Comment les panneaux solaires produisent de l'électricité?

Que ce soit sur une calculatrice à énergie solaire ou une station spatiale internationale, les panneaux solaires produisent de l'électricité en utilisant les mêmes principes que les batteries d'appareils électroniques ou chimiques prises électriques standards. Avec des panneaux solaires, il s'agit de la libre circulation des électrons à travers un circuit.

Pour comprendre comment les panneaux solaires produisent de l'énergie électrique, il peut être utile de faire un voyage rapide vers la chimie classe de l'école secondaire. L'élément de base des panneaux solaires est le même élément qui a contribué à créer la révolution informatique - silicium pur. Lorsque le silicium est éliminé de toutes les impuretés, il fait une plate-forme idéale neutre pour la transmission des électrons. Silicon possède également des propriétés à l'échelle atomique qui le rendent encore plus attrayant pour la création de panneaux solaires.

Les atomes de silicium de la place pour huit électrons dans leurs bandes extérieures, mais seulement transporter quatre dans leur état naturel. Cela signifie qu'il ya de la place pour plus de quatre électrons. Si un atome de silicium contacts d'un autre atome de silicium, chaque atome reçoit quatre l'autre électron. Cela crée un lien très fort, mais il n'y a pas de charge positive ou négative, car les huit électrons satisfaire les besoins des atomes. Atomes de silicium peuvent se combiner pour les années à aboutir à un gros morceau de silicium pur. Ce matériau est utilisé pour former les plaques de panneaux solaires.

C'est là que la science entre en scène. Deux plaques de silicium pur ne serait pas produire de l'électricité dans les panneaux solaires, car ils n'ont pas de charge positive ou négative. Les panneaux solaires sont créés en combinant silicium avec d'autres éléments qui ne possèdent charges positives ou négatives.

Le phosphore, par exemple, a cinq électrons à offrir à d'autres atomes. Si le silicium et le phosphore sont combinés chimiquement, le résultat est de huit électrons stables avec un électron libre supplémentaire pour la balade. Il peut \ 't congés, car il est lié aux atomes de phosphore d'autres, mais il n \' nécessaire par le silicium. Par conséquent, cette nouvelle silicium / phosphore plaque est considérée comme une charge négative.

Pour l'électricité de circuler, une charge positive doit également être créé. Ce résultat est obtenu en combinant des panneaux solaires de silicium par un élément tel que le bore, qui possède seulement trois électrons à offrir. Une plaque de silicium / bore a encore une tache laissée par un autre électron. Cela signifie que la plaque a une charge positive. Les deux plaques sont pris en sandwich ensemble de panneaux solaires, avec des fils conducteurs s'étendant entre elles.

Avec les deux plaques en place, il est maintenant temps de mettre dans le «solaire» aspect de panneaux solaires. La lumière naturelle envoie de nombreuses particules différentes sources d'énergie, mais celui que nous sommes plus intéressés par un photon est appelé. Un photon agit essentiellement comme un marteau en mouvement. Lorsque les plaques négatives de cellules solaires sont pointés à un angle approprié pour le soleil, les photons bombarder les atomes de silicium / phosphore.

Finalement, l'électron 9th, qui se veut libre de toute façon, est arraché la bague extérieure. Cet électron libre ne reste pas longtemps, car le silicium positif / bore plaque elle puise dans l'endroit ouvert sur sa propre bande extérieure. Comme les photons du soleil rompre plus d'électrons, l'électricité est produite. L'électricité produite par une cellule solaire n'est pas très impressionnant, mais quand tous les fils conducteurs attirer les électrons libres à l'écart des plaques, il ya suffisamment d'électricité pour moteurs électriques à basse intensité ou d'autres appareils électroniques. Quel que soit les électrons ne sont pas utilisés ou perdus à l'air sont retournés à la plaque négative et l'ensemble du processus recommence.

Un des principaux problèmes avec l'utilisation de panneaux solaires est la faible quantité d'électricité qu'ils génèrent par rapport à leur taille. Une calculatrice peut-être besoin que d'une seule cellule solaire, mais une voiture à énergie solaire, il faudrait plusieurs milliers. Si l'angle des panneaux solaires est changé, même légèrement, l'efficacité peut chuter de 50 pour cent.

Certains d'alimentation de panneaux solaires peuvent être stockés dans des batteries chimiques, mais il n'est généralement pas beaucoup de puissance en excès dans la première place. La lumière du soleil même qui fournit des photons ultraviolets fournit également des plus destructeurs et les ondes infrarouges, qui a fini par provoquer les panneaux de dégrader physiquement. Les panneaux doivent également être exposés aux intempéries destructrices, qui peuvent aussi affecter gravement l'efficacité.

De nombreuses sources également se référer à des panneaux solaires photovoltaïques, qui fait référence à l'importance de la lumière (photos) dans la génération d'une tension électrique. Le défi pour les scientifiques de demain sera de créer plus efficaces panneaux solaires sont assez petits pour des applications pratiques et assez puissant pour créer de l'énergie en excès pour les moments où la lumière du soleil n'est pas disponible.

Qu'est-ce qu'un spectre d'émission? 

Un spectre d'émission est le rayonnement électromagnétique (EMR), tel que la lumière visible, une substance émet. Chaque élément émet une empreinte unique de la lumière, afin d'analyser les fréquences de cette lumière permet d'identifier le produit chimique qui l'a généré. Cette procédure est appelée spectroscopie d'émission et est un outil très utile scientifique. Il est utilisé en astronomie pour étudier les éléments présents dans les étoiles et dans l'analyse chimique.

