LICHTENERGIE: EIGENSCHAFTEN, TYPEN, ERHALT, BEISPIELE - WISSENSCHAFT - 2025

Die Lichtenergie oder das Licht ist das Licht, das eine elektromagnetische Welle trägt. Es ist die Energie, die die Welt um uns herum sichtbar macht, und ihre Hauptquelle ist die Sonne, die zusammen mit anderen Formen nicht sichtbarer Strahlung Teil des elektromagnetischen Spektrums ist.

Elektromagnetische Wellen stellen eine Wechselwirkung mit Materie her und können je nach der Energie, die sie tragen, verschiedene Effekte erzeugen. Licht ermöglicht also nicht nur das Sehen von Objekten, sondern erzeugt auch Veränderungen in der Materie.

Abbildung 1. Die Sonne ist die Hauptquelle für Lichtenergie auf der Erde. Quelle: Pixabay.

Eigenschaften der Lichtenergie

Zu den Hauptmerkmalen der Lichtenergie gehören:

-Es hat eine doppelte Natur: Auf makroskopischer Ebene verhält sich Licht wie eine Welle, aber auf mikroskopischer Ebene zeigt es Partikeleigenschaften.

-Es wird durch Pakete oder "Quanten" von Licht transportiert, die Photonen genannt werden. Photonen fehlt es an Masse und elektrischer Ladung, aber sie können mit anderen Teilchen wie Atomen, Molekülen oder Elektronen interagieren und Impuls auf sie übertragen.

- Zum Ausbreiten ist kein materielles Medium erforderlich. Sie können dies im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit tun: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Die Lichtenergie hängt von der Frequenz der Welle ab. Wenn wir die Energie und f als Frequenz als E bezeichnen, ist die Lichtenergie gegeben durch E = hf, wobei h die Plancksche Konstante ist, deren Wert 6,625 10 ^–34 J • s beträgt. Je höher die Frequenz, desto mehr Energie.

- Wie andere Energiearten wird sie in Joule (J) im Internationalen Einheitensystem SI gemessen.

-Die Wellenlängen des sichtbaren Lichts liegen zwischen 400 und 700 Nanometer. 1 Nanometer, abgekürzt als nm, entspricht 1 x 10 ^-9 m.

-Frequenz und Wellenlänge λ hängen mit c = λ.f zusammen, daher ist E = hc / λ.

Arten von Lichtenergie

Lichtenergie kann nach ihrer Quelle klassifiziert werden in:

-Natürlich

- Künstlich

Abbildung 2. Das sichtbare Lichtspektrum elektromagnetischer Wellen ist das schmale Farbband. Quelle: F. Zapata.

Natürliche Lichtenergie

Die natürliche Quelle für Lichtenergie schlechthin ist die Sonne. Als Stern hat die Sonne einen Kernreaktor im Zentrum, der Wasserstoff durch Reaktionen, die immense Energiemengen produzieren, in Helium umwandelt.

Diese Energie verlässt die Sonne in Form von Licht, Wärme und anderen Arten von Strahlung und emittiert kontinuierlich etwa 62.600 Kilowatt pro Quadratmeter Oberfläche. -1 Kilowatt entspricht 1000 Watt, was wiederum 1000 Joule / Sekunde entspricht.

Pflanzen nutzen einen Teil dieser großen Energiemenge für die Photosynthese, den wichtigen Prozess, der die Grundlage des Lebens auf der Erde bildet. Eine andere natürliche Lichtquelle, jedoch mit viel weniger Energie, ist die Biolumineszenz, ein Phänomen, bei dem lebende Organismen Licht produzieren.

Blitz und Feuer sind andere Lichtenergiequellen in der Natur, erstere sind nicht kontrollierbar und letztere begleiten die Menschheit seit prähistorischen Zeiten.

Künstliche Lichtenergie

Künstliche Lichtenergiequellen erfordern die Umwandlung anderer Energiearten wie elektrischer, chemischer oder kalorischer Energie in Licht. Glühbirnen fallen in diese Kategorie, deren extrem heißes Filament Licht emittiert. Oder auch das Licht, das durch Verbrennungsprozesse wie die Flamme einer Kerze gewonnen wird.

