Τι είναι η Ελαφριά Ενέργεια; | Αλληλεπιδράσεις φωτός | Είναι σημαντικές χρήσεις

Τι είναι η ελαφριά ενέργεια;

Ορισμός ελαφριάς ενέργειας:

Το φως είναι η μόνη ενεργειακή μορφή που είναι ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Η ελαφριά ενέργεια μπορεί να οριστεί με δύο τρόπους:

Το φως αποτελείται από πακέτα μαζικής ενέργειας γνωστά ως φωτόνια. Τα φωτόνια είναι πακέτα ενέργειας που μεταφέρουν σταθερή ποσότητα φωτεινής ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος.

Η φωτεινή ενέργεια αναφέρεται στο εύρος της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που αποτελείται από ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ, ορατά φώτα κ.λπ.
Το ορατό εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι γενικά γνωστό ως φως.

Η φύση του φωτός:

Τον 17ο αιώνα υπήρχαν δύο ιδέες σχετικά με τη φύση του φωτός.

Φύση σωματιδίων του φωτός

Ισαάκ Νεύτων πίστευε ότι το φως ήταν φτιαγμένο από μικροσκοπικά διακριτά σωματίδια που ονομάζονται σωματίδια. Σύμφωνα με τον ίδιο, αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια εκπέμπονται από καυτά αντικείμενα όπως ο ήλιος ή η φωτιά και ταξίδεψαν σε ευθεία γραμμή με πεπερασμένη ταχύτητα και διέθεταν ώθηση. Αυτό έγινε γνωστό ως Η θεωρία του φωτός του Νεύτωνα για το φως.

Κύμα Φύση του φωτός

Christiaan Huygens ισχυρίστηκε ότι διέψευσε τη θεωρία του Νεύτωνα για τη Σώμα, προτείνοντας τη θεωρία του φωτός για τα κύματα. Σύμφωνα με τον ίδιο, το φως αποτελείται από κύματα που δονείται κάθετα προς την κατεύθυνση της διάδοσής του. Αυτό έγινε γνωστό ως «Αρχή του Huygens»

Στις αρχές του 19ου αιώνα, ένας Άγγλος φυσικός Thomas Young πραγματοποίησε ένα πείραμα που έδειξε φως από μια σημειακή πηγή αφού περάσει από δύο σχισμές σχηματίζει ένα μοτίβο παρεμβολών σε μια οθόνη τοποθετημένη σε κατάλληλη απόσταση. Αυτό έγινε γνωστό ως πείραμα διπλής σχισμής του Young, το οποίο υποστήριξε την κυματική φύση του φωτός που υποστηρίζει την Αρχή του Huygens.

Τζέιμς Κλαρκ Μάξγουελ έθεσε τα θεμέλια του σύγχρονου ηλεκτρομαγνητισμού που περιέγραψε το φως ως εγκάρσιο κύμα αποτελούμενο από ταλαντωμένα μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία μεταξύ τους 90 °. Η διατύπωση του φωτός ως εγκάρσιων κυμάτων αντιφάσκει με τον Huygens, ο οποίος πίστευε ότι το φως των κυμάτων είναι διαμήκη.

Albert Einstein αναβίωσε τη θεωρία των σωματιδίων φέρνοντας την έννοια των φωτονίων. Το πείραμα του Αϊνστάιν, γνωστό ως φωτοηλεκτρικό φαινόμενο έδειξε ότι το φως περιλαμβάνει διακριτές δέσμες ή κβάντα φωτεινής ενέργειας, που ονομάζονται φωτόνια

Το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης μπορούσε να εξηγηθεί μόνο θεωρώντας το φως ως κύμα. Συγκριτικά, η εξήγηση του φωτοηλεκτρικού αποτελέσματος ήταν δυνατή μόνο από τη φύση των σωματιδίων του φωτός.
Αυτό το τεράστιο δίλημμα σχετικά με τη φύση του φωτός λύθηκε με τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής που καθιέρωσαν τη δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων στη φύση του φωτός και της ύλης 

Ιδιότητες φωτός:

Αλληλεπιδράσεις φωτός:

Τα κύματα φωτός αλληλεπιδρούν με την ύλη με διαφορετικούς τρόπους:

Αντανάκλαση του Φωτός

- Όταν ένα φως κύμα αναπηδά από την επιφάνεια ενός υλικού στο προηγούμενο μέσο διάδοσης, η διαδικασία ονομάζεται αντανάκλαση. Για παράδειγμα, η εικόνα σχηματίστηκε σε μια ήρεμη λίμνη / λίμνη.

Απορρόφηση φωτός

Όταν ένα υλικό απορροφά την ενέργεια ενός φωτός που πέφτει πάνω του, η διαδικασία ονομάζεται απορρόφηση. Για παράδειγμα, τα πλαστικά λάμψης, που απορροφούν το φως και εκπέμπουν εκ νέου με τη μορφή φωσφορίζοντος.

