Основные публикации по солнечной энергии

Спектр электромагнитного излучения

Излучением в этой книге называется энергия электромагнитно­го излучения, распространяющегося в пространстве со скоростью света. В большинстве случаев в практике использования солнечной энергии представляет интерес только тепловое излучение. Тепловое излучение обусловлено температурой тела; возбужденные атомы, мо­лекулы или электроны самопроизвольно возвращаются на более низ­

кие энергетические уровни, выделяя при їтом энергию в виде элект­ромагнитного излучения. Такое излучение обычно распределено в не­котором интервале длин волн, поскольку оно возникает вследствие изменений электронного, вращательного и колебательного состояний атомов и молекул.

Спектр электромагнитного излучения разделяется на области по длинам волн. На фиг. 4.1.1 показаны эти области и длины волн, опре дел яюшие их приблизительные границы. Отметим, что границы отдельных областей спектра с различными названиями и механизм излучения точно не установлены. Излучение в различных областях спектра отличается только длиной волны Л-; все волны распространя­ются со скоростью света С и имеют частоту и, так что

C-—=*v, (4.1.1)

П

где С0 скорость света в вакууме, ап — показатель преломления.

Длины волн, наиболее важные в спектре солнечного излучения и представ л яюшие интерес в связи с использованием солнечной энер­гии, соответствуют области спектра от ультрафиолетового излуче­ния до ближнего инфракрасного, т. е. ~ 0,2 — 25 мкм. В этом диапа­зоне длин волн находится область электромагнитного спектра, на ко­торую реагирует человеческий глаз и которая поэтому называется видимой областью спектра. Большая часть солнечной энергии за пре­делами атмосферы приходится на диапазон длин волн 0,2 — 4 мкм, а на поверхности Земли — на диапазон 0,29 — 3 мкм.

Длина Волны, мкм

10е 10‘ 10“ юг п°

Т

I t Тепловое t ^

РиОоры, телевидение.,радио, излучение фиолетово^

-1 ЪгоюГ *—

^Длинно - . Коротко - Дальняя ближняя Рентгеновские

Волновое! тфранрас^іфрвкрвд I. лучи

padwdua.-хгзон наяобласть ноя область пиоиноя

25—1000 0,78-25 ™ласш

0,38-0,78

Фиг. 4.1.1. Спектр электромагнитного излучения.

4.1. Фотонное излучение

В некоторых случаях использования солнечной энергии невозмож­но объяснить наблюдаемые явления с помощью классической электро­магнитной волновой теории излучения. В связи с этим возникает не­обходимость рассмотреть энергию некой частицы, или фотона, кото­рый можно считать "элементом энергии” с нулевой массой и зарядом. Энергия фотона определяется выражением

E=hv, (4.2.1)

где h — постоянная Планка, равная 6,6256 • Ї0~34 Дж* с. Из выраже­ния (4.2.1) следует, что энергия фотона возрастает с увеличением частоты v, т. е. с уменьшением длины волны Л. Этот факт приобрета­ет особый смысл, когда необходимый эффект способен вызвать фо­тон с минимальной энергией (например, при образовании пары элек­трон — дырка в фотоэлектрическом устройстве). Следовательно, су­ществует верхний предел длины волны излучения, способный вызвать это изменение.