|
|
| |
 Przewa¿nie wiele osób nie zdaje sobie sprawy z tego jak prawa fizyki wp³ywaj± na ¿ycie i codzienne funkcjonowanie ludzi. Nie wzbudza w±tpliwo¶ci fakt, i¿ foton stanowi podstawow± jednostkê obecn± w ¶wiecie fizyki i jednocze¶nie odgrywaj±c± kluczow± rolê. Dla wielu osób foton nie jest znanym zjawiskiem, gdy¿ nie ma zapachu, smaku, nie mo¿na go dotkn±æ ani zobaczyæ. Pomimo tego warto wiedzieæ czym jest foton oraz jaki wp³yw jego obecno¶æ ma na prawa fizyki oraz na ¿ycie ludzi.
Foton - co to jest?
Foton w ujêciu naukowym okre¶lony zosta³ jako cz±steczka promieniowania elektromagnetycznego. Ca³y proces powstawania fotonu odbywa siê wewn±trz S³oñca, która w formie ¶wiat³a oraz energii jest transportowana w stronê Ziemi oraz innych cia³ niebieskich w uk³adzie s³onecznym. Sam foton powstaje poprzez nieustanne zderzanie siê ze sob± oraz wzajemne zgniatanie siê dwóch pierwiastków (wodoru oraz helu).
Pod wp³ywem zderzania siê oraz ogromnego ci¶nienia, jakie panuje wewn±trz S³oñca, powstaje paliwo wodorowe. Nastêpnie jest ono transportowane z j±dra S³oñca w stronê jego powierzchni. Gdy fotony przedostan± siê ju¿ na powierzchniê s± one wysy³ane wraz z wiatrem s³onecznym m.in. w stronê Ziemi. Warto tutaj nadmieniæ, i¿ ca³y proces tworzenia siê fotonów jest nazywany przez naukowców jako remisja i mo¿e trwaæ nawet kilka milionów lat. Dziêki temu mo¿na ³atwo doj¶æ do wniosku, i¿ promienie oraz ¶wiat³o s³oneczne obecnie obserwowane na Ziemi powsta³o wiele milionów lat temu.
Czym charakteryzuje siê foton?
Z racji tego, i¿ foton to zjawisko fizyczne, charakteryzuje siê pewnymi unikatowymi cechami. Sprawiaj± one, i¿ naukowcy ci±gle dowiaduj± siê nowych rzeczy, które redefiniuj± wspó³czesne rozumienie pojêcia foton czy te¿ ogólnie fizyki. Do cech charakterystycznych fotonu mo¿na niezaprzeczalnie zaliczyæ:
+ nie da siê go obserwowaæ za pomoc± ludzkich zmys³ów - dotyczy to wszystkich znanych zmys³ów ludzkich tj. zmys³ smaku, zapachu, dotyku, wzroku oraz s³uchu. Jest to materia, której masa jest mierzona w nanometrach, tote¿ nie da siê jej zobaczyæ ani dotkn±æ. Nie ma ona te¿ zapachu ani smaku, przez co praktycznie nikt nie ma ¶wiadomo¶ci o ich istnieniu;
+ porusza on bardzo szybk± prêdko¶æ przemieszczania siê - prêdko¶æ poruszani siê fotonów opisywana jest jako prêdko¶æ ¶wiat³a. Jest to jak dot±d najwiêksza prêdko¶æ z jak± mo¿e siê poruszaæ materia;
+ ma mo¿liwo¶æ pokonywania ogromnych prêdko¶ci w niewielkich odstêpach czasu - wed³ug badañ naukowców fotony mog± pokonywaæ miliardy kilometrów w bardzo krótkich odstêpach czasu. Odleg³o¶æ z jak± foton pokonuje dan± odleg³o¶æ mierzona jest w latach ¶wietlnych. Warto wiedzieæ, i¿ fotony mog± pokonywaæ tak spore odleg³o¶ci po lekko zakrzywionym torze cia³ niebieskich;
+ brak znanej cz³owiekowi formy fizycznej - fotony nie maj± kszta³tu, gdy¿ s± to tylko cienkie wi±zki ¶wiat³a, które trafiaj± na Ziemiê jak i na inne cia³a niebieskie wraz z wiatrem s³onecznym;
+ nie ma mo¿liwo¶ci zatrzymania fotonu - jedyn± znan± cz³owiekowi form± fizyczn± jaka mo¿e powstrzymaæ foton jest tzw. "czarna dziura". Jest to zjawisko fizyczne, które dopiero niedawno zosta³o poznane przez fizyków i naukowców na ca³ym ¶wiecie. Opisuje ono sytuacje, gdy zapada siê gwiazda a w jej miejsce w przestrzeni kosmicznej powstaje ogromna wyrwa. Wówczas fotony w formie cz±stek ¶wiat³a nie s± w stanie uciec i zostaj± uwiêzione wewn±trz czarnej dziury.