Μετάδοση

Όταν ένα κύμα φωτός ταξιδεύει / διέρχεται από ένα υλικό, η διαδικασία ονομάζεται μετάδοση. Για παράδειγμα, φως που περνά μέσα από ένα γυάλινο παράθυρο.

Παρεμβολή

Η παρέμβαση αναφέρεται στο φαινόμενο στο οποίο δύο κύματα φωτός έχουν ως σκοπό να παράγουν ένα προκύπτον κύμα που μπορεί να έχει χαμηλότερο, υψηλότερο ή το ίδιο πλάτος. Οι εποικοδομητικές και καταστροφικές παρεμβολές συμβαίνουν όταν τα αλληλεπιδρώντα κύματα είναι συνεκτικά μεταξύ τους, είτε επειδή μοιράζονται την ίδια πηγή είτε επειδή έχουν την ίδια ή συγκρίσιμη συχνότητα.

παρεμβολή κυμάτων
Παρεμβολή κυμάτων
Πηγή εικόνας: Dr. Schorsch 12:32, 19 Απριλίου 2005 (UTC) (Δρ SchorschΙντερφερόνCC BY-SA 3.0

Διάθλαση

Η διάθλαση είναι μια σημαντική συμπεριφορά που αποδεικνύεται από τα κύματα φωτός. Η διάθλαση λαμβάνει χώρα όταν τα κύματα φωτός εκτρέπονται από την αρχική τους διαδρομή καθώς εισέρχονται σε ένα νέο μέσο. Το φως εμφανίζει διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά υλικά μετάδοσης. Η αλλαγή της ταχύτητας και του βαθμού απόκλισης εξαρτάται από τη γωνία του εισερχόμενου φωτός.

Περίθλαση

Η περίθλαση ορίζεται ως η κάμψη των φωτεινών κυμάτων γύρω από τις γωνίες ενός ανοίγματος στη γεωμετρική περιοχή σκιάς του. Το περιθλαστικό εμπόδιο ή το άνοιγμα γίνεται δευτερεύουσα πηγή του πολλαπλασιασμένου κύματος φωτός. Ένα από τα πιο κοινά παραδείγματα περίθλασης είναι ο σχηματισμός μοτίβων ουράνιου τόξου σε CD ή DVD. Τα κομμάτια σε κοντινή απόσταση σε DVD ή CD χρησιμεύουν ως πλέγματα περίθλασης, σχηματίζοντας μοτίβα όταν πέφτει φως σε αυτό.

περίθλαση του φωτός
Περίθλαση του φωτός
πηγή εικόνας: Lazord00dΔέσμη λέιζερ Argon και καθρέφτης περίθλασηςCC BY-SA 3.0


Διασπορά

Η διασπορά του φωτός αναφέρεται στο φαινόμενο του διαχωρισμού του λευκού φωτός στο συστατικό του φάσμα χρωμάτων (.ie VIBGYOR) όταν περνά μέσα από ένα γυάλινο πρίσμα ή παρόμοια αντικείμενα. Για παράδειγμα, ο σχηματισμός ουράνιου τόξου λόγω διάθλασης του ηλιακού φωτός από βροχή που μοιάζει με πρίσμα.

Τύποι φωτός

  • Το φως ως σύνολο αναφέρεται σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κάθε μήκους κύματος.
  • Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να ταξινομηθεί ως προς τα μήκη κύματος ως
  • Ραδιοκύμα ~ [105 - 10-1 m]
  • Φούρνος μικροκυμάτων ~ [10-1 - 10-3 m]
  • Υπέρυθρο κύμα ~ [10-3 - 0.7 x 10-6m]
  • Η ορατή περιοχή (αντιλαμβανόμαστε ως φως) ~ [0.7 x 10-6 - 0.4 x 10-6 m]
  • Κύματα υπεριώδους ~ [0.4 x 10-6 - 10-8 m]
  • Ακτίνες Χ ~ [10-8 - 10-11 m]
  • Ακτίνες γάμμα ~ [10-11 - 10-13 m]
  • Η λειτουργία των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών βασίζεται στο μήκος κύματος της.

Συχνότητα και μήκος κύματος φωτός

Κλίμακα μήκους κύματος

Πηγή εικόνας: Inductiveload, NASA, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, μέσω του Wikimedia Commons

Συχνότητα φωτός

Ραδιοκύματα :

Το ραδιοκύμα είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με συχνότητα μεταξύ 20 kHz έως περίπου 300 GHz και είναι γνωστό για τη χρήση τους σε τεχνολογίες επικοινωνίας, όπως κινητά τηλέφωνα, τηλεόραση και ραδιόφωνο. Αυτές οι συσκευές δέχονται ραδιοκύματα και τα μετατρέπουν σε μηχανικές δονήσεις για την παραγωγή ηχητικών κυμάτων.

ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ :

Το φούρνο μικροκυμάτων είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με συχνότητα μεταξύ 300 MHz και 300 GHz. Τα μικροκύματα έχουν μια ποικιλία εφαρμογών, όπως ραντάρ, επικοινωνία και μαγείρεμα.

Υπέρυθρα κύματα:

Το υπέρυθρο κύμα είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με συχνότητα μεταξύ 300 GHz και 400 THz.
Τα υπέρυθρα κύματα βρίσκουν την εφαρμογή του στη θέρμανση τηλεχειριστηρίων φαγητού και τηλεόρασης, καλωδίων οπτικών ινών, κάμερες θερμικής απεικόνισης κ.λπ.

Το ορατό φως :

Το ορατό φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που έχει συχνότητα μεταξύ 4 × 1014 έως 8 × 1014 hertz (Hz). Ο λόγος πίσω από το ανθρώπινο μάτι που βλέπει μόνο ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων φωτός είναι ότι αυτές οι συγκεκριμένες συχνότητες διεγείρουν τον αμφιβληστροειδή στο ανθρώπινο μάτι.

Υπεριώδεις ακτίνες :

Το υπεριώδες φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που έχει συχνότητα μεταξύ 8 × 1014 και 3 × 1016 hertz (Hz). Η υπεριώδης ακτινοβολία χρησιμοποιείται για την ακύρωση μικροβίων, την αποστείρωση ιατρικού εξοπλισμού, τη θεραπεία προβλημάτων δέρματος κ.λπ.

Ακτίνες Χ:

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες που έχουν συχνότητες μεταξύ 3 × 1019 και 3 × 1016 Ηζ. Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται για την εξουδετέρωση καρκινικών κυττάρων, σε μηχανήματα ακτινογραφίας κ.λπ.

Ακτίνες γάμμα:

Οι ακτίνες γάμμα είναι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες με συχνότητες άνω των 1019 hertz (Hz). Οι ακτίνες γάμμα είναι συνηθισμένες ακυρώ μικρόβια, αποστείρωση ιατρικού εξοπλισμού και τροφίμων.

Παραδείγματα ελαφριάς ενέργειας

Πηγές φωτός

Οι πηγές φωτός μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο βασικούς τύπους: Φωτεινότητα και πυράκτωση.

Φωτοβολία:

Η πυράκτωση περιλαμβάνει τη δόνηση όλων των παρόντων ατόμων. Όταν τα άτομα θερμαίνονται σε πολύ υψηλή βέλτιστη θερμοκρασία, οι προκύπτουσες θερμικές δονήσεις απελευθερώνονται ως ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες. Το φως πυρακτώσεως ή η «ακτινοβολία μαύρου σώματος» δημιουργείται όταν το φως προέρχεται από ένα θερμαινόμενο στερεό. Με βάση τη θερμοκρασία του υλικού, τα φωτόνια που απελευθερώνονται διαφέρουν ως προς τα χρώματα και την ενέργειά τους. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, τα υλικά παράγουν υπέρυθρες ακτινοβολίες.

Σε ακτινοβολία μαύρου σώματος, με αύξηση της θερμοκρασίας, η αιχμή μετατοπίζεται προς μικρότερα μήκη κύματος, καθώς κινείται προς την υπεριώδη περιοχή του φάσματος, δημιουργεί ένα κόκκινο τότε λευκό, και τέλος ένα μπλε-λευκό χρώμα.
Το φως πυρακτώσεως είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο φως. Αποτελείται από τον ήλιο, τους λαμπτήρες και τη φωτιά.
Οι πυρκαγιές εμβαπτίζουν χημικές αντιδράσεις που απελευθερώνουν θερμότητα, προκαλώντας υφή σε υψηλές θερμοκρασίες και τελικά οδηγούν τα αέρια και τα υλικά στην πυράκτωση. Από την άλλη πλευρά, οι λαμπτήρες παράγουν θερμότητα λόγω της διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος μέσω καλωδίου. Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως εκπέμπουν περίπου το 90% της ενέργειας τους ως υπέρυθρες ακτινοβολίες και οι υπόλοιποι ως ορατό φως.

Φωταύγεια

Ο φωτισμός περιλαμβάνει μόνο ηλεκτρόνια και γενικά λαμβάνει χώρα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, σε σύγκριση με το φως πυρακτώσεως.
Το φως φωτός σχηματίζεται όταν ένα ηλεκτρόνιο εκπέμπει ένα μέρος της ενέργειας του ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Όταν ένα ηλεκτρόνιο πηδάει σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας, μια συγκεκριμένη ποσότητα φωτεινής ενέργειας απελευθερώνεται με τη μορφή φώτων συγκεκριμένου χρώματος. Γενικά, για να διατηρηθεί η συνεχής φωτεινότητα, τα ηλεκτρόνια χρειάζονται μια συνεχή ώθηση για να φθάσουν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας έτσι ώστε η διαδικασία να συνεχιστεί.
Για παράδειγμα, τα φώτα νέον παράγουν φως μέσω ηλεκτροφωταύγειας, το οποίο περιλαμβάνει υψηλή τάση {push}, το οποίο διεγείρει τα σωματίδια αερίου και τελικά οδηγεί σε εκπομπή φωτός.

