حاول العديد من الفيزيائيين، مثل نيوتن وهويجن، تحديد مكونات الطاقة الضوئية وخلصوا إلى أن أصغر جزء موجود بشكل مستقل من الطاقة الضوئية هو الفوتون.

وفي هذا الموضوع سنتعرف على الطاقة الضوئية وخصائصها ومصادرها. وسنتعرف أيضًا على مفهوم الفوتونات وخصائصها، وسنشرح علاقة الطاقة بالضوء.

القوة البصرية

الطاقة الضوئية هي الطاقة التي يمكن الحصول عليها من أشعة الشمس في الأضواء التي تنبعث منها فيما يسمى بالأطوال الموجية المحددة، وتصل سرعة الضوء إلى 300 ألف كيلومتر في الثانية، مما يدل على أن شعاع الشمس الذي يصل إلى كوكب الأرض في هذا الوقت غادرت الشمس منذ… ضاعت 10 دقائق.

أثناء رحلتها، تعمل جزيئات الضوء بالضغط على أي جزيئات أخرى. على سبيل المثال، تصطدم أشعة الشمس بورقة شجرة عند دخولها إلى سطح الأرض، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة على سطحها.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للطاقة الضوئية الصادرة عن أشعة الشمس أن تحرق في بعض الأحيان جسم كائن حي بشكل طفيف، أو يمكن أن تتسبب هذه الأشعة في تغير لون بشرة الشخص إلى اللون الداكن، أو يمكن أن تسبب ضربة شمس، وهذه من أهمها. أمثلة تتعلق بتأثير الطاقة الضوئية على الإنسان والطبيعة.

الطاقة الضوئية لها وحدة قياس محددة. ووحدته تقيس الضوء وكثافته وطول موجته وعلاقته بقدرة الكائن الحي على رؤيته والتأثر به، أي لا يقاس طول موجته إذا تجاوز السبعة. مائة أو أقل من أربعمائة.

مصادر الطاقة الضوئية

هناك مصادر عديدة للطاقة الضوئية وتختلف بشكل كبير حسب عدد المصادر التي تأتي منها. فيما يلي مصادر الضوء المختلفة

  • مصادر الطاقة الضوئية الطبيعية.

وهي المصادر التي تنتج الضوء بشكل طبيعي دون تدخل بشري أو بيولوجي أو صناعي، مثل الشمس والقمر والنجوم والنار والطاقة الكهربائية الناتجة عن الأشعة.

  • مصادر الطاقة الضوئية الحيوية

وهي المصادر التي يمكنها إنتاج الضوء بشكل ديناميكي، مثل الكائنات الحية التي تبعث أجسامها طاقة ضوئية، مثل اليراعات وهي حشرات مضيئة، وقناديل البحر.

  • مصادر الطاقة الكهروضوئية الصناعية

هي الطاقة الضوئية الناتجة عن الصناعات والاختراعات التي يصنعها العنصر البشري، مثل المصابيح الكهربائية والفوانيس والمصابيح الكهربائية والأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة التلفاز والهواتف المحمولة.

طاقة شمسية

الطاقة الشمسية هي أهم مصدر للطاقة الضوئية وهي أيضًا المصدر الأكثر استخدامًا. يتم استخدام الأشعة القادمة من الشمس في العديد من الاستخدامات، ويتوقع العديد من الخبراء أن تعتمد الدول حصريًا على الطاقة الشمسية كمصدر للطاقة. الطاقات المتجددة لنهاية القرن الحادي والعشرين.

فأشعة الشمس طبيعية ومستمرة ومتاحة باستمرار، بالإضافة إلى أنها لا تنضب كما هو الحال مع الغازات الطبيعية والوقود الأحفوري.

ورغم ذلك فإن الأشعة الشمسية التي تصل إلى الأرض تمثل نصف الأشعة التي أنتجتها فعليا، و45% منها تمثل الأشعة تحت الحمراء. ولذلك فإن أشعة الضوء المرئي التي تصل فعلياً إلى الأرض تمثل نسبة ضئيلة جداً من إجمالي الضوء. الأشعة المنبعثة منه.

يتم استخدام الطاقة الضوئية التي تولدها الشمس من خلال ما يعرف بالألواح الشمسية التي تلتقطها وتحول جزء منها إلى طاقة كهربائية يمكن استخدامها في العديد من الأغراض المختلفة.

تتميز هذه الألواح بأنها معتمة للغاية حتى تتمكن من امتصاص أكبر قدر من الضوء، مما يعكس كمية صغيرة جدًا منه.

خصائص الضوء

هناك ثلاث خصائص للضوء، وتتمثل هذه الخصائص في النقاط التالية

  • الخصائص الهندسية

ينتقل الضوء في خط مستقيم، مما يجعله ينتشر في الأماكن الفارغة بشكل مستقيم وعمودي، ويعرف اتجاه مروره بالأشعة الضوئية، وهو ما يعرف بـ “مبدأ فيرما”.

