ponieważ świat nadal szuka alternatywnych źródeł paliwa, aby zaspokoić swój nienasycony apetyt na energię, jednocześnie zmniejszając zależność od paliw kopalnych, nowe źródło może znajdować się w nieoczekiwanym miejscu: dźwięki wokół nas.
badania nad energią dźwięku trwają od wielu lat, ale wykorzystanie dźwięku jako źródła energii jest nadal w rodzących się etapach. W tym artykule przyjrzymy się, co oznacza energia dźwięku, jej różne zastosowania i jej żywotność jako alternatywnego źródła energii.
Czym Jest Energia Dźwięku?
istnieje wiele różnych rodzajów energii, a energia dźwiękowa wynika z wibracji fal dźwiękowych.
ale jak to się dzieje? Kiedy zakłócenie powoduje, że obiekt lub substancja wibruje, energia wytwarzana przez wibracje przemieszcza się przez obiekt jako fale dźwiękowe. Wibrujący obiekt lub substancja musi być ciałem stałym, cieczą lub gazem.
coś tak podstawowego jak machanie rękami w substancji takiej jak powietrze spowodowałoby wystarczająco dużo wibracji prowadzących do fal dźwiękowych. Fale dźwiękowe wytwarzane tymi środkami nie są wystarczająco głośne, aby mogły być słyszane przez ludzi, ale zasada jest taka sama dla fal dźwiękowych, które są słyszalne dla naszych bębenków. Wibracje powodują, że cząsteczki w substancji wpadają na siebie i tworzą efekt domina, który prowadzi do produkcji fal dźwiękowych.
istnieją dwa główne typy fal: fale podłużne (lub ściskające) i fale poprzeczne. Fale podłużne powstają, gdy fale poruszają się w tym samym kierunku, co siła działająca na substancję. Obszary, w których fale są najbardziej zwarte, nazywane są ściśnięciami; te obszary, w których fale są najbardziej rozciągnięte, nazywane są rozrzedzeniami.
fale poprzeczne natomiast poruszają się w kierunku prostopadłym do przyłożonej siły. Podczas gdy fale podłużne mogą występować w dowolnej z trzech substancji-ciał stałych, cieczy lub gazów-fale poprzeczne mogą poruszać się tylko przez ciała stałe.
wibracje, które wytwarzają te fale dźwiękowe, są odczuwane przez nasze uszy, co następnie ma z nich sens. Aby ludzkie uszy mogły wykryć wibracje dźwiękowe, musi poruszać się w dowolnym miejscu między 20 wibracjami na sekundę a 20 000 wibracji na sekundę. Więcej wibracji dźwięku na sekundę oznacza wyższy dźwięk. Te wibracje dźwiękowe są mierzone w hercach, oznaczając częstotliwość dźwięku.
jednak głośność dźwięku jest mierzona w decybelach (dB), przy czym normalna rozmowa wynosi około 60 dB.
W Jaki Sposób Wykorzystuje Się Energię Dźwięku?
źródło
chociaż uwaga na energię dźwiękową jako możliwą alternatywę dla innych źródeł zasilania jest stosunkowo nowym zjawiskiem, istnieją przykłady energii dźwiękowej, którą my ludzie od dawna wykorzystujemy do ważnych działań.
jeden z przykładów energii dźwięku przyczynił się do ratowania życia. Kiedy piloci wysiadają z samolotu, który ma problemy z silnikiem i lądują na morzu, mogą uwolnić mały ładunek wybuchowy, który emituje energię dźwięku.
dźwięk małego materiału wybuchowego przemierza tysiące metrów w głębokim oceanie, ponieważ jest uwięziony w głębokim kanale dźwiękowym, znanym jako kanał Sofar lub sound Fixing and Ranging. Dźwięk może być następnie przechwytywany przez specjalne urządzenia znajdujące się w oceanie i lokalizacja zestrzelonego pilota, co umożliwia jego ratunek.
Innym przykładem energii dźwięku jest ten, który jest znany wielu z nas-zastosowanie ultradźwięków. Ultradźwięki składają się z fal podłużnych o bardzo wysokiej częstotliwości, które można wykorzystać do rozbicia kamieni żółciowych i nerkowych. Jest również powszechnie stosowany do celów obrazowania medycznego podczas ciąży kobiety.
trzecim przykładem energii dźwiękowej jest ta, która normalnie nie jest kojarzona z ludźmi-echolokacja. Powszechnie wiadomo, że zwierzęta takie jak delfiny, wieloryby i nietoperze używają echolokacji, aby pomóc im w nawigacji i polowaniu. Istoty te wysyĹ 'ajÄ … fale dĹşwiÄ ™ kowe odbijajÄ … ce siÄ ™ od obiektĂłw i powracajÄ … do nich jako ECHA, ktĂłre wskazujÄ … im poĹ’ oĹĽenie zdobyczy lub przeszkód na ich drodze.
ale czy wiesz, że niektórzy ludzie również używają echolokacji? Niektóre osoby niewidome i niedowidzące robią to, wydając dźwięki klikania językami lub stukając laskami. Fale dźwiękowe, które tworzą, odbijają się od obiektów i służą do informowania ich o ich lokalizacji, rozmiarze i fakturze.