Powy¿szy zbiór cech opisuje z³o¿one i jeszcze nie do koñca poznane zjawisko, jakim jest foton. Choæ jednak z pozoru jest to niewidoczna materia, ma ona niebagatelny wp³yw na ¿ycie cz³owieka.
Foton - jak± rolê pe³ni?
W nawi±zaniu do cech charakterystycznych fotonu warto wiedzieæ jak± rolê pe³ni on w ¶wiecie fizyki oraz w jaki sposób wp³ywa on na codzienne funkcjonowanie cz³owieka. Przede wszystkim foton jest transportowany ze S³oñca w stronê innych planet Uk³adu S³onecznego w formie cz±stki ¶wiat³a i energii. Przez to foton jest uto¿samiany z promieniowaniem elektromagnetycznym oraz ¶wiat³em. ¦wiat³o s³oneczne stanowi z kolei podstawê ¿ycia wszystkich organizmów ¿ywych i pe³ni kluczow± rolê w wielu innych procesach fizycznych oraz biologicznych.
W przypadku procesów biologicznych fotony w formie cz±stek ¶wiat³a bior± udzia³ m.in. w procesie fotosyntezy. Poza tym ¶wiat³o s³oneczne pe³ni kluczow± rolê w dobowym cyklu ¿ycia wszystkich organizmów ¿ywych. W przypadku ludzi fotony w formie ¶wiat³a s³onecznego dyktuj± dobowy cykl ¿ycia, co przek³ada siê na pracê serca, oraz innych uk³adów i organów. Dziêki temu maj± one niebagatelny wp³yw na zdrowie oraz ¿ycie ludzi, zwierz±t oraz ro¶lin. Dodatkowo foton w formie ¶wiat³a s³onecznego ma wp³yw na kszta³towanie siê pogody oraz klimatu na ca³ej Ziemi.
Foton a fotowoltaika - co to ma ze sob± wspólnego?
Oprócz wp³ywu fotonów na zdrowie oraz ¿ycie ludzi, a tak¿e innych ro¶lin oraz zwierz±t, fotony odnajduj± równie¿ zastosowanie typowo w dzia³alno¶ci cz³owieka. Mowa tutaj przede wszystkim o fotowoltaice. Fotowoltaika, z definicji, jest to bardzo prosty sposób pozyskiwania energii elektrycznej ze S³oñca, a w³a¶ciwie z promieni s³onecznych jakie padaj± na specjalnie zaadaptowane do tego panele. Wspomniane panele fotowoltaiczne stanowi± krzemowe p³yty, które s± bardzo czêsto spotykane na dachach domów oraz budynków u¿yteczno¶ci publicznej.
Foton sam w sobie jest no¶nikiem oddzia³ywañ elektromagnetycznych co stanowi podstawê dzia³ania fotowoltaiki. Opisywane zjawisko fotowoltaiczne, które jest odpowiedzialne za wytwarzanie energii elektrycznej, zosta³o odkryte w XIX wieku, a opracowane i uznane za prawo fizyczne w 1921 r. przez Alberta Einsteina. Zasada dzia³ania zjawiska fotowoltaicznego polega na budowie pó³przewodnika tworz±cego w ten sposób ³±cze p-n. Na w ten sposób powsta³e z³±cze pada wi±zka ¶wiat³a zoo¿on± z fotonów. Dziêki temu, i¿ fotony dzia³aj± na panel fotowoltaiczny z ogromn± energi± wprawiaj± one w ruch elektrony znajduj±ce siê na powierzchni panelu. Elektrony poruszaj± siê z kolei w dwa osobne skupiska obszarów o odrêbnym ³adunku dziêki czemu powstaje napiêcie elektryczne.
Foton - sojusznik dzia³añ ekologicznych
Powy¿szy opis zjawiska sprawia, i¿ elektron pod postaci± ¶wiat³a s³onecznego jest wielkim sprzymierzeñcem dzia³añ ekologicznych. Ju¿ od wielu lat panele fotowoltaiczne s± stosowane jako lokalne generatory energii dla wybranego budynku czy te¿ domu. Coraz wiêcej osób decyduje siê na instalacjê paneli fotowoltaicznych ze wzglêdu na stosunkowo tani± produkcjê energii na w³asne potrzeby, która bêdzie s³u¿yæ wybranemu gospodarstwu domowemu przez d³ugi okres czasu.
