Ang enerhiya ay palaging isang mahalagang salik sa pagbabago at pag-unlad ng lipunan ng tao. Ang kahalagahang ito ay lalong naging kitang-kita pagkatapos ng dalawang Rebolusyong Industriyal, na lalong nagpamulat sa mga tao sa mahalagang papel ng pag-unlad ng enerhiya.
Sa mabilis na pag-unlad ng lipunan ngayon, ang mga tradisyunal na pinagkukunan ng enerhiya tulad ng mga fossil fuel (uling, langis, atbp.) ay nahaharap sa mga malalaking hamon dahil sa mahahabang siklo ng pagbabagong-buhay, pagbaba ng reserba, at pagbaba ng kalidad. Ang mga isyung ito ay nagpapahirap sa pagtugon sa lumalaking pangangailangan sa enerhiya, na nagtutulak sa pagpapaunlad at paggamit ng mga bagong pinagkukunan ng enerhiya sa unahan.
Pagkuha ng Inspirasyon mula sa Potosintesis: Paggamit ng Enerhiya ng Araw
Gaya ng alam natin, halos lahat ng magagamit na enerhiya sa Mundo ay nagmumula sa potosintesis ng mga halaman.
Ang potosintesis ay isang prosesong biyolohikal kung saan ang mga halaman ay nagbubuo ng mga asukal gamit ang carbon dioxide at tubig sa ilalim ng sikat ng araw. Dahil ang mga asukal na ito ay naglalabas ng enerhiya sa panahon ng metabolismo, ang enerhiyang solar ay iniimbak sa ganitong paraan.
Gayunpaman, ang enerhiyang ito ay hindi madaling magamit at karaniwang nangangailangan ng conversion sa kuryente, ang anyong karaniwan nating ginagamit. Ayon sa pisika, ang conversion ng enerhiya ay palaging may kasamang ilang pagkalugi. Kaya naman, ang direktang pag-convert ng solar energy sa kuryente ay naging isang kritikal na larangan ng pananaliksik.
Maaari bang direktang mabago ang enerhiyang solar sa kuryente? At anong mga salik ang nakakaimpluwensya sa prosesong ito? Ito ay mga malalim na tanong para sa mga siyentipiko noong unang bahagi ng ika-19 na siglo. Sa kabutihang palad, isang malaking tagumpay ang lumitaw noong huling bahagi ng ika-19 na siglo.
Ang Pagtuklas sa Epektong Potoelektriko
Noong 1887, aksidenteng natuklasan ng kilalang pisikong si Heinrich Hertz—na ang pangalan ay ginagamit na ngayon bilang yunit para sa frequency—na ang liwanag na tumatama sa ilang partikular na ibabaw ng materyal ay maaaring magpabago sa kanilang mga katangiang elektrikal. Isiniwalat ng kasunod na pananaliksik na ang penomenong ito ay sanhi ng daloy ng elektron, na kalaunan ay tinawag na photoelectric effect.
Noong panahong iyon, ang klasikal na pisika, na itinatag ni Newton, ang nangibabaw sa kaisipang siyentipiko. Ipinapalagay nito na ang liwanag ay isang alon na naglalakbay sa isang midyum na tinatawag na ether (katulad ng mga alon na kumakalat sa isang lawa). Ayon sa teoryang ito, ang enerhiya ng isang alon ay nakasalalay sa amplitude (intensity ng liwanag) nito.
Tila madaling maunawaan ang paliwanag na ito. Halimbawa, ang sikat ng araw ay nakakaramdam ng kaaya-ayang init sa taglamig ngunit maaaring magdulot ng sunog ng araw sa matinding init ng tag-araw. Samakatuwid, sa ilalim ng klasikal na pisika, ang photoelectric effect ay pinaniniwalaang nakadepende sa tindi ng liwanag. Gayunpaman, ipinakita ng mga eksperimento ang kabaligtaran.
Ipinakita ng mga pananaliksik na para sa isang partikular na materyal, ang ilang mga kulay ng liwanag ay hindi maaaring magdulot ng photoelectric effect anuman ang intensidad, habang ang iba ay maaaring lumikha ng kuryente kahit na sa mababang intensidad. Ang mga natuklasang ito ay sumasalungat sa klasikal na pisika, na nagdulot nito sa isang krisis at nagpasiklab ng isang rebolusyong siyentipiko.
Inihayag ni Einstein ang Misteryo
Sa gitna ng siyentipikong unos na ito, nagbigay si Albert Einstein ng isang makabagong paliwanag para sa photoelectric effect.
Iminungkahi ni Einstein na ang liwanag ay binubuo ng mga photon, na ang bawat isa ay kumakatawan sa isang hiwalay na pakete ng enerhiya. Ang enerhiya ng isang photon ay nakasalalay sa dalas nito (ang bilang ng mga osilasyon bawat segundo), hindi sa intensidad nito. Kaya, kung ang isang materyal ay makakabuo ng mga electron ay lubos na nakasalalay sa enerhiya ng photon, hindi sa bilang ng mga photon.
Ang rebolusyonaryong pananaw ni Einstein ang nagbigay sa kanya ng 1921 Nobel Prize sa Physics, dahil nalutas nito ang isang kritikal na isyu na hindi naipaliwanag ng klasikal na pisika.
Mga Solar Cell: Paggawa ng Liwanag sa Elektrisidad
Ang pagkakatuklas sa photoelectric effect ay nagbukas ng daan para sa mga praktikal na aplikasyon tulad ng mga solar cell.
Ang isang solar cell ay kahawig ng isang sandwich, na may isang aktibong layer na sensitibo sa liwanag na nakalagay sa pagitan ng isang electron transport layer at isang hole transport layer. Ang dalawang dulo ng istraktura ay mga materyales na elektrod, kadalasang metal at indium tin oxide (ITO).
Kapag ang aktibong layer ay sumisipsip ng mga photon, ang mga electron nito ay nae-excite sa mas mataas na antas ng enerhiya. Ang mga na-excite na electron na ito ay inililipat sa electron transport layer, habang ang mga "hole" (mga rehiyon na kulang ng electron) ay dinadala ng hole transport layer. Ang kaayusang ito ay lumilikha ng isang circuit, na nagbibigay-daan sa daloy ng kuryente.
Sa pamamagitan ng paggamit ng ganitong istraktura ng aparato, ang enerhiyang solar ay maaaring direktang ma-convert sa kuryente, na nagbibigay sa atin ng isang mahusay at malinis na pinagkukunan ng enerhiya.
Isang Pagpupugay sa Siyentipikong Paggalugad
Ang prinsipyo ng mga solar cell ay nagpapakita kung paano lubos na napabuti ng eksplorasyong siyentipiko ang ating buhay. Dahil sa dedikasyon ng hindi mabilang na mga siyentipiko at sa kanilang mga makabagong tuklas, patuloy na ginagamit ng sangkatauhan ang kapangyarihan ng kalikasan para sa isang mas maliwanag na kinabukasan. Ating bigyang-pugay ang kanilang mga pambihirang kontribusyon!
