som verden fortsetter å lete etter alternative kilder til drivstoff for å mate sin umettelige appetitt for energi mens du reduserer avhengigheten av fossile brensler, kan en ny kilde ligge på et uventet sted: lydene rundt oss.
Undersøkelser av lydenergi har pågått i mange år, men bruken av lyd som energikilde er fortsatt i sine begynnende stadier. Denne artikkelen vil se på hva som menes med lydenergi, dens ulike bruksområder og dens levedyktighet som en alternativ energikilde.
Hva Er Lydenergi?
det er mange forskjellige typer energi, og lydenergi skyldes vibrasjoner av lydbølger.
men hvordan skjer dette egentlig? Når en forstyrrelse fører til at et objekt eller stoff vibrerer, beveger energien som produseres av vibrasjonen gjennom objektet som lydbølger. Det vibrerende objektet eller stoffet må være enten fast, flytende eller gass.
Noe så grunnleggende som å vifte hendene i et stoff som luft ville forårsake nok vibrasjoner som fører til lydbølger. Lydbølgene produsert av disse midlene er ikke høyt nok til å bli hørt av mennesker, men prinsippet er det samme for lydbølger som er hørbare til våre trommehinder. Vibrasjonene forårsaker at molekyler i stoffet støter på hverandre og skaper en knock-on effekt som fører til produksjon av lydbølger.
det er to hovedtyper av bølger: langsgående (eller kompresjons) bølger og tverrbølger. Lengdebølger dannes når bølgene beveger seg i samme retning som kraften som virker på stoffet. Områder hvor bølgene er mest kompakte kalles kompresjoner; de områdene hvor bølgene er mest utvidet er referert til som rarefactions.
Tverrbølger beveger seg derimot i en retning som er vinkelrett på den påførte kraften. Mens langsgående bølger kan forekomme i noen av tre stoffer-faste stoffer, væske eller gasser-kan tverrbølger bare bevege seg gjennom faste stoffer.
vibrasjonene som produserer disse lydbølgene, føles av ørene våre, som da gir mening av dem. For menneskelige ører å oppdage en lydvibrasjon, må den bevege seg hvor som helst mellom 20 vibrasjoner i sekundet og 20.000 vibrasjoner i sekundet. Flere lydvibrasjoner per sekund indikerer en høyere pitched lyd. Disse lydvibrasjonene måles I Hertz, som angir frekvensen av en lyd.
lydstyrken til en lyd måles imidlertid I desibel (dB), med normal samtale på rundt 60 dB.
Hvordan Brukes Lydenergi?
kilde
selv om oppmerksomhet på lydenergi som en mulig erstatning for andre strømkilder er et relativt nytt fenomen, er det eksempler på lydenergi som vi mennesker lenge har brukt til vitale aktiviteter.
et eksempel på lydenergi har bidratt til å redde liv. Når piloter kausjon ut av et fly som opplever motor problemer og de går ned på sjøen, kan de slippe en liten eksplosiv ladning som avgir lyd energi.
lyden av en liten eksplosiv reiser tusenvis av meter i dyphavet fordi den er fanget i den dype lydkanalen, kjent som SOFAR Eller Sound Fixing and Ranging Channel. Lyden kan da bli plukket opp av spesielle enheter i havet og plasseringen av nedskutte pilot konstatert, slik at deres redning.
Et annet eksempel på lydenergi er en som er kjent for mange av oss – bruk av ultralyd. Ultralyd består av svært høyfrekvente langsgående bølger som kan brukes til å bryte opp galle og nyrestein. Det er også ofte brukt for medisinsk bildebehandling formål under en kvinnes graviditet.
et tredje eksempel på lydenergi er en som normalt ikke er forbundet med mennesker-ekkolokalisering— Det er allment kjent at dyr som delfiner, hvaler og flaggermus bruker ekkolokalisering for å hjelpe dem med å navigere og jakte. Disse skapningene sender ut lydbølger som spretter av objekter og vender tilbake til dem som ekkoer, noe som indikerer at de er byttedyr eller hindringer i veien.
men visste du at noen mennesker også bruker ekkolokalisering? Noen blinde og synshemmede gjør det ved å lage klikkelyder med tunger eller tappe med stokker. Lydbølgene de lager spretter av objekter og tjener til å informere dem om deres plassering, størrelse og tekstur.
