Энергия ар дайым адамзаттын коомдук өзгөрүүлөрүндө жана прогрессинде чечүүчү фактор болуп келген. Бул маани эки өнөр жай революциясынан кийин өзгөчө айкын болуп, адамдардын энергетиканы өнүктүрүүнүн маанилүү ролу жөнүндө барган сайын көбүрөөк маалымат алышына шарт түздү.
Бүгүнкү тездик менен өнүгүп жаткан коомдо, казылып алынган отундар (көмүр, мунай ж.б.) сыяктуу салттуу энергия булактары узак калыбына келүү циклдеринен, запастардын азайышынан жана сапатынын төмөндөшүнөн улам олуттуу кыйынчылыктарга туш болууда. Бул маселелер өсүп жаткан энергияга болгон суроо-талапты канааттандырууну барган сайын кыйындатып, жаңы энергия булактарын иштеп чыгууну жана пайдаланууну алдыңкы планга чыгарууда.
Фотосинтезден илхам алуу: Күн энергиясын пайдалануу
Белгилүү болгондой, Жердеги дээрлик бардык колдонулуучу энергия өсүмдүктөрдөгү фотосинтезден келип чыгат.
Фотосинтез – бул өсүмдүктөр күн нурунун астында көмүр кычкыл газын жана сууну колдонуп, канттарды синтездеген биологиялык процесс. Бул канттар зат алмашуу учурунда энергия бөлүп чыгаргандыктан, күн энергиясы ушундай жол менен сакталат.
Бирок, бул энергия оңой менен колдонулбайт жана адатта биз көп колдонгон форма болгон электр энергиясына айландыруу талап кылынат. Физикага ылайык, энергияны айландыруу ар дайым кандайдыр бир жоготууларды алып келет. Ошондуктан, күн энергиясын түздөн-түз электр энергиясына айландыруу изилдөөнүн маанилүү багытына айланды.
Күн энергиясын түздөн-түз электр энергиясына айландырууга болобу? Бул процесске кандай факторлор таасир этет? Булар 19-кылымдын башындагы окумуштуулар үчүн терең суроолор болгон. Бактыга жараша, 19-кылымдын аягында чоң ачылыш болду.
Фотоэлектрдик эффекттин ачылышы
1887-жылы атактуу физик Генрих Герц (азыр аты жыштыктын бирдиги катары колдонулат) белгилүү бир материалдык беттерге тийген жарык алардын электрдик касиеттерин өзгөртө аларын кокустан ачкан. Кийинки изилдөөлөр бул кубулушту кийинчерээк фотоэлектрдик эффект деп аталган электрон агымынан улам келип чыкканын көрсөттү.
Ал кезде Ньютон негиздеген классикалык физика илимий ой жүгүртүүдө үстөмдүк кылган. Ал жарык эфир деп аталган чөйрө аркылуу өткөн толкун деп эсептеген (көлмө аркылуу тараган толкундарга окшош). Бул теорияга ылайык, толкундун энергиясы анын амплитудасына (жарыктын интенсивдүүлүгүнө) көз каранды болгон.
Бул түшүндүрмө интуитивдүү көрүнгөн. Мисалы, күн нуру кышында жагымдуу жылуу сезилет, бирок жайдын катуу ысыгында күнгө күйүүгө алып келиши мүмкүн. Ошондуктан, классикалык физикада фотоэлектрдик эффект жарыктын интенсивдүүлүгүнө көз каранды деп эсептелген. Бирок, эксперименттер башкача көрсөттү.
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, белгилүү бир материал үчүн жарыктын айрым түстөрү интенсивдүүлүгүнө карабастан фотоэлектрдик эффектти пайда кыла албайт, ал эми башкалары төмөнкү интенсивдүүлүктө да электр энергиясын өндүрө алат. Бул ачылыштар классикалык физикага карама-каршы келип, аны кризиске алып келип, илимий төңкөрүштү баштан кечирди.
Эйнштейн сырды ачат
Бул илимий бороондун ортосунда Альберт Эйнштейн фотоэлектрдик эффект үчүн революциялык түшүндүрмө берген.
Эйнштейн жарык фотондордон турат деп божомолдогон, алардын ар бири дискреттик энергия пакетин билдирет. Фотондун энергиясы анын интенсивдүүлүгүнө эмес, жыштыгына (секундадагы термелүүлөрдүн санына) көз каранды. Ошентип, материалдын электрондорду пайда кыла алабы же жокпу, ал толугу менен фотондун энергиясына көз каранды, фотондордун санына эмес.
Эйнштейндин революциялык түшүнүгү классикалык физика түшүндүрө албаган маанилүү маселени чечкени үчүн ага 1921-жылы физика боюнча Нобель сыйлыгын алып келген.
Күн батареялары: жарыкты электр энергиясына айландыруу
Фотоэлектрдик эффекттин ачылышы күн батареялары сыяктуу практикалык колдонмолорго жол ачты.
Күн батареясы сэндвичке окшош, жарыкка сезгич активдүү катмар электрон ташуучу катмар менен тешик ташуучу катмардын ортосуна жайгаштырылган. Түзүлүштүн эки учу электрод материалдары, көбүнчө металл жана индий калай кычкылы (ITO).
Активдүү катмар фотондорду сиңиргенде, анын электрондору жогорку энергия деңгээлине чейин дүүлүкөт. Бул дүүлүккөн электрондор электрон ташуучу катмарга өткөрүлөт, ал эми "тешиктер" (электрондор жок аймактар) тешик ташуучу катмар тарабынан өткөрүлөт. Бул түзүлүш токтун агымын камсыз кылган чынжырды түзөт.
Мындай түзүлүштү колдонуу менен күн энергиясын түздөн-түз электр энергиясына айландырууга болот, бул бизге натыйжалуу жана таза энергия булагын берет.
Илимий изилдөөгө таазим
Күн батареяларынын принциби илимий изилдөөлөр биздин жашообузду кандайча түп-тамырынан бери жакшырткандыгын көрсөтүп турат. Сансыз окумуштуулардын берилгендигинин жана алардын новатордук ачылыштарынын аркасында адамзат жаркын келечек үчүн жаратылыштын күчүн колдонууну улантууда. Келгиле, алардын өзгөчө салымдарына таазим кылалы!
