Enerzjy is altyd in wichtige faktor west yn 'e transformaasje en foarútgong fan 'e minsklike maatskippij. Dit belang waard foaral dúdlik nei de twa Yndustriële Revolúsjes, wêrtroch't minsken hieltyd mear bewust waarden fan 'e krúsjale rol fan enerzjyûntwikkeling.
Yn 'e rap foarútgeande maatskippij fan hjoed steane tradisjonele enerzjyboarnen lykas fossile brânstoffen (koal, oalje, ensfh.) foar wichtige útdagings fanwegen lange regeneraasjesyklusen, ôfnimmende reserves en ôfnimmende kwaliteit. Dizze problemen meitsje it hieltyd dreger om te foldwaan oan 'e groeiende fraach nei enerzjy, wêrtroch't de ûntwikkeling en it gebrûk fan nije enerzjyboarnen nei foaren komme.
Ynspiraasje helje út fotosynteze: sinne-enerzjy benutten
Lykas wy witte, komt hast alle brûkbere enerzjy op ierde fan fotosynteze yn planten.
Fotosynteze is in biologysk proses wêrby't planten sûkers synthetisearje mei koalstofdiokside en wetter ûnder sinneljocht. Omdat dizze sûkers enerzjy frijmeitsje tidens metabolisme, wurdt sinne-enerzjy op dizze manier opslein.
Dizze enerzjy is lykwols net maklik te brûken en fereasket typysk omsetting yn elektrisiteit, de foarm dy't wy gewoanlik brûke. Neffens de natuerkunde bringt enerzjykonverzje altyd wat ferlies mei. Dêrom is it direkt omsetten fan sinne-enerzjy yn elektrisiteit in kritysk ûndersyksgebiet wurden.
Kin sinne-enerzjy direkt omset wurde yn elektrisiteit? En hokker faktoaren beynfloedzje dit proses? Dit wiene djipgeande fragen foar wittenskippers yn 'e iere 19e iuw. Gelokkich kaam der in grutte trochbraak oan 'e ein fan 'e 19e iuw.
De ûntdekking fan it fotoelektryske effekt
Yn 1887 ûntduts de ferneamde natuerkundige Heinrich Hertz - waans namme no brûkt wurdt as de ienheid foar frekwinsje - tafallich dat ljocht dat op bepaalde materiaaloerflakken falt har elektryske eigenskippen feroarje koe. Folgjend ûndersyk die bliken dat dit ferskynsel feroarsake waard troch elektronstream, letter it fotoelektrysk effekt neamd.
Yn dy tiid dominearre de klassike natuerkunde, stifte troch Newton, it wittenskiplik tinken. It stelde dat ljocht in weach wie dy't reizge troch in medium neamd ether (fergelykber mei rimpelingen dy't oer in fiver ferspriede). Neffens dizze teory wie de enerzjy fan in weach ôfhinklik fan syn amplitude (yntensiteit fan ljocht).
Dizze útlis like yntuïtyf. Bygelyks, sinneljocht fielt noflik waarm yn 'e winter, mar kin sinnebrân feroarsaakje yn 'e intense hjitte fan 'e simmer. Dêrom waard ûnder de klassike natuerkunde tocht dat it fotoelektryske effekt ôfhinklik wie fan 'e yntensiteit fan ljocht. Dochs lieten eksperiminten oars sjen.
Undersyk liet sjen dat foar in bepaald materiaal bepaalde kleuren ljocht it fotoelektryske effekt net opwekke koene, nettsjinsteande de yntensiteit, wylst oaren sels by lege yntensiteit elektrisiteit opwekke koene. Dizze befiningen wiene yn striid mei de klassike natuerkunde, wêrtroch't se yn in krisis stoarte en in wittenskiplike revolúsje ûntstie.
Einstein ûntbleatet it mystearje
Temidden fan dizze wittenskiplike stoarm joech Albert Einstein in baanbrekkende útlis foar it fotoelektryske effekt.
Einstein stelde foar dat ljocht bestiet út fotonen, dy't elk in apart enerzjypakket fertsjintwurdigje. De enerzjy fan in foton hinget ôf fan syn frekwinsje (it oantal oscillaasjes per sekonde), net fan syn yntensiteit. Sa hinget it oft in materiaal elektroanen generearje kin folslein ôf fan 'e enerzjy fan it foton, net fan it oantal fotonen.
Einstein syn revolúsjonêre ynsjoch fertsjinne him de Nobelpriis foar Natuerkunde fan 1921, om't it in kritysk probleem oploste dat de klassike natuerkunde net útlizze koe.
Sinne-sellen: Ljocht yn elektrisiteit omsette
De ûntdekking fan it fotoelektryske effekt makke de wei frij foar praktyske tapassingen lykas sinnesellen.
In sinneselle liket op in sandwich, mei in ljochtgefoelige aktive laach pleatst tusken in elektrontransportlaach en in gattransportlaach. De twa úteinen fan 'e struktuer binne elektrodematerialen, faak metaal en indiumtinokside (ITO).
As de aktive laach fotonen absorbearret, wurde de elektroanen dêrfan oanstutsen nei hegere enerzjynivo's. Dizze oanstutsen elektroanen wurde oerdroegen oan de elektrontransportlaach, wylst de "gatten" (regio's sûnder elektroanen) troch de gattransportlaach laat wurde. Dizze opset makket in sirkwy, wêrtroch't de stream fan stroom mooglik is.
Troch gebrûk te meitsjen fan sa'n apparaatstruktuer kin sinne-enerzjy direkt omset wurde yn elektrisiteit, wêrtroch't wy in effisjinte en skjinne enerzjyboarne krije.
In earbetoan oan wittenskiplike ûndersiken
It prinsipe fan sinnesellen lit sjen hoe't wittenskiplik ûndersyk ús libben djip ferbettere hat. Mei tank oan de tawijing fan ûntelbere wittenskippers en harren baanbrekkende ûntdekkingen bliuwt de minskheid de krêft fan 'e natuer benutten foar in helderdere takomst. Lit ús hulde bringe oan harren bûtengewoane bydragen!
