LICHTENERGIE: KENMERKEN, TYPEN, VERKRIJGEN, VOORBEELDEN - WETENSCHAP - 2025

De lichtenergie of licht is het licht dat een elektromagnetische golf draagt. Het is de energie die de wereld om ons heen zichtbaar maakt en de belangrijkste bron is de zon, die deel uitmaakt van het elektromagnetische spectrum, samen met andere vormen van niet-zichtbare straling.

Elektromagnetische golven brengen interactie met materie tot stand en zijn in staat om verschillende effecten teweeg te brengen, afhankelijk van de energie die ze dragen. Licht laat dus niet alleen objecten zien, maar genereert ook veranderingen in materie.

Figuur 1. De zon is de belangrijkste bron van lichtenergie op aarde. Bron: Pixabay.

Kenmerken van lichtenergie

Een van de belangrijkste kenmerken van lichtenergie zijn:

-Het heeft een tweeledig karakter: op macroscopisch niveau gedraagt ​​licht zich als een golf, maar op microscopisch niveau vertoont het deeltjeseigenschappen.

-Het wordt vervoerd door pakketten of "quanta" van licht, fotonen genaamd. Fotonen missen massa en elektrische lading, maar ze kunnen een wisselwerking hebben met andere deeltjes, zoals atomen, moleculen of elektronen, en daar een momentum aan overbrengen.

-Het vereist geen materiaalmedium om zich te verspreiden. Je kunt het in een vacuüm doen met de lichtsnelheid: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-De lichtenergie is afhankelijk van de frequentie van de golf. Als we de energie en f als frequentie aanduiden als E, wordt de lichtenergie gegeven door E = hf waarbij h de constante van Planck is, waarvan de waarde 6,625 10 ^–34 J • s is. Hoe hoger de frequentie, hoe meer energie.

-Net als andere soorten energie, wordt het gemeten in Joules (J) in het International System of Units SI.

-De golflengten van zichtbaar licht zijn tussen de 400 en 700 nanometer. 1 nanometer, afgekort als nm, is gelijk aan 1 x ^10-9 m.

-Frequentie en golflengte λ zijn gerelateerd aan c = λ.f, dus E = hc / λ.

Soorten lichtenergie

Lichtenergie kan worden ingedeeld op basis van de bron in:

-Natuurlijk

-Kunstmatig

Figuur 2. Het zichtbare lichtspectrum van elektromagnetische golven is de smalle gekleurde band. Bron: F. Zapata.

Natuurlijke lichtenergie

De natuurlijke bron van lichtenergie bij uitstek is de zon. Als ster heeft de zon in het midden een kernreactor die waterstof omzet in helium door middel van reacties die enorme hoeveelheden energie produceren.

Deze energie verlaat de zon in de vorm van licht, warmte en andere soorten straling en zendt continu ongeveer 62.600 kilowatt uit voor elke vierkante meter oppervlak. -1 kilowatt is gelijk aan 1000 watt, wat op zijn beurt gelijk is aan 1000 joule / seconde-.

Planten gebruiken een deel van deze grote hoeveelheid energie om fotosynthese uit te voeren, het belangrijke proces dat de basis vormt van het leven op aarde. Een andere bron van natuurlijk licht, maar met veel minder energie, is bioluminescentie, een fenomeen waarbij levende organismen licht produceren.

Bliksem en vuur zijn andere bronnen van lichtenergie in de natuur, de eerste zijn niet controleerbaar en de laatste vergezelt de mensheid sinds de prehistorie.

Kunstmatige lichtenergie

Wat betreft kunstmatige bronnen van lichtenergie, ze vereisen dat andere soorten energie, zoals elektrische, chemische of calorische energie, in licht worden omgezet. Gloeilampen vallen in deze categorie, waarvan de extreem hete gloeidraad licht uitstraalt. Of ook het licht dat wordt verkregen door verbrandingsprocessen, zoals de vlam van een kaars.