Same panele fotowoltaiczne z kolei stanowi± jedno z najczê¶ciej wykorzystywanych ¼róde³ produkcji energii elektrycznej równie¿ na masow± skalê. Wytwarzanie pr±du z fotonów nie powoduje emisji gazów cieplarnianych przez co nie ma to negatywnego wp³ywu na ¶rodowisko naturalne. Tym samym produkcja energii elektrycznej poprzez zastosowanie fotonów niesie ze sob± wiele korzystnych rozwi±zañ. Pr±d elektryczny produkowany z tego ¼ród³a jest nie tylko tani oraz ³atwo dostêpny. Dziêki zastosowaniu paneli fotowoltaicznych oraz wykorzystaniu ¶wiat³a s³onecznego mo¿na w prosty sposób odchodziæ od u¿ywania paliw kopalnych do produkcji energii. Dziêki temu fotony nazywane s± sprzymierzeñcami produkcji zielonej energii oraz zdrowia i ¿ycia wszystkich organizmów ¿ywych.
Gdzie jeszcze foton znajduje zastosowanie?
Z racji faktu, i¿ foton znajduje ogromne zastosowanie w produkcji energii elektrycznej, coraz wiêcej organizacji lokalnych jak i miêdzynarodowych interesuje siê wykorzystaniem cech fotonów oraz energii s³onecznej gdzie indziej. Mowa tutaj przede wszystkim o produkcji nowego rodzaju paliwa napêdowego do wszelkiego rodzaju pojazdów. Ju¿ teraz na ¶wiecie powoli produkowane s± oraz wprowadzane na rynek pojazdy elektryczne. Mowa tutaj przede wszystkim o:
+ samochodach elektrycznych;
+ hulajnogach elektrycznych;
+ projekcie statków kosmicznych opartych o poruszanie siê dziêki energii uzyskiwanej z energii s³onecznej.
Pierwsze dwa rodzaje pojazdów zosta³y ju¿ wprowadzone na rynek lub s± w fazie testów. Zasada dzia³aniach tych rodzajów pojazdów opiera na zamontowanie paneli fotowoltaicznych np. na dachu, lub w innych miejscach, gdzie jest ³atwy dostêp do pozyskiwania energii elektrycznej ze ¶wiat³a s³onecznego. Zasada poruszania siê tymi pojazdami jest oparta na tym samym dzia³aniu co wytwarzanie pr±du elektrycznego z paneli fotowoltaicznych umieszczonych na dachach domów. Naukowcy rozwi±zali równie¿ problem, który móg³by pojawiæ siê w sytuacji, gdy aktualnie nie panuje s³oneczny dzieñ. Wówczas tego typu pojazdy napêdzane wytworzon± energi± elektryczn± mog³yby magazynowaæ zapasy energii celem ich pó¼niejszego u¿ycia w dni, gdy nie ¶wieci S³oñce.
Z kolei fotony jak i panele fotowoltaiczne maj± równie¿ zastosowanie w produkcji energii dla nowego typu statków kosmicznych. Coraz czê¶ciej mo¿na us³yszeæ o badaniach nad pojazdami kosmicznymi poruszanymi przez tzw. ¿agle s³oneczne. Ich zasada dzia³ania opiera siê na wykorzystanie ¶wiat³a s³onecznego, a konkretnie - wiatru s³onecznego. Wiatr s³oneczny sk³ada siê wy³±cznie z rozpêdzonej masy fotonów, które uderzaj±c w powierzchniê "¿agla s³onecznego" przekierowuj± wytworzon± energiê do silnika statku. W ten sposób mo¿na w prosty sposób uzyskaæ niezbêdn± do poruszania siê energiê w nowoczesnych statkach kosmicznych.
Problem jednak dotyczy sytuacji, gdy statek kosmiczny oddala siê od ¼ród³a energii. Im dalej wybrany pojazd kosmiczny znajduje siê od S³oñca tym mniej fotonów uderza w ¿agle s³oneczne. To z kolei skutkuje stopniowo zmniejszaj±c± siê prêdko¶ci±, z jak± mo¿e poruszaæ siê pojazd kosmiczny.
Podsumowuj±c mo¿na stwierdziæ, i¿ z pozoru niewidoczna materia jak± jest foton, ma niebagatelny wp³yw na wiele aspektów ¿ycia cz³owieka oraz innych organizmów ¿ywych. Bez obecno¶ci fotonu nie istnia³oby ¶wiat³o s³oneczne co z kolei poci±gnê³oby za sob± brak mo¿liwo¶ci powstania ¿ycia. Dziêki niewidocznym cz±steczkom materii nie tylko istnieje ¿ycie, ale i nowy rodzaj energii elektrycznej, która mo¿e byæ wykorzystywana przez cz³owieka nie tylko w codziennym ¿yciu.
Data dodania: 2020-04-14
|
|
|
|
|
