일 때 다르기 때문에 움직임에 대한 아이디어를 제공합니다. 이를 도플러 효과라고합니다.
분광기는이 빛이 분포하는 방식 (스펙트럼)을 수집하고이를 분석하여 물체의 구성에 대한 아이디어를 얻습니다. 간섭계를 사용하면 망원경이 둘을 구분할 수있는 해상도가 충분하지 않더라도 두 광원의 빛을 구분할 수 있습니다.
태양 광 효과
태양이 방출하는 빛 에너지는 방사능을 발견 한 Henri Becquerel의 아버지 인 프랑스 과학자 Alexandre Becquerel (1820-1891)이 1839 년에 발견 한 광전지 효과 덕분에 전기로 변환 될 수 있습니다.
이것은 빛이 다른 원소의 불순물을 포함하는 반도체 실리콘 화합물을 비추어 전류를 생성 할 수 있다는 사실에 근거합니다. 빛이 물질을 비추면 원자가 전자의 이동성을 증가시키는 에너지를 전달하여 전기 전도를 증가시킵니다.
구하기
창립 이래 인류는 빛 에너지를 포함한 모든 형태의 에너지를 제어하려고 노력해 왔습니다. 태양이 낮 시간에 거의 무한한 근원을 제공한다는 사실에도 불구하고, 포식자로부터 자신을 보호하고 낮에 시작된 작업을 계속 수행하기 위해 어떤 방식 으로든 항상 빛을 생성해야했습니다.
어떤 방식 으로든 제어 할 수있는 일부 프로세스를 통해 빛 에너지를 얻을 수 있습니다.
-연소, 물질을 태울 때 산화되어 열을 발산하고 공정 중에 종종 빛을 발합니다.
-백열, 예를 들어 전구처럼 텅스텐 필라멘트를 가열 할 때.
그림 4. 백열 전구는 텅스텐 필라멘트를 통해 전류를 통과시켜 작동합니다. 가열되면 열과 빛을 방출합니다. 출처 : Pixabay.
-발광,이 효과에서 빛은 어떤 방식 으로든 특정 물질을 여기시켜 생성됩니다. 일부 곤충과 조류는 생물 발광이라고하는 빛을 생성합니다.
-전자 발광, 전류에 의해 자극을 받으면 빛을 발하는 물질이 있습니다.
이러한 방법 중 하나를 사용하면 항상 빛 에너지를 갖는 빛이 직접 얻어집니다. 이제 빛 에너지를 대량으로 생산하는 것은 다른 일입니다.
이점
-빛 에너지는 정보 전송에 특히 중요한 역할을합니다.
-태양의 빛 에너지를 사용하는 것은 무료이며 우리가 말했듯이 거의 무한한 원천입니다.
-빛 에너지는 그 자체로 오염되지 않습니다 (그러나 그것을 얻기위한 일부 과정은있을 수 있습니다).
-연중 햇빛이 풍부한 곳에서는 태양 광 효과로 전기를 생산할 수있어 화석 연료 의존도를 줄일 수 있습니다.
-태양의 빛 에너지를 활용하는 시설은 유지 관리가 용이합니다.
-인체가 건강한 뼈에 필수적인 비타민 D를 합성하기 위해서는 햇빛에 짧은 노출이 필요합니다.
-빛 에너지가 없으면 식물은 지구상의 생명의 기초 인 광합성을 할 수 없습니다.
단점
-다른 종류의 에너지와 달리 저장이 불가능합니다. 그러나 태양 광 전지는 사용을 연장하기 위해 배터리로 뒷받침 될 수 있습니다.
-원칙적으로 빛 에너지를 활용하는 시설은 비용이 많이 들고 공간도 필요하지만 시간과 개선에 따라 비용이 감소합니다. 새로운 재료와 유연한 태양 광 전지는 현재 공간 사용을 최적화하기 위해 테스트되고 있습니다.
-태양 광에 장기간 또는 직접 노출되면 피부와 시력에 손상을 입히지 만 주로 우리가 볼 수없는 자외선 때문에 발생합니다.
빛 에너지의 예
이전 섹션에서 우리는 햇빛, 양초, 레이저와 같은 많은 빛 에너지의 예를 언급했습니다. 특히 위에서 언급 한 효과 중 일부로 인해 매우 흥미로운 빛 에너지의 예가 있습니다.
LED 조명
그림 5. LED 조명은 열 방출이 적고 빛 에너지를 더 오래 방출하기 때문에 백열등보다 효율적입니다. 출처 : Pixabay.
LED 조명이라는 이름은 English Light Emitting Diode에서 유래되었으며 반도체 재료를 통해 저 강도 전류를 통과시켜 생성되는 LED 조명은 이에 반응하여 강렬하고 고성능의 빛을 방출합니다.
LED 램프는 기존 백열 전구보다 훨씬 오래 지속되며 거의 모든 에너지가 빛이 아닌 열로 변환되는 기존 백열 전구보다 훨씬 효율적입니다. 그렇기 때문에 LED 조명은 백열등보다 비용이 높지만 오염이 적습니다.
생물 발광
많은 생명체는 내부의 생화학 반응을 통해 화학 에너지를 빛 에너지로 변환 할 수 있습니다. 특히 곤충, 물고기 및 박테리아는 자신의 빛을 생성 할 수 있습니다.
그리고 그들은 다른 이유로 그것을합니다 : 보호, 짝을 끌어 들이기, 먹이를 잡기위한 자원으로서, 소통하고, 분명히 길을 밝히기 위해.
참고 문헌
- Blair, B. 빛의 기초. 출처 : blair.pha.jhu.edu
- 태양 에너지. 광전지 효과. 출처 : solar-energia.net.
- Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. 판. McGraw Hill.
- 오늘 우주. 빛 에너지는 무엇입니까? 출처 : universetoday.com.
- 베 단투. 빛 에너지. 출처 : vedantu.com.
- Wikipedia. 빛 에너지. 출처 : es.wikipedia.org.