Kan Lydenergi Erstatte Fossile Brensler?
kilde
Forskere har undersøkt lydenergi som en av de fornybare energiformene de siste tiårene. Forskere er interessert i det fordi lydenergi inneholder to typer mekanisk energi-potensial og kinetisk-noe som betyr at den har kapasitet til å gjøre arbeid. Lær mer i vår guide som forklarer forskjellen mellom potensiell og kinetisk energi.
teknologien for å utnytte lydenergi som strømkilde har imidlertid ennå ikke nådd scenen der den kan brukes i skala. For eksempel genererer lyden av en pneumatisk drill, noe de fleste av oss finner for intens, bare så mye av en hundredel av en watt energi per kvadratmeter, mens solenergi over samme område vil produsere så mye som 680 watt.
likevel gjør pervasiveness av lyder i vårt miljø utnytte lyd energi for makt en fristende prospektet. Forskere refererer til dette som akustisk energihøsting, og forskning på potensialet som strømkilde har hovedsakelig fokusert på tre teknologier: Helmholtz resonatorer, akustiske metamaterialer og termoakustiske motorer. La oss ta en nærmere titt på alle tre.
Helmholtz Resonatorer
Helmholtz resonatorer brukes til å forsterke eller absorbere lyd. I ett eksperiment trakk forskerne på denne egenskapen for å fange og forsterke lyder på en jernbanestasjon. De konverterte deretter lydenergien til elektrisk energi ved hjelp av en strømgeneratormodul. Den resulterende effekten var nok til å betjene små elektroniske enheter.
Akustiske Metamaterialer
disse typer materialer er utformet for å manipulere lydbølger for å oppnå et bestemt mål. De som blir utviklet for å utnytte lydenergi, forsterker både innkommende lydbølger og konsentrerer energien fra lydbølgene for å muliggjøre konvertering til elektrisk energi. Piezoelektriske strukturer brukes ofte til å designe akustiske metamaterialer.
Termoakustiske Motorer
disse typer motorer konverterer varme til lydenergi fra hvilken elektrisk energi deretter høstes. Termoakustiske motorer anses som en enkel og pålitelig teknologi å bruke. Det er imidlertid avhengig av en ekstern strømforsyning for å drive sin energihøstingsprosess, i motsetning til de andre to. Blant sine applikasjoner er gjenvinning av bileksos spillvarme for å redusere utslipp, som deretter omdannes til lydenergi hvorfra elektrisk energi høstes.
imidlertid er disse metodene for akustisk energi høsting begrenset i sin virkelige verden søknad. En grunn er at noen metoder fungerer med bare et smalt bånd av frekvenser, mens mange av lydene som er tilgjengelige for lydhøsting i moderne liv, er i bredbåndsfrekvensområdet. En alliert begrensning er at områdene som brukes til å samle lyder, som i tilfelle av akustiske metamaterialer, vanligvis er svært små, så ikke mye energi kan samles inn.
Er Lydenergi En Fornybar Energikilde?
kilde
bruken av energi fra akustikk som fornybar energikilde er fortsatt mer i sine eksperimentelle stadier. Et slikt eksperiment fanget støyen som ble generert i tre busstasjoner. Ved hjelp av akustiske metamaterialer, nemlig piezoelektriske, konverterte den denne støyen til elektrisk energi.
forskerne sa at deres mål var å redusere bruken av ikke-fornybare energikilder mens de skapte «grønn bærekraftig elektrisk energi» som kunne brukes til å drive gatelys. Stedene hvor de fanget lyd rutinemessig hadde støynivåer på rundt 80 desibel og energien fanget ga om 0.024 watt timer fra et område rundt 1.5 meter kvadrat.
men noen få selskaper ser Ut til å ha gjort fremskritt med bruken av denne formen for energi i kommersiell skala. En Avdeling For energifinansiert teknologi, Kjent som Resonantakustikkblanding (RAM), utviklet Av Resodyn Corp., markedsføres for bruk i næringer som blander som en stor del av produksjonsprosessen.
