أصغر جزء من الطاقة الضوئية يوجد بشكل مستقل

سعى الكثير من علماء الفيزياء مثل نيوتن وهيوجين في التعرف على مكونات الطاقة الضوئية، وتم الوصول إلى أن أصغر جزء من الطاقة الضوئية يوجد بشكل مستقل هو الفوتون.

وفي هذا الموضوع سوف نتعرف على الطاقة الضوئية وخصائصها ومصادرها، كما سنتعرف على مفهوم الفوتونات وخصائصها، وسوف نوضح علاقة الطاقة بالضوء.

الطاقة الضوئية

الطاقة الضوئية هي طاقة يمكن الحصول عليها من أشعة الشمس في الأضواء الصادرة منها في ما يُعرف بالأطوال الموجية المحددة، والسرعة الضوئية تصل إلى 300 ألف كم/ث، مما يدل على أن الشعاع الشمسي الذي يصل للكوكب الأرضي في هذا الوقت تكون قد خرجت من الشمس منذ 10 دقائق فائتة.

وتعمل الجزيئات الضوئية خلال سيرها بالضغط على أي جسيم أخر، فمثلًا تقوم الأشعة الشمسية بالتصادم بورقة احدى الأشجار خلال دخولها لسطح الأرض فينتج عن ذلك ارتفاع درجات الحرارة على سطحها.

كما أن الطاقة الضوئية القادمة من الأشعة الشمسية تستطيع إحراق جسم الكائن الحي بالشكل البسيط أحيانًا، أو قد تتسبب هذه الأشعة في تغيير لون جلد الإنسان للون الداكن، أو قد تتسبب في الإصابة بضربة الشمس، وهذه من اهم الأمثال المرتبطة بتأثير طاقة الضوء على الإنسان والطبيعة.

الطاقة الضوئية لها وحدة قياس محددة، فوحدتها تعمل على قياس الضوء وشدته وطوله الموجي وعلاقته بقدرة الكائن الحي على مشاهدته والتأثر به، بمعنى انه لا يتم قياس طوله الموجي الذي يتعدى سبعمائة أو ينقص عن أربعمائة.

مصادر الطاقة الضوئية

تتعدد مصادر الطاقة الضوئية وتختلف بالشكل الكبير بتعدد المصادر القادمة منها، وفيما يلي مصادر الضوء المختلفة:

• مصادر الطاقة الضوئية الطبيعية

وهي المصادر التي ينتج عنها الضوء بشكل طبيعي بدون تدخل بشري أو حيوي أو صناعي، كالشمس، والقمر، والنجوم، والنيران، والطاقة الكهربائية الناتجة عن البرق.

• مصادر الطاقة الضوئية الحيوية

وهي المصادر التي تستطيع إنتاج الضوء بشكل حيوي كالمخلوقات الحية التي تعمل أجسامها على إصدار الطاقة الضوئية منها، كاليراعة، وهي من الحشرات المضيئة، وقنديل البحر.

• مصادر الطاقة الضوئية الصناعية

وهي الطاقة الضوئية الناتجة عن ما توصل إليه العنصر البشري من صناعات واختراعات، كالمصباح اليدوي، والكشافات الضوئية، والمصابيح الكهربائية، والأجهزة الإلكترونية كالتلفاز، والهواتف المحمولة.

شاهد أيضًا: كم تبلغ سرعة الضوء في الثانية الواحدة؟

الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هو أهم مصدر من مصادر طاقة الضوء، كما أنها أكثر المصادر في الاستخدام، فيتم استخدام الأشعة القادمة من الشمس للاستفادة منها في استخدامات عديدة، ويتوقع الكثير من الخبراء أن الدول سوف تعتمد على طاقة الشمس كمصدر للطاقة المتجددة اعتمادًا كليًا بنهاية القرن الحادي والعشرين.

فالأشعة الشمسية من الأشياء الطبيعية المستديمة والمستمرة والمتوفرة باستمرار، فضلًا عن كونها لا تتعرض للنضب مثل ما يحدث في الغازات الطبيعية والوقود الأحفوري.

وعلى الرغم من ذلك إلا أن الأشعة الشمسية الواصلة للكرة الأرضية تمثل نصف الأشعة التي أنتجتها بالفعل، كما أن 45 % منها تمثل أشعة تحت الحمراء، ولذلك فإن الشعاع الضوئي المرئي والذي يصل بشكل فعلي للكرة الأرضية يمثل نسبة بسيطة جدًا من إجمالي الأشعة الضوئية الكلية الصادرة منها.

ويتم الاستفادة من الطاقة الضوئية الناتجة عن الشمس باستخدامها بواسطة ما يُعرف بالألواح الشمسية الملتقطة لها، والتي تعمل على تحويل بعضها لطاقة كهرباء يمكن استغلالها في الكثير من الأغراض المختلفة.

وتتميز هذه الألواح بالإعتام الشديد لتتمكن من امتصاص أكبر قدر من الضوء، بينما تنعكس كمية صغيرة جدًا منها.

خصائص الضوء

توجد ثلاث خصائص للضوء، وتتمثل هذه الخصائص في النقاط التالية:

• خصائص هندسية

الضوء يسير في خط مستقيم، مما يجعله يقوم بالانتشار في الأماكن الفارغة باستقامة وبشكل عمودي، ويُعرف اتجاه مروره بالأشعة الضوئية، وهو المعروفة باسم مبدأ ” فيرما “.

