Năng lượng ánh sáng Trongmột tế bào quangđiện trong điển hình,hailớp bándẫn silicon pha tạp liên kết sít saovới nhau (xem hình 5). Một lớp được cải biến để có quá số electron tự do (gọi là lớp n), còn lớp kia đượcđiềuchỉnh để có quá số lỗ trống (lớp p).Khi hai lớpbándẫn khác nhau được ghép lại tạimộtranh giới chung (gọi làtiếp giáp p-n), electrontự do trong lớp nđi vào lớp p nhằmlắp đầycác lỗ trống. Sự kết hợp của electronvàlỗ trống tạitiếp giáp p-n tạo ra mộtrào cảnngăn số electronvượt qua tăng thêm.Khi sự thiếu cân bằng điện đạt tới điều kiện cân bằng, một điện trường ổnđịnhđược thiết lập qua ranh giớiphân tách hailớp. Khi ánhsángcó bướcsóng (và nănglượng) thích hợpchạm tới tế bào tách lớp vàbị hấp thụ, electron được tự do chuyển độngvề mọi phía. Nhữngelectron gần ranhgiới(tiếp giáp p-n) có thể băng quatiếpgiáp bởi điện trường cố định. Vì electroncó thể dễ dàng băngqua ranhgiới, nhưngkhôngthể quay trở lại theo hướngkhác(chống lại gradientđiện trường)nên sẽ thu đượcsự bất cânbằng điện tích giữa hai vùng chấtbán dẫn. Những electronđi vào lớp nbởihiệu ứng khubiệt hóa củatrườngổn địnhcó xu hướngtự nhiên rời khỏi lớp đó để điều chỉnh sự bất cân bằng điệntích. Tiếnvề phía này,các electron sẽ đi theođường đi khác nếu như có đườngđi đó.Bằng cách đặtmộtdòng điện ngoài mà quađó các electroncó thể quay trở lại lớp kia, thì dòng điện sẽ được tạo ra liêntục chừng nàomà ánhsáng còn chạmtớitế bào Mặt Trời.Trongcấu trúccủa tế bào quang điện trong, cáclớp tiếp xúckimloại được đặt vào mặt ngoài của hai lớp bán dẫn, và cung cấp một đườngdẫn tới mạchđiện ngoài nốihai lớp lại. Kết quả cuối cùng là việc tạo ra công suất điện thuđược trực tiếp từ nănglượngánh sáng. Hiệu điện thế tạo ra bởi tế bào MặtTrờibiến thiên theobước sóngcủa ánh sáng tới, nhưngnhữngchiếc tế bào tiêu biểu đượcchế tạo để sử dụng phổ bước sóng rộng của ánh sángban ngày doMặt Trời cung cấp. Lượng nănglượng tạo ra bởi tế bào phụ thuộc vào bướcsóng, với những bướcsóng dài phátra ít điện hơn những bước sóngngắn. Vì những tế bào hiệncó thườngthường tạora hiệuđiện thế chỉ khoảngbằng với tế bào đèn flash, nên cần phải ghép hàng trăm, hoặcthậm chí hàng ngàn tế bào lại để tạo ra đủ điện cho nhữngứng dụng cầnthiết. Mộtsố xe ô tô chạy bằngnăng lượng Mặt Trờiđã được chế tạo và đã hoạt động thànhcôngở tốc độ cao quaviệcsử dụng một số lượng lớn cáctế bào Mặt Trời. Năm 1981, khí cầu SolarChallengerđược bọc 16.000tế bào MặtTrời, tạo ra công suất hơn3000 watt, đã bay quaeo biển Anhchỉ điều khiểnbằng ánh sáng Mặt Trời.Những kì công gây hứng thú như thế này đã làm tăng thêm việc sử dụng nguồnnănglượng MặtTrời. Tuy nhiên, việc sử dụng các tế bào Mặt Trời vẫn còn trongthời kì chưa đủ độ chín, vànguồnnăng lượng nàyvẫn chỉ mới giới hạn trongnhững dụngcụ yêu cầu công suất thấp. Các tế bào quangđiện trong hiện naysử dụng