da verden fortsætter med at lede efter alternative kilder til brændstof til at fodre sin umættelige appetit på energi og samtidig reducere afhængigheden af fossile brændstoffer, kan en ny kilde ligge på et uventet sted: lydene omkring os.
undersøgelser af lydenergi har været i gang i mange år, men brugen af lyd som energikilde er stadig i sine spirende stadier. Denne artikel vil se på, hvad der menes med lydenergi, dens forskellige anvendelser og dens levedygtighed som en alternativ energikilde.
Hvad Er Lydenergi?
der er mange forskellige typer energi, og lydenergi er resultatet af lydbølgernes vibrationer.
men hvordan sker det egentlig? Når en forstyrrelse får et objekt eller stof til at vibrere, bevæger den energi, der produceres af vibrationen, gennem objektet som lydbølger. Det vibrerende objekt eller stof skal være enten fast, flydende eller gas.
noget så grundlæggende som at vifte med vores hænder i et stof som luft ville forårsage nok vibrationer, der fører til lydbølger. Lydbølgerne, der produceres på disse måder, er ikke høje nok til at blive hørt af mennesker, men princippet er det samme for lydbølger, der er hørbare for vores trommehinder. Vibrationerne får molekyler i stoffet til at støde ind i hinanden og skabe en knock-on-effekt, der fører til produktion af lydbølger.
der er to hovedtyper af bølger: langsgående (eller kompression) bølger og tværgående bølger. Longitudinale bølger dannes, når bølgerne bevæger sig i samme retning som den kraft, der virker på stoffet. Områder, hvor bølgerne er mest kompakte, kaldes kompressioner; de områder, hvor bølgerne er mest udvidede, kaldes rarefactions.
tværgående bølger bevæger sig derimod i en retning, der er vinkelret på den påførte kraft. Mens langsgående bølger kan forekomme i et hvilket som helst af tre stoffer—faste stoffer, væske eller gasser—kan tværgående bølger kun bevæge sig gennem faste stoffer.
vibrationerne, der producerer disse lydbølger, mærkes af vores ører, som så giver mening af dem. For at menneskelige ører kan registrere en lydvibration, skal den bevæge sig hvor som helst mellem 20 vibrationer i sekundet og 20.000 vibrationer i sekundet. Flere lydvibrationer pr. sekund indikerer en højere lyd. Disse lydvibrationer måles i Herts, der angiver frekvensen af en lyd.
en lyds lydstyrke måles dog i decibel (dB), hvor normal samtale ligger på omkring 60 dB.
Hvordan Bruges Lydenergi?
kilde
selvom opmærksomhed på lydenergi som en mulig erstatning for andre strømkilder er et relativt nyt fænomen, er der eksempler på lydenergi, som vi mennesker længe har brugt til vitale aktiviteter.
et eksempel på lydenergi har bidraget til at redde liv. Når piloter springer ud af et fly, der oplever motorproblemer, og de går ned til søs, kan de frigive en lille eksplosiv ladning, der udsender lydenergi.
lyden af et lille eksplosiv bevæger sig tusinder af meter i det dybe hav, fordi det er fanget i den dybe lydkanal, kendt som SOFAR eller Sound fastsættelse And Ranging Channel. Lyden kan derefter afhentes af specielle enheder i havet, og placeringen af den nedskudte pilot konstateres, hvilket muliggør deres redning.
et andet eksempel på lydenergi er en, der er kendt for mange af os—brugen af ultralyd. Ultralyd består af meget højfrekvente langsgående bølger, der kan bruges til at bryde op galde og nyresten. Det er også almindeligt anvendt til medicinske billeddannelsesformål under en kvindes graviditet.
et tredje eksempel på lydenergi er en, der normalt ikke er forbundet med mennesker—ekkolokation. Det er almindeligt kendt, at dyr som delfiner, hvaler og flagermus bruger ekkolokation for at hjælpe dem med at navigere og jage. Disse skabninger sender lydbølger, der springer ud af genstande og vender tilbage til dem som ekkoer, hvilket indikerer dem placeringen af bytte eller forhindringer i deres vej.
men vidste du, at nogle mennesker også bruger ekkolokation? Nogle blinde og synshandicappede gør det ved at lave kliklyde med deres tunger eller trykke med deres stokke. De lydbølger, de skaber, springer ud af objekter og tjener til at informere dem om deres placering, størrelse og struktur.
