mivel a világ továbbra is alternatív energiaforrásokat keres, hogy táplálja kielégíthetetlen energia iránti étvágyát, miközben csökkenti a fosszilis tüzelőanyagokra való támaszkodást, egy új forrás lehet egy váratlan helyen: a körülöttünk lévő hangokban.
a hangenergiával kapcsolatos vizsgálatok már évek óta folynak, de a hang energiaforrásként való felhasználása még mindig kialakulóban van. Ez a cikk megvizsgálja, hogy mit jelent a hangenergia, annak különféle felhasználása és életképessége, mint alternatív energiaforrás.
Mi A Hangenergia?
sokféle energia létezik, és a hangenergia a hanghullámok rezgéseiből származik.
de hogyan történik ez valójában? Amikor egy zavar egy tárgy vagy anyag rezegését okozza, a rezgés által termelt energia hanghullámként halad át a tárgyon. A rezgő tárgynak vagy anyagnak szilárdnak, folyékonynak vagy gáznak kell lennie.
valami olyan alapvető dolog, mint a kezünk integetése egy olyan anyagban, mint a levegő, elegendő rezgést okozna, ami hanghullámokhoz vezetne. Az ezekkel az eszközökkel előállított hanghullámok nem elég hangosak ahhoz, hogy az emberek hallhassák őket, de az elv ugyanaz a dobhártyánk számára hallható hanghullámok esetében. A rezgések hatására az anyag molekulái egymásba ütköznek, és olyan Kopogtató hatást hoznak létre, amely hanghullámok képződéséhez vezet.
a hullámoknak két fő típusa van: hosszanti (vagy kompressziós) hullámok és keresztirányú hullámok. Hosszanti hullámok alakulnak ki, amikor a hullámok ugyanabba az irányba mozognak, mint az anyagra ható erő. Azokat a területeket, ahol a hullámok a legkompaktabbak, kompresszióknak nevezzük; azokat a területeket, ahol a hullámok a legkiterjedtebbek, ritkaságnak nevezzük.
a keresztirányú hullámok viszont az alkalmazott erőre merőleges irányban mozognak. Míg a hosszanti hullámok három anyag—szilárd anyag, folyadék vagy gáz—bármelyikében előfordulhatnak, a keresztirányú hullámok csak szilárd anyagokon mozoghatnak.
ezeket a hanghullámokat előidéző rezgéseket a fülünk érzékeli, ami aztán értelmet ad nekik. Ahhoz, hogy az emberi fül érzékelje a hangrezgést, másodpercenként 20 és másodpercenként 20 000 rezgés között kell mozognia. A másodpercenként több hang rezgés magasabb hangot jelez. Ezeket a hang rezgéseket Hertzben mérik, jelezve a hang frekvenciáját.
a hang hangosságát azonban decibelben (dB) mérik, a normál beszélgetés 60 dB körül van.
Hogyan Használják Fel A Hangenergiát?
forrás
bár a hangenergiára, mint más energiaforrások lehetséges helyettesítésére való figyelem viszonylag új jelenség, vannak példák a hangenergiára, amelyet mi emberek már régóta használunk létfontosságú tevékenységekhez.
a hangenergia egyik példája hozzájárult az életmentéshez. Amikor a pilóták kiszabadulnak egy repülőgépből, amely motorhibákat tapasztal, és leereszkednek a tengerbe, kis robbanótöltetet bocsáthatnak ki, amely hangenergiát bocsát ki.
egy kis robbanóanyag hangja több ezer métert tesz meg a mély óceánban, mert csapdába esett a mély hangcsatornában, amelyet SOFAR vagy Sound Fixing and Ranging csatornának neveznek. A hangot ezután az óceánban lévő speciális eszközök veszik fel, és megállapítják a lezuhant pilóta helyét, lehetővé téve a mentést.
a hangenergia másik példája az, amely sokunk számára ismerős—az ultrahang használata. Az ultrahang nagyon magas frekvenciájú hosszanti hullámokból áll, amelyek felhasználhatók az epe és a vesekő felbomlására. Gyakran használják orvosi képalkotó célokra egy nő terhessége alatt.
a hangenergia harmadik példája általában nem kapcsolódik az emberhez-echolocation. Köztudott, hogy az olyan állatok, mint a delfinek, a bálnák és a denevérek echolokációt használnak, hogy segítsenek nekik navigálni és vadászni. Ezek a lények hanghullámokat küldenek, amelyek visszapattannak a tárgyakról, és visszhangként térnek vissza hozzájuk, amelyek jelzik számukra a zsákmány helyét vagy az útjuk akadályait.
de tudta, hogy néhány ember echolokációt is használ? Néhány vak és látássérült ember ezt úgy teszi, hogy kattogó hangokat ad ki a nyelvével, vagy megérinti a botját. Az általuk létrehozott hanghullámok visszapattannak az objektumokról, és tájékoztatják őket a helyükről, méretükről és textúrájukról.
