빛 에너지를 이해하려면 먼저 에너지가 무엇인지 알아야 합니다.
1) 자연 에너지의 일종
에너지는 물체를 움직이거나 열, 소리 등을 방출하는 데 필요한 힘을 말합니다. 전기, 가스 및 휘발유는 에너지의 전형적인 예입니다.
에너지는 햇빛, 열, 바람, 물의 흐름과 같은 자연 현상에서 얻을 수 있습니다. 이러한 에너지를 자연 에너지라고 하며, 햇빛으로 대표되는 빛 에너지도 그 중 하나입니다.
재생 가능 에너지는 석유나 석탄 등의 화석 연료에서 얻는 에너지와 달리 고갈될 가능성이 적기 때문에 '재생 가능 에너지'라고도 불립니다.
2) 빛 에너지원으로서의 '빛'에 관한 기본 정보
빛은 "파동"이자 "입자"입니다
빛은 "전자기파"라고 불리는 "공간을 이동하는 파동"의 일종으로, 파동 특성과 입자 특성을 모두 가지고 있습니다. 영상과 음성을 텔레비전으로 전송하는 전파와 X선에 사용되는 X선도 빛과 동일한 전자기 스펙트럼의 구성원입니다.
빛은 또한 광자라고 하는 작은 입자입니다. 광자 수가 많을수록 빛이 더 밝아집니다.
전자기파의 성질은 파장에 의해 결정됩니다. 파장은 파동 피크와 피크의 길이를 나타냅니다. 수면에 물체를 던지면 주위로 잔물결이 퍼져 있습니다 만, 그 때 보이는 잔물결 사이의 간격이라고 생각하면 알기 쉽습니다.
파장이 짧은 전자기파는 에너지가 크고 직선으로 이동하는 성질을 가지고 있습니다. 많은 양의 X선에 노출되어 신체가 손상되는 이유는 파장이 매우 짧고 에너지가 많기 때문입니다.
빛에는 여러 종류가 있습니다
빛은 크게 가시광선과 비가시광선으로 나눌 수 있습니다.
눈에 보이는 빛을 "가시광선"이라고 하며, 파장의 길이에 따라 보이는 색이 달라집니다. 파장 순서대로 보라색, 남색, 파란색, 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색 순으로 기억하는 것이 좋습니다.
보이지 않는 빛에는 자외선, 적외선, X선 등이 있습니다. 자외선은 가시광선보다 파장이 짧고 적외선은 더 깁니다. 자외선은 일광 화상의 원인으로도 알려져 있으며, 적외선은 리모컨이나 난방기구에 사용되는 빛으로도 알려져 있습니다.
3) 빛 에너지 사용의 친숙한 예
열을 전달하는 "적외선"
적외선은 열을 전달하는 기능이 있으며 "열선"이라고도합니다. 태양 광선은 적외선을 방출하기 때문에 따뜻하게 느껴집니다.
그러나 적외선 자체는 열이 없습니다. 적외선에 의해 방출되는 에너지는 물질의 분자 운동을 증폭하고 온도를 높입니다. 난방 기구 및 조리기구에 사용되는 히터는이 적외선 메커니즘을 사용합니다.
적외선을 이용한 히터로 가열하는 것은 다른 에너지로 가열하는 것보다 효율이 높고, 연소나 접촉을 수반하지 않기 때문에 안전하다는 장점이 있습니다. 따라서 일반 가정용뿐만 아니라 업무용으로도 널리 사용되고 있습니다.
"원적외선"은 적외선의 세 가지 유형(근적외선, 중적외선, 원적외선) 중 하나입니다. 원적외선은 다른 두 종보다 파장이 길고 전파에 가깝습니다.
성장하는 식물의 "광합성"
많은 식물이 자라기 위해 수행하는 광합성은 빛 에너지 사용의 친숙한 예이기도합니다. 광합성은 식물이 햇빛, 이산화탄소, 물에서 유기물을 생산하고 산소를 방출하는 활동입니다.
광합성에 의해 생성된 유기물은 먹이사슬을 통해 모든 동물의 먹이가 됩니다. 현재 발굴되고 있는 화석연료의 대부분은 과거에 광합성에 의해 만들어진 식물과 동물로 구성되어 있다는 점도 기억해야 합니다.
광합성을 하는 식물의 수가 늘어나면 대기 중의 이산화탄소 소비가 증가하기 때문에 최근 문제로 여겨지고 있는 지구 온난화를 억제하는 효과가 기대되고 있습니다. 광합성은 식물의 성장뿐만 아니라 인간을 포함한 다른 유기체의 생명과 지구 환경 보존에도 책임이 있습니다.
전기를 생산하는 "태양광 발전"
빛 에너지 활용의 예로, 최근 몇 년 동안 "태양 광 발전"이 주목을 받고 있습니다. 태양광은 실리콘 반도체(태양전지)로 만들어진 배터리에 가해져 직접 전기로 변환됩니다.
일반 주택의 지붕에도 태양전지를 설치할 수 있어 누구나 마음만 먹으면 전기를 자급자족할 수 있습니다. 화석 연료로 한 집에 1년 분량의 전기를 생산하려면 약 766리터의 석유가 필요하다고 합니다.
화석 연료에 의존하지 않고 태양이 없는 한 전기를 생산할 수 있는 시스템이 친환경 기술로 곳곳에서 소개되고 있습니다.
태양광용 태양 전지판
우리 일상생활에서 가장 친숙한 빛 에너지는 조명기구와 같은 전구에서 방출되는 빛입니다. 전구의 빛은 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 것입니다.
다양한 유형의 전구가 있으며 각각 에너지 변환 효율이 다릅니다. 예를 들어, 백열 전구는 전기 에너지의 대부분이 열 에너지로 변환되기 때문에 변환 효율이 좋지 않습니다. 장시간 사용하면 뜨거워지고 만지면 화상을 입을 수 있습니다.
반면에 형광등과 LED 전구는 대부분의 전기 에너지를 빛 에너지로 변환합니다. 따라서 백열 전구보다 동일한 밝기를 생성하는 데 필요한 전기 에너지가 적어 전기 요금을 절약할 수 있습니다.