Lichtenergie: categorie, eigenschappen en belangrijk gebruik

Wat is lichtenergie?

Lichtenergie definitie:

Licht is de enige energievorm die zichtbaar is voor het menselijk oog. Lichtenergie kan op twee manieren worden gedefinieerd:

Licht is samengesteld uit massaloze energiepakketten die bekend staan ​​als fotonen. Fotonen zijn energiepakketten die een vaste hoeveelheid lichtenergie bevatten, afhankelijk van de golflengte.

Lichtenergie verwijst naar het bereik van elektromagnetische energie dat bestaat uit gammastralen, röntgenstralen, zichtbaar licht, enz.
Het zichtbare bereik van het elektromagnetische spectrum staat algemeen bekend als licht.

De aard van licht:

In de 17e eeuw waren er twee ideeën over de aard van licht.

Deeltjes Aard van Licht

Isaac Newton geloofde dat licht was gemaakt van kleine discrete deeltjes die bloedlichaampjes worden genoemd. Volgens hem werden deze kleine deeltjes uitgezonden door hete objecten zoals de zon of vuur en reisden ze in een rechte lijn met een eindige snelheid en bezaten ze een impuls. Dit werd bekend als Newton's corpusculaire lichttheorie.

Golf Aard van het licht

Christiaan Huygens beweerde de corpusculaire theorie van Newton te weerleggen door de golftheorie van licht voor te stellen. Volgens hem bestond licht uit golven die loodrecht op de voortplantingsrichting op en neer trilden. Dit werd bekend als 'Huygens' Principe '

In het begin van de 19e eeuw voerde een Engelse natuurkundige Thomas Young een experiment uit dat licht van een puntbron liet zien nadat het door twee spleten was gegaan en een interferentiepatroon vormde op een scherm dat op een geschikte afstand was geplaatst. Dit kwam bekend te staan ​​als Young's dubbele spleet-experiment, dat het golfkarakter van licht bepleitte en het Huygens-principe ondersteunde.

James Clerk Maxwell legde de basis van het moderne elektromagnetisme dat licht beschreef als een transversale golf bestaande uit oscillerende magnetische en elektrische velden op 90 ° ten opzichte van elkaar. De formulering van licht als transversale golven was in tegenspraak met Huygens, die geloofde dat lichtgolven longitudinaal waren.

Albert Einstein nieuw leven ingeblazen de deeltjestheorie door het concept van fotonen te introduceren. Einsteins experiment, bekend als het foto-elektrisch effect, toonde aan dat licht bestaat uit discrete bundels of quanta lichtenergie, fotonen genaamd

Het fenomeen interferentie en diffractie kon alleen worden verklaard door licht als een golf te beschouwen. Ter vergelijking: de verklaring van het foto-elektrische effect was alleen mogelijk door de aard van lichtdeeltjes.
Dit enorme dilemma met betrekking tot de aard van licht werd opgelost met de basis van de kwantummechanica die de dualiteit van golfdeeltjes vestigde over de aard van zowel licht als materie. 

Eigenschappen van licht:

Interacties van licht:

Lichtgolven reageren op verschillende manieren op materie:

Reflectie van licht

- Wanneer een lichtgolf van het oppervlak van een materiaal terugkaatst naar het vorige voortplantingsmedium, wordt het proces reflectie genoemd. Het beeld is bijvoorbeeld gevormd op een rustige vijver / meer.

Absorptie van licht

Wanneer een materiaal de energie absorbeert van een lichtgolf die erop valt, wordt het proces absorptie genoemd. Bijvoorbeeld glow-in-the-dark-kunststoffen, die licht absorberen en weer uitzenden in de vorm van fosforescentie.

transmissie

Wanneer een lichtgolf door een materiaal reist / passeert, wordt het proces transmissie genoemd. Bijvoorbeeld licht dat door een glazen ruit valt.

Storing

Interferentie verwijst naar het fenomeen waarbij twee lichtgolven elkaar overlappen om een ​​resulterende golf te produceren die een lagere, hogere of dezelfde amplitude kan hebben. Constructieve en destructieve interferentie treedt op wanneer de op elkaar inwerkende golven coherent zijn met elkaar, hetzij omdat ze dezelfde bron delen, hetzij omdat ze dezelfde of vergelijkbare frequentie hebben.

Straalbreking

Breking is een belangrijk gedrag dat wordt aangetoond door lichtgolven. Breking vindt plaats wanneer lichtgolven van hun oorspronkelijke pad afwijken wanneer ze een nieuw medium binnengaan. Licht vertoont verschillende snelheden in verschillende doorlatende materialen. De verandering in snelheid en mate van afwijking is afhankelijk van de hoek van invallend licht.