những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vựcchấtbán dẫnsilicon phatạpchuyển hóatrung bình 18%(đạt giá trị lớn nhất vào khoảng 25%) năng lượng ánh sáng tới thànhdòng điện, sovới 6% đốivới những tế bào sản xuấttrongthập niên 1950. Ngoài nhữngcải tiếnvề hiệu suất, người ta cũngnghĩ ra những phương pháp mới để sản xuất nhữngtế bào ít tốn kém hơn so với những tế bàochế tạo từ silicon đơn tinhthể. Nhữngcải tiến như thế bao gồmcác màngmỏng silicontăng trưởngtrên nhữngbánh xốp silicon đa tinh thể ít đắthơnnhiều. Silicon không kếttinh cũngđượcthử với một số thành công, khicho bốc hơi các màngsilicon mỏng lên chấtnền thủytinh. Nhữngchất khác ngoài silicon, như galliumarsenide,cadmiumtelluride,và đồngindium diselenide,đangđượcnghiêncứu vì nhữngtiềm năngcủa chúng cho cácứng dụng tế bào Mặt Trời. Gần đây, cácmàng mỏng titanium dioxide đã đượcpháttriểncho việc chế tạo tế bào quang điện trong tiềm năng.Những màngtrong suốt này đặc biệt hấp dẫn vì chúng cũng cóthể thực thi nhiệm vụ képnhư những cánhcửa sổ. Năng lượng Mặt Trời thụ động và năng lượng Mặt Trời chủ động Mặcdù các tế bào Mặt Trời chuyểnhóa trựctiếpánh sángthành năng lượng điện, nhưng những phương tiệngiántiếp cũng có thể sử dụng ánhsáng để tạo ra năng lượngdưới dạng nhiệt. Những cơ cấu này có thể chia thànhhailoại: các hệ năng lượngMặt Trời thụ động và chủ động. Các hệ thụ độngphụ thuộc vàosự hấp thụ nhiệt mà không liên quantới chuyển động cơ học. Lấy vídụ, lò Mặt Trời không gì hơn làmộtcái hộp cách nhiệt với thủy tinhbao ngoài và bên trongmàu đen, có thể đạt tới nhiệt độ quá 100độ C dưới ánh sáng Mặt Trời mạnh, trựctiếp.Nhiệt độ này cóthể dùng để đun nấu thức ăn, và ở những nước đangphát triển hoặc những khu vực có nguồn nhiên liệu hạn chế, đây là một công cụ đơngiản có thể mang lại sự cải thiện đáng kể cho chất lượng cuộc sống. Các hệ nănglượng Mặt Trời chủ động thường dựa trên việcsử dụngánh sáng Mặt Trời để đunnóng một chất lỏng, sauđó dẫn dòng chất lỏng nóngtới một khu vực khác cần đếnnó. Nhữnghệ nước nóng quymô nhỏ đáp ứngđược nhucầu nước tắm vàgiặt giũ ở một nơi trên thế giới. Những dụngcụ đơn giản cấu tạo gồm ống dẫn nướcmàu đenkẹpgiữa cácđĩa thủy tinh,và đượccách nhiệt để gom góp càng nhiều nhiệt càng tốt. Các hệ chủ động quymô lớn sử dụng các tia gương để hội tụ ánh sáng vàomột máy thu trungtâm,có thể là mộtnồi đun tạo rahơi nước làm quay tuabin. Những trạmphát điện Mặt Trời sử dụng vài trăm,hoặc vài ngàn chiếc gươngparabol cóthể tạo ra đủ hơi nước từ dòng nước bơm qua máythuđể phátra hàng chục megawatt điện tronghàng giờ liền vào ban ngàycó nắng. Sự chuyển hóa năng lượng Mặt Trời thành nhiên liệu cháy – Hydrogen Mặcdù năng lượngMặt Trời tồn tại thuộc dạng nguồn vô tận,có sẵn, không phải muabán (và không độc), nhưng sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng từ Mặt Trời có liên quantới hàngloạt vấn đề giớihạn khắt khenhững ứng dụng có hiệu quả. Trườnghợp đángthèmmuốn nhất sẽ là việc nghĩ ra một cơ chế chuyển hóa năng lượngMặt Trời thành dạng chắc chắn và diđộng cóthể dễ dàng truyền tải đi tới những nơi xa. Nhiều nỗ lực nghiên cứuđang nhắm tới việcsử dụng năng lượng MặtTrời tậptrung để thu đượcnhiệt độ cao cầnthiết điều khiểncác phản ứnghóa học khác nhau,thườngsử dụng chất xúc táchóahọc để tạo ra nhữngkết hợp khác nhau củanhiên liệu khí có thể dễ dàng tích trữ và chuyên chờ. Mộtsố khả năng hiện đang hứa hẹn, nhưngđa số cácnhà chuyên môn trong lĩnhvực chuyểnhóa năng lượngđều đồng ý rằng nhiênliệu cuối cùnglấy từ sự chuyểnhóa năng lượng MặtTrời chính là hydrogen. Nhu cầu sử dụng hydrogen làmnhiên liệu hiện đang tràn ngập. Hydrogen phân tử cấutạo từ nguyên tố nhẹ nhất trong vũ trụ, và có thể dễ dàngtích trữ và vận chuyển.Hơn nữa, hydrogencó thể lấy từ nướcvới oxygenlà sản phẩmduy nhất. Khi hydrogencháy, nó kết hợp với oxygentrongkhôngkhí tạo ranước trở lại, do đó có thể tái tạo nguồn vật liệu. Điều quantrọngnhấtlà trongsuốt chu trình giảiphóng nănglượng ở dạng có thể sử dụng được, khôngcó bước trung gian nào sinh ra nhữngchất độc đáng kể. Cũngnhư Mặt Trờitiếp tụctạo ranăng lượng ánh sáng của nó, nguồn hydrogen là vô tận. Hiện nay,hydrogen được sử dụng chủ yếu là nhiên liệutên lửa(dướidạng các tế bào nhiênliệu xúc tác như minh họa trong hình 6) và là thành phầncủa một số quá trìnhcông nghệ hóa học. Tuynhiên,với những cải tiến thuđược gần đây, nguyên tố nhỏ nhấtnày cóthể sẽ đáp ứngmọi nhu cầuvề điện và vận chuyển của loài người. Mặcdù hydrogen có thể sảnxuất trực tiếp từ nước, nhưngyêu cầu phải cấp một số năng lượngvào để thực hiện việc tách nó khỏi oxygen. Một phương pháp điều khiển phản ứng đó là sử dụng dòng điện trong một quá trình gọi làđiện phân, và ánhsáng Mặt Trờicó thể được sử dụngđể phát ra dòng điệncho sự chuyển hóa đó. Sự điện phân bao hàm mộtphản ứng oxy hóakhử, trong đó dòngđiệntruyền qua một cặp điện cực trong nước, sinh rachấtkhí hydrogen và oxygen ở haiđiện cực.Một hướng khả dĩ kháccho việc sản xuất hydrogenlà tập trungánh sáng Mặt Trời ở nhiệt độ đủ cao để gây ra sự phânli nhiệt củanướcthànhcác thành phần oxygen và hydrogen của nó, sauđó có thể tách chúngra. Cuối cùng, một phương pháptách nước tinhvi hơnnữa làmphát sinhphân tử hydrogenthật đángthèm khát. Một kĩ thuật mà từ đó sự phântíchthu đượclà khai thác năng lượngMặt Trờiquacác phản ứng hóa họctheo kiểu tươngtự như quá trìnhquanghợp sử dụng bởi cây xanh vàvi khuẩn. Khi chúng phơi ra trước ánh sáng Mặt Trời, thựcvật chứa chlorophyll màu xanhliên tục táchcác phân tử nước, giải phóng oxygenvà kết hợphydrogen với carbon dioxidetạora đường. Nếu phần đầu của quá trình này, hoặcmộtquá trình tương tự, có thể mô phỏng lại, thì sẽ thu được