Эрчим хүч нь хүн төрөлхтний нийгмийн өөрчлөлт, дэвшлийн гол хүчин зүйл байсаар ирсэн. Энэхүү ач холбогдол нь хоёр аж үйлдвэрийн хувьсгалын дараа онцгой тод илэрч, хүмүүс эрчим хүчний хөгжлийн чухал үүргийг улам бүр ухамсарлах болсон.
Өнөөгийн хурдацтай хөгжиж буй нийгэмд чулуужсан түлш (нүүрс, газрын тос гэх мэт) зэрэг уламжлалт эрчим хүчний эх үүсвэрүүд нь нөхөн төлжих мөчлөг уртсах, нөөц багасах, чанар муудах зэргээс шалтгаалан томоохон бэрхшээлтэй тулгарч байна. Эдгээр асуудлууд нь өсөн нэмэгдэж буй эрчим хүчний эрэлтийг хангахад улам бүр хэцүү болгож, шинэ эрчим хүчний эх үүсвэрийг хөгжүүлэх, ашиглахыг тэргүүлэх чиглэлд түлхэж байна.
Фотосинтезээс санаа авах нь: Нарны эрчим хүчийг ашиглах нь
Бидний мэдэж байгаагаар дэлхий дээрх бараг бүх ашиглаж болох энерги нь ургамал дахь фотосинтезээс үүсдэг.
Фотосинтез гэдэг нь ургамал нарны гэрлийн дор нүүрстөрөгчийн давхар исэл, ус ашиглан элсэн чихэр нийлэгжүүлдэг биологийн процесс юм. Эдгээр элсэн чихэр нь бодисын солилцооны явцад энерги ялгаруулдаг тул нарны энерги ийм байдлаар хадгалагддаг.
Гэсэн хэдий ч энэ энергийг ашиглахад хялбар биш бөгөөд бидний түгээмэл хэрэглэдэг цахилгаан болгон хувиргах шаардлагатай байдаг. Физикийн дагуу энерги хувиргах нь үргэлж тодорхой хэмжээний алдагдал дагуулдаг. Тиймээс нарны энергийг цахилгаан болгон шууд хувиргах нь судалгааны чухал чиглэл болсон.
Нарны эрчим хүчийг шууд цахилгаан болгон хувиргаж болох уу? Энэ үйл явцад ямар хүчин зүйл нөлөөлдөг вэ? Эдгээр нь 19-р зууны эхэн үеийн эрдэмтдийн хувьд гүнзгий асуултууд байсан. Аз болоход, 19-р зууны сүүлчээр томоохон нээлт гарч ирэв.
Фотоэлектрик эффектийн нээлт
1887 онд нэртэй физикч Хайнрих Герц (одоо түүний нэрийг давтамжийн нэгж болгон ашиглаж байна) тодорхой материалын гадаргуу дээр тусах гэрэл нь тэдгээрийн цахилгаан шинж чанарыг өөрчилж болохыг санамсаргүйгээр нээсэн. Дараагийн судалгаагаар энэ үзэгдэл нь электрон урсгалаас үүдэлтэй болохыг тогтоосон бөгөөд үүнийг хожим нь фотоэлектрик эффект гэж нэрлэжээ.
Тухайн үед Ньютоны үндэслэсэн сонгодог физик нь шинжлэх ухааны сэтгэлгээнд ноёрхож байв. Энэ нь гэрэл нь эфир гэж нэрлэгддэг орчинд тархдаг долгион (цөөрөм дээгүүр тархах долгионтой адил) гэж үздэг байв. Энэ онолын дагуу долгионы энерги нь түүний далайцаас (гэрлийн эрчим) хамаардаг байв.
Энэ тайлбар нь ойлгомжтой мэт санагдаж байв. Жишээлбэл, нарны гэрэл өвлийн улиралд тааламжтай дулаан мэдрэгддэг ч зуны хүчтэй халуунд наранд түлэгдэх шалтгаан болдог. Тиймээс сонгодог физикийн үед фотоэлектрик эффект нь гэрлийн эрчимээс хамаардаг гэж үздэг байсан. Гэсэн хэдий ч туршилтууд өөрөөр харуулсан.
Судалгаагаар тодорхой материалын хувьд гэрлийн зарим өнгө нь эрчимээс үл хамааран фотоэлектрик эффектийг үүсгэж чадахгүй байхад зарим нь бага эрчимтэй үед ч цахилгаан үүсгэж чаддаг болохыг харуулсан. Эдгээр олдворууд нь сонгодог физиктэй зөрчилдөж, хямралд оруулж, шинжлэх ухааны хувьсгалыг эхлүүлсэн.
Эйнштейн нууцыг дэлгэдэг
Энэхүү шинжлэх ухааны шуурганы үеэр Альберт Эйнштейн фотоэлектрик эффектийн талаар шинэлэг тайлбар өгсөн.
Эйнштейн гэрэл нь фотоноос бүрдэх бөгөөд тус бүр нь тусдаа энергийн багцыг төлөөлдөг гэж үзсэн. Фотоны энерги нь түүний эрчмээс бус, харин түүний давтамжаас (секундэд хэлбэлзэх тооноос) хамаарна. Тиймээс материал электрон үүсгэж чадах эсэх нь фотоны тооноос бус харин фотоны энергиэс бүрэн хамаарна.
Эйнштейний хувьсгалт ойлголт нь сонгодог физикийн тайлбарлаж чадаагүй чухал асуудлыг шийдсэн тул түүнд 1921 оны Физикийн Нобелийн шагналыг авчирсан юм.
Нарны зай хураагуур: Гэрлийг цахилгаан болгон хувиргах нь
Фотоэлектрик эффектийг нээсэн нь нарны зай хураагуур гэх мэт практик хэрэглээний замыг нээсэн.
Нарны зай нь электрон тээвэрлэх давхарга болон нүх тээвэрлэх давхаргын хооронд гэрэлд мэдрэмтгий идэвхтэй давхарга байрлуулсан сэндвичтэй төстэй. Бүтцийн хоёр үзүүр нь электродын материал бөгөөд ихэвчлэн металл ба индий цагаан тугалганы исэл (ITO) юм.
Идэвхтэй давхарга нь фотонуудыг шингээхэд түүний электронууд илүү өндөр энергийн түвшинд хүртэл өдөөгддөг. Эдгээр өдөөгдсөн электронууд нь электрон дамжуулах давхарга руу шилждэг бол "нүхнүүд" (электронгүй хэсгүүд) нь нүх дамжуулах давхаргаар дамждаг. Энэхүү зохицуулалт нь гүйдлийн урсгалыг идэвхжүүлдэг хэлхээг үүсгэдэг.
Ийм төхөөрөмжийн бүтцийг ашигласнаар нарны энергийг шууд цахилгаан болгон хувиргаж, бидэнд үр ашигтай, цэвэр эрчим хүчний эх үүсвэрийг өгөх боломжтой.
Шинжлэх ухааны судалгаанд хүндэтгэл үзүүлэв
Нарны зай хураагуурын зарчим нь шинжлэх ухааны судалгаа бидний амьдралыг хэрхэн гүнзгийрүүлэн сайжруулсныг харуулж байна. Тоолж баршгүй олон эрдэмтдийн хичээл зүтгэл, тэдний нээлтүүдийн ачаар хүн төрөлхтөн илүү гэрэл гэгээтэй ирээдүйн төлөө байгалийн хүчийг ашигласаар байна. Тэдний онцгой хувь нэмрийг хүндэтгэе!
