Arkadiusz Mędrzak
Foton – czym jest? Dowiedz się więcej o niezwykłej cząsteczce. Dowiedz się, w jakich dziedzinach wykorzystywana jest energia fotonu. Jak promieniowanie elektromagnetyczne oddziałuje na nasz świat?
Tak bardzo przyzwyczailiśmy się do obecności promieni słonecznych, że nie zastanawiamy się zupełnie nad ich pochodzeniem. Tymczasem właśnie foton stanowi ich najmniejszą cząsteczkę. Jest tak mała, że nie rejestruje jej ludzkie oko. Dodatkowo porusza się z ogromną prędkością w postaci tak zwanego „deszczu słonecznego”. Odległość pomiędzy Słońcem a Ziemią pokonuje w nieco ponad 8 minut.
Czym jest foton i skąd się bierze?
Foton powstaje na powierzchni naszej najbliższej gwiazdy, czyli Słońca. Tworzy się w jego zewnętrznej warstwie, a powstaje poprzez zderzenie dwóch cząsteczek wodoru oraz helu. Choć może się to wydawać stosunkowo łatwym procesem, trwa miliony lat. Podczas zderzenia wytwarzają się ogromne ilości energii, które przez siły wewnątrz gwiazdy wyrzucane są wokół. Fotony docierają między innymi na Ziemię w postaci wielu różnych promieni, z których jesteśmy w stanie wyszczególnić zaledwie siedem.
Właściwości fotonu
Niektóre właściwości fotonu zostały przedstawione już wcześniej. Cząsteczka jest niewidoczna gołym okiem i potrafi pokonywać ogromne prędkości w bardzo krótkim czasie. Nie jesteśmy w stanie także określić jej kształtu, zapachu czy smaku. Co najciekawsze, fotonów nie da się zatrzymać w żaden sposób, choć część naukowców wskazuje na czarną dziurę jako przestrzeń, która je chłonie i zatrzymuje. Są one kwantem energii promieniowania elektromagnetycznego.
Z twojego punktu widzenia bardziej istotne jest to, że foton transportuje światło i energię. W instalacjach fotowoltaicznych pojawia się w towarzystwie dwóch płytek krzemowych, między którymi jest pole elektromagnetyczne. Cząsteczki te zostają wchłonięte przez ogniwa, co z kolei wprawia w ruch elektrony, które do tej pory były bierne. W ten sposób powstaje prąd stały, który następnie za pomocą falowników zmienia się w prąd zmienny. Można zatem powiedzieć, że energia w czystej postaci spada nam prosto z nieba i wystarczy ją wykorzystać.
Foton – energia wykorzystywana w domu
Zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego panele słoneczne mają kolor czarny lub ciemnogranatowy? Z pewnością zauważyłeś już wcześniej, że ciemne kolory lepiej się nagrzewają. W czasie upałów staramy się wkładać jasne ubrania, ponieważ w nich wydaje się chłodniej. Podobnie jest z panelami, choć one nie potrzebują temperatury do pracy – wręcz przeciwnie. Zbyt dużo ciepła jest dla nich szkodliwe. Tu znowu w roli głównej występuje nasza cząsteczka i kilka prostych zjawisk fizycznych.
Nie każdy wie, że kolory przedmiotów to tak naprawdę barwa światła, jaką odbijają. Czerwone kwiaty odbijają czerwone światło, z kolei trawa odbija inne kolory podstawowe. Te promienie odbieramy jako kolory, analogicznie czerwony i zielony. Tylko że światło słoneczne jest mieszaniną kolorów, które nasz wzrok odbiera jako białe. Zobaczysz to na śniegu czy kartce, która odbija je wszystkie. Skoro kolorowe przedmioty pobierają tylko część promieni, to co dzieje się z pozostałymi? Odpowiedź jest prosta: pochłaniane są przez rośliny, które wykorzystują je do rozwoju.
Foton a instalacje fotowoltaiczne
Co to ma wspólnego z czarnymi panelami? Czarny kolor nie odbija żadnych promieni słonecznych, a wszystkie pochłania. Prowadzi to do powstawania ogromnych ilości energii, która następnie odbierana jest jako ciepło.
Nasza cząstka światła może oddać swoją energię na rzecz twojego gospodarstwa domowego. W fotowoltaice może być wykorzystywana na dwa sposoby.
Najpopularniejsze są wspomniane wcześniej panele fotowoltaiczne, które pobierają energię i przetwarzają ją na prąd. Za pomocą falownika prąd stały staje się zmiennym i może trafić do sieci elektrycznej w twoim domu.
Drugim sposobem jest zastosowanie kolektorów słonecznych. Tu z kolei dochodzi do podgrzewania płynów zgromadzonych w sieci i wykorzystania ich temperatury. Taki system służy jedynie do podgrzewania wody użytkowej i jest mniej wydajny. Cała instalacja jednak jest stosunkowo tania i bezobsługowa.
Co ciekawe, cząsteczki te wykorzystujemy pośrednio lub bezpośrednio także w innych odnawialnych źródłach energii. Weźmy pod uwagę pompy ciepła, z których czerpie się temperaturę ogrzanego powietrza. Nie byłoby różnic w temperaturze, gdyby powietrza nie ogrzał foton.
W pośredni sposób nasz dzisiejszy bohater prężnie działa także na korzyść elektrowni wiatrowych. To przecież różnice temperatur pomiędzy masami powietrza wymuszają ich poruszanie. Ciepłe masy powietrza ogrzewane od ziemi poruszają się w górę, tymczasem zastępują je te zimniejsze. Te ruchy w efekcie prowadzą do napędzania wiatraków i wytwarzania prądu elektrycznego.
Foton, choć niewielki, ma ogromny wpływ na pozyskiwanie energii na naszej planecie. Można powiedzieć, że dopiero dzięki rozwojowi technologii nauczyliśmy się korzystać z dobrodziejstw Słońca w taki sposób, w jaki od miliardów lat robią to rośliny. Dzięki niemu mamy szansę odwrócić to, co do tej pory jako ludzkość zniszczyliśmy. Możemy zakończyć działalność porównywalną do konkwistadorów i zacząć żyć w zgodzie ze środowiskiem naturalnym.