Czy Energia Dźwiękowa Może Zastąpić Paliwa Kopalne?
źródło
naukowcy badali energię dźwięku jako jedną z odnawialnych form energii w ciągu ostatnich kilku dekad. Naukowcy są tym zainteresowani, ponieważ energia dźwięku zawiera dwa rodzaje energii mechanicznej-potencjalną i kinetyczną – co oznacza, że ma zdolność do pracy. Dowiedz się więcej w naszym przewodniku, który wyjaśnia różnicę między energią potencjalną a kinetyczną.
jednak technologia wykorzystania energii dźwiękowej jako źródła energii nie osiągnęła jeszcze etapu, w którym można ją wykorzystać w skali. Na przykład, dźwięk wiertarki pneumatycznej, coś, co większość z nas uważa za zbyt intensywne, generuje tylko jedną setną wata energii na metr kwadratowy, podczas gdy energia słoneczna na tym samym obszarze wytwarzałaby aż 680 watów.
jednak wszechobecność dźwięków w naszym otoczeniu sprawia, że wykorzystanie energii dźwiękowej do zasilania jest kuszącą perspektywą. Naukowcy nazywają to pozyskiwaniem energii akustycznej, a badania nad jej potencjałem jako źródła energii skupiły się głównie na trzech technologiach: rezonatorach Helmholtza, metamateriałach akustycznych i silnikach termoakustycznych. Przyjrzyjmy się bliżej wszystkim trzem.
rezonatory Helmholtza
rezonatory Helmholtza służą do wzmacniania lub pochłaniania dźwięku. W jednym z eksperymentów naukowcy wykorzystali tę właściwość do przechwytywania i wzmacniania dźwięków na stacji kolejowej. Następnie przekształcili energię dźwiękową w energię elektryczną za pomocą modułu generatora energii elektrycznej. Uzyskana moc była wystarczająca do obsługi małych urządzeń elektronicznych.
metamateriały akustyczne
te rodzaje materiałów są przeznaczone do manipulowania falami dźwiękowymi w celu osiągnięcia określonego celu. Te opracowane w celu wykorzystania energii dźwiękowej zarówno wzmacniają przychodzące fale dźwiękowe, jak i koncentrują energię z fal dźwiękowych, aby umożliwić ich konwersję na energię elektryczną. Struktury piezoelektryczne są powszechnie stosowane do projektowania metamateriałów akustycznych.
Silniki Termoakustyczne
te typy silników zamieniają ciepło na energię akustyczną, z której następnie pobiera się energię elektryczną. Silniki termoakustyczne są uważane za łatwą i niezawodną technologię w użyciu. Jednak w przeciwieństwie do dwóch pozostałych, urządzenie bazuje na zewnętrznym zasilaczu, który napędza proces pozyskiwania energii. Wśród jego zastosowań jest odzyskiwanie ciepła odpadowego spalin samochodowych w celu zmniejszenia emisji, które jest następnie przekształcane w energię akustyczną, z której pobierana jest energia elektryczna.
jednak te metody pozyskiwania energii akustycznej są ograniczone w ich rzeczywistym zastosowaniu. Jednym z powodów jest to, że niektóre metody działają tylko z wąskim pasmem częstotliwości, podczas gdy wiele dźwięków dostępnych do zbierania dźwięku we współczesnym życiu znajduje się w szerokopasmowym zakresie częstotliwości. Pokrewnym ograniczeniem jest to, że obszary wykorzystywane do zbierania dźwięków, jak w przypadku metamateriałów akustycznych, są zazwyczaj bardzo małe, więc nie można zebrać zbyt wiele energii.
czy energia akustyczna jest odnawialnym źródłem energii?
source
wykorzystanie energii z akustyki jako odnawialnego źródła energii jest jeszcze bardziej w fazie eksperymentalnej. Jeden z takich eksperymentów uchwycił hałas generowany na trzech dworcach autobusowych. Za pomocą metamateriałów akustycznych, a mianowicie piezoelektrycznych, przekształcił ten hałas w energię elektryczną.
naukowcy stwierdzili, że ich celem jest ograniczenie wykorzystania nieodnawialnych źródeł energii przy jednoczesnym stworzeniu „zielonej zrównoważonej energii elektrycznej”, która mogłaby być wykorzystana do zasilania latarni ulicznych. Miejsca, w których rejestrowali dźwięk, miały poziom hałasu około 80 decybeli, a przechwycona energia dała około 0,024 Wat godzin z obszaru około 1,5 metra kwadratowego.
