Co to jest foton?

Często wiele osób nie zdaje sobie sprawy z siły fizyki, która jest stałym towarzyszem w codziennym życie. Bez wątpienia kluczową rolę w tej sytuacji odgrywa foton jako jedna z najbardziej znanych cząstek obecna w świcie fizyki. Choć z pozoru foton jest niewidoczny, nie można go zobaczyć, usłyszeć, dotknąć ani poczuć, odgrywa ważną rolę w codziennym funkcjonowaniu wszystkich organizmów. Warto zatem wiedzieć czym jest foton, w jaki sposób powstaje oraz jaką odgrywa rolę.

Czym jest foton?

W oparciu o definicję fotony są to cząsteczki promieniowania elektromagnetycznego, powstające w całej swojej objętości w Słońcu. Fotony jako cząstki światła i energii powstają poprzez zderzanie się ze sobą dwóch pierwiastków wodoru (tzw. paliwa wodorowego) oraz helu, które są kluczowe do ich powstania oraz obecne we wnętrzu Słońca. Następnie takie fotony trafiają na powierzchnię Słońca skąd wraz z wiatrem słonecznym są transportowane w stronę Ziemi oraz innych planet układu słonecznego. 

Warto również wiedzieć, iż proces powstawania fotonu nazywany jest remisją. Co ciekawe również sam proces powstania fotonu trwa kilka milionów lat. Zatem można śmiało stwierdzić, iż fotony, które w tej chwili docierają do powierzchni Ziemi, powstały we wnętrzu Słońca wiele milionów lat temu. To obrazuje jak złożony i długotrwały jest to proces.

Cechy fotonu

Tak jak każde inne zjawisko fizyczne, foton charakteryzuje pewien unikatowy zbiór cech. Można do nich zaliczyć fakt, iż:

• jest niewidzialny gołym okiem – foton porusza się z prędkością światła, tj. największą prędkością znaną człowiekowi;
• może pokonywać olbrzymie odległości w niewielkich odstępach czasu – według badań, w próżni fotony są w stanie pokonywać wiele miliardów lat świetlnych. Wystarczy, iż poruszają się jedynie po lekko zakrzywionych torach ciał niebieskich, by mogły osiągnąć taka prędkość;
• nie można ich rozpoznać za pomocą jakiegokolwiek zmysłu – fotony nie mają kształtu, zapachu, ani smaku. W ten sposób nie można ich zidentyfikować w tradycyjny sposób;
• nie można ich zatrzymać – jednym zjawiskiem, jaki jest w stanie zatrzymać fotony tj. światło słoneczne jest tzw. „czarna dziura”, która więzi cząsteczki światła, i nie pozwala im się dalej poruszać. 

Jaką rolę odgrywa foton?

Podstawową funkcją jaką odgrywa foton jest transport energii oraz światła. Strumień fotonów, który jest wyrzucany z powierzchni Słońca oraz transportowany wraz z energią stanowi równocześnie falę promieniowania elektromagnetycznego, która jest inaczej mówiąc światłem. Samo światło, stanowi kluczowy czynnik niezbędny do powstania oraz podtrzymywania życia i procesów w nim zachodzących. Bez światła życie nie mogłoby istnieć.

Mona to zobrazować za pomocą prostego przykładu. Do procesu fotosyntezy tj. oddychania roślin wykorzystywane jest światło słoneczne, podobnie jak w codziennym życiu wszystkich organizmów żywych. Światło słoneczne dyktuje poprawne funkcjonowanie organizmów żywych. Bierze udział w wielu procesach biologicznych i fizycznych funkcjonowania roślin oraz zwierząt, a także ma wpływ na kształtowanie się pogody czy też klimatu na Ziemi. Dzięki temu można śmiało stwierdzić, iż foton jako cząstka światła odgrywa olbrzymią rolę dla życia.

Jaki związek ma fotowoltaika z fotonami?

Choć może się to wydawać mało prawdopodobne foton jak cząstka elektromagnetyczna znajdują olbrzymie zastosowanie w życiu człowieka. Jednym z najczęstszych zastosowań jest fotowoltaika. W tym przypadku foton jest zwyczajnie nośnikiem oddziaływań elektromagnetycznych, przez co tworzy zjawisko fotowoltaiczne.

Zjawisko fotowoltaiczne wykorzystywane jest w działaniu ogniw fotowoltaicznych i zostało po raz pierwszy odkryte w 1839 roku, natomiast Albert Einstein wyjaśnił na czym ono polega w 1921 roku, za co dostał Nobla. Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego polega na tym, iż jest zbudowane z półprzewodnika, który tworzy złącze p-n. Na złącze pada światło w formie fotonów, które mają większą energię niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika. Znajdujące się na powierzchni ogniwa elektrony zostają wprawione w ruch, i przemieszczają się do dwóch skupisk obszarów o takim samym ładunku. W ten sposób powstaje różnica potencjałów, co z kolei wywołuje napięcie elektryczne.

Gdzie fotony znajdują zastosowanie w codziennym życiu człowieka?

Odnosząc się do wyżej opisywanego zjawiska można stwierdzić, iż fotony odgrywają niebywałą rolę w codziennym funkcjonowaniu człowieka. Ich odkrycie oraz opisanie zjawiska gdzie odgrywają one kluczową rolę przyczyniło się do powstania pojęcia energii ze światła. Ogniwa fotowoltaiczne są elementem składowym paneli fotowoltaicznych (inaczej mówią paneli słonecznych). Panele słoneczne to coraz bardziej popularne i coraz częściej wykorzystywane zjawisko w produkcji energii.

Warto wiedzieć, iż zastosowanie paneli słonecznych niesie ze sobą daleko idące, pozytywne zmiany. Przede wszystkim energia wytwarzana przez fotony tj. światło słoneczne jest tania i ogólnie dostępna. Co więcej w ten sposób można przyczynić się do wspierania korzystania z zielonej energii, dzięki czemu wspierana jest ochrona środowiska naturalnego.