ENERGIA LUMÍNICA: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, OBTENCIÓ, EXEMPLES - CIÈNCIA - 2025

La energia lumínica o lluminosa és la que transporta la llum, una ona electromagnètica. Es tracta de l'energia que torna visible a el món que ens envolta i la seva major font és el Sol, formant part de l'espectre electromagnètic, al costat d'altres formes de radiació no visible.

Les ones electromagnètiques estableixen interacció amb la matèria i són capaços de produir diversos efectes d'acord a l'energia que portin. Així, la llum no només permet veure els objectes, sinó que també genera canvis en la matèria.

Figura 1. El Sol és la principal font d'energia lluminosa de la Terra. Font: Pixabay.

Característiques de l'energia lumínica

Entre les principals característiques de l'energia lluminosa es tenen:

-Posseeix una naturalesa dual: a nivell macroscòpic la llum es comporta com una ona, però a nivell microscòpic exhibeix propietats de partícula.

-Es transporta mitjançant paquets o "quants" de llum anomenats fotons. Els fotons no tenen massa i de càrrega elèctrica, però poden interactuar amb altres partícules com àtoms, molècules o electrons i transferir-momentum.

-No requereix d'un medi material per propagar-se. Pot fer-ho en el buit a la velocitat de la llum: c = 3 × 10 ⁸ m / s.

-La energia lluminosa depèn de la freqüència de l'ona. Si denotem com E a l'energia yfa la freqüència, l'energia lluminosa ve donada per E = hf on h és la constant de Planck, el valor és 6.625 10 ^-34 J • s. A més freqüència, més energia.

-Igual que altres tipus d'energia, es mesura en Joules (J) en el Sistema Internacional d'Unitats SI.

-Les longituds d'ona de la llum visible es troben entre 400 i 700 nanòmetres. 1 nanòmetre, abreujat com nm, equival a 1 x 10 ^-9 m.

-La freqüència i la longitud d'ona λ estan relacionades mitjançant c = λ.f, per tant E = hc / λ.

Tipus d'energia lumínica

L'energia lluminosa pot classificar-se segons la seva font en:

-Natural

-Artificial

Figura 2. L'espectre de llum visible de les ones electromagnètiques és l'estreta franja acolorida. Font: F. Zapata.

Energia lluminosa natural

La font d'energia lluminosa natural per excel·lència és el Sol. A l'ésser un estel, el Sol posseeix en el seu centre un reactor nuclear que transforma hidrogen en heli mitjançant reaccions que produeixen immenses quantitats d'energia.

Aquesta energia surt de el Sol en forma de llum, calor i altres tipus de radiació, emetent contínuament uns 62.600 kilowatts per cada metre quadrat de superfície -1 kilowatt equival a 1000 watts, que al seu torn és igual a 1000 joules / segon-.

Les plantes fan servir una part d'aquesta gran quantitat d'energia per dur a terme la fotosíntesi, l'important procés que constitueix la base de la vida a la Terra. Una altra font de llum natural, però amb molta menys energia és la bioluminescència, un fenomen en el qual els organismes vius produeixen llum.

Els llampecs i el foc són altres fonts d'energia lumínica en la naturalesa, els primers no són controlables i el segon ha acompanyat la humanitat des de temps prehistòrics.

Energia lluminosa artificial

Pel que fa a les fonts artificials d'energia lluminosa, aquestes requereixen convertir altres tipus d'energia, com l'elèctrica, la química o la calorífica, en llum. En aquesta categoria entren les bombetes incandescents, el filament extremadament calent acomiada llum. O també la llum que s'obté mitjançant processos de combustió, com la flama d'una espelma.

Una font d'energia lluminosa molt interessant és el làser. Té moltes aplicacions en diversos camps que inclouen medicina, comunicacions, seguretat, computació i tecnologia aeroespacial, entre d'altres.

Figura 3. Una màquina talladora empra un làser per fer talls industrials d'alta precisió. Font: Pixabay.

Usos de l'energia lumínica

L'energia lluminosa ens ajuda a comunicar-nos amb el món que ens envolta, actuant com a portadora i transmissora de dades i informant de les condicions de l'mig. Ja els antics grecs feien servir miralls per enviar senyals de manera rudimentària a llargues distàncies.

Quan es mira la televisió, per exemple, les dades que aquesta emet, en forma d'imatges, arriben fins al nostre cervell pel sentit de la vista, el qual requereix que l'energia lluminosa deixi una empremta en el nervi òptic.

Per cert, per a la comunicació telefònica l'energia lluminosa és important també, a través de les anomenades fibres òptiques que condueixen l'energia lluminosa minimitzant les pèrdues.

Tot el que sabem sobre els objectes distants és informació rebuda a través de la llum que emeten, analitzada amb diversos instruments: telescopis, espectrògrafs i interferòmetres.

Els primers ajuden a recollir la forma dels objectes, la seva brillantor -si arriben molts fotons als nostres ulls es tracta d'un objecte brillant- i el seu color, que depèn de la longitud d'ona.

També dóna una idea del seu moviment, perquè l'energia dels fotons que detecta un observador és diferent quan la font que l'emet està en moviment. A això se li denomina efecte Doppler.

Els espectrògrafs recullen la forma en què aquesta llum es distribueix: l'espectre i l'analitzen per tenir una idea de la composició de l'objecte. I amb un interferòmetre es pot distingir la llum provinent de dues fonts, tot i que el telescopi no tingui la resolució suficient com per discernir entre les dues.