Lydvibrasjoner brukes til å blande væsker og slam, for eksempel i produksjon av keramikk, mat og legemidler, og for vannbehandling. Så langt har selskapet solgt miksere både I USA og utenlands og har innført miksere av varierende kapasiteter.
En annen kommersiell anvendelse av lydenergi som fornybar energi blir gjort av flyprodusenten Boeing. Selskapet innleverte et patent i 2015 for en teknologi som ville høste lydene fra jetfly som tok av på flyplasser og ville konvertere lyden til strøm til bruk som strøm.
Enda en patentert lydenergiapplikasjon ble utviklet av forskere ved RMIT University I Australia. Forskerne der har patentert en teknologi som bruker høyfrekvente lydbølger for å levere vaksinasjoner ved innånding i stedet for å bruke nåler.
en enda mer jordnær anvendelse av lydenergiteknologi innebærer en sonisk komfyr utviklet av University Of Nottingham forskere, som bruker lydenergi til å produsere strøm for å drive ovner. Ovner, som produserer 36 watt elektrisitet, har blitt testet I Asia. Det regnes som en transformativ teknologi siden mange mennesker i Afrika Sør for Sahara og enkelte Deler av Asia mangler strømforsyning.
Kan Lydenergi Lagres?
kilde
det samme problemet som hindret opptaket av de fleste former for fornybar energi i flere år oppstår med lydenergi: Hvordan lagrer du energien etter at du har fanget den?
vanligvis vil enhver form for mekanisk bølge, inkludert lydbølger, endre form når den kommer i kontakt med et objekt. Noe av det vil bli absorbert av materialet det kommer i kontakt med, eller det vil bli spredt. Når lydbølgene absorberes, blir de en annen form for energi.
Forskere har utviklet en måte å lagre lyd energi til det er nødvendig, slik at det vil bli konvertert til elektrisk energi bare på forespørsel. Kjent som sammenhengende virtuell absorpsjon, forstyrrer teknikken i utgangspunktet måten lydbølger vanligvis samhandler med materialer for å tillate at energien lagres i stedet for å gå tapt eller transformeres til elektrisk energi før det trengs.
for nesten to tiår siden ble det innlevert et patent for en teknologi for å lagre energi fra lyd. Det innebærer bruk av svinghjul som vil lagre elektrisk energi over lange perioder og ble sagt å være en spesielt nyttig enhet for lagring i fjerntliggende områder.
Om noen av disse teknologiene og patentene til slutt vil ta av og bli vanlige eller utviklet for bruk i stor skala, gjenstår å se. Men de fremhever at forskere engasjerer seg med den presserende utfordringen med å finne alternativer til forurensende fossile brensler som driver klimaendringer og naturkatastrofer over hele verden. Enhver slik innsats er derfor å bli applaudert.
Er Lydenergi Bare For Ørene Dine?
som denne artikkelen viser, gjør lydenergi langt mer enn å møte behovene til oss mennesker til å kommunisere, enten det er gjennom bruk av musikkinstrumenter eller tale. Artikkelen har vist noen av de mange mulige anvendelser av vitenskapen bak måten lyd energi reiser på grunn av luftmolekyler og teknologiske nyvinninger oppnås. Slik forskning vil kanskje føre til enheter som bruker akustikk som gir synshemmede enda større uavhengighet. Det kan også være funn av nye måter å finne tapte mennesker eller gjenstander, eller å utnytte denne fornybare ressursen for elektrisitet.
Brakt til deg av taranergy.com
alle bilder lisensiert Fra Adobe Stock.
Utvalgt bilde