พลังงานแสง: ลักษณะประเภทการได้รับตัวอย่าง - วิทยาศาสตร์ - 2025

พลังงานแสงหรือแสงเป็นแสงที่ดำเนินคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นพลังงานที่ทำให้โลกรอบตัวเรามองเห็นได้และแหล่งที่มาหลักของมันคือดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมกับรังสีที่มองไม่เห็นในรูปแบบอื่น ๆ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างปฏิสัมพันธ์กับสสารและสามารถสร้างผลกระทบต่างๆตามพลังงานที่มี ดังนั้นแสงจึงไม่เพียงช่วยให้มองเห็นวัตถุเท่านั้น แต่ยังสร้างการเปลี่ยนแปลงในสสารด้วย

รูปที่ 1. ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานแสงหลักบนโลก ที่มา: Pixabay

ลักษณะของพลังงานแสง

คุณสมบัติหลักของพลังงานแสง ได้แก่ :

- มันมีลักษณะคู่: ที่แสงในระดับมหภาคจะทำงานเหมือนคลื่น แต่ในระดับกล้องจุลทรรศน์จะแสดงคุณสมบัติของอนุภาค

- มันถูกขนส่งโดยหีบห่อหรือ "ควอนต้า" ของแสงที่เรียกว่าโฟตอน โฟตอนไม่มีมวลและประจุไฟฟ้า แต่สามารถโต้ตอบกับอนุภาคอื่น ๆ เช่นอะตอมโมเลกุลหรืออิเล็กตรอนและถ่ายโอนโมเมนตัมให้กับพวกมันได้

- ไม่ต้องใช้วัสดุตัวกลางในการแพร่กระจาย คุณสามารถทำได้ในสูญญากาศด้วยความเร็วแสง: c = 3 × 10 ⁸ m / s

- พลังงานแสงขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น ถ้าเราแสดงว่าพลังงานและ f เป็นความถี่เป็น E พลังงานแสงจะถูกกำหนดโดย E = hf โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ซึ่งมีค่า 6.625 10 ^–34 J • s ยิ่งความถี่สูงพลังงานก็ยิ่งมากขึ้น

- เช่นเดียวกับพลังงานประเภทอื่น ๆ วัดเป็นจูล (J) ในระบบหน่วย SI ระหว่างประเทศ

- ความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้อยู่ระหว่าง 400 ถึง 700 นาโนเมตร 1 นาโนเมตรย่อว่านาโนเมตรเท่ากับ 1 x 10 ^-9ม.

- ความถี่และความยาวคลื่นλสัมพันธ์กันโดย c = λ.fดังนั้น E = hc / λ

ประเภทของพลังงานแสง

พลังงานแสงสามารถจำแนกได้ตามแหล่งที่มาใน:

ธรรมชาติ

-เทียม

รูปที่ 2 สเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือแถบสีที่แคบ ที่มา: F. Zapata

พลังงานแสงธรรมชาติ

แหล่งที่มาของพลังงานแสงตามธรรมชาติที่ยอดเยี่ยมคือดวงอาทิตย์การเป็นดาวดวงอาทิตย์มีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมโดยใช้ปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดพลังงานจำนวนมหาศาล

พลังงานนี้ออกจากดวงอาทิตย์ในรูปของแสงความร้อนและรังสีประเภทอื่น ๆ โดยปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องประมาณ 62,600 กิโลวัตต์สำหรับพื้นผิวแต่ละตารางเมตร -1 กิโลวัตต์เท่ากับ 1,000 วัตต์ซึ่งจะเท่ากับ 1,000 จูล / วินาที -

พืชใช้พลังงานจำนวนมากในการสังเคราะห์แสงซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนโลก แหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติอีกแหล่งหนึ่ง แต่มีพลังงานน้อยกว่ามากคือการเรืองแสงซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สิ่งมีชีวิตผลิตแสง

ฟ้าผ่าและไฟเป็นแหล่งพลังงานแสงอื่น ๆ ในธรรมชาติอดีตไม่สามารถควบคุมได้และสิ่งหลังนี้อยู่คู่กับมนุษยชาติมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์

พลังงานแสงประดิษฐ์

สำหรับแหล่งพลังงานแสงเทียมพวกเขาต้องการการแปลงพลังงานประเภทอื่นเช่นไฟฟ้าเคมีหรือแคลอรี่ให้เป็นแสง หลอดไส้จัดอยู่ในประเภทนี้ซึ่งมีความร้อนสูงมากซึ่งจะเปล่งแสง หรือแสงที่ได้จากกระบวนการเผาไหม้เช่นเดียวกับเปลวเทียน

แหล่งพลังงานแสงที่น่าสนใจมากคือเลเซอร์ มีแอพพลิเคชั่นมากมายในด้านต่างๆเช่นการแพทย์การสื่อสารความปลอดภัยคอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการบินและอวกาศเป็นต้น

