Lichtenergie: Kategorie, Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Was ist Lichtenergie?

Definition der Lichtenergie:

Licht ist die einzige Energieform, die für das menschliche Auge sichtbar ist. Lichtenergie kann auf zwei Arten definiert werden:

Licht besteht aus masselosen Energiepaketen, die als Photonen bekannt sind. Photonen sind Energiepakete, die abhängig von der Wellenlänge eine feste Menge an Lichtenergie tragen.

Lichtenergie bezieht sich auf den Bereich elektromagnetischer Energie, der aus Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, sichtbarem Licht usw. besteht.
Der sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums ist allgemein als Licht bekannt.

Die Natur des Lichts:

Im 17. Jahrhundert gab es zwei Ideen bezüglich der Natur des Lichts.

Teilchen Natur des Lichts

Isaac Newton glaubte, dass Licht aus winzigen diskreten Teilchen bestand, die als Körperchen bezeichnet wurden. Ihm zufolge wurden diese winzigen Partikel von heißen Objekten wie der Sonne oder dem Feuer emittiert und bewegten sich in einer geraden Linie mit endlicher Geschwindigkeit und besaßen Impulse. Dies wurde bekannt als Newtons korpuskulare Lichttheorie.

Welle Natur des Lichts

Christiaan Huygens behauptete, Newtons Corpuscular-Theorie zu widerlegen, indem er die Wellentheorie des Lichts vorschlug. Ihm zufolge bestand das Licht aus Wellen, die senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung auf und ab schwangen. Dies wurde bekannt als 'Huygens'-Prinzip'

Im frühen 19. Jahrhundert führte ein englischer Physiker, Thomas Young, ein Experiment durch, bei dem Licht von einer Punktquelle nach Durchgang durch zwei Schlitze ein Interferenzmuster auf einem Bildschirm in angemessener Entfernung zeigte. Dies wurde als Youngs Doppelspaltexperiment bekannt, das die Wellennatur des Lichts befürwortete, das das Huygens-Prinzip stützt.

James Clerk Maxwell legte den Grundstein für den modernen Elektromagnetismus, der Licht als eine Transversalwelle beschrieb, die aus oszillierenden magnetischen und elektrischen Feldern in einem Winkel von 90 ° zueinander besteht. Die Formulierung von Licht als Transversalwellen widersprach Huygens, der glaubte, die Lichtwelle sei longitudinal.

Albert Einstein belebte die Partikeltheorie, indem sie das Konzept der Photonen brachte. Einsteins Experiment, bekannt als photoelektrischer Effekt, zeigte, dass Licht diskrete Bündel oder Quanten der Lichtenergie umfasst, die Photonen genannt werden

Das Phänomen der Interferenz und Beugung konnte nur erklärt werden, indem Licht als Welle betrachtet wurde. Im Vergleich dazu war die Erklärung des photoelektrischen Effekts nur durch die Teilchenbeschaffenheit des Lichts möglich.
Dieses große Dilemma in Bezug auf die Natur des Lichts wurde mit der Grundlage der Quantenmechanik gelöst, die die Welle-Teilchen-Dualität auf der Natur von Licht und Materie begründete 

Eigenschaften des Lichts:

Wechselwirkungen von Licht:

Lichtwellen interagieren auf unterschiedliche Weise mit Materie:

Lichtreflexion

- Wenn eine Lichtwelle von der Oberfläche eines Materials in das vorherige Ausbreitungsmedium zurückprallt, wird der Prozess als Reflexion bezeichnet. Zum Beispiel entstand das Bild auf einem ruhigen Teich / See.

Absorption von Licht

Wenn ein Material die Energie einer Lichtwelle absorbiert, die darauf fällt, wird der Prozess als Absorption bezeichnet. Zum Beispiel im Dunkeln leuchtende Kunststoffe, die Licht absorbieren und in Form von Phosphoreszenz wieder abgeben.

Transmission

Wenn sich eine Lichtwelle durch ein Material bewegt / durchläuft, wird der Prozess als Transmission bezeichnet. Zum Beispiel Licht, das durch eine Glasfensterscheibe fällt.

Interferenz

Interferenz bezieht sich auf das Phänomen, bei dem sich zwei Lichtwellen überlagern, um eine resultierende Welle zu erzeugen, die eine niedrigere, höhere oder dieselbe Amplitude haben kann. Konstruktive und destruktive Interferenzen treten auf, wenn die wechselwirkenden Wellen miteinander kohärent sind, entweder weil sie dieselbe Quelle haben oder weil sie dieselbe oder eine vergleichbare Frequenz haben.

