Categories
Podcasts Stiinta Tehnologie

F@TC 034 – Curent electric din lumină

Cum se obține curent electric din lumină? Ce este efectul fotoelectric? Din ce materiale sunt construite celulele fotovoltaice? Ce fel de unde electromagnetice sunt folosite pentru a genera curent electric?

Despre efectul fotoelectric și cum acționează acesta aflăm de la Conf. Dr. Nicolae Crețu, de la Universitatea “Transilvania” Brașov, Laboratorul de Fizică Aplicată și Computațională.

Efectul fotoelectric a fost descris pentru prima dată de către Albert Einstein în 1905, în lucrarea “On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light”. În această lucrare Einstein explică faptul că lumina există și sub forma unor quante, unor unități discrete de lumină numite fotoni. Astfel se scotea în evidență caracterul dual al luminii, fiind pus în prim-plan faptul ca fotonii sunt particule de lumină.

Lucrarea explică, de altfel, și modul prin care un foton poate scoate un electron din interiorul unui metal. De acolo și până la crearea unor experimente care să obțină curent electric nu a mai fost decât un pas. Curentul electric nu este altceva decât un șir de electroni care se deplasează în mod ordonat.

Einstein a primit Premiul Nobel în 1921 pentru descoperirea efectului fotoelectric.

S-a constatat că fotonul de energie E = hν trebuie să aiba o energie minimă, numită Lucru de extracție, cu ajutorul căreia să scoată electronul din metal. Lucrul de extracție este diferit pentru metale diferite.

E = h ν
h – constanta lui Plank ( 6.62607004 × 10^-34 m^2 kg / s )
ν – frecvența fotonului ( ν = c / λ )
c – viteza luminii, aprox 300 000 km/s
λ – lungimea de undă

Metale și compuși folosiți în celulele fotovoltaice sunt siliciul, cesiul, aliaj cadmiu-telur – CdTe, film de siliciu, aliaj cupru-indiu-galiu-seleniu – CIGS, film galiu-arsenic, sodiu, aluminiu, molibden și altele.

Tabel energii minime de extracție în funcție de metalul folosit (imagine via Hyperphysics ):
work-functions

Energii minime pentru Lucrul de extracție sunt mai jos. Conversii necesare: din eV în Hz și din Hz în lungimi de undă:
1 eV -> 100 THz, IR apropiat, 3000 nm
2 eV -> 500 THz, verde, 495-570 nm
4 eV -> 900THz, violet spre UV, 300 nm
5 eV -> 1,2 PHz, UV, 250 nm

Efectul fotoelectric este folosit în celulele fotovoltaice unde lumina incidentă creează un curent electric. Lumina vizibilă poate crea curent electric dacă se folosesc fotoni de lumină verde pentru celule fotovoltaice cu cesiu sau fotoni de culoare violetă dacă se folosesc metale ca aluminiul sau cadmiul. Verifică tabelul de mai sus și folosește convertorii pentru a afla ce fel de fotoni au energia minimă în funcție de metalul de interes.

Un lucru de știut este acela că intensitatea fotonilor nu ajută la îndepărtarea electronului din metal. Cu alte cuvinte, dacă ai mulți fotoni roșii sau IR la un loc, adică dacă ai lumină mai strălucitoare în acea bandă, atunci nu vei reuși să obții curent electric. Ai nevoie ca fotonii înșiși să fie de o energie mai mare decât energia minimă de extracție.

UV și X vor genera întotdeauna curent electric datorită faptului că au energii minime foarte mari comparativ cu lumina verde sau altele de lungimi de undă mai mari.

Filmat și editat de Manuel Cheța: http://tehnocultura.ro

Filmat la Universitatea “Transilvania” Brașov, Colina Universității.

