Թեթև էներգիա և դրա կարևոր օգտագործումը

Թեթև էներգիա

Ի՞նչ է լույսի էներգիան:

Լույսի էներգիայի սահմանում.

Լույսը էներգիայի միակ ձևն է, որը տեսանելի է մարդու աչքին: Լույսի էներգիան կարելի է սահմանել երկու եղանակով.

Լույսը կազմված է առանց զանգվածի էներգիայի փաթեթներից, որոնք հայտնի են որպես ֆոտոններ: Ֆոտոնները էներգիայի փաթեթներ են, որոնք կրում են ֆիքսված քանակությամբ լույսի էներգիա՝ կախված ալիքի երկարությունից:

Լույսի էներգիան վերաբերում է էլեկտրամագնիսական էներգիայի տիրույթին, որը բաղկացած է գամմա ճառագայթներից, ռենտգենյան ճառագայթներից, տեսանելի լույսերից և այլն:
Էլեկտրամագնիսական սպեկտրի տեսանելի տիրույթը ընդհանուր առմամբ հայտնի է որպես լույս:

Լույսի բնույթը.

17-րդ դարում լույսի էության վերաբերյալ երկու գաղափար կար.

Լույսի մասնիկային բնույթ

Isaac Newton կարծում էր, որ լույսը կազմված է մանր դիսկրետ մասնիկներից, որոնք կոչվում են մարմիններ: Նրա խոսքով, այս փոքրիկ մասնիկները արտանետվել են տաք առարկաներից, ինչպիսիք են արևը կամ կրակը, և ուղիղ գծով շարժվել են վերջավոր արագությամբ և ազդել: Սա հայտնի դարձավ որպես Նյուտոնի լույսի կորպուսուլյար տեսությունը.

Լույսի ալիքային բնույթ

Քրիստիան Հույգենսը պնդում էր, որ հերքում է Նյուտոնի կորպուսկուլյար տեսությունը՝ առաջարկելով լույսի ալիքային տեսությունը։ Ըստ նրա, լույսը կազմված էր ալիքներից, որոնք թրթռում էին վեր ու վար՝ ուղղահայաց իր տարածման ուղղությանը: Սա հայտնի դարձավ որպես «Հյուգենսի սկզբունքը»

19-րդ դարի սկզբին անգլիացի ֆիզիկոս Թոմաս Յանգը փորձ կատարեց, որը ցույց տվեց լույսը կետային աղբյուրից՝ երկու ճեղքերով անցնելուց հետո, համապատասխան հեռավորության վրա դրված էկրանի վրա ինտերֆերենցիայի ձևավորում: Սա հայտնի դարձավ որպես Յանգի կրկնակի ճեղքվածքով փորձ, որը պաշտպանում էր լույսի ալիքային բնույթը, որը պաշտպանում էր Հյուգենսի սկզբունքը:

James Clerk Maxwell- ը դրեց ժամանակակից էլեկտրամագնիսականության հիմքը, որը նկարագրում էր լույսը որպես լայնակի ալիք, որը կազմված է տատանվող մագնիսական և էլեկտրական դաշտերից՝ միմյանց նկատմամբ 90°-ով: Լույսի ձևակերպումը որպես լայնակի ալիքներ հակասում էր Հյուգենսին, ով կարծում էր, որ լույսի ալիքը երկայնական է:

Albert Einstein վերակենդանացրեց մասնիկների տեսությունը՝ բերելով ֆոտոնների հասկացությունը։ Էյնշտեյնի փորձը, որը հայտնի է որպես ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ, ցույց տվեց, որ լույսը ներառում է լուսային էներգիայի դիսկրետ կապոցներ կամ քվանտաներ, որոնք կոչվում են ֆոտոններ։

Միջամտության և դիֆրակցիայի երևույթը կարելի էր բացատրել միայն լույսը որպես ալիք համարելով։ Համեմատության համար, ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի բացատրությունը հնարավոր էր միայն լույսի մասնիկային բնույթով։
Լույսի բնության հետ կապված այս հսկայական երկընտրանքը լուծվեց քվանտային մեխանիկայի հիմքում, որը հաստատեց ալիք-մասնիկ երկակիությունը և՛ լույսի, և՛ նյութի բնույթի վրա: 

Լույսի հատկությունները.

Լույսի փոխազդեցություն.

Լույսի ալիքները նյութի հետ փոխազդում են տարբեր ձևերով.

