Question

光能可以分别转化为其他什么形式的能量

Answer 1

我们都知道能量是守恒的， 能量可以在不同的形式之间转化。比如水电站将水的势能转化为轮机的动能进而转换成电能；太阳能电池板利用光伏效应将光能转化成电能；同样，手电筒可以将电池储存的化学能转化成电能进而最终转化成光能。

可是当涉及到生物或化学的时候，这个本质上的物理问题将变得十分复杂。

最近正好看了一篇光合作用的科普文章，这里就现学现用从物理的角度阐述：

光合作用过程中光能是如何转化成其他形式的能量的。
物理上光合作用的本质是两个过程：能量转移和电子输运。这两个过程分别对应两个光合作用的重要概念：光子收割系统「light harvesting system」和反应中心「 reaction center 」

1. 能量转移
光子收割系统这个名字起得非常形象。其基本结构如下图中的紫色部分。绿色的为叶绿素分子。黑色箭头代表了能量传输路径。

光和系统示意图。图片来自网络，侵删。
能量传输过程看起来非常简单。叶绿素分子吸收太阳光，然后将能量一步步的转移给临近的叶绿素，直到反应中心。光子收割系统通常含有20-300个叶绿素分子「个别含有1000个以上」[1]，因此能量传输要非常高效。

分子间的能量传输过程在物理上叫 Förster resonance energy transfer 或者叫fluorescence resonance energy transfer，FRET，翻译为荧光共振能量转移。这个物理模型的示意图如下：

图片来自维基百科Förster resonance energy transfer，侵删。
FRET描述的是能量在光敏分子间的转移。施主分子吸收太阳光处于激发态，通过弛豫过程跃迁回亚稳态，然后释放虚光子。虚光子迅速被十分临近的受体分子吸收。FRET能量传输率跟分子间距离的6次方程反比：

[公式]

其中 [公式] 为特征长度，数值为能量降为一半的位置。因此，分子间的距离需要很小才能保证高的传递效率。叶绿素分之间的平均间距为1纳米「 [公式] 」，因而能量传输率极高。

注意上图括号里的时间尺度。as阿秒「 [公式] 」，ps皮秒「 [公式] 」，ns纳秒「 [公式] 」。这些尺度，尤其是前两个被称为超快过程。在超短fs飞秒「 [公式] 」激光发明之前，这些过程几乎是不能被观察到的。

能量转移随着黑色箭头来到一对绿色的叶绿素分子，处在紫色光子收割机的包裹内。这部分即为反应中心。实现的功能是电子传输。

2. 电子传输
当光子能量被转移到反应中心以后，电子输运过程开始。如下图所示。

反应中心示意图。图片来源[1]
反应起点为上面提到的那一对叶绿素分子，被称为特殊对「special pair」，图上标注为P。P吸收光子被激发后，在3皮秒时间内失去一个电子，形成 [公式] ，以及叶绿素负离子 [公式] 。负离子上的电子在200皮秒左右跳到醌分子 [公式] 上，然后在100微秒时间内再跳到第二个醌分子 [公式] 上。P损失了电子的电子会被附近酶中水分子补偿，从而也产生质子 [公式] 。这个过程会重复进行，最终P获得两个电子补偿，而醌分子 [公式]捕获两个电子和两个质子形成 [公式] 分子。 [公式] 离开这个反应中心的蛋白质支架，从而参与制作储存化学能的ATP和NADPH。

这样光合作用的完整能量转移和电子输运基本完成了。

但有几点值得赘述下。电子传输效率接近100%；光子能量超过40%被有效转移。另外，上图很明显有两个电子输运分支，我们讨论的是经过活跃分支A的过程，另一个过程经过不活跃分支B。相关的实验表明[2]，活跃分支与不活跃分支的电子输运比为200:1。而特殊对P和不活跃分支B的距离只有不到2纳米，计算出的传输率至少是观测到的1000倍以上。造成两个分支传输效率不同的原因在于分支A叶绿素分子的DNA螺旋结构上有13个突变的基因。当人为的把这些突变全部去除后，分支A和B里的电子输运都停止了[3]。另外，非常令人惊奇的是，电子传输几乎只能是正向的。比如如果把最后一个分子 [公式] 去除，电子会从 [公式] 返回特殊对P。但是这个反向过程所需的时间是正向过程的约100万倍。「不让回头啊」。

因此，生物体的结构几近完美！

Answer 2

光具有能量为太阳能，太阳能能转化为电能，比如哈勃空间望远镜上的太阳能电池板，反射式太阳能发电站。太阳能能转化为化学能，比如植物的光合作用。太阳能也能转化为内能，（内能，也可以说做热能）比如太阳能热水器。太阳能也能转化为动能，比如太阳能汽车。

Answer 3

光电效应——光能转化为电能，例子：太阳能电池；
光合作用——光能转化为化学能，例子：绿色植物；
光热效应——光能转化为热能（内能），例子：太阳能热水器；

Answer 4

光具有能量的，光能可以转化为 ，电能， 化学能 ，内能。截止2021年11月26日9时，高新分公司低压在途流程共49个，明细如下：
鱼化23个，预警12个，其中含超期2个。
丈八14个，预警8个，其中含超期3个。
电子城9个，预警5个。 杜城中心供电所3个。
电子版明细已发至各所邮箱，请确认并及时处理。

Answer 5

（1）太阳能汽车消耗了太阳能，得到了机械能，因此将太阳能转化为机械能；
（2）植物的光合作用，植物吸收太阳光，将光能转化为化学能；
（3）人造地球卫星上的太阳能由池板是将太阳能转化为电能．
故答案为：（1）太阳；机械；（2）光；化学；（3）太阳；电．