والمقصود أنها الأضواء التي تتبع أقصر طريق للوصول إليها، ومن المعلوم أن أقصر طريق يمكن الوصول إليه هو الخطوط المستقيمة، ومن خواصها الهندسية أيضًا ما يلي وهو معروف كانعكاس. والانكسار والتشتت.

  • خصائص الموجة

هذه هي الخصائص المتعلقة بالتداخل والحيود والاستقطاب والانكسار.

  • خصائص الاستقلال

وهي الظاهرة التي تتقاطع فيها أشعة الضوء مع بعضها البعض، بحيث لا يؤثر أحد الشعاعين على الآخر، بل يتبع كل منهما طريقه الخاص دون أي تأثير من الآخر.

ما هي الفوتونات

الفوتون هو أصغر جزء موجود بشكل مستقل من الطاقة الضوئية. تُعرف باسم الكمات الضوئية أو الكمات الضوئية ويمكن تعريفها بأنها مصفوفة صغيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

وتوجد في العديد من أشكال الأشعة المختلفة، مثل أشعة جاما، والأشعة السينية التي تتميز بطاقتها العالية، والأشعة الحمراء، وموجات الراديو التي تتميز أيضًا بانخفاض طاقتها.

ومن الجدير بالذكر أن سرعة الفوتون تجعله لا رجعة فيه، لأنه يقترب من سرعة الضوء.

ظهر مصطلح الفوتون على شكل بوزون، وهو جسيم غير ذري، في عام 1905م، من خلال ما شرحه العالم الشهير ألبرت أينشتاين عن التأثيرات الكهروضوئية.

وفي هذا الوقت اقترح وجود مجموعة من الطاقة المنقسمة أثناء انتقال الشعاع الضوئي، بعد أن مهد الفيزيائي الألماني ماكس بلانك للمفهوم السابق عام 1900م من خلال توضيح أن الشعاع الحراري ينبعث ويمتص بوحدات تتميز باستقلالها أو كميتها.

تم استخدام مفهوم الفوتون عام 1923م، بعد أن قام الفيزيائي الأمريكي المعروف باسم “آرثر إتش كومبتون” بتوضيح طبيعة الجسم بالأشعة السينية.

ولكنها لم تستخدم على نطاق واسع حتى عام 1926م، ومن الجدير بالذكر أن كلمة “فوتونات” هي كلمة من الكلمة اليونانية “صور” ومعناها الأضواء.

خصائص الفوتونات

الفوتون هو جسيم أولي، وعلى الرغم من عدم وجود كتلة له، فإنه لا يمكن أن يتحلل. وهو محايد كهربائيا، على الرغم من أنه يمكن إنشاء الطاقة الضوئية عندما يتفاعل مع أي جسيم آخر.

علاوة على ذلك، فإن الفوتون هو جسيم يدور بمحاور الدوران للأمام أو للخلف حسب اتجاه الفوتونات، سواء كانت متجهة لليمين أو لليسار. هذه الخاصية هي التي تسمح للضوء بالاستقطاب. الخصائص التي تميز الفوتون وتتمثل في النقاط التالية

  • يمتلك الفوتون خصائص الجسيم والموجة في وقت واحد.
  • يتحرك الفوتون بسرعات ثابتة في مساحة فارغة تساوي c = 2.9979 x 10^8 m/s، وهو ما يعادل سرعة الضوء.
  • مع الأخذ في الاعتبار أن الفوتونات هي جسيمات عديمة الكتلة، فمن الممكن أن تنشأ وتدمر عندما يتم امتصاص الشعاع أو انبعاثه.
  • يمكن أن يتفاعل الفوتون مع إلكترون أو جسيم، ومن الأمثلة على ذلك تأثير كومبتون، حيث يصطدم جسيم ضوئي بذرة، مما يؤدي إلى إطلاق إلكترون.

علاقة الطاقة بالضوء.

كثيرا ما يقال أن الضوء يتكون من عدة فوتونات متناثرة في المساحات الفارغة، ومن الممكن تعريف الفوتون بأنه نوع من الطاقة الإشعاعية.

وينشأ نتيجة قفز الإلكترون في الذرة من مستويات عالية إلى مستويات منخفضة، فيبعث الإلكترون طاقة إشعاعية ذات موجة محددة، وتكون هذه الموجة على شكل فوتون.

يمكن للإلكترون أن ينتقل من مستوى إلى آخر إذا تعرض لإثارة الطاقة وأشكالها، مثل الحرارة.

وهنا تظهر العلاقة بين الطاقة والضوء. ولا يمكن فصلهما، وبدون الطاقة والضوء لا يمكن أن تستمر الحياة على الأرض، لذلك يتم استخدام الطاقة والضوء معًا بيولوجيًا وفسيولوجيًا.

وفي نهاية الموضوع وبعد التعرف على الطاقة الضوئية ومصادرها ومعرفة خصائص الضوء المختلفة، نتحدث عن أصغر جزء من الطاقة الضوئية يوجد بشكل مستقل وهو الفوتون.

نتحدث أيضًا عن العلاقة بين الطاقة والضوء. عليك فقط مشاركة هذا الموضوع على جميع الشبكات الاجتماعية.