Լույսի արտացոլում

– Երբ լույսի ալիքը ցատկում է նյութի մակերևույթից դեպի իր տարածման նախորդ միջավայրը, գործընթացը կոչվում է արտացոլում: Օրինակ՝ պատկերը, որը ձևավորվել է հանգիստ լճակի/լճի վրա։

Լույսի կլանումը

Երբ նյութը կլանում է լույսի ալիքի էներգիան, որն ընկնում է իր վրա, գործընթացը կոչվում է կլանում: Օրինակ՝ մթության մեջ փայլող պլաստմասսա, որը կլանում է լույսը և նորից արտանետում ֆոսֆորեսցենտության տեսքով:

փոխանցում

Երբ լույսի ալիքը շարժվում/անցնում է նյութի միջով, գործընթացը կոչվում է փոխանցում: Օրինակ, լույսը, որն անցնում է ապակե պատուհանի միջով:

Միջամտություն

Միջամտությունը վերաբերում է այն երևույթին, որի դեպքում երկու լույսի ալիքները սևեռվում են՝ առաջացնելով ալիք, որը կարող է ունենալ ավելի ցածր, բարձր կամ նույն ամպլիտուդը: Կառուցողական և կործանարար միջամտությունը տեղի է ունենում, երբ փոխազդող ալիքները փոխկապակցված են միմյանց հետ կամ այն ​​պատճառով, որ նրանք ունեն նույն աղբյուրը, կամ որովհետև ունեն նույն կամ համեմատելի հաճախականությունը:

ալիքների միջամտություն
Ալիքների միջամտություն
Պատկերի աղբյուրը՝ Dr. Schorsch 12:32, 19 ապրիլի 2005 (UTC) (Դոկտոր ՇորշԻնտերֆերենցCC BY-SA 3.0

Բեկում

Ռեֆրակցիան կարևոր վարքագիծ է, որը դրսևորվում է լույսի ալիքներով: Ռեֆրակցիան տեղի է ունենում, երբ լույսի ալիքները շեղվում են իրենց սկզբնական ճանապարհից, երբ մտնում են նոր միջավայր: Լույսը տարբեր հաղորդող նյութերում տարբեր արագություններ է ցուցադրում: Արագության և շեղման աստիճանի փոփոխությունը կախված է մուտքային լույսի անկյունից:

Դիֆրակցիոն

Դիֆրակցիան սահմանվում է որպես բացվածքի անկյունների շուրջ լույսի ալիքների թեքում դեպի նրա երկրաչափական ստվերային շրջան: Դիֆրակցող խոչընդոտը կամ բացվածքը դառնում է տարածվող լույսի ալիքի երկրորդական աղբյուր։ Դիֆրակցիայի ամենատարածված օրինակներից է CD-ի կամ DVD-ի վրա ծիածանի նախշերի ձևավորումը: DVD-ի կամ CD-ի վրա սերտորեն բաժանված հետքերը ծառայում են որպես դիֆրակցիոն ցանցեր՝ ձևավորելով նախշեր, երբ լույսն ընկնում է դրա վրա:


Ցրելը

Լույսի ցրումը վերաբերում է սպիտակ լույսի տրոհման երևույթին իր բաղկացուցիչ գույների սպեկտրում (այսինքն՝ VIBGYOR), երբ այն անցնում է ապակե պրիզմայով կամ նմանատիպ առարկաներով: Օրինակ, ծիածանի ձևավորումը արևի լույսի ցրման հետևանքով պրիզմայման անձրևի կաթիլներով:

Լույսի տեսակները

  • Լույսը որպես ամբողջություն վերաբերում է յուրաքանչյուր ալիքի երկարության էլեկտրամագնիսական ճառագայթմանը:
  • Էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը կարելի է դասակարգել ըստ ալիքի երկարության
  • Ռադիոալիք ~ [105 - 10-1 m]
  • Միկրոալիքային վառարան ~ [10-1 - 10-3 m]
  • Ինֆրակարմիր ալիք ~ [10-3 - 0.7 x 10-6m]
  • Տեսանելի շրջանը (մենք ընկալում ենք որպես լույս) ~ [0.7 x 10-6 - 0.4 x 10-6 m]
  • Ուլտրամանուշակագույն ալիքներ ~ [0.4 x 10-6 - 10-8 m]
  • Ռենտգենյան ճառագայթներ ~ [10-8 - 1011 - m]
  • Գամմա ճառագայթներ ~ [1011 - - 1013 - m]
  • Էլեկտրամագնիսական ճառագայթների աշխատանքը հիմնված է նրա ալիքի երկարության վրա:

Լույսի հաճախականությունը և ալիքի երկարությունը

Ալիքի երկարության սանդղակ

Պատկերի աղբյուրը՝ ինդուկտիվ բեռ, NASA, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, Wikimedia Commons- ի միջոցով

Լույսի հաճախականություն

Ռադիոալիքներ.