Audio podcast:
https://itunes.apple.com/ro/podcast/tehnocultura/id929951093?mt=2
——
Referințe:
– efectul fotoelectric:
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect#20th_century
– efectul fotoelectric video:

– efectul fotoelectric sumar:
http://effectinforme.blogspot.co.uk/2015/10/photoelectric-effect.html
– fotonii:
https://www.pa.msu.edu/courses/1997spring/PHY232/lectures/quantum/photons.html
– spectrul vizibil al luminii:
https://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrum
– tabel cu lucrul de extracție a electronilor:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/photoelec.html
– materiale celule fotovoltaice:
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell#Materials
– convertor fizica eV în Hz:
http://www.translatorscafe.com/cafe/EN/units-converter/energy/62-11/hertz-electron-volt/
– convertor fizică Hz în lungimi de undă – nm:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/ems1.html
– imagine tipuri de fotoni:
http://scienceblogs.com/startswithabang/2014/05/31/comments-of-the-week-13-from-writing-to-relativity/
– imagine diagrama efect fotoelectric:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.svg
– imagine efect fotoelectric în semiconductor:
http://www.physicsexperiment.co.uk/content/photoelectric.html

Categories
TechArt

Olafur Eliasson despre Little Sun: “A work of art that works in life”

Little Sun este o lanternă portabilă făcută cu măiestrie de designerul islandez Olafur Eliasson care costă undeva pe la 20€+transport. De departe nu pare mare lucru, dar e suficient să o vezi de aproape să vezi câteva linii puțin mai ciudate, linii pe care le-am observat și în alte lucrări de-ale lui.

M-am enervat puțin că omul vorbea mai mult din inimă și mai puțin detalii tehnice, dar asta o fi problema mea. Important este că lanterna folosește o celulă fotovoltaică, poate fi lăsată la încărcat 4 ore și luminează apoi 5 ore. Suportă undeva pe la 1000 de reîncărcări, ceea ce ajunge pe 3 ani.

Detalii care m-ar fi interesat țin de distanța până la care poate lumina sau dacă este suficientă una pentru o cameră mică. Presupun că nu, dar pentru birou ar fi mai potrivită. Little Sun este o intrepătrundere dintre artă și tehnologie și aș putea să o clasific drept arttech, dar mi-e mai simplu să îi zic techart 😀

Olafur a creat-o și cu un scop nobil: dai 20€ pe ea, dar va putea fi vândută mai ieftin în țările unde este dificil să ai lumină în casă. Dacă pot aprecia un lucru acela este un om care are de toate și se gândește să ofere și acolo unde știe că este nevoie. El este obsedat de lumină și acest lucru se poate vedea în mai toate lucrările lui.

Lucrări de-ale lui pot fi văzute pe site-ul principal. Dintre toate Façade for Harpa Reykjavik Concert Hall and Conference Centre, 2011 mi-a furat ochii. Vei vedea că lanterna are aceleași linii.
HARPA_09-lafur-eliasson-little-sun

Imagine folosită cu permisiunea Olafur Eliasson.

Via [Creative Technology].

Categories
Tehnologie

Panouri solare conice rotitoare – viitorul colectării energiei solare

Dvice a publicat un articol interesant despre un nou model de celule fotovoltaice: panouri solare conice care se mai și rotesc. Deși în mod normal 1 metru pătrat de panou solar ar genera undeva pe la 1000 W V3 Solar se laudă că pot obține de 20 de ori mai mult prin folosirea unor lentile.

Rotirea are rolul de a proteja celulale fotovoltaice de la deteriorare prin îndepărtarea de razele concentrate de lentilă. Generarea de nergie lectrică necesită nanosecunde pe când celulele se supra încălzesc în microsecunde, așa că rotirea se paote face chiar rapid.

Energia solară este obținută la prețuri destul de mici datorită folosirii tehnologiei existente. Deși există îndoieli că aceaași suprafață care scoate 1000 de W de energie electrică nu poate obține de 20 de ori mai mult, proiectul a prins deja avânt și oamenii întreb de costul acestuia.

Conurile au 1 metru înălțime, 1 metru în diametru și se rotesc pe o pernă magnetică. Lentilele folosite, numite concentratori, sunt arma secretă în obținerea unei cantități de energie solară mai mare decât s-a sperat. Sper că ei vor avea succes și că vom vedea tot mai multe conuri levitând peste tot prin oraș.