รูปที่ 3. เครื่องตัดใช้เลเซอร์ในการตัดชิ้นงานอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูง ที่มา: Pixabay

การใช้พลังงานแสง

พลังงานแสงช่วยให้เราสื่อสารกับโลกรอบตัวเราทำหน้าที่เป็นผู้ให้บริการและส่งข้อมูลและแจ้งให้เราทราบถึงสภาพแวดล้อม ชาวกรีกโบราณใช้กระจกเพื่อส่งสัญญาณในระยะทางไกล ๆ

ตัวอย่างเช่นเมื่อเราดูโทรทัศน์ข้อมูลที่ปล่อยออกมาในรูปแบบของภาพจะไปถึงสมองของเราผ่านการมองเห็นซึ่งต้องใช้พลังงานแสงเพื่อทิ้งรอยประทับบนเส้นประสาทตา

อย่างไรก็ตามสำหรับการสื่อสารทางโทรศัพท์พลังงานแสงก็มีความสำคัญเช่นกันโดยใช้เส้นใยแสงที่เรียกว่าพลังงานแสงเพื่อลดการสูญเสียให้น้อยที่สุด

สิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับวัตถุที่อยู่ห่างไกลคือข้อมูลที่ได้รับผ่านแสงที่พวกมันเปล่งออกมาวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือต่างๆเช่นกล้องโทรทรรศน์สเปกโตรกราฟและอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์

อดีตช่วยในการรวบรวมรูปร่างของวัตถุความสว่างของพวกมัน - หากโฟตอนจำนวนมากมาถึงดวงตาของเรามันก็เป็นวัตถุที่มันวาว - และสีของมันซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น

นอกจากนี้ยังให้ความคิดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของมันเนื่องจากพลังงานของโฟตอนที่ผู้สังเกตการณ์ตรวจพบนั้นแตกต่างกันเมื่อแหล่งกำเนิดที่ปล่อยออกมานั้นมีการเคลื่อนไหว สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ Doppler

สเปกโตรกราฟรวบรวมวิธีการกระจายแสงนี้ - สเปกตรัม - และวิเคราะห์เพื่อให้ได้แนวคิดเกี่ยวกับองค์ประกอบของวัตถุ และด้วยอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์คุณสามารถแยกแยะแสงจากสองแหล่งได้แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์จะไม่มีความละเอียดเพียงพอที่จะแยกแยะระหว่างสองแหล่ง

ผลโฟโตโวลเทอิก

พลังงานแสงที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้ด้วยผลกระทบจากเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งค้นพบในปี 1839 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Alexandre Becquerel (1820-1891) บิดาของ Henri Becquerel ผู้ค้นพบกัมมันตภาพรังสี

สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าแสงสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้โดยการส่องสว่างสารประกอบซิลิกอนเซมิคอนดักเตอร์ที่มีองค์ประกอบอื่นเจือปนอยู่ มันเกิดขึ้นเมื่อแสงส่องไปที่วัสดุมันจะถ่ายโอนพลังงานที่เพิ่มความคล่องตัวของเวเลนซ์อิเล็กตรอนและทำให้การนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

การได้รับ

นับตั้งแต่เริ่มก่อตั้งมนุษยชาติได้พยายามควบคุมพลังงานทุกรูปแบบรวมทั้งพลังงานแสง แม้ว่าดวงอาทิตย์จะเป็นแหล่งกำเนิดที่แทบจะไม่รู้จักเหนื่อยในเวลากลางวัน แต่ก็จำเป็นต้องสร้างแสงสว่างด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเพื่อป้องกันตัวเองจากสัตว์นักล่าและยังคงดำเนินงานที่เริ่มต้นในตอนกลางวันต่อไป

เป็นไปได้ที่จะได้รับพลังงานแสงผ่านกระบวนการบางอย่างที่สามารถควบคุมได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง:

- การเผาไหม้เมื่อเผาไหม้สารจะออกซิไดซ์ทำให้เกิดความร้อนและมักจะสว่างในระหว่างกระบวนการ

-Incandescence เมื่อให้ความร้อนกับไส้หลอดทังสเตนเช่นหลอดไฟฟ้า

รูปที่ 4. หลอดไส้ทำงานโดยส่งกระแสไฟฟ้าผ่านไส้หลอดทังสเตน เมื่อได้รับความร้อนจะปล่อยความร้อนและแสงสว่าง ที่มา: Pixabay

- เรืองแสงในเอฟเฟกต์แสงนี้เกิดจากสารบางอย่างที่น่าตื่นเต้นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง แมลงและสาหร่ายบางชนิดผลิตแสงซึ่งเรียกว่าการเรืองแสงทางชีวภาพ

-Electroluminescence มีวัสดุที่เปล่งแสงเมื่อถูกกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้า