Kan Lydenergi Erstatte Fossile Brændstoffer?
kilde
forskere har undersøgt lydenergi som en af de vedvarende energiformer i løbet af de sidste par årtier. Forskere er interesserede i det, fordi lydenergi indeholder to typer mekanisk energi—potentiale og kinetisk—hvilket betyder, at den har kapacitet til at udføre arbejde. Lær mere i vores guide, der forklarer forskellen mellem potentiel og kinetisk energi.
teknologi til udnyttelse af lydenergi som strømkilde er dog endnu ikke nået det stadium, hvor den kan bruges i skala. For eksempel genererer lyden af en pneumatisk boremaskine, noget de fleste af os finder for intens, kun så meget af en hundrededel af en vandkraft pr.kvadratmeter, mens solenergi over det samme område ville producere så meget som 680 vand.
ikke desto mindre gør lydens pervasiveness i vores miljø udnyttelse af lydenergi til magt en fristende udsigt. Forskere omtaler dette som akustisk energihøst, og forskning i dets potentiale som strømkilde har primært fokuseret på tre teknologier: helmholts resonatorer, akustiske metamaterialer og termoakustiske motorer. Lad os se nærmere på alle tre.
Helmholts resonatorer
Helmholts resonatorer bruges til at forstærke eller absorbere lyd. I et eksperiment trak forskere på denne ejendom for at fange og forstærke lyde på en jernbanestation. De konverterede derefter lydenergien til elektrisk energi ved hjælp af et elgeneratormodul. Den resulterende effekt var nok til at betjene små elektroniske enheder.
akustiske metamaterialer
disse typer materialer er designet til at manipulere lydbølger for at nå et bestemt mål. De, der udvikles til at udnytte lydenergi, forstærker både indkommende lydbølger og koncentrerer energien fra lydbølgerne for at muliggøre deres omdannelse til elektrisk energi. Elektriske strukturer er almindeligt anvendt til at designe akustiske metamaterialer.
Termoakustiske motorer
disse typer motorer omdanner varme til lydenergi, hvorfra elektrisk energi derefter høstes. Termoakustiske motorer betragtes som en nem og pålidelig teknologi at bruge. Det er dog afhængig af en ekstern strømforsyning til at drive sin energihøstningsproces, i modsætning til de to andre. Blandt dens anvendelser er genvinding af biludstødningsspildvarme for at reducere emissionerne, som derefter omdannes til lydenergi, hvorfra elektrisk energi høstes.
men disse metoder til akustisk energi høst er begrænset i deres virkelige verden ansøgning. En af grundene er, at nogle metoder kun fungerer med et smalt frekvensbånd, mens mange af de lyde, der er tilgængelige til lydhøstning i det moderne liv, ligger i bredbåndsfrekvensområdet. En allieret begrænsning er, at de områder, der bruges til at samle lyde, som i tilfælde af akustiske metamaterialer, typisk er meget små, så der kan ikke indsamles meget energi.
er sund energi en vedvarende energikilde?
kilde
brugen af energi fra akustik som vedvarende energikilde er stadig mere i sine eksperimentelle faser. Et sådant eksperiment fangede støj genereret i tre busstationer. Ved hjælp af akustiske metamaterialer, nemlig piesoelektriske, konverterede den denne støj til elektrisk energi.
forskerne sagde, at deres mål var at reducere brugen af ikke-vedvarende energikilder, mens de skabte “grøn bæredygtig elektrisk energi”, der kunne bruges til at drive gadelygter. De steder, hvor de fangede lyd rutinemæssigt havde støjniveauer på omkring 80 decibel, og den fangede energi gav omkring 0,024 vand timer fra et område omkring 1,5 meter kvadreret.