Interferenz von Wellen
Interferenz von Wellen
Bildquelle: Dr. Schorsch 12:32, 19. April 2005 (UTC) (Dr.SchorschInterferenzCC BY-SA 3.0

Brechung

Die Brechung ist ein wichtiges Verhalten, das durch Lichtwellen demonstriert wird. Die Brechung findet statt, wenn Lichtwellen beim Eintritt in ein neues Medium von ihrem ursprünglichen Weg ablenken. Licht zeigt in verschiedenen Übertragungsmaterialien unterschiedliche Geschwindigkeiten. Die Änderung der Geschwindigkeit und des Grads der Abweichung hängt vom Winkel des einfallenden Lichts ab.

Beugung

Beugung ist definiert als das Biegen von Lichtwellen um die Ecken einer Apertur in ihren geometrischen Schattenbereich. Das beugende Hindernis oder die Beugung wird zu einer sekundären Quelle der sich ausbreitenden Lichtwelle. Eines der häufigsten Beispiele für Beugung ist die Bildung von Regenbogenmustern auf einer CD oder DVD. Die eng beieinander liegenden Spuren auf einer DVD oder CD dienen als Beugungsgitter und bilden Muster, wenn Licht darauf fällt.


Dispersion

Die Streuung von Licht bezieht sich auf das Phänomen der Aufteilung von weißem Licht in sein konstituierendes Farbspektrum (z. B. VIBGYOR), wenn es durch ein Glasprisma oder ähnliche Objekte geleitet wird. Zum Beispiel die Bildung eines Regenbogens aufgrund der Beugung des Sonnenlichts durch prismenartige Regentropfen.

Arten von Licht

  • Licht als Ganzes bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung jeder Wellenlänge.
  • Elektromagnetische Strahlung kann in Bezug auf Wellenlängen als klassifiziert werden
  • Radiowelle ~ [105 - 10-1 m]
  • Mikrowelle ~ [10-1 - 10-3 m]
  • Infrarotwelle ~ [10-3 - 0.7 x 10-6m]
  • Der sichtbare Bereich (wir nehmen ihn als Licht wahr) ~ [0.7 x 10-6 - 0.4 x 10-6 m]
  • Ultraviolette Wellen ~ [0.4 x 10-6 - 10-8 m]
  • Röntgenstrahlen ~ [10-8 - 10-11 m]
  • Gammastrahlen ~ [10-11 - 10-13 m]
  • Die Funktion elektromagnetischer Strahlung basiert auf ihrer Wellenlänge.

Frequenz und Wellenlänge des Lichts

Wellenlängenskala

Bildquelle: Inducteleload, NASA, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, über Wikimedia Commons

Lichtfrequenz

Radiowellen :

Radiowelle ist eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und etwa 300 GHz und ist für ihre Verwendung in Kommunikationstechnologien wie Mobiltelefonen, Fernsehen und Radio bekannt. Diese Geräte akzeptieren Funkwellen und wandeln sie in mechanische Schwingungen um, um Schallwellen zu erzeugen.

Mikrowelle :

Mikrowelle ist elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 300 MHz und 300 GHz. Mikrowellen haben eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Radar, Kommunikation und Kochen.

Infrarotwellen:

Infrarotwelle ist elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 300 GHz und 400 THz.
Infrarotwellen finden ihre Anwendung beim Erhitzen von Lebensmittel- und Fernsehfernbedienungen, Glasfaserkabeln, Wärmebildkameras usw.

Sichtbares Licht :

Sichtbares Licht ist elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 4 × 1014 bis 8 × 1014 Hertz (Hz). Der Grund dafür, dass das menschliche Auge nur einen bestimmten Bereich von Lichtfrequenzen sieht, ist, dass diese bestimmten Frequenzen die Netzhaut im menschlichen Auge stimulieren.

Ultraviolette Strahlung :

Ultraviolettes Licht ist elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 8 × 1014 und 3 × 1016 Hertz (Hz). Ultraviolette Strahlung wird zur Aufhebung von Mikroben, zur Sterilisation medizinischer Geräte, zur Behandlung von Hautproblemen usw. verwendet.

Röntgenstrahlen:

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Strahlungen mit Frequenzen zwischen 3 × 1019 und 3 × 1016 Hz. Röntgenstrahlen werden verwendet, um Krebszellen, in Röntgengeräten usw. aufzuheben.

Gamma Strahlen:

Gammastrahlen sind elektromagnetische Strahlungen mit Frequenzen von mehr als 1019 Hertz (Hz). Gammastrahlen sind es gewohnt annullieren Mikroben, medizinische Geräte und Lebensmittel sterilisieren.

Beispiele für Lichtenergie

Lichtquellen

Lichtquellen können in zwei Grundtypen eingeteilt werden: Lumineszenz und Glühlampe.