jednak wydaje się, że kilka firm poczyniło postępy w zakresie wykorzystania tej formy energii na skalę komercyjną. Dział technologii finansowanych z energii, znany jako ResonantAcoustics Mixing (RAM), opracowany przez Resodyn Corp.jest sprzedawany do stosowania w branżach, które mieszają jako główną część procesu produkcyjnego.
wibracje dźwiękowe są używane do mieszania cieczy i zawiesin, takich jak produkcja ceramiki, żywności i farmaceutyków oraz do uzdatniania wody. Do tej pory firma sprzedała Miksery zarówno w USA, jak i za granicą oraz wprowadziła Miksery o bardzo różnych pojemnościach.
innym komercyjnym zastosowaniem energii dźwiękowej jako energii odnawialnej jest producent samolotów Boeing. Firma złożyła patent w 2015 roku na technologię, która zbierałaby dźwięki z odrzutowców startujących na lotniskach i zamieniłaby ten dźwięk na energię elektryczną do wykorzystania jako moc.
kolejna opatentowana aplikacja energii dźwięku została opracowana przez naukowców z Uniwersytetu RMIT w Australii. Tamtejsi naukowcy opatentowali technologię, która wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do dostarczania szczepień przez wdychanie, a nie za pomocą igieł.
jeszcze bardziej przyziemne zastosowanie technologii energii dźwiękowej obejmuje kuchenkę dźwiękową opracowaną przez naukowców z Uniwersytetu w Nottingham, która wykorzystuje energię dźwiękową do produkcji energii elektrycznej do zasilania pieców. Piece, które produkują 36 watów energii elektrycznej, zostały przetestowane w Azji. Jest uważana za przełomową technologię, ponieważ wielu ludzi w Afryce Subsaharyjskiej i niektórych częściach Azji nie ma dostaw energii elektrycznej.
Czy Można Przechowywać Energię Dźwiękową?
źródło
ten sam problem, który utrudniał absorpcję większości form energii odnawialnej przez kilka lat, pojawia się w przypadku energii dźwiękowej: jak przechowywać energię po jej przechwyceniu?
zazwyczaj każdy rodzaj fali mechanicznej, w tym fale dźwiękowe, zmienia swoją formę po wejściu w kontakt z obiektem. Część z nich zostanie wchłonięta przez materiał, z którym wchodzi w kontakt lub zostanie rozproszona. Kiedy fale dźwiękowe są absorbowane, stają się kolejną formą energii.
naukowcy opracowali sposób na przechowywanie energii dźwiękowej, dopóki nie będzie ona potrzebna, aby była przekształcana na energię elektryczną tylko na żądanie. Znana jako spójna absorpcja wirtualna, Technika w zasadzie zakłóca sposób, w jaki fale dźwiękowe zwykle wchodzą w interakcję z materiałami, aby umożliwić przechowywanie energii, a nie jej utratę lub przekształcenie w energię elektryczną, zanim będzie potrzebna.
prawie dwie dekady temu zgłoszono patent na technologię do przechowywania energii z dźwięku. Wiąże się to z wykorzystaniem kół zamachowych, które będą przechowywać energię elektryczną przez długi czas i mówi się, że jest to szczególnie przydatne urządzenie do przechowywania w Odległych obszarach.
czy którakolwiek z tych technologii i patentów w końcu zacznie obowiązywać i stanie się głównym nurtem lub opracowana do użytku na dużą skalę, okaże się. Podkreślają jednak, że naukowcy podejmują pilne wyzwanie, jakim jest znalezienie alternatyw dla zanieczyszczających paliw kopalnych, które napędzają zmiany klimatu i klęski żywiołowe na całym świecie. Wszelkie takie wysiłki powinny być zatem oklaskiwane.
Czy Energia Dźwięku Jest Tylko Dla Twoich Uszu?
jak pokazuje ten artykuł, energia dźwięku znacznie więcej niż zaspokaja potrzeby ludzi do komunikowania się, czy to poprzez użycie instrumentów muzycznych lub mowy. W artykule pokazano niektóre z wielu możliwych zastosowań nauki stojącej za sposobem, w jaki energia dźwięku podróżuje z powodu cząsteczek powietrza i osiąganych innowacji technologicznych. Być może takie badania doprowadzą do tego, że urządzenia wykorzystujące akustykę zapewnią osobom niedowidzącym jeszcze większą niezależność. Możliwe są również odkrycia nowych sposobów lokalizowania zaginionych ludzi lub przedmiotów lub wykorzystania tego odnawialnego źródła energii elektrycznej.
taranergy.com
Wszystkie obrazy na licencji Adobe Stock.
Polecane zdjęcie