Photon là gì?

Tìm hiểu photon là gì sẽ giúp bạn hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống pin mặt trời.

Bạn hãy tưởng tượng một trục của ánh sáng mặt trời chiếu qua khe cửa sổ. Theo thuyết lượng tử ánh sáng, trục ánh sáng này được tạo thành bởi các hạt gọi là photon. Hay nói cách khác, photon là đơn vị cơ bản của ánh sáng.

Mặt trời là nguồn năng lượng vô tận. Bởi thế, tiềm năng của “món quà” photon này từ Mặt trời là rất lớn. Nguồn năng lượng này tồn tại từ rất lâu và có thể nói là vô hạn.

Các photon di chuyển trực tiếp từ Mặt trời đến Trái đất mà không cần bất kỳ điều kiện nào. Phải mất khoảng tám phút để một photon đi khoảng 93.000.000 dặm (150 triệu km) từ Mặt trời đến Trái đất chúng ta.

Các photon luôn chuyển động và truyền với tốc độ không đổi trong chân không đối với tất cả các chiều quan sát là 2,998 x 108 m/s (299.800.000 m/s). Điều này thường được gọi là tốc độ ánh sáng.

Năng lượng của photon phụ thuộc vào tần số của nó (tốc độ chuyển động của điện trường và từ trường). Tần số càng cao, năng lượng của photon càng nhiều.

Tất nhiên, một chùm ánh sáng có nhiều photon. Điều này có nghĩa là loại ánh sáng có cường độ cao (nhiều photon) có thể truyền nhiều năng lượng hơn đến khu vực ánh sáng có cường độ thấp hơn (ít photon hơn).

Tiếp xúc với nhiệt và ánh sáng mặt trời, các tấm pin mặt trời thực hiện quá trình sản sinh năng lượng. Các electron được kích thích đủ để dẫn điện. Điện này sau đó được thu nhận trong các ắc-quy lưu trữ mà chúng ta thường gọi là pin và phục vụ cho nhu cầu sử dụng của con người.

Sự thật về photon

Bản chất của ánh sáng, cho dù bạn coi nó là hạt hay là sóng, là một trong những cuộc tranh luận khoa học lớn nhất.

Theo thuyết lượng tử ánh sáng của Albert Einstein (1879 - 1955), ánh sáng có bản chất hạt (photon) và ông đã chứng minh rằng ánh sáng là một dòng các photon. Năng lượng của các photon này là độ cao của tần số dao động của chúng, trong khi cường độ ánh sáng tương ứng với số lượng photon. Về cơ bản, ông cũng giải thích làm thế nào một dòng photon có thể hoạt động.

Khái niệm ban đầu về photon (năm 1905) được phát triển bởi Albert Einstein. Tuy nhiên, nhà khoa học Gilbert Newton Lewis (1875 - 1946) là người đầu tiên sử dụng từ “photon” để mô tả nó (năm 1926).

Không chỉ ánh sáng được tạo thành từ các photon, mà các năng lượng điện từ (như sóng vô tuyến, tia X, vi sóng) đều được tạo thành từ các photon.

Các thuộc tính cơ bản của photon

+ Photon có khối lượng nghỉ, năng lượng nghỉ (một đại lượng trong Vật lý học) bằng không.

+ Photon chỉ tồn tại dưới dạng hạt chuyển động. Không có photon đứng yên.

+ Photon là các hạt cơ bản mặc dù không có khối lượng nghỉ.

+ Photon không có điện tích. Các photon luôn trung hòa về điện.

+ Photon là các hạt spin-1 (hạt vật chất), tạo nên chúng là boson (một loại hạt năng lượng trong tự nhiên).

+ Photon mang theo năng lượng và động lượng phụ thuộc vào tần số.

+ Photon có thể có tương tác với các hạt khác như electron, chẳng hạn như hiệu ứng Compton (hiệu ứng tán xạ quan trọng trong Vật lý).

+ Photon có thể bị phá hủy hoặc tạo ra bởi nhiều quá trình trong tự nhiên, ví dụ như khi bức xạ được hấp thụ hoặc phát ra.

+ Photon di chuyển với tốc độ ánh sáng khi ở trong không gian trống và không có vật cản.

+ Photon luôn chuyển động và chúng truyền với tốc độ không đổi trong chân không là 2,998 x 108 m/s.