Glühen:

Die Glühbirne umfasst die Schwingung aller vorhandenen Atome. Wenn Atome auf eine sehr hohe optimale Temperatur erhitzt werden, werden die resultierenden thermischen Schwingungen als elektromagnetische Strahlung freigesetzt. Glühlicht oder „Schwarzkörperstrahlung“ entsteht, wenn Licht von einem erhitzten Feststoff ausgeht. Aufgrund der Temperatur des Materials unterscheiden sich die freigesetzten Photonen in ihren Farben und Energien. Bei niedrigen Temperaturen erzeugen die Materialien Infrarotstrahlung.

Bei Schwarzkörperstrahlung verschiebt sich der Peak mit steigender Temperatur in Richtung kürzerer Wellenlängen, wenn er sich in Richtung des ultravioletten Bereichs des Spektrums bewegt, und erzeugt eine rote, dann weiße und schließlich eine bläulich-weiße Farbe.
Glühlicht ist das am häufigsten verwendete Licht. Es besteht aus Sonne, Glühbirnen und Feuer.
Brände verwickeln chemische Reaktionen, die Wärme freisetzen und dazu führen, dass Materialien hohe Temperaturen berühren und schließlich die Gase und Materialien zur Glühbirne führen. Andererseits erzeugen Glühbirnen Wärme aufgrund des Durchgangs von elektrischem Strom durch ein Kabel. Glühbirnen senden etwa 90% ihrer Energie als Infrarotstrahlung und den Rest als sichtbares Licht aus.

Lumineszenz

Die Lumineszenz umfasst nur Elektronen und findet im Vergleich zu Glühlampen im Allgemeinen bei niedrigeren Temperaturen statt.
Lumineszierendes Licht entsteht, wenn ein Elektron einen Teil seiner Energie als elektromagnetische Strahlung abgibt. Wenn ein Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau springt, wird eine bestimmte Menge an Lichtenergie in Form von Lichtern einer bestimmten Farbe freigesetzt. Um eine kontinuierliche Lumineszenz aufrechtzuerhalten, benötigen die Elektronen im Allgemeinen einen konstanten Druck, um höhere Energieniveaus zu erreichen, damit der Prozess fortgesetzt wird.
Zum Beispiel erzeugen Neonlichter Licht durch Elektrolumineszenz, was eine Hochspannung (Push) beinhaltet, die die Gaspartikel anregt und schließlich zu Lichtemission führt.

Wie reist Licht?

Licht bewegt sich praktisch als Welle. Obwohl gemäß der geometrischen Optik, wird Licht so modelliert, dass es sich in Strahlen bewegt. Die Übertragung von Licht von einer Quelle zu einem Punkt kann auf drei Arten erfolgen:

  • Es kann direkt durch ein Vakuum oder einen leeren Raum wandern. Zum Beispiel Licht, das von der Sonne zur Erde wandert.
  • Es kann durch verschiedene Medien wie Luft, Glas usw. reisen.
  • Es kann sich nach dem Reflektieren fortbewegen, z. B. durch einen Spiegel oder einen stillen See.

Lichtenergie gegen Elektronenenergie

ElektronenenergieLichtenergie
• Elektronen haben Ruhemassenenergie, dh die Energie, die ihrer Masse im Ruhezustand entspricht. Die Restenergie eines Elektrons kann unter Verwendung der Einsteinschen Gleichung berechnet werden E = MC2.

• Wenn das Elektron sein Energieniveau ändert, indem es von einem Zustand höherer Energie in einen Zustand niedrigerer Energie übergeht, emittiert es Photonen.
• Lichtenergie liegt in Form von winzigen masselosen Energiepaketen vor, die als Photonen bezeichnet werden. Die Energiemenge in einem Photon hängt von der Wellenlänge des Lichts ab. E = hc / λ

• Wenn Photonen mit einer ausreichenden Menge an Lichtenergie auf ein Material fallen, absorbieren Elektronen die Energie und entweichen dem Material.

Verwendung von Lichtenergie.

Licht hat seine Anwendung in jedem Aspekt des Lebens. Ohne Lichtenergie wäre es uns unmöglich gewesen zu überleben.
Hier sind einige wesentliche Anwendungen der Lichtenergie in unserem Leben:

  • Licht ermöglicht das Sehen. Ein bestimmter Wellenlängenbereich des Lichts liefert die perfekte Energiemenge, die erforderlich ist, um die chemischen Reaktionen in unserer Netzhaut zu stimulieren und das Sehen zu unterstützen.
  • Durch Lichtenergie können Pflanzen durch Photosynthese Nahrung produzieren.
  • Lichtenergie wird als Energiequelle in Satelliten- und Weltraumtechnologien verwendet.
  • Solarenergie wird für verschiedene häusliche und industrielle Aktivitäten genutzt.
  • Lichtenergie (elektromagnetische Strahlung) wird in der Telekommunikationsindustrie eingesetzt.
  • Lichtenergie wird auch für mehrere medizinische Behandlungen verwendet.

Hinterlasse einen Kommentar

E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Pflichtfelder sind MIT * gekennzeichnet. *

Nach oben scrollen