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光エネルギーについて

光エネルギーについて教えてください。

光エネルギーとは?
 (熱エネルギー=分子の運動による摩擦エネルギー)    (分子の持つ運動エネルギー)
 (位置エネルギー=位置の持つ落下のエネルギー)
   (引力)
 (電気エネルギー=電子の移動によるエネルギー)
 ※間違っているかもしれません。

又、光エネルギーには、エネルギー保存の法則(詳しくは、知りません)は、当てはまるのでしょうか?

又、当てはまるのであれば、どのようなエネルギーに変化するのでしょうか。

基礎知識がない為、わかりやすく説明していただけたら、幸いです。
よろしくお願いします。

投稿日時 - 2005-01-14 22:24:16

QNo.1167987

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

電磁気的なエネルギーです。
光と一言に言っても要するに電磁波に関してですよね?
光子(フォトン)の集まりと考えるならフォトンの持つエネルギーが光のエネルギーです。
電磁波を波としてとらえるなら波のエネルギーです。電場磁場の形でエネルギーが存在しています。

光に対してもエネルギー保存則は成り立ちます。
光はガラスを通るときにガラスを加熱し光としてのエネルギーを失います。

エネルギー変換ですが
レンジでチンしたらマイクロ波のエネルギーが熱エネルギーになります。
太陽電池に光を当てたら電気的なエネルギーになります
光合成では化学的なエネルギーに変換しています(光は電子を励起するだけなので、直接の変換とは言えないかもしれませんが)

やろうと思えばどんなエネルギーにもなるかな。
光から光への変換もできます。非線形結晶というものを使うと高調波、つまり短い波長の光を得られます。


補足:小学生に分かるようにと言う注文には応じられないかもしれません。

光子とは、素粒子の一つで光の粒と考えてください。一般的に想像しうる物質とはかけ離れているとおもいますので、こんなもの!といったとらえ方が難しいです。

金属表面では光電効果といった効果もおきます、これは光の粒子性を示す効果として有名です(アインシュタインはこれでノーベル賞をもらっています)
金属表面に限らず光がモノに当たれば何らかの相互作用をします。壁などのように電気を通さない物質でも表面に光が当たれば壁に含まれる電子と相互作用をします。
たとえば壁に光が当たって反射してくる場合は

壁面に当たったときに光のエネルギーが壁の電子のエネルギーに変換されます。続いて電子のエネルギーが再び元の状態に落ち込もうとして光を出します。このときにのエネルギーが光となって再び壁から放たれます。

電極が無くても物質が存在すれば何らかの相互作用をします。
レーザーなどのようにエネルギー密度をとても大きく出来るような光はモノを切断したりすることも出来ます。モノが切れる原理はエネルギー変換による加熱です。

参考URL:http://www.dango.ne.jp/anfowld/Lights.html

投稿日時 - 2005-01-15 12:31:29

お礼

基礎知識の無い者にとっては、難しいですね。
しかし、イメージとしては、なんとなくわかってきたように思います。
参考URL、参考になりました。
今は、ほとんどわからないですが、色々な物を読んで、少しずつ理解を、深めていきます。

レベルが低くて申し訳ありませんでした。
ありがとうございました。
又、他愛もない事を質問すると思いますが、
よろしくお願いします。

投稿日時 - 2005-01-15 22:04:55

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回答(3)

ANo.3

「光子とは、何ですか?
物質ですか?」

女優の森光子さんのことではありません。念のため。

光の粒のことです。そして、これは物質です。光は波としての性格ももっています。そしてすべての物質も波としての性質をもっているのですが、日常感覚をはるかに超越しますので、なかなか実感できないとおもいます。

光子というのは、素粒子のひとつです。素粒子とは、たとえば原子などを構成する陽子、中性子、電子のようなものですが、またこれらの間の力を媒介する粒子もあって、そのひとつが光子です。光子は電磁気力を媒介する役割をもっています。

