אנרגיית אור: מאפיינים, סוגים, השגה, דוגמאות - מַדָע - 2025

אנרגית האור או האור הוא האור שנושא גל אלקטרומגנטים. האנרגיה היא זו שמאירה את העולם סביבנו והמקור העיקרי שלו הוא השמש, המהווה חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי, יחד עם צורות אחרות של קרינה לא גלויה.

גלים אלקטרומגנטיים מייצרים אינטראקציה עם חומר והם מסוגלים לייצר אפקטים שונים בהתאם לאנרגיה שהם נושאים. כך, האור לא רק מאפשר לראות אובייקטים, אלא גם מחולל שינויים בחומר.

איור 1. השמש היא המקור העיקרי לאנרגיית האור בכדור הארץ. מקור: Pixabay.

מאפייני אנרגיית האור

בין המאפיינים העיקריים של אנרגיית האור הם:

יש לזה אופי כפול: ברמה המאקרוסקופית האור מתנהג כמו גל, אבל ברמה המיקרוסקופית הוא מציג תכונות של חלקיקים.

זה מועבר באמצעות חבילות או "קוונטה" של אור המכונה פוטונים. פוטונים חסרי מסה ומטען חשמלי, אך הם יכולים לקיים אינטראקציה עם חלקיקים אחרים כמו אטומים, מולקולות או אלקטרונים ולהעביר להם מומנטום.

זה לא דורש התפשטות של חומר בינוני. אתה יכול לעשות את זה בוואקום במהירות האור: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

אנרגיית האור תלויה בתדירות הגל. אם אנו מציינים את האנרגיה ו- f כתדר כמו E, אנרגיית האור ניתנת על ידי E = hf שם h הוא הקבוע של פלאנק, שערכו הוא 6.625 10 - ³⁴ J • s. ככל שהתדר גבוה יותר, כך אנרגיה רבה יותר.

- כמו סוגים אחרים של אנרגיה, הוא נמדד בג'אול (J) במערכת הבינלאומית של יחידות SI.

אורכי הגל של האור הנראה הם בין 400 ל 700 ננומטר. ננומטר 1, מקוצר ל- nm, שווה ל- 1 x 10 ^-9 מ '.

-תדר ואורך הגל λ קשורים על ידי c = λ.f, ולכן E = hc / λ.

סוגים של אנרגיית אור

אנרגיה אור ניתן לסווג לפי המקור שלה ב:

-טִבעִי

-מְלָאכוּתִי

איור 2. ספקטרום האור הנראה של גלים אלקטרומגנטיים הוא הפס הצבע הצר. מקור: פ. זפטה.

אנרגיית אור טבעית

המקור הטבעי למצוינות באנרגיית האור הוא השמש. בהיותה כוכבת, השמש במרכזה כור גרעיני שהופך מימן להליום באמצעות תגובות המייצרות כמויות אדירות של אנרגיה.

אנרגיה זו משאירה את השמש בצורה של אור, חום וסוגים אחרים של קרינה, הפולטת ברציפות כ 62,600 קילוואט לכל מטר מרובע משטח -1 קילוואט שווה ל -1000 וואט, אשר בתורו שווה ל -1000 ג'ול לשנייה.

צמחים משתמשים בכמות גדולה של אנרגיה זו בכדי לבצע פוטוסינתזה, התהליך החשוב המהווה בסיס לחיים על כדור הארץ. מקור נוסף לאור טבעי, אך עם הרבה פחות אנרגיה, הוא ביומילינצנסיות, תופעה בה אורגניזמים חיים מייצרים אור.

ברק ואש הם מקורות אחרים לאנרגיית אור בטבע, הראשונים אינם ניתנים לשליטה והאחרון מלווה את האנושות מאז התקופה הפרהיסטורית.

אנרגיית אור מלאכותית

באשר למקורות מלאכותיים של אנרגיית אור, הם דורשים להמיר סוגים אחרים של אנרגיה, כמו חשמל, כימי או קלוריות, לאור. נורות ליבון נופלות בקטגוריה זו, שהנימה החמה במיוחד שלה פולטת אור. או גם האור שמתקבל בתהליכי בעירה, כמו להבת נר.

