NĂNG LƯỢNG ÁNH SÁNG: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, THU ĐƯỢC, VÍ DỤ - KHOA HỌC - 2025

Các năng lượng ánh sáng hoặc ánh sáng là ánh sáng mang một làn sóng điện từ. Đó là năng lượng làm cho thế giới xung quanh chúng ta có thể nhìn thấy được và nguồn chính của nó là Mặt trời, tạo thành một phần của phổ điện từ, cùng với các dạng bức xạ không nhìn thấy khác.

Sóng điện từ thiết lập sự tương tác với vật chất và có khả năng tạo ra các hiệu ứng khác nhau tùy theo năng lượng mà chúng mang theo. Như vậy, ánh sáng không chỉ cho phép nhìn thấy các vật thể mà còn tạo ra những thay đổi trong vật chất.

Hình 1. Mặt trời là nguồn năng lượng ánh sáng chính trên Trái đất. Nguồn: Pixabay.

Đặc điểm của năng lượng ánh sáng

Trong số các đặc điểm chính của năng lượng ánh sáng là:

-Có tính chất kép: ở cấp độ vĩ mô ánh sáng hoạt động giống như sóng, nhưng ở cấp độ vi mô nó thể hiện tính chất hạt.

-Nó được vận chuyển bởi các gói hoặc "lượng tử" ánh sáng gọi là photon. Các photon thiếu khối lượng và điện tích, nhưng chúng có thể tương tác với các hạt khác như nguyên tử, phân tử hoặc electron và truyền động lượng cho chúng.

-Không cần môi trường vật liệu để rải. Bạn có thể làm điều đó trong chân không với tốc độ ánh sáng: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Năng lượng ánh sáng phụ thuộc vào tần số của sóng. Nếu chúng ta ký hiệu năng lượng và tần số f là E, thì năng lượng ánh sáng được cho bởi E = hf trong đó h là hằng số Planck, có giá trị là 6,625 10 ^–34 J • s. Tần số càng cao thì năng lượng càng nhiều.

- Giống như các dạng năng lượng khác, nó được đo bằng Joules (J) trong Hệ đơn vị quốc tế SI.

- Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 400 đến 700 nanomet. 1 nanomet, viết tắt là nm, bằng 1 x 10 ^-9 m.

-Tần số và bước sóng λ liên quan với nhau bởi c = λ.f, do đó E = hc / λ.

Các loại năng lượng ánh sáng

Năng lượng ánh sáng có thể được phân loại theo nguồn của nó trong:

-Tự nhiên

-Có lợi

Hình 2. Quang phổ ánh sáng nhìn thấy của sóng điện từ là dải màu hẹp. Nguồn: F. Zapata.

Năng lượng ánh sáng tự nhiên

Nguồn năng lượng ánh sáng tự nhiên vượt trội là Mặt trời. Là một ngôi sao, ở tâm Mặt trời có một lò phản ứng hạt nhân biến hydro thành heli thông qua các phản ứng tạo ra năng lượng khổng lồ.

Năng lượng này rời khỏi Mặt trời dưới dạng ánh sáng, nhiệt và các dạng bức xạ khác, liên tục phát ra khoảng 62.600 kilowatt cho mỗi mét vuông bề mặt -1 kilowatt tương đương với 1000 watt, tương ứng với 1000 joules / giây-.

Thực vật sử dụng một số lượng lớn năng lượng này để thực hiện quá trình quang hợp, quá trình quan trọng hình thành cơ sở của sự sống trên Trái đất. Một nguồn ánh sáng tự nhiên khác, nhưng với năng lượng ít hơn nhiều, là phát quang sinh học, một hiện tượng trong đó các sinh vật sống tạo ra ánh sáng.

Sét và lửa là những nguồn năng lượng ánh sáng khác trong tự nhiên, nguồn năng lượng trước không thể điều khiển được và nguồn năng lượng sau đã đồng hành cùng loài người từ thời tiền sử.

Năng lượng ánh sáng nhân tạo

Đối với các nguồn năng lượng ánh sáng nhân tạo, chúng yêu cầu chuyển đổi các dạng năng lượng khác, chẳng hạn như điện, hóa học hoặc nhiệt lượng, thành ánh sáng. Bóng đèn sợi đốt thuộc loại này, có dây tóc cực nóng phát ra ánh sáng. Hoặc cũng có thể là ánh sáng thu được thông qua quá trình đốt cháy, như ngọn lửa của ngọn nến.

