TENAGA CAHAYA: CIRI, JENIS, PEMEROLEHAN, CONTOH - SAINS - 2025

The tenaga cahaya atau cahaya adalah cahaya yang membawa gelombang elektromagnet. Tenaga inilah yang menjadikan dunia di sekitar kita dapat dilihat dan sumber utamanya adalah Matahari, yang merupakan sebahagian daripada spektrum elektromagnetik, bersama dengan bentuk lain dari sinaran yang tidak dapat dilihat.

Gelombang elektromagnetik menjalin interaksi dengan jirim dan mampu menghasilkan pelbagai kesan mengikut tenaga yang mereka bawa. Oleh itu, cahaya bukan sahaja membolehkan objek dilihat, tetapi juga menghasilkan perubahan jirim.

Gambar 1. Matahari adalah sumber utama tenaga cahaya di Bumi. Sumber: Pixabay.

Ciri-ciri tenaga cahaya

Antara ciri utama tenaga cahaya adalah:

-Ia mempunyai sifat ganda: pada tahap makroskopik cahaya berkelakuan seperti gelombang, tetapi pada tahap mikroskopik ia menunjukkan sifat zarah.

-Ia diangkut dengan bungkusan atau "quanta" cahaya yang disebut foton. Foton kekurangan jisim dan cas elektrik, tetapi mereka dapat berinteraksi dengan zarah lain seperti atom, molekul atau elektron dan memindahkan momentum kepada mereka.

-Tidak memerlukan medium bahan untuk menyebarkan. Anda boleh melakukannya dalam keadaan hampa dengan kelajuan cahaya: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-Tenaga cahaya bergantung pada kekerapan gelombang. Sekiranya kita menunjukkan tenaga dan f sebagai frekuensi sebagai E, tenaga cahaya diberikan oleh E = hf di mana h adalah pemalar Planck, yang nilainya adalah 6.625 10 ^–34 J • s. Semakin tinggi frekuensi, semakin banyak tenaga.

-Seperti jenis tenaga lain, ia diukur dalam Joules (J) dalam Sistem Unit Antarabangsa SI.

-Panjang gelombang cahaya yang dapat dilihat antara 400 hingga 700 nanometer. 1 nanometer, disingkat nm, sama dengan 1 x 10 ^-9 m.

-Frekuensi dan panjang gelombang λ dihubungkan oleh c = λ.f, oleh itu E = hc / λ.

Jenis tenaga cahaya

Tenaga cahaya dapat dikelaskan mengikut sumbernya dalam:

-Tidak semula jadi

-Artif

Rajah 2. Spektrum cahaya gelombang elektromagnetik yang dapat dilihat adalah jalur berwarna sempit. Sumber: F. Zapata.

Tenaga cahaya semula jadi

Keunggulan sumber tenaga cahaya semula jadi adalah Matahari. Sebagai bintang, Matahari mempunyai pusat reaktor nuklear yang mengubah hidrogen menjadi helium melalui tindak balas yang menghasilkan sejumlah besar tenaga.

Tenaga ini meninggalkan Matahari dalam bentuk cahaya, panas dan jenis sinaran lain, secara berterusan memancarkan sekitar 62,600 kilowatt untuk setiap meter persegi permukaan -1 kilowatt bersamaan dengan 1000 watt, yang pada gilirannya sama dengan 1000 joule / saat-.

Tumbuhan menggunakan sebilangan besar tenaga ini untuk melakukan fotosintesis, proses penting yang menjadi asas kehidupan di Bumi. Sumber cahaya semula jadi yang lain, tetapi dengan lebih sedikit tenaga, adalah bioluminescence, fenomena di mana organisma hidup menghasilkan cahaya.

Kilat dan api adalah sumber tenaga cahaya lain di alam, yang pertama tidak dapat dikawal dan yang terakhir telah menemani umat manusia sejak zaman prasejarah.

Tenaga cahaya buatan

Bagi sumber tenaga cahaya buatan, mereka memerlukan menukar jenis tenaga lain, seperti elektrik, kimia atau kalori, menjadi cahaya. Mentol pijar masuk dalam kategori ini, yang filamennya sangat panas memancarkan cahaya. Atau juga cahaya yang diperoleh melalui proses pembakaran, seperti nyalaan lilin.

