ما هي الطاقة الضوئية؟

يُطلق على نوع الطاقة الحركية التي تنتج أشكالًا من الضوء المرئي للعين البشرية اسم الطاقة الضوئية.

لكن ما هو الضوء؟ يسمى شكل الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الأجسام الفيزيائية الساخنة أو أشياء مثل المصابيح الكهربائية والليزر والشمس بالضوء.

ما هي الطاقة الضوئية؟

يحمل الضوء مجموعات دقيقة من الطاقة تسمى الفوتونات. عندما تزداد درجة حرارة ذرات الجسم، تتشكل الفوتونات. تثير الطاقة الحرارية الإلكترونات وتنتج طاقة إضافية. تنبعث الطاقة التي يتم إنتاجها على شكل فوتونات. تنبعث المزيد من الفوتونات مع زيادة درجة حرارة المادة.

عندما يتحرك الضوء، فإنه ينتقل من مكان إلى آخر على شكل موجات. لكنها لا تحتاج إلى أي مادة لتحمل معها الطاقة. لذلك، يمكن للضوء التنقل بسهولة في حالة عدم وجود هواء في الفضاء. لا تملك الموجات الصوتية هذه الخاصية.

إن انتشار الطاقة الضوئية أسرع من أي شيء آخر. تسافر بسرعة تزيد عن 299,792 كيلومتر في الثانية. تطلق الشمس كميات هائلة من الإشعاع الكهرومغناطيسي. فقط جزء بسيط من هذه الطاقة يمكن رؤيته بالعين البشرية، وهو ما يسمى “الضوء المرئي”. وتنتقل الطاقة الشمسية على شكل موجات.

يحسب العلماء كمية الطاقة التي تحملها الموجة عن طريق قياس طولها الموجي والمسافة بين نقطتين موجتين متجاورتين. من بين الأنواع المختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الشمس، الضوء المرئي واحد.

نطاق كل ترددات الإشعاع الممكنة يسمى الطيف الكهرومغناطيسي. يكشف الأنواع المتنوعة من الإشعاعات الكهرومغناطيسية التي تنبعث منها الشمس، مثل الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية.

يميز الطيف الكهرومغناطيسي الأنواع المختلفة من طاقات الإشعاع عن الشمس. يتوافق مقدار الطاقة التي تحملها هذه الموجات مع الاختلاف في أطوال موجاتها.

أنواع الطاقة الضوئية.

توجد أنواع مختلفة من الطاقات الضوئية، منها:

• الضوء المرئي: النوع الوحيد من مثال الطاقة الضوئية المرئي للعين البشرية المجردة هو نوع من الطاقة الكهرومغناطيسية يسمى الضوء المرئي. الشمس هي المصدر الأساسي للضوء المرئي. ومع ذلك، فإن المصابيح تنبعث منها أيضًا.

• ضوء الأشعة تحت الحمراء: يطلق هذا النوع من الطاقة الكهرومغناطيسية الحرارة أيضًا. يمكن تشغيل التلفزيون بجهاز التحكم عن بُعد بسبب ضوء الأشعة تحت الحمراء. وذلك لأن موجات الأشعة تحت الحمراء تنتقل من جهاز التحكم عن بعد إلى التلفزيون.

• الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية: يتم استخدام هذه الموجات الضوئية من قبل المتخصصين الطبيين للحصول على صور من داخل الجسم لتشخيص كسور العظام والعيوب الأخرى. حتى أن أطباء الأسنان يستخدمون الأشعة السينية لمعرفة مدى تسوس الأسنان.

الخصائص الرئيسية للضوء.

فيما يلي مجموعة من الخصائص المرتبطة بالطاقة الضوئية:

• الشدة: يُطلق على معدل إطلاق الطاقة في شكل ضوء من المصدر الشدة. القوة بالواط. بمعنى آخر، الشدة هي السطوع الذي يتم قياسه كمياً من خلال المعدل الذي يتم فيه إعطاء الطاقة في شكل ضوء لكل وحدة زمنية لكل وحدة مساحة.