imidlertid synes nogle få virksomheder at have gjort fremskridt med brugen af denne form for energi i kommerciel skala. En afdeling for energifinansieret teknologi, kendt som Resonantakustik blanding (RAM), udviklet af Resodyn Corp. markedsføres til brug i industrier, der blander som en stor del af deres produktionsproces.
lydvibrationer bruges til at blande væsker og slam, såsom til fremstilling af keramik, fødevarer og lægemidler og til vandbehandling. Indtil videre har virksomheden solgt blanderne både i USA og i udlandet og har introduceret blandere med vidt forskellig kapacitet.
en anden kommerciel anvendelse af lydenergi som vedvarende energi foretages af flyproducenten Boeing. Virksomheden indgav et patent i 2015 for en teknologi, der ville høste lydene fra jetfly, der startede i lufthavne og ville konvertere den lyd til elektricitet til brug som strøm.
endnu en patenteret sound energy-applikation blev udviklet af forskere ved RMIT University i Australien. Forskerne der har patenteret en teknologi, der bruger højfrekvente lydbølger til at levere vaccinationer ved indånding snarere end at bruge nåle.
en endnu mere jordnær anvendelse af lydenergiteknologi involverer en sonic komfur udviklet af University of Nottingham forskere, der bruger lydenergi til at producere elektricitet til at drive ovne. Ovnene, der producerer 36 vandkraft, er testet i Asien. Det betragtes som en transformativ teknologi, da mange mennesker i Afrika syd for Sahara og nogle dele af Asien mangler en elforsyning.
Kan Lydenergi Lagres?
kilde
det samme problem, der hindrede optagelsen af de fleste former for vedvarende energi i flere år, opstår med lydenergi: hvordan opbevarer du energien, når du har fanget den?
typisk vil enhver form for mekanisk bølge, herunder lydbølger, ændre sin form, når den kommer i kontakt med et objekt. Noget af det vil blive absorberet af det materiale, det kommer i kontakt med, eller det vil blive spredt. Når lydbølgerne absorberes, bliver de en anden form for energi.
forskere har udviklet en måde at lagre lydenergi på, indtil den er nødvendig, så den kun konverteres til elektrisk energi efter behov. Kendt som sammenhængende virtuel absorption forstyrrer teknikken grundlæggende den måde, lydbølger typisk interagerer med materialer for at tillade, at energien opbevares i stedet for at gå tabt eller omdannes til elektrisk energi, før det er nødvendigt.
for næsten to årtier siden blev der indgivet et patent på en teknologi til lagring af energi fra lyd. Det indebærer brug af svinghjul, der ville lagre elektrisk energi over lange perioder og siges at være en særlig nyttig enhed til opbevaring i fjerntliggende områder.
hvorvidt nogen af disse teknologier og patenter i sidste ende vil starte og blive mainstream eller udviklet til brug i skala, er stadig uvist. Men de fremhæver, at forskere engagerer sig i den presserende udfordring at finde alternativer til forurenende fossile brændstoffer, der driver klimaændringer og naturkatastrofer over hele verden. Enhver sådan indsats skal derfor bifaldes.
Er Lydenergi Kun For Dine Ører?
som denne artikel viser, gør lydenergi langt mere end at imødekomme os menneskers behov for at kommunikere, hvad enten det er gennem brug af musikinstrumenter eller tale. Artiklen har vist nogle af de mange mulige anvendelser af videnskaben bag den måde lydenergi rejser på grund af luftmolekyler og de teknologiske innovationer, der opnås. En sådan forskning vil måske føre til enheder, der bruger akustik, der giver synshandicappede endnu større uafhængighed. Der kan også være opdagelser af nye måder at lokalisere mistede mennesker eller genstande på, eller at udnytte denne vedvarende ressource til elektricitet.
bragt til dig af taranergy.com
alle billeder licenseret fra Adobe Stock.
Udvalgt billede