Ռադիոալիքը էլեկտրամագնիսական ալիք է, որն ունի 20 կՀց-ից մինչև մոտ 300 ԳՀց հաճախականություն և հայտնի է կապի տեխնոլոգիաներում, ինչպիսիք են բջջային հեռախոսները, հեռուստատեսությունը և ռադիոն, կիրառվելով: Այս սարքերը ընդունում են ռադիոալիքները և դրանք վերածում մեխանիկական թրթռումների՝ ձայնային ալիքներ արտադրելու համար:

Միկրոալիքային վառարան.

Միկրոալիքային վառարանը էլեկտրամագնիսական ճառագայթում է, որն ունի 300 ՄՀց և 300 ԳՀց հաճախականություն: Միկրոալիքային վառարանները տարբեր կիրառություններ ունեն՝ ներառյալ ռադարը, հաղորդակցությունը և ճաշ պատրաստելը:

Ինֆրակարմիր ալիքներ.

Ինֆրակարմիր ալիքը էլեկտրամագնիսական ճառագայթում է, որն ունի 300 ԳՀց և 400 ՏՀց հաճախականություն:
Ինֆրակարմիր ալիքներն իրենց կիրառությունն են գտնում սննդի և հեռուստացույցի հեռակառավարման վահանակների, օպտիկամանրաթելային մալուխների, ջերմային պատկերման տեսախցիկների և այլնի մեջ:

Visible թեթեւ :

Տեսանելի լույսը էլեկտրամագնիսական ճառագայթումն է, որն ունի 4 × 10 հաճախականություն14 մինչև 8 × 1014 հերց (Հց): Պատճառն այն է, որ մարդու աչքը տեսնում է լույսի միայն որոշակի տիրույթ, այն է, որ այդ որոշակի հաճախականությունները խթանում են մարդու աչքի ցանցաթաղանթը:

Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներ.

Ուլտրամանուշակագույն լույսը էլեկտրամագնիսական ճառագայթում է, որն ունի 8 × 10 հաճախականություն14 եւ 3 × 1016 հերց (Հց): Ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը օգտագործվում է մանրէների զրոյացման, բժշկական սարքավորումների ստերիլիզացման, մաշկի խնդիրների բուժման համար և այլն:

Ռենտգենյան ճառագայթներ.

Ռենտգենյան ճառագայթները էլեկտրամագնիսական ճառագայթներ են, որոնք ունեն 3×10 հաճախականություն19 և 3×1016 Հց. Ռենտգենյան ճառագայթներն օգտագործվում են քաղցկեղի բջիջները զրոյացնելու համար, ռենտգենյան սարքերում և այլն:

Գամմա ճառագայթներ.

Գամմա ճառագայթները 10-ից ավելի հաճախականություններ ունեցող էլեկտրամագնիսական ճառագայթներ են19 հերց (Հց): Գամմա ճառագայթները օգտագործվում են անվավեր ճանաչել մանրէներ, ստերիլիզացնել բժշկական սարքավորումները և սնունդը:

Լույսի էներգիայի օրինակներ

Լույսի աղբյուրները

Լույսի աղբյուրները կարելի է դասակարգել երկու հիմնական տեսակի՝ Լյումինեսցենտ և շիկացում:

Շիկացում:

Շիկացումը ներառում է առկա բոլոր ատոմների թրթռումները: Երբ ատոմները տաքացվում են շատ բարձր օպտիմալ ջերմաստիճանի, արդյունքում առաջացող ջերմային թրթռումները թողարկվում են որպես էլեկտրամագնիսական ճառագայթներ: Շիկացման լույսը կամ «սև մարմնի ճառագայթումը» առաջանում է, երբ լույսը առաջանում է տաքացվող պինդ նյութից: Ելնելով նյութի ջերմաստիճանից՝ արձակված ֆոտոնները տարբերվում են իրենց գույներով և էներգիայով։ Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում նյութերը արտադրում են ինֆրակարմիր ճառագայթներ:

Սև մարմնի ճառագայթման ժամանակ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ գագաթնակետը տեղափոխվում է ավելի կարճ ալիքների երկարություններ, քանի որ այն շարժվում է դեպի սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն տիրույթ, այն առաջացնում է կարմիր, ապա սպիտակ և վերջում կապտասպիտակ գույն:
Շիկացման լույսը ամենից հաճախ օգտագործվող լույսն է: Այն բաղկացած է արևից, լամպերից և կրակից։
Հրդեհները ներառում են քիմիական ռեակցիաներ, որոնք ջերմություն են թողնում, ինչի արդյունքում նյութերը դիպչում են բարձր ջերմաստիճաններին և ի վերջո հանգեցնում են գազերի և նյութերի շիկացման: Մյուս կողմից, էլեկտրական լամպերը ջերմություն են արտադրում մալուխի միջով էլեկտրական հոսանքի անցնելու պատճառով: Շիկացման լամպերն իրենց էներգիայի մոտ 90%-ն արտանետում են որպես ինֆրակարմիր ճառագայթում, իսկ մնացածը՝ որպես տեսանելի լույս:

Լուսարձակում

Լյումինեսցենցիան ներառում է միայն էլեկտրոններ և սովորաբար տեղի է ունենում ավելի ցածր ջերմաստիճաններում՝ համեմատած շիկացած լույսի հետ:
Լյումինեսցենտ լույսը ձևավորվում է, երբ էլեկտրոնն իր էներգիայի մի մասը արձակում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տեսքով: Երբ էլեկտրոնը ցած է ցատկում ավելի ցածր էներգիայի մակարդակի, որոշակի քանակությամբ լույսի էներգիա ազատվում է որոշակի գույնի լույսերի տեսքով: Ընդհանուր առմամբ, շարունակական լյումինեսցենտությունը պահպանելու համար էլեկտրոններին անհրաժեշտ է մշտական ​​մղում, որպեսզի հասնեն ավելի բարձր էներգիայի մակարդակներին, որպեսզի գործընթացը շարունակվի:
Օրինակ, նեոնային լույսերը լույս են արտադրում էլեկտրալյումինեսցիայի միջոցով, որը ներառում է բարձր լարման {push}, որը գրգռում է գազի մասնիկները և, ի վերջո, հանգեցնում է լույսի արտանետմանը:

Ինչպե՞ս է լույսը ճանապարհորդում:

Լույսը գործնականում շարժվում է որպես ալիք: Չնայած երկրաչափական օպտիկայի համաձայն, լույսը մոդելավորվում է ճառագայթներով ճանապարհորդելու համար: Լույսի փոխանցումը աղբյուրից կետ կարող է տեղի ունենալ երեք եղանակով.

  • Այն կարող է ուղիղ ճանապարհորդել վակուումի կամ դատարկ տարածության միջով: Օրինակ՝ Արեգակից Երկիր ընթացող լույսը:
  • Այն կարող է ճանապարհորդել տարբեր միջավայրերով, ինչպիսիք են օդը, ապակին և այլն:
  • Այն կարող է ճանապարհորդել արտացոլվելուց հետո, օրինակ՝ հայելու կամ անշարժ լճի մոտ:

Լույսի էներգիան ընդդեմ էլեկտրոնների էներգիայի

Էլեկտրոնային էներգիաԹեթև էներգիա
• Էլեկտրոններն ունեն հանգստի զանգվածի էներգիա, այսինքն՝ հանգստի ժամանակ դրա զանգվածին համապատասխանող էներգիա: Էլեկտրոնի մնացած էներգիան կարելի է հաշվարկել Էյնշտեյնի հավասարման միջոցով E=MC2.

• Երբ էլեկտրոնը փոխում է իր էներգիայի մակարդակները՝ անցնելով ավելի բարձր էներգիայի վիճակից ավելի ցածր էներգիայի վիճակի, այն արտանետում է ֆոտոններ:
• Լույսի էներգիան գտնվում է առանց զանգվածի փոքր էներգիայի փաթեթների, որոնք կոչվում են ֆոտոններ: Ֆոտոնի էներգիայի քանակը կախված է լույսի ալիքի երկարությունից: E = hc/λ

• Երբ նյութի վրա ընկնում են համապատասխան քանակությամբ լույսի էներգիայով ֆոտոններ, էլեկտրոնները կլանում են էներգիան և փախչում նյութից:

Լույսի էներգիայի օգտագործումը.

Լույսն իր կիրառությունն ունի կյանքի բոլոր բնագավառներում: Առանց լույսի էներգիայի, մեզ համար անհնար կլիներ գոյատևել:
Ահա լույսի էներգիայի մի քանի կարևոր կիրառություններ մեր կյանքում.

  • Լույսը թույլ է տալիս տեսողությունը: Լույսի ալիքի երկարությունների որոշակի տիրույթն ապահովում է էներգիայի կատարյալ քանակություն, որն անհրաժեշտ է մեր ցանցաթաղանթի քիմիական ռեակցիաները խթանելու համար՝ տեսողությունը ապահովելու համար:
  • Լույսի էներգիան թույլ է տալիս բույսերին սնունդ արտադրել ֆոտոսինթեզի գործընթացի միջոցով:
  • Լույսի էներգիան օգտագործվում է որպես էներգիայի աղբյուր արբանյակային և տիեզերական տեխնոլոգիաներում։
  • Արևային էներգիան օգտագործվում է տարբեր կենցաղային և արդյունաբերական գործունեության համար:
  • Լույսի էներգիան (էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը) օգտագործվում է հեռահաղորդակցության արդյունաբերության մեջ։
  • Լույսի էներգիան օգտագործվում է նաև բազմաթիվ բժշկական բուժման համար:

Թողնել Մեկնաբանություն

Ձեր էլփոստի հասցեն չի հրապարակվելու.