Sumber tenaga cahaya yang sangat menarik adalah laser. Ia mempunyai banyak aplikasi dalam berbagai bidang termasuk perubatan, komunikasi, keselamatan, pengkomputeran, dan teknologi aeroangkasa, antara lain.

Rajah 3. Mesin pemotong menggunakan laser untuk membuat pemotongan industri berketepatan tinggi. Sumber: Pixabay.

Penggunaan tenaga cahaya

Tenaga cahaya membantu kita berkomunikasi dengan dunia di sekitar kita, bertindak sebagai pembawa dan pemancar data dan memberitahu kita tentang keadaan persekitaran. Orang-orang Yunani kuno sudah menggunakan cermin untuk menghantar isyarat dengan cara yang kurang baik dari jarak jauh.

Ketika kita menonton televisyen, misalnya, data yang dikeluarkannya, dalam bentuk gambar, sampai ke otak kita melalui deria penglihatan, yang memerlukan tenaga cahaya untuk meninggalkan jejak pada saraf optik.

By the way, untuk komunikasi telefon, tenaga cahaya juga penting, melalui serat optik yang dipanggil yang mengalirkan tenaga cahaya, meminimumkan kerugian.

Yang kita tahu mengenai objek jauh adalah maklumat yang diterima melalui cahaya yang dipancarkannya, dianalisis dengan pelbagai instrumen: teleskop, spektrograf, dan interferometer.

Bekas bantuan untuk mengumpulkan bentuk objek, kecerahannya - jika banyak foton sampai ke mata kita, itu adalah objek berkilat - dan warnanya, yang bergantung pada panjang gelombang.

Ini juga memberikan idea pergerakannya, kerana tenaga foton yang dikesan oleh pemerhati berbeza ketika sumber yang memancarkannya bergerak. Ini dipanggil kesan Doppler.

Spektrograf mengumpulkan cara cahaya ini diedarkan - spektrum - dan menganalisisnya untuk mendapatkan idea mengenai komposisi objek. Dengan interferometer, anda dapat membezakan cahaya dari dua sumber, walaupun teleskop tidak mempunyai resolusi yang cukup untuk membezakan antara keduanya.

Kesan fotovoltaik

Tenaga cahaya yang dipancarkan oleh Matahari dapat diubah menjadi elektrik berkat kesan fotovoltaik, yang ditemukan pada tahun 1839 oleh saintis Perancis Alexandre Becquerel (1820-1891), bapa Henri Becquerel, yang menemui radioaktif.

Ini berdasarkan fakta bahawa cahaya mampu menghasilkan arus elektrik, dengan menerangi sebatian silikon semikonduktor yang mengandungi kekotoran unsur-unsur lain. Ia berlaku bahawa apabila cahaya menerangi bahan, ia memindahkan tenaga yang meningkatkan pergerakan elektron valens, dan dengan itu meningkatkan pengaliran elektriknya.

Mendapatkan

Sejak awal, manusia berusaha untuk mengawal semua bentuk tenaga, termasuk tenaga cahaya. Walaupun Matahari memberikan sumber yang hampir tidak habis-habisnya pada waktu siang, selalu diperlukan untuk menghasilkan cahaya dalam beberapa cara untuk melindungi dirinya dari pemangsa dan terus melaksanakan tugas-tugas yang dimulakan pada siang hari.

Adalah mungkin untuk mendapatkan tenaga cahaya melalui beberapa proses yang dapat dikendalikan dalam beberapa cara:

-Pembakaran, semasa membakar zat, ia mengoksidasi, mengeluarkan haba dan sering ringan semasa proses.

-Incandescence, ketika memanaskan filamen tungsten misalnya, seperti lampu elektrik.

Rajah 4. Mentol pijar berfungsi dengan mengalirkan arus elektrik melalui filamen tungsten. Apabila dipanaskan, ia memancarkan haba dan cahaya. Sumber: Pixabay.

-Luminescence, dalam kesan ini cahaya dihasilkan oleh bahan-bahan tertentu yang menarik dalam beberapa cara. Beberapa serangga dan alga menghasilkan cahaya, yang disebut bioluminescence.