nguồncungcấp hydrogen vôtận,điều khiển bằng nguồn năng lượng Mặt Trời. Một cố gắng quantrọng nữa làtập trungphát triển sự quang hợpnhân tạo, ở mức độ cơ bản, cóthể mô tả là sự phân tích điện tích khử quangtại mặt phân cách giới hạn phântử. Một trongnhững mục tiêu nhiều thamvọngnhất củanghiên cứu này là phát triển các enzymđiều khiển bằngánh sáng,và cả điệntử học ở quy mô phân tử, baogồm sự chuyển tải các hạt mangđiện đáp ứng lại ánh sáng và hoạt độnghóa học.Một đối tượng khác của nghiên cứu nàylà việc sản xuất cácchất theo công nghệ sinh học, như các enzymvà sắc tố. Trong những năm gần đây, vi khuẩnvà các sinhvậttươngtự làm thoáihóadầu đã được sử dụng để khắcphục các vụ tràn dầu. Hiện nay, cácnhà khoahọcđang cố gắng hoàn thiện phương pháp sử dụng sinh vật sốngvà sinh trưởngnhờ năng lượng Mặt Trời chonhữngmục đích đa dạng thuộc côngnghệ sinh học, ví dụ như tẩy sạchcác nguồn cấp nước bị ô nhiễm. Dưới những điều kiện nhất định,tảo có thể bị khử mất chuỗi quang hợp bình thường của chúng ở một giai đoạn nhất địnhvà sản sinhmột lượnglớn hydrogen. Bằng cách ngăn cản cáctế bào khỏi nhiên liệu trữ cho sự cháy lúcthôngthường, tảo cóthể bị buộc phải kích hoạt một lộ trình trao đổichất khác mang đếnkết quả là việcsản sinhra lượngđáng kể hydrogen. Khám phánày làm tăngthêm hi vọng rằng mộtngày nào đó nhiênliệu hydrogen có thể sản xuất từ ánh sáng Mặt Trời và nước thông quaquá trìnhquang hợp bằng các phức hợp quang hóa quy môlớn. Những nghiên cứu gầnđây cho thấy vikhuẩnđạidương chứa sắc tố hấp thụ ánh sáng proteorhodopsin, cho phép chúngchuyểnhóa ánh sáng Mặt Trời thànhnăng lượng tế bào mà không phụ thuộc chlorophyll.Khámphá này làmtăng thêm khả năng sử dụng các vi khuẩn dễ thao tác,như E.coli, trong máy phát năng lượngđiều khiểnbằng ánhsáng có hàng loạtứng dụngtrong cả vật lí học vàkhoa họcvề sự sống. Ứng dụng chụp ảnh quang điện tử: Sự chuyển hóa ánh sáng thành tín hiệu điện Một trong những ứng dụng thông dụng nhấtcủa hiệu ứng quangđiện là trong các dụngcụ dùng để phát hiệnphoton mangthôngtin về hình ảnhtrong camera,kính hiển vi,kính thiên văn và những dụng cụ ghi ảnh khác.Với sự phát triển của công nghệ ghi ảnh kĩ thuật số, sự tiến bộ nhanhchóng đã xuấthiện trong công nghệ dùng để chuyểnhóa ánh sáng thànhtín hiệu điệncó ý nghĩa. Một vài loại detector ánhsáng đangđược sử dụng phổ biến. Một số thu nhậncáctín hiệu có thôngtin hìnhảnhmà không phân biệtkhông gian,cònmộtsố khác là những detector cục bộ bắt lấy hình ảnh trực tiếp hơn với thông tin không gianvàcường độ kết hợp. Cácdetectoránhsáng dựa trên hiệu ứng quang điện gồm cácống nhân quang,cácdiode quangthác, dụng cụ tíchđiện kép, bộ phận khuếch đại hìnhảnh, và các bộ cảmbiến quangbán dẫnoxidekim loại bổ chính (CMOS). Trong số này, dụngcụ tích điện kép được dùng rộng rãi nhất chocông việc ghi ảnh và phát