والذي يُقصد منه بأنه الأضواء السالكة لأقصر الطرق حتى تتمكن من الوصول، ومن المعروف أن أقصر طريق يمكن الوصول من خلالها هو الخطوط المستقيمة، ومن خصائصه الهندسية أيضًا ما يُعرف بالانعكاس، وبالانكسار، وبالتشتت.

• خصائص موجية

وهي الخصائص المرتبطة بالتداخل، وبالحيود، وبالاستقطاب، وبالانكسار.

• خصائص استقلالية

وهي الظاهرة عند تقاطع الشعاع الضوئي مع بعضه، بحيث لا يُؤثر شعاع على الأخر، بل يسير كلًا منهم في طريقه دون أي تأثير من الآخر.

شاهد أيضًا: طبيعة الضوء ونظرياته المختلفة

ما هي الفوتونات

الفوتون هو أصغر جزء من الطاقة الضوئية يوجد بشكل مستقل، وهو معروف باسم الكميات الضوئية أو كميات الضوء، ويمكن تعريفها بأنها مجموعة دقيقة من الشعاع الكهرومغناطيسي.

والمتواجدة في الكثير من الأشعة بأشكالها المختلفة، مثل أشعة جاما، والأشعة السينية التي تتميز بطاقتها المرتفعة، والأشعة الحمراء، والمتواجدة بموجات الراديو التي تتميز بطاقتها المتدنية أيضًا.

وبالجدير ذكره أن سرعة الفوتون يتسبب في عدم تداركه، حيث أنه مقارب للسرعة الخاصة بالضوء.

ظهر مصطلح للفوتون بأنه بوزون من بين الجسيم الغير ذري عام 1905م، وذلك من خلال ما فسره العالم الشهير ” ألبرت آينشتاين ” للتأثيرات الكهروضوئية.

حيث أنه قام باقتراح في هذا الوقت تواجد مجموعة من الطاقة المنقسمة خلال انتقال الشعاع الضوئي، وذلك بعد تمهيد العالم الفيزيائي صاحب الجنسية الألمانية ” ماكس بلانك ” للمفهوم السابق في عام 1900م بواسطة توضيحه بأن شعاع الحرارة ينبعث ويمتص بوحدات تتسم بالاستقلال أو بالكمية.

تم استخدام مفهوم الفوتون في عام 1923م، وذلك بعدما أظهر عالم الفيزياء صاحب الجنسية الأمريكية والمعروف باسم ” آرثر إتش كومبتون ” طبيعة الجسم للشعاع السيني.

ولكنه لم يُستخدم على وجه العموم حتى عام 1926م، وبالجدير ذكره أن كلمة ” فوتونات ” هي كلمة من اليونان ( Photos ) والمقصود منها هو الأضواء.

خصائص الفوتون

الفوتون هو جسيم أولي، وبالرغم من أن ليس له كتلة إلا أنه لا يمكنه أن يتحلل من نفسه، وهو محايد على المستوى الكهربي بالرغم من أن طاقة الفوتون يمكن إنشاؤه عندما يتفاعل مع أي جسيم آخر.

كما أن الفوتون هو جزيء يدور مع المحاور الدورانية إلى الأمام أو إلى الخلف معتمدًا على اتجاه الفوتونات إذا كانت متجهة ناحية اليمين أو ناحية اليسار، وهذه الخاصة هي التي تقوم بالسماح للضوء باستقطابه، فهناك الكثير من المميزات التي تميز الفوتون التي تتمثل في النقاط التالية:

• يمتلك الفوتون مميزات الجسيم والموجة في وقت واحد.
• الفوتون يتحرك بسرعات تتسم بالثبات بمساحة فارغة تساوي ج = 2.9979 × 10^8 م/ث، وهي معادلة لسرعة الضوء.
• مع اعتبار أن الفوتون جسيمات ليس لها كتلة، فمن الممكن القيام بإنشائه والتخلص منه بتدميره عند امتصاص الشعاع أو انبعاثه.
• يمكن للفوتون أن يقوم بالتفاعل مع الإلكترون أو الجسيم، ومن أمثلة ذلك التأثير الخاص بالكومبتون، الذي يصطدم فيه جزيء الضوء مع الذرة مسببًا إطلاق الإلكترون.

شاهد أيضًا: ما هو الضوء الفيزيائي؟

علاقة الطاقة بالضوء

كثيرً ما يُقال أن الضوء يتكون من فوتونات كثيرة منتشرة في الفراغات، ومن الممكن تعريف الفوتون بأنه نوع إشعاعي من الطاقة.

وهو الذي ينشأ نتيجة لقفز الإلكترون الموجود بالذرة من مستويات عالية لمستويات منخفضة، فيقوم الإلكترون بإصدار طاقة إشعاع بموجة محددة، وهذه الموجة تكون على هيئة فوتون.

ويمكن أن ينتقل الإلكترون من مستويات لأخرى، في حالة إذا تعرض للإثارة من الطاقة وأشكالها، مثل الحرارة.

وهنا تظهر العلاقة الطاقة بالضوء، فهما لا يمكن أن يتفرقا، وبدون الطاقة والضوء لا تستمر الحياة على وجه الأرض، فيتم استخدام الطاقة والضوء سويًا بيولوجيًا وفيزيولوجيًا.

وفي نهاية الموضوع وبعد أن تعرفنا على الطاقة الضوئية ومصادرها، وتعرفنا على خصائص الضوء المختلفة، وتحدثنا عن أصغر جزء من الطاقة الضوئية يوجد بشكل مستقل وهو الفوتون.

وتحدثنا أيضًا عن علاقة الطاقة بالضوء، عليكم فقط مشاركة هذا الموضوع في جميع وسائل التواصل الاجتماعي.