Diffractie

Diffractie wordt gedefinieerd als het buigen van lichtgolven rond de hoeken van een opening in zijn geometrische schaduwgebied. Het verstrooiende obstakel of de opening wordt een secundaire bron van de zich voortplantende lichtgolf. Een van de meest voorkomende voorbeelden van diffractie is de vorming van regenboogpatronen op een cd of dvd. De dicht bij elkaar geplaatste tracks op een dvd of cd dienen als diffractieroosters en vormen patronen wanneer er licht op valt.

Spreiding

Verspreiding van licht verwijst naar het fenomeen van opsplitsing van wit licht in het samenstellende spectrum van kleuren (.ie VIBGYOR) wanneer het door een glazen prisma of soortgelijke objecten wordt geleid. Bijvoorbeeld de vorming van een regenboog door diffractie van zonlicht door prisma-achtige regendruppels.

Soorten licht

• Licht als geheel verwijst naar elektromagnetische straling van elke golflengte.
• Elektromagnetische straling kan worden geclassificeerd in termen van golflengten als
• Radiogolf ~ [10⁵ - 10^-1 m]
• Magnetron ~ [10^-1 - 10^-3 m]
• Infraroodgolf ~ [10^-3 - 0.7 x 10^-6m]
• Het zichtbare gebied (we nemen waar als licht) ~ [0.7 x 10^-6 - 0.4 x 10^-6 m]
• Ultraviolette golven ~ [0.4 x 10^-6 - 10^-8 m]
• Röntgenstralen ~ [10^-8 - 10^-11 m]
• Gammastralen ~ [10^-11 - 10^-13 m]
• De werking van elektromagnetische straling is gebaseerd op de golflengte.

Frequentie en golflengte van licht

Golflengteschaal

Frequentie van licht

Radio golven :

Radiogolf is een elektromagnetische golf met een frequentie tussen 20 kHz en ongeveer 300 GHz en staat bekend om hun gebruik in communicatietechnologieën, zoals mobiele telefoons, televisie en radio. Deze apparaten accepteren radiogolven en zetten deze om in mechanische trillingen om geluidsgolven te produceren.

Magnetron:

Microgolf is elektromagnetische straling met een frequentie tussen 300 MHz en 300 GHz. Microgolven hebben een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder radar, communicatie en koken.

Infrarood golven:

Infraroodgolf is elektromagnetische straling met een frequentie tussen 300 GHz en 400 THz.
Infraroodgolven vinden hun toepassing bij het verwarmen van afstandsbedieningen voor voedsel en televisie, glasvezelkabels, warmtebeeldcamera's, enz.

Zichtbaar licht :

Zichtbaar licht is elektromagnetische straling met een frequentie tussen 4 × 10¹⁴ tot 8 × 10¹⁴ hertz (Hz). De reden achter het menselijk oog dat alleen een specifiek bereik van lichtfrequenties ziet, is dat die bepaalde frequenties het netvlies in het menselijk oog stimuleren.

UV straling :

Ultraviolet licht is elektromagnetische straling met een frequentie tussen 8 × 10¹⁴ en 3 × 10¹⁶ Hertz (Hz). Ultraviolette straling wordt gebruikt voor het vernietigen van microben, het steriliseren van medische apparatuur, het behandelen van huidproblemen, enz.

X-stralen:

Röntgenstralen zijn elektromagnetische straling met frequenties tussen 3 × 10¹⁹ en 3 × 10¹⁶ Hz. Röntgenstralen worden gebruikt om kankercellen te vernietigen, in röntgenmachines, enz.

Gamma stralen:

Gammastralen zijn elektromagnetische stralingen met frequenties van meer dan 10¹⁹ hertz (Hz). Gammastralen zijn gewend vernietigen microben, steriliseer medische apparatuur en voedsel.

Voorbeelden van lichtenergie

Light Sources

Lichtbronnen kunnen worden ingedeeld in twee basistypen: luminescentie en gloeilamp.

Gloeien:

Gloeien omvat de vibratie van alle aanwezige atomen. Wanneer atomen worden verwarmd tot een zeer hoge optimale temperatuur, worden de resulterende thermische trillingen vrijgegeven als elektromagnetische straling. Gloeilamplicht of "black body-straling" wordt gecreëerd wanneer licht uit een verwarmde vaste stof komt. Op basis van de temperatuur van het materiaal verschillen de vrijgekomen fotonen in hun kleuren en energieën. Bij lage temperaturen produceren de materialen infraroodstraling.