hiện, và do đó được sử dụng phổ biến nhất. Nguyên tắc hoạt động của nócũng là cơ sở cho nhiệm vụ của các loại detector khác. Dụng cụ tích điện kép (CCD) là mạch tích hợp trên nền silicon gồm mộtma trận,hay mộtdãy, dàyđặc các diode quang hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng ánh sángdướidạng photonthành điện tích.Mỗi diode quang trong dãy hoạt độngtheo nguyên tắc tương tự như tế bào quangđiện trong, nhưngtrong CCD, các electronphát rabởi tương tác của photon với nguyên tử silicon được lưutrữ trong một giếngthế và sau đó có thể truyền qua chip, quathanhghi, rồi đi rangoài tới bộ phận khuếchđại. Hình 7minhhọa cấutrúc của một CCD điển hình. CCD được phátminh vào cuối thập niên 1960 bởi nhà khoahọc nghiêncứu tại Phòng thínghiệm Bell, người lúc đầu mang ýtưởng về một loại mạch điện nhớ mớidùng cho máy tính.Nhữngnghiêncứu sau đó cho thấy rằng dụng cụ đó, vì khả năng truyềnđiện tích của nó và phảnứng điện của nóvới ánh sáng, cũngsẽ cóích cho những ứngdụng khác như xử lí tín hiệu và ghiảnh. Niềm hivọng banđầu về một dụng cụ nhớ mới hoàntoàn tanbiến, nhưng CCD nổi lên là mộttrongnhững ứng cử viên hàng đầu cho các detector ghi ảnhđiện tử dùngcho mọi mục đích, có khả năng thaythế phim tronglĩnh vực ghi ảnh kĩ thuật số, cả cho mục đích phổ dụnglẫn trongcác lĩnhvực chuyênmônnhư kĩ thuật chụpảnhhiển vi kĩ thuật số. Chế tạo trên chất nền silicon giống hệt như các mạchtích hợp khác,CCD được xử lí trongmộtchuỗiin ảnh litôphức tạp gồm khắc acid, cấy ion, lắngmàng mỏng,kim loại hóa và thụ động hóa để vạch rõ các nhiệm vụ khác nhaubên trong dụngcụ. Chất nền silicon đượcphatạp điện hình thành siliconloại p, mộtchất trong đó hạt mangđiện chủ yếu là các lỗ trống tích điện dương.Khimộtphoton tử ngoại,khả kiến, hoặchồng ngoại vachạm với một nguyêntử silicon nằmtrong hoặc gần diode quang CCD, nó sẽ luôn tạo ramột electron tự do và một “lỗ trống” gây ra bởi sự vắng mặt tạmthời củaelectron trong mạngtinh thể silicon.Electron tự do sau đó được gom vào mộtgiếng thế (nằm sâu bên trong silicon, trongmột khu vực gọi là lớp suyvong),còn lỗ trống buộcphải rời khỏi giếng và cuốicùng bị chiếm chỗ trong chấtnền silicon. Từngdiodequangcáchđiện với các láng giềng của chúngbằng một rãnh dừng,hình thành bằng cách cho khuếch tán các ion boron quamộtmặt lọcvàochấtnền silicon loạip. Đặc điểm kiếntrúc chủ yếu củaCCD là một dãy lớn chuỗi thanhghi lệch chế tạo cólớp polysiliconpha tạp dẫn điện xếptheo chiều thẳng đứng phân tách với chất nền bán dẫn siliconbằng một màng mỏng cách điện silicon dioxide.Sau khi electronđượcthu gom vàomỗi diode quang của dãy,mộtđiện thế đượcáp vào lớp điện cựcpolysilicon(gọi là cáccổng) làm thayđổi thế tĩnhđiện của silionnằmbên dưới.Chất nền siliconnằm ngaydưới điện cực cổngkhi đó trở thành một giếng thế có khả năng thu gom các electron phát ra cục