Een zeer interessante bron van lichtenergie is de laser. Het heeft veel toepassingen op verschillende gebieden, waaronder onder meer geneeskunde, communicatie, beveiliging, computertechnologie en ruimtevaarttechnologie.

Figuur 3. Een snijmachine gebruikt een laser om zeer nauwkeurige industriële sneden te maken. Bron: Pixabay.

Maakt gebruik van lichtenergie

Lichtenergie helpt ons te communiceren met de wereld om ons heen, fungeert als drager en zender van gegevens en informeert ons over omgevingsomstandigheden. De oude Grieken gebruikten al spiegels om op een rudimentaire manier signalen over grote afstanden te sturen.

Wanneer we bijvoorbeeld televisie kijken, bereiken de gegevens die het uitzendt, in de vorm van afbeeldingen, onze hersenen via het gezichtsvermogen, dat lichtenergie nodig heeft om een ​​afdruk achter te laten op de oogzenuw.

Overigens is voor telefooncommunicatie ook lichtenergie belangrijk, door zogenaamde optische vezels die lichtenergie geleiden, waardoor verliezen tot een minimum worden beperkt.

Alles wat we weten over verre objecten is informatie die wordt ontvangen via het licht dat ze uitstralen, geanalyseerd met verschillende instrumenten: telescopen, spectrografen en interferometers.

De eerste helpen bij het verzamelen van de vorm van objecten, hun helderheid - als veel fotonen onze ogen bereiken is het een glanzend object - en hun kleur, die afhangt van de golflengte.

Het geeft ook een idee van zijn beweging, omdat de energie van de fotonen die een waarnemer detecteert anders is wanneer de bron die hem uitzendt, in beweging is. Dit wordt het Doppler-effect genoemd.

Spectrografen verzamelen de manier waarop dit licht wordt verdeeld - het spectrum - en analyseren het om een ​​idee te krijgen van de samenstelling van het object. En met een interferometer kun je licht van twee bronnen onderscheiden, ook al heeft de telescoop niet genoeg resolutie om onderscheid te maken tussen de twee.

Het fotovoltaïsche effect

De lichtenergie van de zon kan worden omgezet in elektriciteit dankzij het fotovoltaïsche effect, ontdekt in 1839 door de Franse wetenschapper Alexandre Becquerel (1820-1891), de vader van Henri Becquerel, die radioactiviteit ontdekte.

Dit is gebaseerd op het feit dat licht in staat is om een ​​elektrische stroom te produceren door halfgeleider-siliciumverbindingen te verlichten die onzuiverheden van andere elementen bevatten. Het komt voor dat wanneer het licht het materiaal verlicht, het energie overdraagt ​​die de mobiliteit van de valentie-elektronen verhoogt en dus de elektrische geleiding verhoogt.

Het verkrijgen van

Sinds het begin heeft de mensheid geprobeerd alle vormen van energie te beheersen, inclusief lichtenergie. Ondanks het feit dat de zon overdag een bijna onuitputtelijke bron vormt, was het altijd nodig om op de een of andere manier licht te produceren om zichzelf te beschermen tegen roofdieren en om de taken die overdag waren begonnen uit te voeren.

Het is mogelijk lichtenergie te verkrijgen via een aantal processen die op de een of andere manier controleerbaar zijn:

-Verbranding, bij het verbranden van een stof oxideert het, geeft warmte af en vaak licht tijdens het proces.

-Incandescentie, bijvoorbeeld bij het verhitten van een wolfraamgloeidraad, zoals die van elektrische gloeilampen.

Figuur 4. Gloeilampen werken door een elektrische stroom door een wolfraamgloeidraad te leiden. Bij verhitting geeft het warmte en licht af. Bron: Pixabay.

-Luminescentie, in dit effect wordt licht geproduceerd door bepaalde stoffen op de een of andere manier te stimuleren. Sommige insecten en algen produceren licht, dat bioluminescentie wordt genoemd.