Bij straling van een zwart lichaam, met een temperatuurstijging, verschuift de piek naar kortere golflengten, terwijl het naar het ultraviolette bereik van het spectrum beweegt, het genereert een rode, dan een witte en tenslotte een blauwachtig witte kleur.
Gloeilamp is het meest gebruikte licht. Het bestaat uit de zon, gloeilampen en vuur.
Branden veroorzaken chemische reacties waarbij warmte vrijkomt, waardoor materialen in aanraking komen met hoge temperaturen en uiteindelijk de gassen en materialen doen gloeien. Aan de andere kant produceren gloeilampen warmte doordat er elektrische stroom door een kabel gaat. Gloeilampen zenden ongeveer 90% van hun energie uit als infraroodstraling en de rest als zichtbaar licht.

Luminescentie

Luminescentie omvat alleen elektronen en vindt doorgaans plaats bij lagere temperaturen in vergelijking met gloeilamp.
Luminescerend licht wordt gevormd wanneer een elektron een deel van zijn energie uitzendt als elektromagnetische straling. Wanneer een elektron naar een lager energieniveau springt, komt er een bepaalde hoeveelheid lichtenergie vrij in de vorm van lichten met een bepaalde kleur. Om een ​​continue luminescentie te behouden, hebben de elektronen over het algemeen een constante druk nodig om hogere energieniveaus te bereiken, zodat het proces doorgaat.
Neonlichten produceren bijvoorbeeld licht door middel van elektroluminescentie, waarbij een hoge spanning {push} betrokken is, die de gasdeeltjes prikkelt en uiteindelijk resulteert in lichtemissie.

Hoe reist licht?

Licht reist praktisch als een golf. Hoewel volgens geometrische optica licht wordt gemodelleerd om in stralen te reizen. De transmissie van licht van een bron naar een punt kan op drie manieren gebeuren:

• Het kan rechtstreeks door een vacuüm of een lege ruimte reizen. Bijvoorbeeld licht dat van de zon naar de aarde reist.
• Het kan door verschillende media reizen, zoals lucht, glas, enz.
• Het kan reizen nadat het is gereflecteerd, zoals door een spiegel of een stilstaand meer.

Lichtenergie versus elektronenenergie

Gebruik van lichtenergie.

Licht heeft zijn toepassingen in elk aspect van het leven. Zonder lichtenergie zou het voor ons onmogelijk zijn geweest om te overleven.
Hier zijn enkele essentiële toepassingen van lichtenergie in ons leven:

• Licht laat zien. Een specifiek bereik van golflengten van licht levert de perfecte hoeveelheid energie die nodig is om de chemische reacties in ons netvlies te stimuleren om het zicht te ondersteunen.
• Lichtenergie stelt planten in staat voedsel te produceren door middel van fotosynthese.
• Lichtenergie wordt gebruikt als krachtbron in satelliet- en ruimtetechnologieën.
• Zonne-energie wordt gebruikt voor diverse huishoudelijke en industriële activiteiten.
• Lichtenergie (elektromagnetische straling) wordt gebruikt in de telecommunicatie-industrie.
• Lichtenergie wordt ook gebruikt voor meerdere medische behandelingen.

Lees ook:

• Van kernenergie naar chemische energie
• Hoe de energieopbrengst van een kerncentrale te berekenen
• Hoe u de geluidsenergie bij echografie kunt optimaliseren
• Hoe de veiligheid van kernenergie in reactorontwerpen kan worden verbeterd
• Geluidsenergie naar magnetische energie
• Kan elektrische potentiële energie negatief zijn?
• Geothermische energie
• Hoe potentiële energie-efficiënte skischansen te ontwerpen voor de veiligheid van atleten
• Hoe de stralingsenergie-output van verschillende soorten gloeilampen te meten
• Hoe u de absorptie van kinetische energie in schokdempers kunt maximaliseren voor soepelere ritten

Sanchari Chakraborty

Hallo, ik ben Sanchari Chakraborty. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik vind het altijd leuk om nieuwe uitvindingen op het gebied van elektronica te ontdekken.
Ik ben een leergierige leerling en investeer momenteel in het vakgebied Toegepaste Optica en Fotonica. Ik ben ook een actief lid van SPIE (International society for optics and photonics) en OSI (Optical Society of India). Mijn artikelen zijn bedoeld om kwalitatief hoogstaand wetenschappelijk onderzoek op een eenvoudige maar informatieve manier aan het licht te brengen. Wetenschap evolueert sinds mensenheugenis. Dus ik probeer mijn steentje bij te dragen aan de evolutie en deze aan de lezers te presenteren.
Laten we doorverbinden