Энергия ҳамеша омили муҳим дар тағйирот ва пешрафти ҷомеаи инсонӣ будааст. Ин аҳамият махсусан пас аз ду Инқилоби саноатӣ равшантар шуд ва одамонро аз нақши муҳими рушди энергетика огоҳтар кард.
Дар ҷомеаи имрӯзаи босуръат рушдёбанда, манбаъҳои анъанавии энергия, ба монанди сӯзишвории истихроҷшаванда (ангишт, нафт ва ғайра), бо сабаби давраҳои тӯлонии барқароршавӣ, коҳиши захираҳо ва паст шудани сифат, бо мушкилоти ҷиддӣ рӯбарӯ мешаванд. Ин масъалаҳо қонеъ кардани талаботи афзояндаи энергияро торафт душвортар мекунанд ва рушд ва истифодаи манбаъҳои нави энергияро ба авлавият мегузоранд.
Илҳом гирифтан аз фотосинтез: Истифодаи нерӯи офтобӣ
Тавре ки мо медонем, қариб тамоми энергияи истифодашаванда дар Замин аз фотосинтези растаниҳо сарчашма мегирад.
Фотосинтез раванди биологӣ аст, ки дар он растаниҳо қандҳоро бо истифода аз гази карбон ва об дар зери нури офтоб синтез мекунанд. Азбаски ин қандҳо ҳангоми мубодилаи моддаҳо энергия ҷудо мекунанд, энергияи офтоб ба ин тариқ захира карда мешавад.
Аммо, ин энергия ба осонӣ истифода намешавад ва одатан табдил ба нерӯи барқро талаб мекунад, шакле, ки мо одатан истифода мебарем. Тибқи физика, табдили энергия ҳамеша бо талафоти муайян алоқаманд аст. Аз ин рӯ, табдили мустақими энергияи офтоб ба нерӯи барқ ба як самти муҳими таҳқиқот табдил ёфтааст.
Оё энергияи офтобро мустақиман ба нерӯи барқ табдил додан мумкин аст? Ва кадом омилҳо ба ин раванд таъсир мерасонанд? Ин саволҳои амиқ барои олимони аввали асри 19 буданд. Хушбахтона, дар охири асри 19 як пешрафти бузург ба амал омад.
Кашфи фотоэффект
Дар соли 1887, физики машҳур Генрих Гертс, ки номаш ҳоло ҳамчун воҳиди басомад истифода мешавад, тасодуфан кашф кард, ки нуре, ки ба баъзе сатҳҳои маводӣ меафтад, метавонад хосиятҳои электрикии онҳоро тағйир диҳад. Тадқиқоти минбаъда нишон доданд, ки ин падида аз сабаби ҷараёни электронҳо, ки баъдтар фотоэффект номида шуд, ба вуҷуд омадааст.
Дар он замон, физикаи классикӣ, ки аз ҷониби Нютон асос гузошта шуда буд, дар андешаи илмӣ ҳукмрон буд. Он изҳор медошт, ки рӯшноӣ мавҷест, ки аз муҳите бо номи эфир мегузарад (монанд ба мавҷҳое, ки дар ҳавз паҳн мешаванд). Мувофиқи ин назария, энергияи мавҷ аз амплитудаи он (шиддати рӯшноӣ) вобаста буд.
Ин шарҳ ба назар содда менамуд. Масалан, нури офтоб дар зимистон гармии гуворо ҳис мекунад, аммо дар гармии шадиди тобистон метавонад боиси сӯхтани офтоб гардад. Аз ин рӯ, дар физикаи классикӣ, фотоэффект аз шиддати рӯшноӣ вобаста буд. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо баръакс нишон доданд.
Таҳқиқот нишон доданд, ки барои маводи муайян, рангҳои муайяни рӯшноӣ новобаста аз шиддати фотоэлектрикӣ наметавонанд эффекти фотоэлектрикиро ба вуҷуд оранд, дар ҳоле ки дигарон ҳатто бо шиддати паст метавонанд нерӯи барқ тавлид кунанд. Ин бозёфтҳо бо физикаи классикӣ мухолифат карда, онро ба бӯҳрон дучор карданд ва инқилоби илмиро ба вуҷуд оварданд.
Эйнштейн сирро ошкор мекунад
Дар миёни ин тӯфони илмӣ, Алберт Эйнштейн барои фотоэффект тавзеҳоти бениҳоят муҳим пешниҳод кард.
Эйнштейн пешниҳод кард, ки рӯшноӣ аз фотонҳо иборат аст, ки ҳар кадоме як бастаи энергияи дискретиро ифода мекунанд. Энергияи фотон аз басомади он (шумораи лаппишҳо дар як сония) вобаста аст, на аз шиддати он. Ҳамин тариқ, оё мавод метавонад электронҳоро тавлид кунад ё не, комилан аз энергияи фотон вобаста аст, на аз шумораи фотонҳо.
Дониши инқилобии Эйнштейн ба ӯ ҷоизаи Нобелро дар соли 1921 дар соҳаи физика овард, зеро он масъалаи муҳимеро, ки физикаи классикӣ натавонистааст онро шарҳ диҳад, ҳал кард.
Ҳуҷайраҳои офтобӣ: Табдил додани рӯшноӣ ба нерӯи барқ
Кашфи фотоэффект роҳро барои татбиқи амалӣ ба монанди батареяҳои офтобӣ ҳамвор кард.
Батареяи офтобӣ ба сэндвич монанд аст, ки қабати фаъоли ҳассос ба рӯшноӣ дар байни қабати интиқоли электрон ва қабати интиқоли сӯрох ҷойгир шудааст. Ду нӯги сохтор маводҳои электродӣ, аксар вақт металл ва оксиди қалъагии индий (ITO) мебошанд.
Вақте ки қабати фаъол фотонҳоро фурӯ мебарад, электронҳои он ба сатҳҳои баланди энергия ангехта мешаванд. Ин электронҳои ангехташуда ба қабати интиқоли электрон интиқол дода мешаванд, дар ҳоле ки "сӯрохиҳо" (минтақаҳое, ки электрон надоранд) аз ҷониби қабати интиқоли сӯрохиҳо гузаронида мешаванд. Ин тартиб схемаеро эҷод мекунад, ки ҷараёни ҷараёнро имконпазир мегардонад.
Бо истифода аз чунин сохтори дастгоҳ, энергияи офтобро мустақиман ба нерӯи барқ табдил додан мумкин аст, ки ба мо манбаи самаранок ва тозаи энергия медиҳад.
Эҳтиром ба таҳқиқоти илмӣ
Принсипи батареяҳои офтобӣ нишон медиҳад, ки чӣ гуна таҳқиқоти илмӣ ҳаёти моро ба таври назаррас беҳтар кардааст. Ба шарофати фидокории олимони бешумор ва кашфиётҳои инноватсионии онҳо, башарият барои ояндаи дурахшонтар аз қудрати табиат истифода мебарад. Биёед ба саҳми беназири онҳо арҷ гузорем!