• التردد: عدد القمم التي تمر عبر نقطة معينة في الثانية يسمى التردد.

• الطول الموجي: يمكن تعريف المسافة بين قمتين أو قيعين متجاورتين على أنها الطول الموجي. السرعة التي تنتقل بها موجات الضوء عبر الفراغ هي نفسها. الطول الموجي والتردد يرتبطان عكسياً ببعضهما البعض. إذا كان الطول الموجي أكبر، يكون التردد أقل.

• الاستقطاب: ظاهرة تحويل الضوء غير المستقطب إلى أمثلة طاقة ضوئية مستقطبة تسمى الاستقطاب. بشكل عام، يحدث اهتزاز الموجات الضوئية في مستويات متعددة، لذا فهي ليست مستقطبة.

• المرحلة: تسمى نقطة زمنية محددة أثناء الشكل الموجي الدوري بالطور. عندما تكون موجات الضوء في مرحلة، يكون لها شدة أعلى.

استخدامات الطاقة الضوئية.

يتم استخدام الطاقة الضوئية في مجموعة متنوعة من التطبيقات التجارية والعلمية، بما في ذلك:

• الغذاء: يمكن للكائنات الحية أن تولد الغذاء فقط من خلال الطاقة الضوئية. تعتمد جميع الكائنات الحية على الضوء في الغذاء والطاقة. ومع ذلك، فإن الاستثناءات من ذلك هي عدد قليل من الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا.

• الرؤية: لأن الكائنات الحية تمتلك عيونًا، يمكنهم تصور الأشياء من حولهم. ومع ذلك، فإن وظيفة العين لا فائدة لها في غياب الضوء. عندما يسقط الضوء على العينين، تتلقى العين صورة الشيء المراد رؤيته. ثم يتم نقل هذه المعلومات إلى الدماغ، ويتم رؤية الكائن. لذلك، الضوء مهم للرؤية.

• الألوان: وجود الألوان يجعل العالم كله يبدو جميلاً. وجود الألوان يعتمد على الضوء. يحتوي الضوء على الكثير من الأطياف، كل طيف يتوافق مع لون معين.

إقرأ أيضاً… ما هي ظاهرة تشتت الضوء؟

معلومات عن الطاقة الضوئية.

تبلغ سرعة الطاقة الضوئية حوالي 300000 كم / ثانية. كمثال على ذلك، عندما ترى غروب الشمس، في الواقع، فإن الضوء الذي تراه قد غادر الشمس منذ عشر دقائق. يمكن قياس الضوء بطريقتين:

يتم قياس أمثلة الطاقة الضوئية لجميع الأطوال الموجية عن طريق القياس الإشعاعي، بينما يقوم القياس الضوئي بقياس الضوء عند مقارنة الطول الموجي بمعيار إدراك السطوع بواسطة العين البشرية.

كلما احتجنا إلى تحديد الكمية التي يستخدمها البشر، يكون القياس الضوئي مفيدًا. تختلف وحدات القياس الضوئي عن وحدات القياس الأخرى لأنها تدرس كيفية تفاعل العين البشرية مع الضوء.

وفقًا لهذا، إذا كان مصدران للضوء يشكلان ضوءًا مرئيًا بنفس الشدة، فقد لا يظهران بنفس السطوع. يتم تطبيق الضغط المادي على الأشياء الموجودة في مسارها بواسطة الطاقة الضوئية.

يتم فهم هذه الآلية بناءً على مفهوم طبيعة الجسيمات للضوء والتي تشير إلى أن الفوتونات تضرب الطاقة الضوئية وتنقل زخمها. قوة الضوء مقسومة على سرعته هي ضغط الضوء.

بالنسبة للأشياء ذات الاستخدام اليومي، يكون تأثير شعاع الضوء هو ضغط الضوء. لنفترض أنه يمكن التقاط عملة معدنية باستخدام مؤشرات الليزر، لكنك تحتاج إلى المليارات من هؤلاء لهذه المهمة.