-Electroluminescence, ada bahan yang memancarkan cahaya ketika dirangsang oleh arus elektrik.

Dengan mana-mana kaedah ini, cahaya diperoleh secara langsung, yang selalu mempunyai tenaga cahaya. Kini, menghasilkan tenaga cahaya dalam kuantiti yang banyak adalah perkara lain.

Kelebihan

-Tenaga cahaya mempunyai peranan yang sangat relevan dalam penghantaran maklumat.

-Menggunakan tenaga cahaya dari Matahari adalah percuma, ia juga merupakan sumber yang hampir tidak habis-habisnya, seperti yang telah kita katakan.

-Tenaga cahaya, dengan sendirinya, tidak mencemarkan (tetapi beberapa proses untuk memperolehnya).

-Di tempat di mana cahaya matahari melimpah sepanjang tahun, adalah mungkin untuk menjana elektrik dengan kesan fotovoltaik dan dengan itu mengurangkan pergantungan pada bahan bakar fosil.

-Fasiliti yang menggunakan tenaga cahaya Matahari senang dijaga.

-Pendedahan yang singkat terhadap cahaya matahari diperlukan agar tubuh manusia mensintesis vitamin D, penting untuk tulang yang sihat.

-Tanpa tenaga cahaya, tumbuhan tidak dapat melakukan fotosintesis, yang menjadi asas kehidupan di Bumi.

Kekurangan

-Ini tidak dapat dipuji, tidak seperti jenis tenaga lain. Tetapi sel fotovoltaik dapat disokong oleh bateri untuk memperluas penggunaannya.

-Pada dasarnya, kemudahan yang menggunakan tenaga cahaya itu mahal dan juga memerlukan ruang, walaupun kosnya telah menurun seiring dengan waktu dan peningkatan. Bahan baru dan sel fotovoltaik fleksibel sedang diuji untuk mengoptimumkan penggunaan ruang.

-Paparan cahaya matahari yang berpanjangan atau langsung menyebabkan kerosakan pada kulit dan penglihatan, tetapi terutama disebabkan oleh sinaran ultraviolet, yang tidak dapat kita lihat.

Contoh tenaga cahaya

Sepanjang bahagian sebelumnya kami telah menyebut banyak contoh tenaga cahaya: cahaya matahari, lilin, laser. Khususnya, terdapat beberapa contoh tenaga cahaya yang sangat menarik, kerana beberapa kesan yang disebutkan di atas:

Lampu yang dipimpin

Rajah 5. Lampu LED lebih cekap daripada lampu pijar, kerana mereka mengeluarkan lebih sedikit haba dan memancarkan tenaga cahaya lebih lama. Sumber: Pixabay.

Nama lampu LED berasal dari English Light Emitting Diode dan dihasilkan dengan mengalirkan arus elektrik intensiti rendah melalui bahan semikonduktor, yang sebagai tindak balas memancarkan cahaya bertenaga dan berprestasi tinggi.

Lampu LED tahan lebih lama daripada lampu pijar tradisional dan jauh lebih efisien daripada lampu pijar tradisional, di mana hampir semua tenaga diubah menjadi panas, bukannya cahaya. Itulah sebabnya mengapa lampu LED kurang mencemarkan, walaupun harganya lebih tinggi daripada lampu pijar.

Bioluminescence

Banyak makhluk hidup mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga cahaya, melalui tindak balas biokimia di dalamnya. Serangga, ikan dan bakteria antara lain mampu menghasilkan cahaya mereka sendiri.

Dan mereka melakukannya dengan alasan yang berbeza: perlindungan, menarik pasangan, sebagai sumber untuk menangkap mangsa, untuk berkomunikasi dan jelas, untuk menerangi jalan.

Rujukan

1. Blair, B. Asas Cahaya. Dipulihkan dari: blair.pha.jhu.edu
2. Tenaga solar. Kesan fotovoltaik. Dipulihkan dari: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Mengintegrasikan Sains.6. Edisi. Bukit McGraw.
4. Alam Semesta Hari Ini. Apa itu Tenaga Cahaya. Dipulihkan dari: universetoday.com.
5. Vedantu. Tenaga Cahaya. Dipulihkan dari: vedantu.com.
6. Wikipedia. Tenaga ringan. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.