Eine sehr interessante Lichtenergiequelle ist der Laser. Es hat viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen, darunter Medizin, Kommunikation, Sicherheit, Computer und Luft- und Raumfahrttechnik.

Abbildung 3. Eine Schneidemaschine verwendet einen Laser, um hochpräzise industrielle Schnitte auszuführen. Quelle: Pixabay.

Verwendung von Lichtenergie

Lichtenergie hilft uns, mit der Welt um uns herum zu kommunizieren, als Träger und Übermittler von Daten zu fungieren und uns über die Umweltbedingungen zu informieren. Die alten Griechen verwendeten bereits Spiegel, um rudimentär Signale über große Entfernungen zu senden.

Wenn wir zum Beispiel fernsehen, erreichen die Daten, die es in Form von Bildern abgibt, unser Gehirn über den Sehsinn, der Lichtenergie benötigt, um einen Abdruck auf dem Sehnerv zu hinterlassen.

Übrigens ist für die Telefonkommunikation auch Lichtenergie wichtig, und zwar durch sogenannte optische Fasern, die Lichtenergie leiten und Verluste minimieren.

Alles, was wir über entfernte Objekte wissen, sind Informationen, die durch das von ihnen emittierte Licht empfangen und mit verschiedenen Instrumenten analysiert werden: Teleskopen, Spektrographen und Interferometern.

Ersteres hilft dabei, die Form von Objekten, ihre Helligkeit - wenn viele Photonen unsere Augen erreichen, ist es ein glänzendes Objekt - und ihre Farbe, die von der Wellenlänge abhängt, zu erfassen.

Es gibt auch eine Vorstellung von seiner Bewegung, da die Energie der Photonen, die ein Beobachter erfasst, unterschiedlich ist, wenn die Quelle, die sie emittiert, in Bewegung ist. Dies wird als Doppler-Effekt bezeichnet.

Spektrographen erfassen die Art und Weise, wie dieses Licht verteilt wird - das Spektrum - und analysieren es, um eine Vorstellung von der Zusammensetzung des Objekts zu erhalten. Und mit einem Interferometer können Sie Licht von zwei Quellen unterscheiden, auch wenn das Teleskop nicht genügend Auflösung hat, um zwischen beiden zu unterscheiden.

Der photovoltaische Effekt

Die von der Sonne emittierte Lichtenergie kann dank des 1839 vom französischen Wissenschaftler Alexandre Becquerel (1820-1891), dem Vater von Henri Becquerel, entdeckten Photovoltaikeffekts, der die Radioaktivität entdeckte, in Elektrizität umgewandelt werden.

Dies beruht auf der Tatsache, dass Licht in der Lage ist, elektrischen Strom zu erzeugen, indem Halbleiter-Siliziumverbindungen beleuchtet werden, die Verunreinigungen anderer Elemente enthalten. Es kommt vor, dass das Licht, wenn es das Material beleuchtet, Energie überträgt, die die Beweglichkeit der Valenzelektronen erhöht und somit deren elektrische Leitung erhöht.

Erhalten

Seit ihrer Gründung hat die Menschheit versucht, alle Formen von Energie, einschließlich Lichtenergie, zu kontrollieren. Trotz der Tatsache, dass die Sonne tagsüber eine fast unerschöpfliche Quelle darstellt, war es immer notwendig, Licht zu erzeugen, um sich vor Raubtieren zu schützen und die tagsüber begonnenen Aufgaben fortzusetzen.

Es ist möglich, Lichtenergie durch einige Prozesse zu erhalten, die auf irgendeine Weise steuerbar sind:

- Verbrennung beim Verbrennen einer Substanz oxidiert sie und gibt während des Prozesses Wärme und oft Licht ab.

-Inkandeszenz, wenn beispielsweise ein Wolframfaden wie bei Glühbirnen erhitzt wird.

Abbildung 4. Glühlampen arbeiten, indem sie elektrischen Strom durch ein Wolframfilament leiten. Beim Erhitzen gibt es Wärme und Licht ab. Quelle: Pixabay.

-Lumineszenz, in diesem Effekt wird Licht erzeugt, indem bestimmte Substanzen auf irgendeine Weise angeregt werden. Einige Insekten und Algen produzieren Licht, das als Biolumineszenz bezeichnet wird.