تدور الكويكبات بشكل أسرع بسبب ضغط الضوء. هذا لأنه يعمل عليهم كما تدفع الرياح طاحونة هوائية. هذا هو سبب عمل بعض الباحثين على الأشرعة الشمسية لمحاولة دفع الرحلة بين النجوم.

نحن محاطون بما هو طاقة ضوئية من كل جانب. يمكن أن تتعرض جلودنا للاحتراق بسببها، ويمكن أن تذوب المعادن، ويمكن تسخين الطعام. حتى الخمسينيات من القرن الماضي، كان تسخيرها يمثل تحديًا كبيرًا للعلماء.

من المأمول أن يتم استخدامها للتنقل بين النجوم في المستقبل. يمكن لإحساس الإنسان بالضوء أن يكتشفها. يتكون من إشعاع كهرومغناطيسي ويتنقل في مسار مستقيم.

اعتاد البشر على كلمة “ضوء” لدرجة أنهم يستخدمونها عشر مرات على الأقل يوميًا. هل فكرت يومًا في الطاقة المتولدة من الضوء؟

بما أن الضوء ليس له كتلة، فيمكن اعتباره طاقة “نقية”. إنها موجة وجسيم في نفس الوقت. تعتمد كمية الطاقة في الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي على تردد الضوء.

حقائق عن الطاقة الضوئية.

• يمكن تعريف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تراه العين البشرية على أنه طاقة ضوئية.

• تنتقل الطاقة الضوئية على شكل أشعة تنبعث إلى الخارج من مصدر الضوء.

• يتنقل في مسار مستقيم ويتكون من إشعاع كهرومغناطيسي.

• لا يمكن رؤية معظم موجات الطاقة الضوئية بالعين البشرية وتحدث بترددات موجية مختلفة مقارنة بالضوء المرئي.

• تنتقل موجات الضوء على شكل فوتونات.

إقرأ أيضاً… ما هي الطاقة المشعة؟

أمثلة على الطاقة الضوئية.

أفضل مثال على الطاقة الضوئية هو ضوء الشمس. إنه المكان الذي تأتي منه هذه الطاقة بشكل طبيعي. إلى جانب ذلك، فإن أشياء مثل النجوم والمصابيح والليزر والأجسام الساخنة ينبعث منها جميعها طاقة ضوئية.

الأسئلة الأكثر شيوعاً.

• ماذا يقصد بالطاقة الضوئية؟

هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي أو الطاقة الحركية. لها طول موجي مرئي للعين البشرية.

• كيف يتنقل الضوء؟

تنتقل الطاقة الضوئية كموجات. إنه يسافر بسرعة كبيرة، وربما أسرع من أي شكل آخر من أشكال الطاقة.

• كيف يتم إنتاج الطاقة الضوئية؟

يتكون الضوء من فوتونات أو عناقيد صغيرة من الطاقة. بمجرد تسخين ذرات الجسم، فإنها تصدر إلكترونات نتيجة للحركة. يعتمد عدد الفوتونات المنتجة على درجة حرارة الجسم.

• ماذا تقصد بالإشعاع الكهرومغناطيسي؟

الإشعاع الكهرومغناطيسي هو نوع من الطاقة المتولدة نتيجة لحركة الجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تتنقل في فراغ أو تذبذب للاضطراب المغناطيسي والكهربائي.

• ما هو المقصود بالطيف الكهرومغناطيسي؟

نطاق جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي تتم تسميته ببساطة الطيف الكهرومغناطيسي.

• أين يكمن الضوء المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي؟

في الطيف الكهرومغناطيسي، يقع الضوء المرئي بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. ترددات من حوالي 4 × 10^14 إلى 8 × 10^14 هرتز (Hz) وأطوال موجية من حوالي 740 نانومتر إلى 380 نانومتر.