bộ do ánh sángtới gây ra. Các cổng lân cận giúp giam giữ electrontrong giếng thế bằng cách hình thành vùng thế cao, gọi là hàng rào thế,bao quanhgiếng.Bằng cách điềuchỉnhhiệu điện thế đặt vào cổng polysilicon,chúngcó thể cóxuhướng hoặc là hình thànhmộtgiếngthế, hoặc là hàngrào thế để điện tích tích hợpđượcthu thập bởi diodequang. Sau khi đượcrọi sáng bằng photon tới trongthời kì gọi là sự tích hợp, giếng thế trong dãy diodequangCCD trở nên đầyelectron tạo ratronglớp suy vongcủa chất nền silicon.Điệntích trữ trong mỗi giếngphải được đọclại theo mộtphương pháp cóhệ thống.Những phép đo điệntích lưu trữ này được hoàn thành bằng sự kết hợp di chuyển chuỗi và song song của điện tích tích góp đếnmộtnút ra tại rìa chíp, nơi nó kếtnối với bộ khuếch đại ngoài. Tốc độ truyền điện tích songsong thường đủ để hoàn thànhtrong thời gian tíchhợpđiện tích cho hình ảnh tiếp theo. Sau khi thu gom vào giếng thế,electrondời chỗ song song, mỗi lần một hàng, bằngmột tín hiệu phát ra từ đồnghồ thanh ghi dịchđứng.Đồnghồ thanh ghi dịch đứng hoạt động theo chu kì, làm thayđổi điện thế trên các điện cực xen kẽ của cổng thẳng đứng để làmdi chuyểnđiện tíchtích góp quaCCD. Sau khiđi qua dãy cổng thanh ghidịch song song,cuốicùng điện tích chạm tớimột hàng cổng đặc biệt gọi là chuỗi thanhghi lệch. Tại đây, các gói electronbiểu diễnmỗi pixelbị dịch ngang trong chuỗi, dưới sự điều khiển của đồng hồ thanh ghidịch ngang,về phía bộ khuếch đại ngoàivà ra khỏi chip. Một CCD tiêu biểu chỉ có một bộ khuếch đại đọc lại nằm ở góc của toàn bộ dãy diodequang. Trong bộ khuếch đại ra,các gói electronghi nhận lượngđiện tích tạo ra bởi các diode quang liên tiếptừ trái sang phải trong một hàng bắt đầu với hàng thứ nhất và tiếptục cho tớihết. Điều này tạo ra mộtsự quét mànhtương tự của điện tíchquangpháttừ toàn bộ dãy hai chiều của cácnguyêntố cảm biến diode quang. Sự chuyển hóa năng lượng thành ánh sáng Vì độ lớn và tínhrộng khắpcủa ánh sáng và năng lượng Mặt Trời chạm tới Trái Đất,nên sự chuyển hóangượclại từ các dạngnăng lượng khác thành ánh sáng dườngnhư là khôngquan trọng. Tuynhiên,những bức hìnhchụp mới đây từ phi thuyền và vệ tinh củaTrái Đấtvào banđêm chothấyở nhữngkhuvực dân cư đông đúc, loài người đã thành côngtrongviệctạo ra mộtlượng đáng kể ánh sáng bằng cách chuyển hóa nguồnnăng lượng điện (hình8). Những quá trình tự nhiênkhác cũng xảy ralàm phátsinh ánhsáng,thườngđi cùngvới nhiệt. Dùcho xảy ra tự nhiênhay là có sự hỗ trợ khéo léo củacon người, ánh sáng có thể phát ra từ các cơ chế chuyểnhóa năng lượngcơ học, hóa học, và điện học. Hình8 là một ảnh ghép từ hàng trăm tấm ảnh chụpTráiĐất từ vệ tinh.