-Elektrolumineszenz gibt es Materialien, die Licht emittieren, wenn sie durch elektrischen Strom stimuliert werden.

Bei jeder dieser Methoden wird Licht direkt gewonnen, das immer Lichtenergie hat. Die Erzeugung von Lichtenergie in großen Mengen ist etwas anderes.

Vorteil

-Lichtenergie spielt eine besonders wichtige Rolle bei der Übertragung von Informationen.

-Die Nutzung der Lichtenergie von der Sonne ist kostenlos, es ist auch eine fast unerschöpfliche Quelle, wie wir gesagt haben.

-Lichtenergie an sich ist nicht umweltschädlich (aber einige Prozesse, um sie zu erhalten, können es sein).

- An Orten, an denen das ganze Jahr über viel Sonnenlicht scheint, ist es möglich, Strom mit Photovoltaik-Effekt zu erzeugen und so die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.

-Die Einrichtungen, die die Lichtenergie der Sonne nutzen, sind leicht zu warten.

- Eine kurze Sonneneinstrahlung ist erforderlich, damit der menschliche Körper Vitamin D synthetisieren kann, das für gesunde Knochen unerlässlich ist.

- Ohne Lichtenergie können Pflanzen keine Photosynthese durchführen, die die Grundlage des Lebens auf der Erde bildet.

Nachteile

-Es ist nicht speicherbar, im Gegensatz zu anderen Arten von Energie. Photovoltaikzellen können jedoch durch Batterien gesichert werden, um ihre Verwendung zu erweitern.

- Grundsätzlich sind die Einrichtungen, die Lichtenergie nutzen, teuer und benötigen auch Platz, obwohl die Kosten mit der Zeit und den Verbesserungen gesunken sind. Derzeit werden neue Materialien und flexible Photovoltaikzellen getestet, um die Raumnutzung zu optimieren.

-Die längere oder direkte Sonneneinstrahlung führt zu Haut- und Sehschäden, vor allem aber durch ultraviolette Strahlung, die wir nicht sehen können.

Beispiele für Lichtenergie

In den vorherigen Abschnitten haben wir viele Beispiele für Lichtenergie erwähnt: Sonnenlicht, Kerzen, Laser. Insbesondere gibt es einige sehr interessante Beispiele für Lichtenergie aufgrund einiger der oben genannten Effekte:

LED-Licht

Abbildung 5. LED-Leuchten sind effizienter als Glühlampen, da sie weniger Wärme abgeben und länger Lichtenergie abgeben. Quelle: Pixabay.

Der Name LED-Licht leitet sich von der englischen Leuchtdiode ab und wird erzeugt, indem ein elektrischer Strom geringer Intensität durch ein Halbleitermaterial geleitet wird, das als Reaktion intensives und leistungsstarkes Licht emittiert.

LED-Lampen halten viel länger als herkömmliche Glühlampen und sind viel effizienter als herkömmliche Glühlampen, bei denen fast die gesamte Energie in Wärme und nicht in Licht umgewandelt wird. Deshalb sind LED-Leuchten weniger umweltschädlich, obwohl ihre Kosten höher sind als die von Glühlampen.

Biolumineszenz

Viele Lebewesen sind in der Lage, chemische Energie durch eine biochemische Reaktion in Lichtenergie umzuwandeln. Insekten, Fische und Bakterien können unter anderem ihr eigenes Licht erzeugen.

Und sie tun dies aus verschiedenen Gründen: Schutz, Anziehung eines Partners, als Ressource, um Beute zu fangen, zu kommunizieren und offensichtlich den Weg zu erhellen.

Verweise

1. Blair, B. Die Grundlagen des Lichts. Wiederhergestellt von: blair.pha.jhu.edu
2. Solarenergie. Photovoltaik-Effekt. Wiederhergestellt von: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. Auflage. McGraw Hill.
4. Universum heute. Was ist Lichtenergie? Wiederhergestellt von: universetoday.com.
5. Vedantu. Lichtenergie. Wiederhergestellt von: vedantu.com.
6. Wikipedia. Lichtenergie. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org.