A Hangenergia Helyettesítheti A Fosszilis Tüzelőanyagokat?
forrás
a kutatók az elmúlt évtizedekben a hangenergiát mint az energia egyik megújuló formáját vizsgálták. A kutatókat azért érdekli, mert a hangenergia kétféle mechanikai energiát tartalmaz-a potenciált és a kinetikát—, ami azt jelenti, hogy képes dolgozni. Tudjon meg többet az útmutatónkban, amely elmagyarázza a potenciális és a kinetikus energia közötti különbséget.
a hangenergia energiaforrásként történő hasznosítására szolgáló technológia azonban még nem érte el azt a szintet, hogy méretarányosan használható legyen. Például egy pneumatikus fúró hangja, amit a legtöbbünk túl intenzívnek talál, négyzetméterenként csak egy watt energia századát generálja, míg a napenergia ugyanazon a területen akár 680 wattot is termelne.
Mindazonáltal a hangok átható jellege a környezetünkben A hangenergia energiává történő kiaknázását kínzó kilátássá teszi. A tudósok ezt akusztikus energiagyűjtésnek nevezik, és az energiaforrásként való potenciáljának kutatása elsősorban három technológiára összpontosított: Helmholtz rezonátorok, akusztikus metamateriumok és termoakusztikus motorok. Nézzük meg közelebbről mind a hármat.
Helmholtz rezonátorok
A Helmholtz rezonátorokat a hang erősítésére vagy elnyelésére használják. Az egyik kísérletben a kutatók ezt a tulajdonságot használták fel, hogy rögzítsék és felerősítsék a hangokat egy vasútállomáson. Ezután a hangenergiát elektromos energiává alakították át egy villamosenergia-generátor modul segítségével. A kapott teljesítmény elegendő volt a kis elektronikus eszközök működtetéséhez.
Akusztikus anyagok
az ilyen típusú anyagokat úgy tervezték, hogy manipulálják a hanghullámokat egy adott cél elérése érdekében. A hangenergia hasznosítására kifejlesztett eszközök mind a bejövő hanghullámokat erősítik, mind a hanghullámokból származó energiát koncentrálják, hogy lehetővé tegyék elektromos energiává történő átalakításukat. A piezoelektromos szerkezeteket általában akusztikus metaanyagok tervezésére használják.
Termoakusztikus motorok
az ilyen típusú motorok a hőt hangenergiává alakítják, amelyből aztán villamos energiát nyernek. A termoakusztikus motorokat könnyű és megbízható technológiának tekintik. A másik kettővel ellentétben azonban külső tápegységre támaszkodik az energia-betakarítási folyamat vezetéséhez. Alkalmazásai között szerepel az autó kipufogógáz-hulladékhőjének visszanyerése a kibocsátások csökkentése érdekében, amelyet ezután hangenergiává alakítanak át, amelyből az elektromos energiát betakarítják.
az akusztikus energiagyűjtés ezen módszerei azonban valós alkalmazásukban korlátozottak. Ennek egyik oka az, hogy egyes módszerek csak keskeny frekvenciasávval működnek, míg a modern életben a hanggyűjtéshez rendelkezésre álló hangok közül sok a szélessávú frekvenciatartományban van. Szövetséges korlátozás, hogy a hangok gyűjtésére használt területek, mint az akusztikus metaanyagok esetében, általában nagyon kicsiek, így nem sok energiát lehet összegyűjteni.
a hangenergia Megújuló Energiaforrás?
forrás
az akusztikából származó energia megújuló energiaforrásként történő felhasználása még inkább kísérleti szakaszában van. Az egyik ilyen kísérlet három buszpályaudvaron keletkezett zajt rögzített. Akusztikus metaanyagok, nevezetesen piezoelektromos segítségével ezt a zajt elektromos energiává alakította.
a kutatók azt mondták, hogy céljuk a nem megújuló energiaforrások használatának csökkentése volt, miközben “zöld, fenntartható elektromos energiát” hoztak létre, amelyet az utcai lámpák áramellátására lehet használni. Azok a helyek, ahol rendszeresen rögzítették a hangot, körülbelül 80 decibel zajszinttel rendelkeztek,és a befogott energia körülbelül 0,024 wattórát eredményezett egy 1,5 méteres területről.