光は、中波や短波のような電磁波の仲間ですが、電磁波は電荷が振動することによって生じます。たとえばトランシーバのアンテナには高周波の交流電流が流れていますが、これが周囲に電界と磁界からなる波動を生じさせているのです。光はこれよりはるかに周波数が高いので、通常は原子核の周りをまわる電子の軌道が変わるときに発生します。これも一種の電荷の振動なのです。

そこから生じた光ももちろん電磁波ですから、磁界と電界の相互作用による波なのですが、その一波長分が光子という物質だと思ってください。

通常の感覚では、波は振動ですから、伝わることはあっても物質そのものの移動ではないのですが、エネルギーが伝わるということは直感的にわかるでしょう。そしてそのエネルギーのひとつの姿が物質というわけなのです。

前回も説明しましたが、位置エネルギーとか化学エネルギーとかと同様に、物質も並ぶのです。エネルギーの量は、この場合物質の質量に比例しますから、質量がエネルギーというほうが適切かもしれません。

何もない真空中にも、実はエネルギーが沢山あって、それがある程度以上の密度だと物質になるそうです。われわれの体も、実はエネルギーなんですよ。

逆に質量が別のエネルギーに変換されると、E=mC二乗(Cは光速です。秒速30万kmです。)の式からもわかるとおり大変な量のエネルギーになります。わずか1gの質量が熱などのエネルギーに変換されただけで、広島と長崎の二つの都市が消滅しました。

このように物質(質量)はエネルギーのひとつなのです。光子も物質ですから、もちろんエネルギーです。


「電極のあるところでは、電子のエネルギーに変換されるという事ですが、電極のないところでは、(たとえば、壁に当たった光、日常 目にする光等)は、どのように、なるのでしょうか。」

電極という説明をしたのは、あまりうまくなかったかもしれません。光電子効果の説明で、実際に電極に光を当てて使う場合が多いため、例として説明しました。
通常、物質の原子に光があたると、原子核の周囲を回る電子に光子のエネルギーが移って、電子軌道が低い軌道から高い軌道に変わります。これを励起状態といいます。もとの低い状態は基底状態です。
ただ励起状態は不安定なので、基底状態に戻ろうとします。このときエネルギーがあまるので、それを光子として放出します。
ちなみに先の光電子効果では、励起状態で収まらず、電子軌道から電子が飛び出した状態のことです。
つまり、原子というのは光を一時的に蓄えて、放り出す性質があるわけです。
最初に光がやってきた方向へ、再放射するのを後方散乱といい、鏡などで日常経験するでしょう。光の波長に対して原子の集まりが小さいときは、前方に散乱することもあります。これを前方散乱といいます。

わかりましたか。わからなければまた聞いてください。

投稿日時 - 2005-01-15 13:48:38

お礼

初めて耳にする言葉が多数あり、苦労しています。
その言葉を、少しずつ紐解き、理解を深めていきます。
(中学、高校の頃に、遊びに一生懸命だったせいでしょうか?)

又、なんとなくですが、イメージとして沸いてきました。

ありがとうございます。
又、質問した際には、よろしくお願いします。

投稿日時 - 2005-01-15 22:11:26

ANo.1

光のエネルギーとは、光そのものがもつエネルギーのことです。光は波動ですが、1波長のエネルギーはブランク定数になります。もともと物質もエネルギーの一つの形であり、光の粒である光子もエネルギーなのです。その返還式はE=m・c二乗です。

勿論、エネルギー保存の法則は適用されますが、それには上の式であらわされる物質もエネルギーとして考えるべきです。

光が他のエネルギーに返還される例でよく引き合いに出されるのが光電子効果です。光が当たると電極から電子が法質されます。つまり電子のエネルギーに返還されたわけです。

投稿日時 - 2005-01-14 22:34:51

補足

早速の回答ありがとうございます。

しかし、この回答を、理解するほどの知識がありません。

光子とは、何ですか?
物質ですか?

又、電極のあるところでは、電子のエネルギーに変換されるという事ですが、電極のないところでは、(たとえば、壁に当たった光、日常 目にする光等)は、どのように、なるのでしょうか。

小学生から中学生に教えるようにお願いします。

投稿日時 - 2005-01-14 22:58:36

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