L'efecte fotovoltaic

L'energia lluminosa emesa pel Sol pot convertir-se en electricitat gràcies a l'efecte fotovoltaic, descobert el 1839 pel científic francès Alexandre Becquerel (1820-1891), pare d'Henri Becquerel, qui va descobrir la radioactivitat.

Aquest es basa en què la llum és capaç de produir un corrent elèctric, a l'il·luminar compostos semiconductors de silici que contenen impureses d'altres elements. Succeeix que quan la llum il·lumina el material, li transfereix energia que augmenta la mobilitat dels electrons de valència, i d'aquesta manera augmenta la seva conducció elèctrica.

obtenció

Des dels seus començaments, la humanitat ha buscat controlar totes les formes d'energia, incloent l'energia lluminosa. Malgrat que el Sol proveeix una font gairebé inesgotable a les hores diürnes, sempre va ser necessari produir llum d'alguna forma per protegir-se dels depredadors i continuar realitzant les tasques començades durant el dia.

És possible obtenir energia lluminosa a través d'alguns processos que són controlables d'alguna manera:

-Combustión, a l'cremar una substància, aquesta s'oxida, desprenent calor i freqüentment llum durant el procés.

-Incandescencia, a l'escalfar un filament de tungstè per exemple, com els de les bombetes elèctriques.

Figura 4. Les bombetes incandescents funcionen fent passar un corrent elèctric a través d'un filament de tungstè. A l'escalfar-aquest emet calor i llum. Font: Pixabay.

-Luminiscencia, en aquest efecte es produeix llum a l'excitar d'alguna manera certes substàncies. Alguns insectes i algues produeixen llum, el que s'anomena bioluminescència.

-Electroluminiscencia, hi ha materials que emeten llum quan són estimulats per un corrent elèctric.

Amb qualsevol d'aquests mètodes s'obté llum de manera directa, la qual sempre posseeix energia lluminosa. Ara bé, produir energia lluminosa en grans quantitats, ja és una altra cosa.

avantatges

-La energia lluminosa tenen un paper especialment rellevant en la transmissió d'informació.

Usar l'energia lluminosa provinent de el Sol és gratis, a més es tracta d'una font gairebé inesgotable, com hem dit.

-La energia lumínica, per si mateixa, no és contaminant (però alguns processos per obtenir-la si poden ser-ho).

-En llocs on la llum de el Sol abundi durant tot l'any, és possible generar electricitat amb l'efecte fotovoltaic i disminuir així la dependència dels combustibles fòssils.

-Les instal·lacions que fan ús de l'energia lluminosa de el Sol són de fàcil manteniment.

-La exposició breu a la llum solar és necessària perquè l'organisme humà sintetitzi vitamina D, essencial per als ossos saludables.

-Sense l'energia lluminosa les plantes no poden dur a terme la fotosíntesi, que és la base de la vida a la Terra.

desavantatges

-No és emmagatzemable, a diferència d'altres tipus d'energia. Però les cel·les fotovoltaiques es poden recolzar amb bateries per estendre el seu ús.

-En principi les instal·lacions que fan ús de l'energia lluminosa són cares i més requereixen espai, no obstant els costos han baixat amb el temps i les millores. Actualment s'assagen nous materials i cèl·lules fotovoltaiques flexibles per optimitzar l'ús de l'espai.

-La exposició perllongada o directa a la llum de el Sol causa danys en la pell i en la vista, però més que tot a causa de la radiació ultraviolada, que no podem veure.

Exemples d'energia lumínica

Al llarg de les seccions anteriors hem esmentat molts exemples d'energia lluminosa: la llum de el Sol, espelmes, el làser. En particular hi ha alguns exemples d'energia lluminosa ben interessants, deguts a alguns dels efectes esmentats anteriorment:

llum LED

Figura 5. Els llums LED són més eficients que les incandescents, ja que desprenen menys calor i emeten energia lluminosa durant més temps. Font: Pixabay.

El nom de llum LED deriva de l'anglès Light Emitting Diode i es produeix fent passar un corrent elèctric de baixa intensitat a través d'un material semiconductor, que en resposta emet llum intensa i d'alt rendiment.

Els llums LED duren molt més que les bombetes incandescents tradicionals i són molt més eficients que aquestes, en les quals gairebé tota l'energia es transforma en calor, en comptes de llum. Per això les llums LED són menys contaminants, encara que el seu cost és més gran que el de les llums incandescents.

bioluminescència

Molts éssers vius són capaços de convertir energia química en energia lluminosa, a través d'una reacció bioquímica al seu interior. Insectes, peixos i bacteris, entre d'altres, són capaços de produir llum pròpia.

I ho fan per diferents raons: protecció, atraure una parella, com a recurs per atrapar les preses, per comunicar-se i òbviament, per il·luminar el camí.

referències

1. Blair, B. The Basics of Light. Recuperat de: blair.pha.jhu.edu
2. Energia Solar. Efecte fotovoltaic. Recuperat de: solar-energia.net.
3. Tillery, B. 2013. Integrate Science.6th. Edition. McGraw Hill.
4. Universe Today. Què és el Light Energy. Recuperat de: universetoday.com.
5. Vedantu. Light Energy. Recuperat de: vedantu.com.
6. Wikipedia. Energia lumínica. Recuperat de: es.wikipedia.org.