Un rayonnement électromagnétique peut être décrit en termes de sa longueur d'onde - la distance entre les crêtes des vagues - ou sa fréquence - nombre de crêtes qui passent par une période de temps donnée. Plus l'énergie de la radiation, la plus courte longueur d'onde et la plus élevée de sa fréquence ne sera. La lumière bleue, par exemple, a une énergie plus élevée et donc une fréquence plus élevée et plus courte longueur d'onde que la lumière rouge.

Types de Spectra

Il existe deux types de spectre d'émission. Le type continu contient de nombreuses fréquences qui se fondent dans l'autre sans espace, tandis que le type de ligne ne contient que très peu de fréquences distinctes. Objets chauds produire un spectre continu, tandis que les gaz peuvent absorber de l'énergie alors qu'il émet à certaines longueurs d'onde spécifiques, la formation d'un spectre de raies d'émission. Chaque élément chimique a sa propre séquence de lignes.

Comment un spectre continu est produit

Les substances relativement denses, quand ils deviennent assez chauds, émettent de la lumière à toutes les longueurs. Les atomes sont relativement rapprochés et à mesure qu'ils acquièrent de l'énergie, ils se déplacent de plus en croiser un contre l'autre, résultant en une large gamme d'énergies. Le spectre, par conséquent, se compose de DME à une très large gamme de fréquences. Les quantités de rayonnement à des fréquences différentes varient avec la température. Un fer à repasser ongles chauffé dans une flamme passera de rouge à jaune à blanc que sa température augmente et il émet des quantités croissantes de rayonnement à des longueurs d'onde plus courtes

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Un arc en ciel est un exemple du spectre continu produit par le Soleil. Des gouttes d'eau agissent comme des prismes, le fractionnement du soleil la lumière en ses différentes longueurs d'onde.

Le spectre continu est entièrement déterminée par la température d'un objet et non pas par sa composition. En fait, les couleurs peuvent être décrites en termes de température. En astronomie, la couleur d'une étoile révèle sa température, avec des étoiles bleues être beaucoup plus chaud que les rouges.

Comment les éléments produisent des spectres de raies d'émission?

Un spectre de raies est produit par le gaz ou le plasma, où les atomes sont suffisamment éloignées pour ne pas influencer une autre directement. Les électrons d'un atome peut exister à différents niveaux d'énergie. Lorsque tous les électrons dans un atome sont à leur plus bas niveau d'énergie, l'atome est dit être dans son état fondamental. Comme il absorbe de l'énergie, un électron peut passer à un niveau d'énergie supérieur. Tôt ou tard, cependant, l'électron revient à son niveau le plus bas, et l'atome dans son état fondamental en émettant de l'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique.

L'énergie de l'EMR correspond à la différence d'énergie entre les états supérieurs et inférieurs de l'électron. Quand un électron à partir d'une chute élevé à un état de basse énergie, la taille du saut détermine la fréquence du rayonnement émis. La lumière bleue, par exemple, indique une baisse plus importante de l'énergie que la lumière rouge.

Chaque élément a son propre arrangement des électrons et des niveaux d'énergie possibles. Quand un électron absorbe le rayonnement d'une fréquence particulière, il sera plus tard émettent un rayonnement à la même fréquence: la longueur d'onde du rayonnement absorbé détermine le saut initial du niveau d'énergie, et donc le saut éventuel retour à l'état fondamental. Il résulte de ce que les atomes d'un élément donné ne peut émettre un rayonnement à certaines longueurs d'onde spécifiques, formant un motif unique de cet élément.

Observant Spectra

Un instrument connu comme un spectroscope ou spectromètre est utilisé pour observer les spectres d'émission. Il utilise un réseau de diffraction ou prisme pour séparer la lumière et les

Formes parfois d'autres EMR, dans leurs différentes fréquences. Cela peut donner un spectre continu ou une ligne, en fonction de la source de la lumière.Un spectre d'émission de ligne apparaît comme une série de lignes de couleur sur un fond sombre. En notant les positions des lignes, une spectroscopie peut découvrir quels éléments sont présents dans la source de la lumière. Le spectre d'émission de l'hydrogène, l'élément le plus simple, consiste en une série de lignes dans les plages rouge, bleue et violette de la lumière visible. D'autres éléments ont souvent des spectres plus complexes.

Essais à la flamme

Certains éléments émettent de la lumière principalement d'une seule couleur. Dans ces cas, il est possible d'identifier l'élément dans un échantillon en effectuant un essai à la flamme. Ceci implique le chauffage de l'échantillon dans une flamme, l'amenant à se vaporiser et à émettre un rayonnement de ses fréquences caractéristiques et donner une couleur clairement visible à la flamme. L'élément sodium, par exemple, donne une couleur jaune intense. De nombreux éléments peuvent être facilement identifiés de cette manière.

Spectra moléculaire

Molécules entières peuvent aussi produire des spectres d'émission, qui résultent de changements dans la façon dont ils vibrer ou tourner. Il s'agit notamment des énergies plus faibles et ont tendance à produire des émissions dans la partie infrarouge du spectre. Les astronomes ont identifié une variété de molécules intéressantes dans l'espace par spectroscopie infrarouge, et la technique est souvent utilisée en chimie organique

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Spectres d'absorption

Il est important de faire la distinction entre les spectres d'émission et d'absorption. Dans un spectre d'absorption, certaines longueurs d'ondes de lumière sont absorbées lorsqu'ils passent à travers un gaz, formant un motif de lignes noires sur un fond continu. Éléments absorber les mêmes longueurs d'onde qu'ils émettent, donc cela peut être utilisé pour les identifier. Par exemple, la lumière du Soleil traverse l'atmosphère de Vénus produit un spectre d'absorption qui permet aux scientifiques de déterminer la composition de l'atmosphère de la planète.