關(guān)于物體輻射出的紅外線能否通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能

【專家解說】：首先，紅外線是能夠通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能的，只不過現(xiàn)在這樣的電能很難被做為電源來使用，而只是做為對(duì)紅外信號(hào)的檢測(cè)手段。 1、輻射的能量 根據(jù)普朗克黑體輻射定律，黑體輻射的電磁波的波長(zhǎng)分布中能量最強(qiáng)的波長(zhǎng)λm與黑體的溫度成反比。隨著溫度的降低，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有減弱；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)。在不同的溫度范圍，對(duì)象發(fā)出的電磁波能量的波長(zhǎng)分布不同，高溫時(shí)，能量集中在可見光甚至紫外光區(qū)；在常溫(0～100℃)范圍，能量主要集中在中紅外和遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)。 紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為0.75～1.50μm之間；中紅外線，波長(zhǎng)為1.50～6.0μm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為6.0～l000μm 之間。 海水輻射的電磁波長(zhǎng)在1.50～6.0μm之間。 至于強(qiáng)度，軍用夜視儀可以看到物體在常溫下輻射的紅外線，不過，夜視儀需要消耗電能來處理傳感器的信號(hào)，經(jīng)過高倍放大后，重新生成可見的圖像。 2、重復(fù)說一下光電效應(yīng) 物理學(xué)認(rèn)為光能是由分離的能團(tuán)——光子組成，光子的能量E和頻率f的關(guān)系： E=hf 式中 h——普朗克常數(shù)，h=6.626×l0-34（J· s）。 光照射在物體上可看成是一連串具有能量為E的光子轟擊物體,如果光子的能量足夠大，物質(zhì)內(nèi)部電子在吸收光子后就會(huì)擺脫內(nèi)部力的束縛，成為自由電子，自由電子可能從物質(zhì)表面逸出，也可能參與物質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)電過程，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)有一定的截止頻率，當(dāng)光的頻率低于某一閾值時(shí)，光的強(qiáng)度再大也不能激發(fā)導(dǎo)電電子。 3、對(duì)紅外光的光電轉(zhuǎn)換 現(xiàn)在能將紅外光轉(zhuǎn)化為電的材料，一種是半導(dǎo)體光電器件，如硅、鍺等材料制成的光電池、光電二極管；一種是陶瓷紅外熱釋電器件。據(jù)說植物、生物具有光電感應(yīng)的本領(lǐng)，產(chǎn)生微弱的生物電，用于光合作用、神經(jīng)傳導(dǎo)，這里就不說這個(gè)了。 光電器件的光譜帶寬與材料有關(guān)，硅光電二極管為0.4~1.1μm, 峰值出現(xiàn)在0.9um，鍺光電二極管的帶寬為0.6~1.8μm，峰值出現(xiàn)在1.5μm。 紅外熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為幾個(gè)μm的紅外輻射也非常敏感。 看來，用鍺材料制作光電池的話，是能將海水輻射的紅外線轉(zhuǎn)換成電能的，或者用紅外熱釋電元件也可以產(chǎn)生電信號(hào)。 4、效率和成本 現(xiàn)在用得最多的光發(fā)電裝置是采用硅太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)能電池的量子效率是指太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽(yáng)能電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率。現(xiàn)在硅光電池的效率在20%左右。 根據(jù)能量守恒定律，光子的能量大小也決定了轉(zhuǎn)換為電能的能量大小，所以，在光強(qiáng)相同的情況下，紅外線光電池產(chǎn)生的電能要比可見光的小。這大概也是現(xiàn)在的光電池用于可見光的原因之一吧。 （光電池還比較忌諱高溫，所以要把紅外線盡量濾掉，只用可見光。） 硅光電池的生產(chǎn)已經(jīng)有了批量，但成本仍很高。那么對(duì)于紅外光來說，要用鍺材料的光電池，其成本是非常高的，而其轉(zhuǎn)換效率也很成問題。 紅外熱釋電元件目前還只能產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，用于對(duì)中、遠(yuǎn)紅外線的探測(cè)。 5、藐似舍近求遠(yuǎn) 假如有很好的截止頻率低的材料以光電效應(yīng)將紅外紅轉(zhuǎn)換成電能，那么是否會(huì)考慮利用海水的輻射呢？應(yīng)該是不會(huì)的。 先不說水的比熱容較大，溫度不見得比其上方的空氣高，單說海水上方的天空，不僅有紅外線、而且有可見光??！ 在能量密度（光強(qiáng)）方面，晴天的陽(yáng)光明顯大于陰天的可見光，直接的光照肯定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水輻射的紅外光。 再說，將電池板面向天空容易，而要面向大海，難！ 6、再談海水能量的利用 可以考慮對(duì)海水中蘊(yùn)含的巨大能量的其它利用方式：如潮汐發(fā)電、提取核能、海溝暗流發(fā)電，等等。這里有專講：http://baike.baidu.com/view/697636.htm?fr=ala0_1 水平有限，用了大半天時(shí)間，不當(dāng)之處請(qǐng)多多包涵。