-Electroluminescentie, er zijn materialen die licht uitstralen wanneer ze worden gestimuleerd door een elektrische stroom.

Met elk van deze methoden wordt direct licht verkregen, dat altijd lichtenergie heeft. Nu is het produceren van grote hoeveelheden lichtenergie iets anders.

Voordeel

-Lichtenergie speelt een bijzonder relevante rol bij de overdracht van informatie.

-Het gebruik van lichtenergie van de zon is gratis, het is ook een bijna onuitputtelijke bron, zoals we al zeiden.

-Lichtenergie is op zichzelf niet vervuilend (maar sommige processen om het te verkrijgen kunnen dat wel zijn).

-Op plaatsen waar zonlicht het hele jaar door overvloedig aanwezig is, is het mogelijk om elektriciteit op te wekken met fotovoltaïsch effect en zo de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.

-De voorzieningen die gebruik maken van de lichtenergie van de zon zijn gemakkelijk te onderhouden.

-Korte blootstelling aan zonlicht is nodig voor het menselijk lichaam om vitamine D aan te maken, essentieel voor gezonde botten.

-Zonder lichtenergie kunnen planten geen fotosynthese uitvoeren, wat de basis is van het leven op aarde.

Nadelen

-Het kan niet worden opgeslagen, in tegenstelling tot andere soorten energie. Maar fotovoltaïsche cellen kunnen worden ondersteund door batterijen om hun gebruik uit te breiden.

-In principe zijn de voorzieningen die gebruik maken van lichtenergie duur en vragen ze ook ruimte, al zijn de kosten met de tijd en verbeteringen afgenomen. Nieuwe materialen en flexibele fotovoltaïsche cellen worden momenteel getest om het ruimtegebruik te optimaliseren.

-De langdurige of directe blootstelling aan zonlicht veroorzaakt schade aan de huid en het gezichtsvermogen, maar vooral door ultraviolette straling, die we niet kunnen zien.

Voorbeelden van lichtenergie

In de voorgaande paragrafen hebben we veel voorbeelden van lichtenergie genoemd: zonlicht, kaarsen, lasers. In het bijzonder zijn er enkele zeer interessante voorbeelden van lichtenergie, vanwege enkele van de hierboven genoemde effecten:

LED-licht

Figuur 5. LED-lampen zijn efficiënter dan gloeilampen, omdat ze minder warmte afgeven en langer lichtenergie uitstralen. Bron: Pixabay.

De naam LED-licht is afgeleid van de Engelse Light Emitting Diode en wordt geproduceerd door een elektrische stroom van lage intensiteit door een halfgeleidermateriaal te leiden, dat als reactie daarop intens en hoogwaardig licht uitzendt.

LED-lampen gaan veel langer mee dan traditionele gloeilampen en zijn veel efficiënter dan traditionele gloeilampen, waarbij bijna alle energie wordt omgezet in warmte in plaats van licht. Daarom zijn LED-lampen minder vervuilend, hoewel ze duurder zijn dan die van gloeilampen.

Bioluminescentie

Veel levende wezens zijn in staat chemische energie om te zetten in lichtenergie, door middel van een biochemische reactie in hen. Onder andere insecten, vissen en bacteriën zijn in staat hun eigen licht te produceren.

En ze doen het om verschillende redenen: bescherming, een partner aantrekken, als middel om prooien te vangen, om te communiceren en natuurlijk om de weg te verlichten.

Referenties

1. Blair, B. De basisprincipes van licht. Hersteld van: blair.pha.jhu.edu
2. Zonne energie. Fotovoltaïsch effect. Hersteld van: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integreer Science.6th. Editie. McGraw Hill.
4. Universum vandaag. Wat is lichtenergie. Hersteld van: universetoday.com.
5. Vedantu. Licht energie. Hersteld van: vedantu.com.
6. Wikipedia. Licht energie. Hersteld van: es.wikipedia.org.