ด้วยวิธีการใด ๆ เหล่านี้แสงจะได้รับโดยตรงซึ่งมีพลังงานแสงเสมอ ตอนนี้การผลิตพลังงานแสงในปริมาณมากเป็นอย่างอื่น

ความได้เปรียบ

- พลังงานแสงมีบทบาทที่เกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการส่งข้อมูล

- การใช้พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์นั้นไม่มีค่าใช้จ่าย แต่ก็เป็นแหล่งที่มาแทบจะไม่สิ้นสุดอย่างที่เราได้กล่าวไปแล้ว

- พลังงานแสงโดยตัวมันเองไม่ก่อให้เกิดมลพิษ (แต่กระบวนการบางอย่างเพื่อให้ได้มานั้นสามารถทำได้)

- ในสถานที่ที่มีแสงแดดจ้าตลอดทั้งปีมีความเป็นไปได้ที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยผลของเซลล์แสงอาทิตย์และลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล

- สิ่งอำนวยความสะดวกที่ใช้พลังงานแสงของดวงอาทิตย์นั้นดูแลรักษาง่าย

- การได้รับแสงแดดเป็นเวลาสั้น ๆ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับร่างกายมนุษย์ในการสังเคราะห์วิตามินดีซึ่งจำเป็นสำหรับกระดูกที่แข็งแรง

- หากไม่มีพลังงานแสงพืชไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้ซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนโลก

ข้อเสีย

- ไม่สามารถเก็บรักษาได้ซึ่งแตกต่างจากพลังงานประเภทอื่น ๆ แต่เซลล์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สามารถสำรองด้วยแบตเตอรี่เพื่อยืดการใช้งานได้

- โดยหลักการแล้วสิ่งอำนวยความสะดวกที่ใช้พลังงานแสงมีราคาแพงและยังต้องใช้พื้นที่แม้ว่าค่าใช้จ่ายจะลดลงตามเวลาและการปรับปรุง ปัจจุบันมีการทดสอบวัสดุใหม่และเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พื้นที่

- การได้รับแสงแดดเป็นเวลานานหรือโดยตรงทำให้เกิดความเสียหายต่อผิวหนังและสายตา แต่ส่วนใหญ่เป็นเพราะรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งเรามองไม่เห็น

ตัวอย่างพลังงานแสง

ในส่วนก่อนหน้านี้เราได้กล่าวถึงตัวอย่างพลังงานแสงมากมายเช่นแสงแดดเทียนเลเซอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีตัวอย่างพลังงานแสงที่น่าสนใจมากเนื่องจากผลกระทบบางประการที่กล่าวถึงข้างต้น:

ไฟ LED

รูปที่ 5 ไฟ LED มีประสิทธิภาพมากกว่าหลอดไส้เนื่องจากให้ความร้อนน้อยกว่าและปล่อยพลังงานแสงได้นานกว่า ที่มา: Pixabay

ชื่อไฟ LED มาจากภาษาอังกฤษ Light Emitting Diode และผลิตโดยการส่งกระแสไฟฟ้าที่มีความเข้มต่ำผ่านวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งในการตอบสนองจะปล่อยแสงที่เข้มข้นและมีประสิทธิภาพสูง

หลอด LED มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหลอดไส้แบบเดิมและมีประสิทธิภาพสูงกว่าหลอดไส้แบบเดิมซึ่งพลังงานเกือบทั้งหมดจะเปลี่ยนเป็นความร้อนแทนที่จะเป็นแสง นั่นคือเหตุผลที่ไฟ LED มีมลพิษน้อยกว่าแม้ว่าราคาจะสูงกว่าหลอดไส้ก็ตาม

ชีวิตเรืองแสง

สิ่งมีชีวิตจำนวนมากสามารถเปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานแสงผ่านปฏิกิริยาทางชีวเคมีภายในตัวมัน แมลงปลาและแบคทีเรียอื่น ๆ สามารถผลิตแสงได้เอง

และพวกเขาทำด้วยเหตุผลที่แตกต่างกัน: การปกป้องการดึงดูดคู่ครองเป็นทรัพยากรในการจับเหยื่อเพื่อสื่อสารและเห็นได้ชัดว่าเป็นการชี้ทาง

อ้างอิง

1. แบลร์บีพื้นฐานของแสง สืบค้นจาก: blair.pha.jhu.edu
2. พลังงานแสงอาทิตย์. ผลไฟฟ้าโซลาร์เซลล์. สืบค้นจาก: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. ฉบับ McGraw Hill
4. จักรวาลวันนี้. พลังงานแสงคืออะไร สืบค้นจาก: universetoday.com.
5. Vedantu พลังงานแสง. ดึงมาจาก: vedantu.com.
6. วิกิพีเดีย พลังงานแสง. สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.