Một nguồn năng lượng ánh sáng rất thú vị là tia laser. Nó có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau bao gồm y học, truyền thông, bảo mật, máy tính và công nghệ hàng không vũ trụ, trong số những lĩnh vực khác.

Hình 3. Máy cắt sử dụng tia laser để thực hiện các đường cắt công nghiệp có độ chính xác cao. Nguồn: Pixabay.

Sử dụng năng lượng ánh sáng

Năng lượng ánh sáng giúp chúng ta giao tiếp với thế giới xung quanh, hoạt động như một vật mang và truyền dữ liệu và thông báo cho chúng ta về các điều kiện môi trường. Người Hy Lạp cổ đại đã sử dụng gương để gửi tín hiệu một cách thô sơ trên một khoảng cách xa.

Ví dụ, khi chúng ta xem truyền hình, dữ liệu mà nó phát ra, dưới dạng hình ảnh, đến não của chúng ta thông qua giác quan, đòi hỏi năng lượng ánh sáng để lại dấu ấn trên dây thần kinh thị giác.

Nhân tiện, đối với liên lạc qua điện thoại, năng lượng ánh sáng cũng rất quan trọng, thông qua cái gọi là sợi quang dẫn năng lượng ánh sáng, giảm thiểu thất thoát.

Tất cả những gì chúng ta biết về các vật thể ở xa là thông tin nhận được thông qua ánh sáng mà chúng phát ra, được phân tích bằng nhiều dụng cụ khác nhau: kính thiên văn, máy quang phổ và giao thoa kế.

Phương pháp trước đây giúp thu thập hình dạng của các vật thể, độ sáng của chúng - nếu nhiều photon đến mắt chúng ta thì đó là một vật thể sáng bóng - và màu sắc của chúng, phụ thuộc vào bước sóng.

Nó cũng cho ta một ý tưởng về chuyển động của nó, bởi vì năng lượng của các photon mà một người quan sát phát hiện được sẽ khác khi nguồn phát ra nó đang chuyển động. Đây được gọi là hiệu ứng Doppler.

Máy quang phổ thu thập cách phân bố ánh sáng này - quang phổ - và phân tích nó để có được ý tưởng về thành phần của vật thể. Và với giao thoa kế, bạn có thể phân biệt ánh sáng từ hai nguồn, ngay cả khi kính thiên văn không có đủ độ phân giải để phân biệt giữa hai nguồn.

Hiệu ứng quang điện

Năng lượng ánh sáng do Mặt trời phát ra có thể chuyển hóa thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện, được phát hiện vào năm 1839 bởi nhà khoa học người Pháp Alexandre Becquerel (1820-1891), cha của Henri Becquerel, người đã phát hiện ra hiện tượng phóng xạ.

Điều này dựa trên thực tế là ánh sáng có khả năng tạo ra dòng điện, bằng cách chiếu sáng các hợp chất silicon bán dẫn có chứa tạp chất của các nguyên tố khác. Điều xảy ra là khi ánh sáng chiếu vào vật liệu, nó truyền năng lượng làm tăng tính linh động của các electron hóa trị, và do đó làm tăng tính dẫn điện của nó.

Thu được

Kể từ khi ra đời, loài người đã tìm cách kiểm soát mọi dạng năng lượng, kể cả năng lượng ánh sáng. Mặc dù thực tế là Mặt trời cung cấp một nguồn gần như vô tận vào ban ngày, nó luôn cần thiết để tạo ra ánh sáng theo một cách nào đó để bảo vệ bản thân khỏi những kẻ săn mồi và tiếp tục thực hiện các nhiệm vụ bắt đầu trong ngày.

Có thể thu được năng lượng ánh sáng thông qua một số quá trình có thể điều khiển được theo một số cách:

-Quá trình đốt cháy, khi đốt cháy một chất sẽ bị oxi hóa, tỏa nhiệt và thường sáng trong quá trình này.

-Sự phát quang, khi đốt nóng dây tóc bằng vonfram, chẳng hạn như bóng đèn điện.

Hình 4. Bóng đèn sợi đốt hoạt động bằng cách cho dòng điện chạy qua dây tóc bằng vonfram. Khi bị đốt nóng, nó tỏa ra nhiệt và ánh sáng. Nguồn: Pixabay.

-Sự phát quang, trong hiệu ứng này, ánh sáng được tạo ra bởi một số chất kích thích theo một cách nào đó. Một số côn trùng và tảo tạo ra ánh sáng, được gọi là phát quang sinh học.

