Enerji həmişə insan cəmiyyətinin transformasiyasında və tərəqqisində əsas amil olub. Bu əhəmiyyət xüsusilə iki Sənaye İnqilabından sonra daha da aydınlaşdı və insanları enerjinin inkişafının vacib rolu barədə getdikcə daha çox məlumatlandırdı.
Bugünkü sürətlə inkişaf edən cəmiyyətdə, qazıntı yanacaqları (kömür, neft və s.) kimi ənənəvi enerji mənbələri uzun regenerasiya dövrləri, azalan ehtiyatlar və azalan keyfiyyət səbəbindən ciddi çətinliklərlə üzləşir. Bu problemlər artan enerji tələbatını ödəməyi getdikcə çətinləşdirir və yeni enerji mənbələrinin inkişafını və istifadəsini ön plana çıxarır.
Fotosintezdən İlham Almaq: Günəş Enerjisindən İstifadə
Bildiyimiz kimi, Yer kürəsində istifadə edilə bilən demək olar ki, bütün enerji bitkilərdə fotosintezdən qaynaqlanır.
Fotosintez bitkilərin günəş işığı altında karbon qazı və su istifadə edərək şəkər sintez etdiyi bioloji bir prosesdir. Bu şəkərlər maddələr mübadiləsi zamanı enerji buraxdığı üçün günəş enerjisi bu şəkildə saxlanılır.
Lakin bu enerji asanlıqla istifadə edilə bilməz və adətən bizim adətən istifadə etdiyimiz forma olan elektrik enerjisinə çevrilməsini tələb edir. Fizikaya görə, enerjinin çevrilməsi həmişə müəyyən itkilərlə nəticələnir. Buna görə də, günəş enerjisinin birbaşa elektrik enerjisinə çevrilməsi tədqiqatın vacib bir sahəsinə çevrilib.
Günəş enerjisi birbaşa elektrik enerjisinə çevrilə bilərmi? Və bu prosesə hansı amillər təsir edir? Bunlar 19-cu əsrin əvvəllərində alimlər üçün dərin suallar idi. Xoşbəxtlikdən, 19-cu əsrin sonlarında böyük bir irəliləyiş baş verdi.
Fotoelektrik Effektin Kəşfi
1887-ci ildə məşhur fizik Heinrich Hertz (hazırda adı tezlik vahidi kimi istifadə olunur) təsadüfən müəyyən material səthlərinə dəyən işığın onların elektrik xüsusiyyətlərini dəyişdirə biləcəyini kəşf etdi. Sonrakı tədqiqatlar bu fenomenin sonradan fotoelektrik effekt adlandırılan elektron axınından qaynaqlandığını ortaya qoydu.
O dövrdə Nyuton tərəfindən qurulan klassik fizika elmi düşüncəyə hakim idi. O, işığın efir adlanan bir mühitdə hərəkət edən bir dalğa olduğunu irəli sürürdü (bu, gölməçə üzərində yayılan dalğalara bənzəyir). Bu nəzəriyyəyə görə, dalğanın enerjisi onun amplitudasından (işığın intensivliyindən) asılı idi.
Bu izahat intuitiv görünürdü. Məsələn, günəş işığı qışda xoş bir isti hiss edir, lakin yayın şiddətli istisində günəş yanığına səbəb ola bilər. Buna görə də, klassik fizikada fotoelektrik effektin işığın intensivliyindən asılı olduğu düşünülürdü. Lakin təcrübələr bunun əksini göstərdi.
Tədqiqatlar göstərdi ki, müəyyən bir material üçün müəyyən rəng işıq intensivliyindən asılı olmayaraq fotoelektrik effekt yarada bilməz, digərləri isə aşağı intensivlikdə belə elektrik enerjisi yarada bilər. Bu tapıntılar klassik fizika ilə ziddiyyət təşkil edərək onu böhrana saldı və elmi inqilaba səbəb oldu.
Eynşteyn sirri açır
Bu elmi fırtınanın ortasında Albert Eynşteyn fotoelektrik effekt üçün inqilabi bir izahat verdi.
Eynşteyn işığın hər biri ayrı-ayrı enerji paketini təmsil edən fotonlardan ibarət olduğunu irəli sürdü. Fotonun enerjisi intensivliyindən deyil, onun tezliyindən (saniyədə salınımların sayından) asılıdır. Beləliklə, bir materialın elektron yarada bilib-bilməməsi tamamilə fotonun enerjisindən asılıdır, fotonların sayından deyil.
Eynşteynin inqilabi düşüncəsi, klassik fizikanın izah edə bilmədiyi kritik bir məsələni həll etdiyinə görə, ona 1921-ci ildə Fizika üzrə Nobel mükafatını qazandırdı.
Günəş Batareyaları: İşığı Elektrikə Çevirmək
Fotoelektrik effektin kəşfi günəş batareyaları kimi praktik tətbiqlərə yol açdı.
Günəş batareyası, elektron daşıyıcı təbəqə ilə dəlik daşıyıcı təbəqə arasında yerləşdirilmiş işığa həssas aktiv təbəqə ilə sendviçə bənzəyir. Quruluşun iki ucu elektrod materialları, çox vaxt metal və indium qalay oksidi (ITO)-dur.
Aktiv təbəqə fotonları udduqda, onun elektronları daha yüksək enerji səviyyələrinə qədər həyəcanlanır. Bu həyəcanlanmış elektronlar elektron daşıyıcı təbəqəyə ötürülür, "dəliklər" (elektronsuz bölgələr) isə dəlik daşıyıcı təbəqə tərəfindən keçirilir. Bu tənzimləmə cərəyan axınını təmin edən bir dövrə yaradır.
Belə bir cihaz quruluşundan istifadə etməklə günəş enerjisi birbaşa elektrik enerjisinə çevrilə bilər və bu da bizə səmərəli və təmiz enerji mənbəyi verir.
Elmi Kəşfiyyata Bir Hörmət
Günəş batareyaları prinsipi elmi kəşflərin həyatımızı necə dərindən yaxşılaşdırdığının nümunəsidir. Saysız-hesabsız alimin fədakarlığı və onların cəsur kəşfləri sayəsində bəşəriyyət daha parlaq bir gələcək üçün təbiətin gücündən istifadə etməyə davam edir. Gəlin onların fövqəladə töhfələrinə hörmətlə yanaşaq!