úgy tűnik azonban, hogy néhány vállalat előrelépést tett az energia ezen formájának kereskedelmi léptékű felhasználásával. A Resodyn Corp.által kifejlesztett ResonantAcoustics Mixing (RAM) néven ismert Energiaalapú Technológiai Minisztérium olyan iparágakban kerül forgalomba, amelyek gyártási folyamatuk jelentős részeként keverik a keverést.
a hangrezgéseket folyadékok és iszapok keverésére használják, például Kerámiák, élelmiszerek és gyógyszerek gyártásához, valamint vízkezeléshez. Eddig a vállalat mind az Egyesült Államokban, mind a tengerentúlon értékesítette a keverőket, és széles körben változó kapacitású keverőket vezetett be.
a hangenergia megújuló energiaként történő másik kereskedelmi alkalmazását a Boeing repülőgépgyártó végzi. A vállalat 2015-ben szabadalmat nyújtott be egy olyan technológiára, amely a repülőtereken felszálló repülőgépek hangjait gyűjti össze, és ezt a hangot villamos energiává alakítja.
egy másik szabadalmaztatott sound energy alkalmazást fejlesztettek ki az Ausztrál RMIT Egyetem kutatói. Az ottani tudósok szabadalmaztattak egy olyan technológiát, amely nagyfrekvenciás hanghullámokat használ az oltások belégzéssel történő beadására, nem pedig tűk használatával.
a hangenergia-technológia még földhözragadtabb alkalmazása magában foglalja a Nottinghami Egyetem kutatói által kifejlesztett szonikus tűzhelyet,amely hangenergiát használ a kályhák áramellátásához. A 36 watt villamos energiát előállító kályhákat Ázsiában tesztelték. Átalakító technológiának tekintik, mivel Afrika szubszaharai részén és Ázsia egyes részein sok embernek nincs áramellátása.
Tárolható-E Hangenergia?
forrás
ugyanaz a kérdés merül fel a hangenergiával kapcsolatban, amely több éven keresztül akadályozta a megújuló energia legtöbb formájának felvételét: hogyan tárolja az energiát, miután befogta?
általában bármilyen mechanikai hullám, beleértve a hanghullámokat is, megváltoztatja formáját, amikor egy tárgyhoz érintkezik. Egy részét elnyeli az anyag, amellyel érintkezésbe kerül, vagy szétszóródik. Amikor a hanghullámok elnyelik válnak egy másik formája az energia.
a kutatók kifejlesztettek egy módszert a hangenergia tárolására, amíg szükség van rá, hogy csak igény szerint alakítsák át elektromos energiává. Az úgynevezett koherens virtuális abszorpció, a technika alapvetően megzavarja a hanghullámok általában kölcsönhatásba lépnek az anyagokkal, hogy lehetővé tegyék az energia tárolását, ahelyett, hogy elvesznének vagy elektromos energiává alakulnának, mielőtt szükség lenne rá.
majdnem két évtizeddel ezelőtt szabadalmat nyújtottak be a hangból származó energia tárolására szolgáló technológiára. Ez magában foglalja a lendkerekek használatát, amelyek hosszú ideig tárolják az elektromos energiát, és azt mondták, hogy különösen hasznos eszköz a távoli területeken történő tároláshoz.
azt, hogy ezek a technológiák és szabadalmak előbb-utóbb elterjednek-e és általánossá válnak-e, vagy széles körű használatra fejlesztették-e ki, még nem látni. De kiemelik, hogy a kutatók sürgető kihívást jelentenek, hogy alternatívákat találjanak a szennyező fosszilis tüzelőanyagokra, amelyek világszerte az éghajlatváltozást és a természeti katasztrófákat okozzák. Ezért minden ilyen erőfeszítést meg kell tapsolni.
A Hangenergia Csak A Fülnek Szól?
amint ez a cikk is mutatja, a hangenergia sokkal többet tesz, mint az emberek kommunikációs igényeinek kielégítése, akár hangszerek, akár beszéd használatával. A cikk bemutatta a tudomány számos lehetséges alkalmazását, amelyek a hangenergia mozgása mögött állnak a levegőmolekulák és az elért technológiai újítások miatt. Az ilyen kutatások talán olyan akusztikát használó eszközökhöz vezetnek, amelyek a látássérült személyek számára még nagyobb függetlenséget biztosítanak. Lehet, hogy új módszereket fedeznek fel az elveszett emberek vagy tárgyak felkutatására, vagy ennek a megújuló erőforrásnak a villamos energiára történő felhasználására.
hozta neked taranergy.com
az Adobe Stock által licencelt összes kép.
Kiemelt kép