光能

從巨觀上看是直射的，從微觀上看是波動的，具有一定能量。光是一系列電磁波，也稱可見光譜。在科學上的定義，光是指所有的電磁波譜。光是由光子為基本粒子組成，具有粒子性與波動性，稱為波粒二象性。光可以在真空、空氣、水等透明的物質中傳播。對於可見光的範圍沒有一個明確的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波長在380～760nm之間。人們看到的光來自於太陽或藉助於產生光的設備，包括白熾燈泡、螢光燈管、雷射器、螢火蟲等。可見的稱為可見光，反之為不可見光。

基本介紹

• 中文名：光能
• 外文名：luminous energy
• 套用學科：物理 化學 材料學
• 適用領域範圍：植物，醫學，發電，照明

釋義

光能[luminous energy;light energy]是光子運動對應的能量形式，光能是由太陽、蠟燭等發光物體所釋放出的一種能量形式，光能是一種可再生性能源。

光熱轉換

本文主要是探討關於黑色物質為什麼會吸收大部分的光子而產生熱能？這個問題我們還是要通過黑色物質的分子結構談起。大家知道黑色物質對光線的折射率是很低的，黑色物質將大部分光能轉換為熱能。黑色物質的特徵是物質分子結構的化學反應，同時，它也存在諸多的物理因素變化。

特徵

化學

打個比喻；金屬銀與硫元素化合後的物質是黑顏色的，還有金屬鐵與氧化合後生成的氧化物為黑褐色。 動物細胞以及植物纖維經過高溫燃燒後會形成以為主的深黑色。

物理

我們常見到的石墨、煤炭、石油等有機物都呈現為黑褐色至黑色之間不同的色度等級變化。黑色物質會將光線大部分能量轉變為熱能，這主要取決於黑色物質分子中最小原子的活躍程度。在自然界中，碳元素比較活躍，所有物質都是以碳基為主要成分的分子結構。也可以說組成人體的碳水化合物以及植物纖維細胞中的碳基化合分子都是以碳元素為主的物質體系，而煤炭和石油也是以碳基為主的可燃物質。然而，以碳基為主的化合物，以及化合物經過化學反應後都會生成黑色的物質。在黑色物質分子中，其原子內部的電子很容易受到外界低能級光粒子的激發作用而形成飄逸態（主要是碳元素），也包括其它的化學物質成分。當原子中的電子在吸收外界能量躍遷後會形成熱能的釋放並向四周傳遞。比如太陽能集熱器就是一個最簡單的例子。在夏季，我們人類將光能變為熱能用來增溫冷水進行洗浴。在冬季，我們用太陽能集熱器集熱可以取暖。

以往，我們人類只知道黑色物質的光熱物理作用，並不知道黑色物質內部的原子活躍性。因為白顏色物質分子結構中的電子對低能級光粒子是很難受激發躍遷的，原子內部的電場對電子的束縛力也非常強，所以就不會形成光與熱能的轉換使光線大部分折射返回。物質分子的色度越深，其原子內的電子活躍性就越強，就越容易被光子激發飄逸產生熱能。也就是說，物質原子的活躍程度越強就越容易使核外電子受能量激發而遷移。另外，原子的活躍程度也取決於原子內部電場對電子的束縛力。束縛力越大，核外電子就越不容易躍遷，也就是核外電子的一種惰性。理論中，從黑色物質過渡到白色物質之間，會形成不同等級光輻射的熱能轉換是正確的。

自然界中物質的不同灰度等級，是從白色到黑色之間的過度變化也是物質分子間的不同化學組合。在自然光的光譜中包含了很多不同頻率的射線成分（紫外到紅外），白色物體對光線吸收的很少，而黑色物質會將大部分光線吸收，尤其是光譜中紫外線的吸收機率非常高。物質的顏色越深，光能的熱轉換效率就越高，自然光強度越大，物質的光能轉換值也就越大。這裡有一個最關鍵性的問題，那就是太陽的光輻射能。在物理學中，我們了解到了自然光是由不同頻率電磁波組成的綜合光譜，平時我們看到的只是單一的白色光。而且，光也是電磁波的一種，當物質中的電子在電磁場力的作用下就會形成力學結構變化。因黑色物質的電子非常活躍，在低能級磁場力（一般光強度）的作用下就可產生躍遷運動，這個運動過程也是原子核外層電子的能量轉換過程，當核外電子受能激發躍遷時會釋放出大量的熱能，這就是我們平時所說的太陽能集熱原理。其實，我們所說的黑色物質受光照後會產生熱能的轉變，不如說是由物質電子在電磁場力的作用下形成的熱能轉換。

光能材料

其實，光與熱能轉化，不如說是電磁場力對物質內部電子的能量激發。也就是自然界中物質的電子運動構成了在磁場力作用下進行熱能和電能的交換。一般說來，物質會將光能轉變為熱能，我們不如改個說法，那就是物質粒子的躍遷形成磁能的熱轉移。太陽是一個巨大的發光體也是強大的電磁輻射源，光是某一電磁波的頻率段，自然界的溫度變化也體現出了磁場力的無所不能，也是萬有電磁定律形成了宇宙太空物質運動的能量傳遞。這種光與熱能的轉換不僅僅是針對哪些單一的物質種類，自然界中所有的物質都存在這種現象，只不過是能量轉換的多少問題罷了。根據人類能源不斷枯竭的現狀，開發利用光能轉化為熱能的技術套用已經普及到了我們生活中的每一角落。光能轉化技術套用範圍廣，成本不高，它是我們人類最為廉價和最為環保的一種節約型能源。