מקור מאוד מעניין של אנרגיית אור הוא הלייזר. יש לו יישומים רבים בתחומים שונים, כולל רפואה, תקשורת, אבטחה, מחשוב וטכנולוגיית תעופה וחלל, בין היתר.

איור 3. מכונת חיתוך משתמשת בלייזר כדי לבצע חיתוכים תעשייתיים בעלי דיוק גבוה. מקור: Pixabay.

שימושים באנרגיית אור

אנרגיית האור עוזרת לנו לתקשר עם העולם סביבנו, לפעול כמוביל ומשדר נתונים ומודיעה לנו על תנאי הסביבה. היוונים הקדמונים כבר השתמשו במראות כדי לשלוח איתותים בצורה גסה לאורך מרחקים ארוכים.

כאשר אנו צופים בטלוויזיה, למשל, הנתונים שהיא פולטת, בצורת תמונות, מגיעים למוח שלנו דרך חוש הראיה, הדורש אנרגיית אור כדי להשאיר חותם על עצב הראייה.

אגב, לתקשורת טלפונית, אנרגיית האור חשובה גם היא, באמצעות מה שמכונה סיבים אופטיים המוליכים אנרגיית אור, וממזערים הפסדים.

כל מה שידוע לנו על חפצים מרוחקים הוא מידע שמתקבל דרך האור שהם פולטים, שניתח בעזרת מכשירים שונים: טלסקופים, ספקטרוגרפים, ואינטרפרומטרים.

הראשונים עוזרים לאסוף את צורתם של חפצים, את בהירותם - אם פוטונים רבים מגיעים לעינינו זהו חפץ מבריק - וצבעם, התלוי באורך הגל.

זה גם נותן מושג לגבי תנועתו, מכיוון שהאנרגיה של הפוטונים שצופה מזהה שונה כאשר המקור שפולט אותו הוא בתנועה. זה נקרא אפקט דופלר.

ספקטרוגרפים אוספים את אופן הפצת האור הזה - הספקטרום - ומנתחים אותו כדי לקבל מושג על הרכב האובייקט. ועם אינטרפרומטר, אתה יכול להבחין בין אור בין שני מקורות, גם אם לטלסקופ אין מספיק רזולוציה כדי להבדיל בין השניים.

האפקט הפוטו-וולטאי

את אנרגיית האור הנפלטת מהשמש ניתן להמיר לחשמל בזכות האפקט הפוטו-וולטאי, שהתגלה בשנת 1839 על ידי המדען הצרפתי אלכסנדר בקרל (1820-1891), אביו של אנרי בקרל, שגילה רדיואקטיביות.

זה מבוסס על העובדה שאור מסוגל לייצר זרם חשמלי, על ידי הדלקת תרכובות סיליקון מוליכים למחצה המכילים זיהומים של אלמנטים אחרים. זה קורה שכאשר האור מאיר את החומר, הוא מעביר אנרגיה שמגדילה את הניידות של האלקטרונים הערכיים, וכך מגדילה את ההולכה החשמלית שלו.

להשיג

מאז הקמתה, האנושות ביקשה לשלוט בכל צורות האנרגיה, כולל אנרגיית האור. למרות העובדה שהשמש מספקת מקור כמעט בלתי נדלה בשעות היום, תמיד היה צורך להפיק אור בדרך כלשהי כדי להגן על עצמה מפני טורפים ולהמשיך לבצע את המשימות שהחלו במהלך היום.

אפשר להשיג אנרגיית אור באמצעות תהליכים מסוימים הניתנים לשליטה בדרך כלשהי:

-בעירה, כאשר שורפים חומר, הוא מתחמצן, מפטיר חום ולעיתים קרובות אור במהלך התהליך.

-הלהקה, בעת חימום נימה טונגסטן, למשל כמו נורות חשמל.

איור 4. נורות ליבון עובדות על ידי העברת זרם חשמלי דרך חוט טונגסטן. כשהוא מחומם הוא פולט חום ואור. מקור: Pixabay.

-אורות, בהשפעה זו נוצר האור על ידי מרגש חומרים מסוימים בדרך כלשהי. יש חרקים ואצות המייצרים אור, המכונה ביומילינסקנס.

-אלקטרולומינצנטיות, ישנם חומרים הפולטים אור כאשר הם מעוררים על ידי זרם חשמלי.

בכל אחת מהשיטות הללו מתקבל אור ישירות, שתמיד יש לו אנרגיית אור. כעת הפקת אנרגיית אור בכמויות גדולות זה משהו אחר.

יתרון

-אנרגיית האור יש תפקיד רלוונטי במיוחד בהעברת מידע.

השימוש באנרגיית האור מהשמש הוא בחינם, זהו גם מקור כמעט בלתי נדלה, כמו שאמרנו.

אנרגיית האור, כשלעצמה, אינה מזהמת (אך תהליכים מסוימים להשיג אותה יכולים להיות).

במקומות בהם אור השמש שופע לאורך כל השנה, ניתן לייצר חשמל עם האפקט הפוטו-וולטאי ובכך להפחית את התלות בדלקים מאובנים.

קל להתקין את המתקנים העושים שימוש באנרגיית האור של השמש.

- חשיפה קצרה לאור שמש הכרחית לגוף האדם לסנתז ויטמין D, חיוני לעצמות בריאות.

-אין אנרגיית אור, צמחים אינם יכולים לבצע פוטוסינתזה, שהיא בסיס החיים בכדור הארץ.

חסרונות

זה לא ניתן לאחסון, שלא כמו סוגים אחרים של אנרגיה. אבל תאים פוטו-וולטאים יכולים להיות מגובים על ידי סוללות כדי להרחיב את השימוש בהן.

באופן עקרוני, המתקנים המשתמשים באנרגיית אור יקרים ודורשים מקום, אולם העלויות פחתו עם הזמן והשיפורים. בימים אלה נבדקים חומרים חדשים ותאים פוטו-וולטאים גמישים בכדי לייעל את השימוש בחלל.

- חשיפה ממושכת או ישירה לאור שמש גורמת נזק לעור ולראות, אך בעיקר בגלל קרינה אולטרה סגולה, שאיננו יכולים לראות.

דוגמאות לאנרגיית אור

לאורך הסעיפים הקודמים הזכרנו דוגמאות רבות לאנרגיית אור: אור שמש, נרות, לייזרים. בפרט, יש כמה דוגמאות מעניינות מאוד לאנרגיית אור, בשל כמה מההשפעות שהוזכרו לעיל:

תאורת לד

איור 5. נורות LED יעילות יותר מאורות ליבון, מכיוון שהם מפטירים פחות חום ופולטים אנרגיית אור לאורך זמן רב יותר. מקור: Pixabay.

שמו של אור LED נובע מהדיודה פולטת האור באנגלית ומיוצר על ידי העברת זרם חשמלי בעצימות נמוכה דרך חומר מוליך למחצה, אשר בתגובה פולט אור אינטנסיבי וביצועים גבוהים.

נורות LED מחזיקות מעמד הרבה יותר מנורות ליבון מסורתיות ויעילות בהרבה מנורות ליבון מסורתיות, בהן כמעט כל האנרגיה הופכת לחום ולא לאור. זו הסיבה שנורות LED פחות מזהמות, אם כי עלותן גבוהה יותר משל פנסי ליבון.

ביומלומינסנטיות

יצורים חיים רבים מסוגלים להמיר אנרגיה כימית לאנרגיית אור, דרך תגובה ביוכימית בתוכם. חרקים, דגים וחיידקים, בין היתר, מסוגלים לייצר אור משלהם.

והם עושים זאת מסיבות שונות: הגנה, משיכת בן זוג, כמשאב לתפוס טרף, לתקשר וכמובן, להאיר את הדרך.

הפניות

1. בלייר, ב. יסודות האור. התאושש מ: blair.pha.jhu.edu
2. אנרגיה סולארית. אפקט פוטו-וולטאי. התאושש מ: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. מַהֲדוּרָה. מקגרו היל.
4. יקום היום. מהי אנרגיית אור. התאושש מ: universetoday.com.
5. וודנטו. אנרגיית אור. התאושש מ: vedantu.com.
6. ויקיפדיה. אנרגיית אור. התאושש מ: es.wikipedia.org.