Πώς ταξιδεύει το φως;

Το φως ουσιαστικά ταξιδεύει ως κύμα. Αν και σύμφωνα με τη γεωμετρική οπτική, το φως διαμορφώνεται για να ταξιδεύει σε ακτίνες. Η μετάδοση του φωτός από μια πηγή σε ένα σημείο μπορεί να συμβεί με τρεις τρόπους:

  • Μπορεί να ταξιδέψει απευθείας μέσω κενού ή κενού χώρου. Για παράδειγμα, το φως ταξιδεύει από τον Ήλιο στη Γη.
  • Μπορεί να ταξιδέψει σε διάφορα μέσα, όπως αέρα, γυαλί κ.λπ.
  • Μπορεί να ταξιδέψει αφού προβληματιστεί, όπως από έναν καθρέφτη ή μια ήρεμη λίμνη.

Ελαφριά Ενέργεια έναντι Ηλεκτρονικής Ενέργειας

Ενέργεια ηλεκτρονίωνΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ
• Τα ηλεκτρόνια έχουν ενέργεια μάζας ανάπαυσης, δηλαδή την ενέργεια που αντιστοιχεί στη μάζα του όταν βρίσκεται σε ηρεμία. Η υπόλοιπη ενέργεια ενός ηλεκτρονίου μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση του Αϊνστάιν Ε = MC2.

• Όταν το ηλεκτρόνιο αλλάζει τα ενεργειακά του επίπεδα μετακινώντας από μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση, εκπέμπει φωτόνια.
• Η ελαφριά ενέργεια έχει τη μορφή μικροσκοπικών πακέτων ενέργειας χωρίς μάζα που ονομάζονται φωτόνια. Η ποσότητα ενέργειας σε ένα φωτόνιο εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός. E = hc / λ

• Όταν τα φωτόνια με επαρκή ποσότητα φωτεινής ενέργειας πέφτουν πάνω σε ένα υλικό, τα ηλεκτρόνια απορροφούν την ενέργεια και διαφεύγουν από το υλικό.

Χρήσεις ελαφριάς ενέργειας.

Το φως έχει τις εφαρμογές του σε κάθε πτυχή της ζωής. Χωρίς ελαφριά ενέργεια, θα ήταν αδύνατο να επιβιώσουμε.
Εδώ είναι μερικές βασικές εφαρμογές της ελαφριάς ενέργειας στη ζωή μας:

  • Το φως επιτρέπει την όραση. Ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος φωτός παρέχει την τέλεια ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την τόνωση των χημικών αντιδράσεων στον αμφιβληστροειδή μας για την υποστήριξη της όρασης.
  • Η ελαφριά ενέργεια επιτρέπει στα φυτά να παράγουν τρόφιμα μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης.
  • Η ελαφριά ενέργεια χρησιμοποιείται ως πηγή ισχύος στις δορυφορικές και διαστημικές τεχνολογίες.
  • Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για διάφορες οικιακές και βιομηχανικές δραστηριότητες.
  • Η ελαφριά ενέργεια (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τηλεπικοινωνιών.
  • Η ελαφριά ενέργεια χρησιμοποιείται επίσης για πολλαπλές ιατρικές θεραπείες.

Για να μάθετε περισσότερα για τα τηλεσκόπια επισκεφθείτε https://lambdageeks.com/newtonian-telescope/

Σχετικά με το Sanchari Chakraborty

Είμαι πρόθυμος μαθητευόμενος, επί του παρόντος επενδύω στον τομέα της Εφαρμοσμένης Οπτικής και της Φωτονικής. Είμαι επίσης ενεργό μέλος του SPIE (Διεθνής Εταιρεία Οπτικής και Φωτονικής) και του OSI (Optical Society of India). Τα άρθρα μου έχουν ως στόχο να φέρουν στο φως ποιοτικά επιστημονικά ερευνητικά θέματα με απλό αλλά ενημερωτικό τρόπο. Η επιστήμη εξελίσσεται από αμνημονεύτων χρόνων. Γι 'αυτό, προσπαθώ να αξιοποιήσω την εξέλιξη και να το παρουσιάσω στους αναγνώστες.

Ας συνδεθούμε μέσω https://www.linkedin.com/in/sanchari-chakraborty-7b33b416a/

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks