vzhledem k tomu, že svět nadále hledá alternativní zdroje paliva, aby nakrmil svou nenasytnou chuť k energii a zároveň snížil závislost na fosilních palivech, může nový zdroj ležet na nečekaném místě: zvuky kolem nás.
vyšetřování zvukové energie probíhá již mnoho let, ale použití zvuku jako zdroje energie je stále ve svých rodících se stádiích. Tento článek se zaměří na to, co se rozumí zvukovou energií, její různá použití, a jeho životaschopnost jako alternativní zdroj energie.
Co Je To Zvuková Energie?
existuje mnoho různých typů energie a zvuková energie je výsledkem vibrací zvukových vln.
ale jak se to vlastně děje? Když porucha způsobí, že předmět nebo látka vibrují, energie produkovaná vibracemi prochází objektem jako zvukové vlny. Vibrační předmět nebo látka musí být buď pevná, kapalná nebo plynná.
něco tak základního, jako je mávání rukou v látce, jako je vzduch, by způsobilo dostatek vibrací vedoucích ke zvukovým vlnám. Zvukové vlny produkované těmito prostředky nejsou dostatečně hlasité, aby je lidé slyšeli, ale princip je stejný pro zvukové vlny, které jsou slyšitelné pro naše ušní bubínky. Vibrace způsobují, že molekuly v látce narážejí do sebe a vytvářejí efekt klepání, který vede k produkci zvukových vln.
existují dva hlavní typy vln: podélné (nebo kompresní) vlny a příčné vlny. Podélné vlny se vytvářejí, když se vlny pohybují ve stejném směru jako síla působící na látku. Oblasti, kde jsou vlny nejkompaktnější, se nazývají komprese; oblasti, kde jsou vlny nejvíce rozšířené, se označují jako vzácnosti.
příčné vlny se naopak pohybují ve směru, který je kolmý na aplikovanou sílu. Zatímco podélné vlny se mohou vyskytovat v kterékoli ze tří látek-pevné látky—kapalina, nebo plyny-příčné vlny se mohou pohybovat pouze pevnými látkami.
vibrace, které produkují tyto zvukové vlny, jsou cítit našimi ušima, což jim pak dává smysl. Aby lidské uši detekovaly zvukové vibrace, musí se pohybovat kdekoli mezi 20 vibracemi za sekundu a 20 000 vibracemi za sekundu. Více zvukových vibrací za sekundu označuje vyšší zvuk. Tyto zvukové vibrace se měří v Hertzech, což označuje frekvenci zvuku.
hlasitost zvuku se však měří v decibelech (dB), přičemž normální konverzace je kolem 60 dB.
Jak Se Používá Zvuková Energie?
zdroj
přestože pozornost na zvukovou energii jako možnou náhradu za jiné zdroje energie je relativně nový jev, existují příklady zvukové energie, kterou my lidé již dlouho používáme pro životně důležité činnosti.
jeden příklad zvukové energie přispěl k záchraně životů. Když piloti vylétnou z letadla, které má problémy s motorem a jdou dolů na moře, mohou uvolnit malý výbušný náboj, který vydává zvukovou energii.
zvuk malé výbušniny cestuje tisíce metrů v hlubokém oceánu, protože je uvězněn v hlubokém zvukovém kanálu, známém jako SOFAR nebo kanál pro fixaci a měření zvuku. Zvuk pak mohou zachytit speciální přístroje v oceánu a zjistit polohu sestřeleného pilota, což umožní jejich záchranu.
dalším příkladem zvukové energie je ten, který je pro mnohé z nás známý-použití ultrazvuku. Ultrazvuk je tvořen velmi vysokofrekvenčními podélnými vlnami, které lze použít k rozbití žlučových a ledvinových kamenů. To je také běžně používá pro lékařské zobrazovací účely během těhotenství ženy.
třetí příklad zvukové energie není obvykle spojen s lidmi-echolokace— Je všeobecně známo, že zvířata, jako jsou delfíni, velryby a netopýři, používají echolokaci, aby jim pomohla navigovat a lovit. Tato stvoření vysílají zvukové vlny, které se odrážejí od objektů a vracejí se k nim jako ozvěny, které jim ukazují umístění kořisti nebo překážek v jejich cestě.
ale věděli jste, že někteří lidé také používají echolokaci? Někteří nevidomí a zrakově postižení lidé tak činí kliknutím na zvuky jazyky nebo klepnutím na hole. Zvukové vlny, které vytvářejí, se odrazí od objektů a slouží k jejich informování o jejich umístění, velikosti a struktuře.
Může Zvuková Energie Nahradit Fosilní Paliva?
zdroj
vědci zkoumali zvukovou energii jako jednu z obnovitelných forem energie v posledních několika desetiletích. Vědci se o to zajímají, protože zvuková energie obsahuje dva typy mechanické energie-potenciální a kinetickou-což znamená, že má schopnost pracovat. Více se dozvíte v našem průvodci, který vysvětluje rozdíl mezi potenciální a kinetickou energií.
technologie pro využití zvukové energie jako zdroje energie však dosud nedosáhla fáze, kdy ji lze použít v měřítku. Například zvuk pneumatické vrtačky, něco, co většina z nás považuje za příliš intenzivní, generuje pouze tolik setiny wattu energie na metr čtvereční, zatímco sluneční energie na stejné ploše by produkovala až 680 wattů.
všudypřítomnost zvuků v našem prostředí však činí využití zvukové energie pro energii vzrušující vyhlídkou. Vědci to označují jako sběr akustické energie a výzkum jejího potenciálu jako zdroje energie se zaměřil hlavně na tři technologie: Helmholtzovy rezonátory, akustické metamateriály a termoakustické motory. Podívejme se blíže na všechny tři.
Helmholtzovy rezonátory
Helmholtzovy rezonátory se používají k zesílení nebo absorpci zvuku. V jednom experimentu vědci čerpali z této vlastnosti, aby zachytili a zesílili zvuky na železniční stanici. Poté přeměnili zvukovou energii na elektrickou energii pomocí modulu generátoru elektřiny. Výsledný výkon stačil k ovládání malých elektronických zařízení.
akustické metamateriály
tyto typy materiálů jsou určeny k manipulaci se zvukovými vlnami za účelem dosažení určitého cíle. Ty, které jsou vyvíjeny tak, aby využívaly zvukovou energii, zesilují příchozí zvukové vlny a koncentrují energii ze zvukových vln, aby umožnily jejich přeměnu na elektrickou energii. Piezoelektrické struktury se běžně používají pro navrhování akustických metamateriálů.
Termoakustické motory
tyto typy motorů přeměňují teplo na zvukovou energii, ze které se pak získává elektrická energie. Termoakustické motory jsou považovány za snadnou a spolehlivou technologii. Na rozdíl od ostatních dvou se však spoléhá na externí napájení, které řídí proces sběru energie. Mezi jeho aplikace patří rekuperace odpadního tepla z výfukových plynů automobilů za účelem snížení emisí, které se pak přeměňuje na zvukovou energii, ze které se získává elektrická energie.
tyto metody sběru akustické energie jsou však ve své aplikaci v reálném světě omezené. Jedním z důvodů je, že některé metody pracují pouze s úzkým pásmem frekvencí, zatímco mnoho zvuků dostupných pro sklizeň zvuku v moderním životě je v širokopásmovém frekvenčním rozsahu. Spojeneckým omezením je, že oblasti používané pro sběr zvuků, jako v případě akustických metamateriálů, jsou obvykle velmi malé, takže nelze shromáždit mnoho energie.
je zvuková energie obnovitelným zdrojem energie?
zdroj
využití energie z akustiky jako obnovitelného zdroje energie je stále více ve svých experimentálních fázích. Jeden takový experiment zachytil hluk generovaný ve třech autobusových stanicích. Pomocí akustických metamateriálů, jmenovitě piezoelektrických, přeměnil tento hluk na elektrickou energii.
vědci uvedli, že jejich cílem bylo omezit využívání neobnovitelných zdrojů energie při vytváření „zelené udržitelné elektrické energie“, která by mohla být použita k napájení pouličních světel. Místa, kde zachytili zvuk, měla běžně hladinu hluku kolem 80 decibelů a zachycená energie přinesla asi 0, 024 watt hodin z oblasti kolem 1, 5 metru na druhou.
zdá se však, že několik společností učinilo pokrok s využitím této formy energie v komerčním měřítku. Oddělení technologie financované energií, známé jako ResonantAcoustics Mixing (RAM), vyvinuté společností Resodyn Corp. je prodáváno pro použití v průmyslových odvětvích, která míchají jako hlavní součást svého výrobního procesu.
zvukové vibrace se používají k míchání kapalin a kalů, například při výrobě keramiky, potravin a léčiv, a pro úpravu vody. Doposud společnost prodávala míchačky jak v USA, tak v zámoří a zavedla míchačky s velmi různými kapacitami.
další komerční využití zvukové energie jako obnovitelné energie provádí výrobce letadel Boeing. Společnost podala patent v 2015 pro technologii, která by sklízela zvuky z letadel vzlétajících na letištích a přeměnila tento zvuk na elektřinu pro použití jako energie.
vědci z RMIT University v Austrálii vyvinuli další patentovanou aplikaci zvukové energie. Tamní vědci si patentovali technologii, která využívá vysokofrekvenční zvukové vlny k podávání očkování spíše inhalací než pomocí jehel.
ještě více aplikace technologie zvukové energie na zemi zahrnuje zvukový sporák vyvinutý vědci z University of Nottingham, který využívá zvukovou energii k výrobě elektřiny pro napájení kamen. Kamna, která produkují 36 wattů elektřiny, byla testována v Asii. Je to považováno za transformační technologii, protože mnoho lidí v subsaharské Africe a některých částech Asie postrádá dodávku elektřiny.
Může Být Zvuková Energie Uložena?
zdroj
stejný problém, který bránil příjmu většiny forem obnovitelné energie po dobu několika let, vyvstává se zvukovou energií: jak ukládáte energii poté, co jste ji zachytili?
typicky jakýkoli druh mechanické vlny, včetně zvukových vln, změní svůj tvar při kontaktu s objektem. Některé z nich budou absorbovány materiálem, se kterým přichází do styku, nebo budou rozptýleny. Když jsou zvukové vlny absorbovány, stávají se další formou energie.
vědci vyvinuli způsob, jak ukládat zvukovou energii, dokud není potřeba, aby byla přeměněna na elektrickou energii pouze na vyžádání. Známý jako koherentní virtuální absorpce, tato technika v podstatě narušuje způsob, jakým zvukové vlny obvykle interagují s materiály, aby umožnily ukládání energie, než aby byly ztraceny nebo přeměněny na elektrickou energii dříve, než je potřeba.
téměř před dvěma desetiletími byl podán patent na technologii pro ukládání energie ze zvuku. Zahrnuje použití setrvačníků, které by ukládaly elektrickou energii po dlouhou dobu a byly považovány za zvláště užitečné zařízení pro skladování v odlehlých oblastech.
zda některá z těchto technologií a patentů nakonec vzlétne a stane se hlavním proudem nebo bude vyvinuta pro použití v měřítku, se teprve uvidí. Zdůrazňují však, že vědci se zabývají naléhavou výzvou hledání alternativ k znečišťování fosilních paliv, která jsou hnací silou změny klimatu a přírodních katastrof po celém světě. Každému takovému úsilí je proto třeba zatleskat.
Je Zvuková Energie Pouze Pro Vaše Uši?
jak ukazuje tento článek, zvuková energie dělá mnohem víc, než uspokojuje potřeby nás lidí komunikovat, ať už je to pomocí hudebních nástrojů nebo řeči. Článek ukázal některé z mnoha možných aplikací vědy za tím, jak zvuková energie cestuje kvůli molekulám vzduchu a dosaženým technologickým inovacím. Takový výzkum možná povede k zařízením používajícím akustiku, která umožňují zrakově postiženým osobám ještě větší nezávislost. Mohou také existovat objevy nových způsobů, jak najít ztracené lidi nebo předměty, nebo využít tento obnovitelný zdroj pro elektřinu.
vám přináší taranergy.com
Všechny obrázky licencované od Adobe Stock.
doporučený obrázek