-Sự phát quang, có những vật liệu phát ra ánh sáng khi chúng được kích thích bởi dòng điện.

Với bất kỳ phương pháp nào trong số này, ánh sáng thu được trực tiếp, luôn có năng lượng ánh sáng. Bây giờ, sản xuất năng lượng ánh sáng với số lượng lớn là một cái gì đó khác.

Lợi thế

-Năng lượng ánh sáng có một vai trò đặc biệt liên quan trong việc truyền tải thông tin.

-Sử dụng năng lượng ánh sáng từ Mặt trời là miễn phí, nó cũng là một nguồn gần như vô tận, như chúng ta đã nói.

-Năng lượng ánh sáng, bản thân nó, không gây ô nhiễm (nhưng một số quá trình để có được nó có thể được).

-Ở những nơi có nhiều ánh sáng mặt trời quanh năm, có thể tạo ra điện năng với hiệu ứng quang điện và do đó giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

-Các cơ sở tận dụng năng lượng ánh sáng của Mặt trời dễ bảo trì.

- Tiếp xúc ngắn với ánh sáng mặt trời là cần thiết để cơ thể con người tổng hợp vitamin D, cần thiết cho xương khỏe mạnh.

-Không có năng lượng ánh sáng, thực vật không thể thực hiện quang hợp, là cơ sở của sự sống trên Trái Đất.

Nhược điểm

-Nó không đáng yêu, không giống như các loại năng lượng khác. Nhưng các tế bào quang điện có thể được hỗ trợ bởi pin để kéo dài thời gian sử dụng.

-Về nguyên tắc, các cơ sở sử dụng năng lượng ánh sáng là tốn kém và cũng cần không gian, mặc dù chi phí đã giảm theo thời gian và cải tiến. Các vật liệu mới và tế bào quang điện linh hoạt hiện đang được thử nghiệm để tối ưu hóa việc sử dụng không gian.

- Việc tiếp xúc trực tiếp hoặc kéo dài với ánh nắng mặt trời gây hại cho da và thị lực, nhưng chủ yếu là do bức xạ tia cực tím mà chúng ta không thể nhìn thấy được.

Ví dụ về năng lượng ánh sáng

Trong suốt các phần trước, chúng tôi đã đề cập đến nhiều ví dụ về năng lượng ánh sáng: ánh sáng mặt trời, nến, tia laser. Đặc biệt, có một số ví dụ rất thú vị về năng lượng ánh sáng, do một số hiệu ứng nêu trên:

Đèn LED

Hình 5. Đèn LED hiệu quả hơn đèn sợi đốt, vì chúng tỏa nhiệt ít hơn và phát ra năng lượng ánh sáng lâu hơn. Nguồn: Pixabay.

Tên của ánh sáng LED bắt nguồn từ tiếng Anh Light Emitting Diode và được tạo ra bằng cách cho dòng điện cường độ thấp đi qua vật liệu bán dẫn, đáp ứng lại phát ra ánh sáng cường độ cao và hiệu suất cao.

Đèn LED có tuổi thọ cao hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt truyền thống và hiệu quả hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt truyền thống, trong đó hầu như tất cả năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt, thay vì ánh sáng. Đó là lý do tại sao đèn LED ít gây ô nhiễm hơn, mặc dù giá thành của chúng cao hơn so với đèn sợi đốt.

Phát quang sinh học

Nhiều sinh vật có khả năng chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng ánh sáng, thông qua phản ứng sinh hóa bên trong chúng. Côn trùng, cá và vi khuẩn, trong số những loài khác, có khả năng tạo ra ánh sáng của riêng chúng.

Và họ làm điều đó vì những lý do khác nhau: bảo vệ, thu hút bạn đời, như một nguồn lực để bắt mồi, để giao tiếp và hiển nhiên, để soi đường.

Người giới thiệu

1. Blair, B. Khái niệm cơ bản về ánh sáng. Được khôi phục từ: blair.pha.jhu.edu
2. Năng lượng mặt trời. Hiệu ứng quang điện. Phục hồi từ: solar-energia.net.
3. Ti Pháo binh, B. 2013. Tích hợp Khoa học. 6th. Phiên bản. Đồi McGraw.
4. Vũ trụ Ngày nay. Năng lượng ánh sáng là gì. Phục hồi từ: Universaletoday.com.
5. Vedantu. Năng lượng ánh sáng. Phục hồi từ: vedantu.com.
6. Wikipedia. Năng lượng ánh sáng. Được khôi phục từ: es.wikipedia.org.