Ánh sángtừ các nguồn nhântạo mô tả rõ ràngcáctrung tâm dân cư chính ở BắcMĩ và Tây Âu, như minh họa trong hình. Tại một số thời điểm trongquá khứ xa xôi, loài ngườiđã học được cách sử dụnglửa theokiểu có lợi. Nhữngngọn lửa phát sáng có khả năng manglại nguồn sáng nhân tạo đầu tiên, và những ngọnlửa tự nhiên này vẫnđượcduy trì làm tài sản quý trong thời gian dài. Nếu một ngọn lửatắt, thì một nguồn lửamới phải được tìm thấy bằng cách săntìm vàthu thập. Thành công sớmnhất trong việc cố ý tạo ra lửa là kết quả của việc sản sinhnhiệtvà than hồng từ masát khicọ các que củi vàonhau,hoặc “lóe” tia lửa điện bằng cách cọ nhữnghòn đá hoặc khoángvật nhất địnhvới nhau,chúng làmbốc cháy mộtsố chất liệu dễ bắt lửa đặtgần đó. NgườiLa Mã đã biết cách sử dụng đuốc tẩm nhựa làm nguồn sángdi độngtừ hơn 2000 năm trước. Lửa không phải chỉ có ích, mà còn có ý nghĩa biểu trưngto lớn trong nhiều nềnvăn hóasơ khaivàtrongthần thoại của họ.Bắtđầu từ truyền thống Hy Lạp cổ đại, các kì thế vận hội Olympicngày nay vẫngiữ tinh thần “mang lửa” từ Hy Lạptớiđịa điểmtổ chức sự kiện. Loài ngườiđã sử dụng sự cháy của một số dạng nhiên liệu kết hợp với oxygen trong không khí cung cấp lửa (cũng như nhiệt) tronghàng nghìn năm trời, và mộthướngtiến bộ khôngthể tránh được sau đó là việctìm kiếm những cảitiến cả về chức năng vàđộ an toàn. Saukhi người ta biết rằng mỡ động vật và dầu thực vật cháy với ngọn lửamàu vàng chói,đã có nhu cầu lớn về những loại dầunày, và phần nhiều trong số đó được lấy từ động vậtbiển,ví dụ như cá voi và hải cẩu. Việc đốt cháy dầukhó kiểmsoát,và phải thêm bấc vào đèn để điều khiểntốc độ cháy và ngăn cảnnguyhiểm vì ngọn lửa cháy bùnglên. Đèndầu đượcbiết là đã sử dụng hơn10.000 năm. Nếnlà một môphỏng của đèndầu,cung cấp nhiên liệuở dạng rắn, tiệnlợi hơn. Nhữngcây nến sớmnhấtsử dụng mỡ động vật hoặc sáp ong, còn những cây nến hiện đại chủ yếu cấutạo từ parafinchiết từ dầu mỏ. Sự phát triển hơnnữa trong việc sử dụng lửa mang lại ánhsáng xảy ra trong thế kỉ 19, khi những ngọn đèn khí trở nên được sử dụng rộng rãi ở các thànhphố và đô thị. Diêmđược sử dụng để đốt cháy cácchất dễ bắtlửa khácsử dụng phản ứng hóa học để tạo ra lửa.Que diêmthường phủ hợp chất phosphorebắt lửa trongsự có mặt của oxygenkhichúngđược làm nóngbằng masát qua việc cọ xát lên một mặtmài mòn.Cái gọi là diêm antoànphảithắpsáng bằng cách cọ xát lên mộtbề mặtđặc biệt, và sẽ không bắt lửa khi vô tình cọ xát với các bề mặt khác. Hợp chất [...]... nặng hơn (xem hình 9) Hạt nhân thu được có khối lượng nhỏ hơn tổng khối lượng của hai hạt nhân hợp nhân, và khối lượng bị mất chuyển hóa thành năng lượng, phù hợp với phương trình tương đương khối lượng /năng lượng của Einstein Phản ứng nhiệt hạch là nguồn phát năng lượng của đa số các sao, kể cả Mặt Trời của chúng ta Như vậy, sự ấm áp của Mặt Trời và ánh sáng của nó là sản phẩm của sự nhiệt hạch hạt... rất nóng và sáng rực rỡ Đèn điện hiện đại sử dụng ba quá trình khác nhau để tạo ra ánh sáng từ năng lượng điện cung cấp cho chúng Đèn nóng sáng chuẩn, lấy trực tiếp từ các mẫu ban đầu của những năm 1800, ngày nay chủ yếu sử dụng dây tóc volfram trong một chất khí trơ, và phát ra ánh sáng bằng hiệu ứng điện trở làm cho dây tóc nóng lên khi có dòng điện chạy qua Đèn huỳnh quang là loại năng lượng hiệu... khả kiến khi dòng điện chạy qua thể tích khí Những đèn này có thể có áp suất cao hoặc thấp đa dạng, và phát ra ánh sáng có đặc trưng phổ phụ thuộc vào chất khí và những chất khác hợp nhất trong đèn Có lẽ quá trình cơ bản nhất chuyển hóa năng lượng thành ánh sáng tương tự như nguồn nhiệt và ánh sáng của Mặt Trời, đó là quá trình nhiệt hạch hạt nhân Các nhà khoa học có thể tạo ra phản ứng nhiệt hạch chỉ... phản ứng hóa học dẫn tới sự cháy của que diêm Sự chuyển hóa năng lượng điện thành ánh sáng bắt đầu trở thành thực tế trong những năm 1800 với sự phát triển đèn hồ quang Những đèn này hoạt động bằng cách tạo ra một dòng điện phóng qua một khe giữa hai que than, tạo ra một cung sáng chói duy trì liên tục Mặc dù chúng có khả năng phát ra nhiều ánh sáng hơn những ngọn nến củ kĩ hoặc phương pháp đèn khí, nhưng... là loại năng lượng hiệu quả hơn phát ra ánh sáng từ sự rọi sáng huỳnh quang của phosphor phủ ở bề mặt bên trong của ống thủy tinh Lớp phủ phosphor bị kích thích phát huỳnh quang bằng bức xạ cực tím phát ra khi dòng điện truyền qua chất khí trong ống Loại đèn thứ ba được dùng phổ biến là đèn hơi, chúng hợp nhất các chất khí như thủy ngân hoặc natri để phát ra ánh sáng khả kiến khi dòng điện chạy qua thể... hạt nhân nặng hơn, và cứ thế, trong chuỗi phản ứng tổng hợp hạt nhân Sự hợp nhân của các đồng vị hydrogen khác nhau thành đồng vị helium tạo ra năng lượng gấp hàng triệu lần một phản ứng hóa học thông thường Phản ứng cơ bản này khiến Mặt Trời sẽ tiếp tục soi sáng mãi cho đến khi nguồn hydrogen gần như cạn kiệt và Mặt Trời tiến hóa thành một sao kềnh đỏ, tăng kích thước nhấn chìm Trái Đất và các hành... được làm nguồn phát điện sạch, không đắt tiền Những tính toán về tốc độ mà Mặt Trời sử dụng nguồn hydrogen ban đầu của nó cho thấy chúng ta có thể chỉ còn có khoảng 5 tỉ năm nữa để thừa hưởng nguồn năng lượng này và nghiên cứu sự nhiệt hạch Hi vọng rằng khoảng thời gian này là đủ dài . chuyển hóa năng lượng thành ánh sáng Vì độ lớn và tínhrộng khắpcủa ánh sáng và năng lượng Mặt Trời chạm tới Trái Đất,nên sự chuyển hóangượclại từ các dạngnăng lượng khác thành ánh sáng dườngnhư. thực thi nhiệm vụ képnhư những cánhcửa sổ. Năng lượng Mặt Trời thụ động và năng lượng Mặt Trời chủ động Mặcdù các tế bào Mặt Trời chuyểnhóa trựctiếpánh sángthành năng lượng điện, nhưng những phương. hóa năng lượng Mặt Trời thành nhiên liệu cháy – Hydrogen Mặcdù năng lượngMặt Trời tồn tại thuộc dạng nguồn vô tận,có sẵn, không phải muabán (và không độc), nhưng sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng