pe măsură ce lumea continuă să caute surse alternative de combustibil pentru a-și hrăni apetitul insațiabil pentru energie, reducând în același timp dependența de combustibilii fosili, o nouă sursă poate sta într-un loc neașteptat: sunetele din jurul nostru.
investigațiile privind energia sonoră sunt în curs de desfășurare de mulți ani, dar utilizarea sunetului ca sursă de energie este încă în stadiul său de naștere. Acest articol va analiza ceea ce se înțelege prin energia sonoră, diferitele sale utilizări și viabilitatea sa ca sursă alternativă de energie.
Ce Este Energia Sunetului?
există multe tipuri diferite de energie, iar energia sonoră rezultă din vibrațiile undelor sonore.
dar cum se întâmplă acest lucru de fapt? Când o perturbare face ca un obiect sau o substanță să vibreze, energia produsă de vibrație se deplasează prin obiect ca unde sonore. Obiectul sau substanța vibrantă trebuie să fie solidă, lichidă sau gazoasă.
ceva la fel de simplu ca fluturarea mâinilor noastre într-o substanță precum aerul ar provoca suficiente vibrații care duc la unde sonore. Undele sonore produse prin aceste mijloace nu sunt suficient de puternice pentru a fi auzite de oameni, dar principiul este același pentru undele sonore care sunt audibile timpanelor noastre. Vibrațiile determină moleculele din substanță să se ciocnească între ele și să creeze un efect de lovire care duce la producerea de unde sonore.
există două tipuri principale de unde: valuri longitudinale (sau de compresie) și unde transversale. Undele longitudinale se formează atunci când undele se mișcă în aceeași direcție cu forța care acționează asupra substanței. Zonele în care undele sunt cele mai compacte se numesc compresii; acele zone în care undele sunt cele mai extinse sunt denumite rarefacții.
undele transversale, pe de altă parte, se deplasează într-o direcție perpendiculară pe forța aplicată. În timp ce undele longitudinale pot apărea în oricare dintre cele trei substanțe—solide, lichide sau gaze—undele transversale se pot deplasa numai prin solide.
vibrațiile care produc aceste unde sonore sunt resimțite de urechile noastre, ceea ce le face apoi sens. Pentru ca urechile umane să detecteze o vibrație sonoră, trebuie să se miște oriunde între 20 de vibrații pe secundă și 20.000 de vibrații pe secundă. Mai multe vibrații sonore pe secundă indică un sunet mai înalt. Aceste vibrații sonore sunt măsurate în Hertz, denotând frecvența unui sunet.
cu toate acestea, intensitatea sunetului este măsurată în decibeli (dB), conversația normală fiind de aproximativ 60 dB.
Cum Se Utilizează Energia Sonoră?
sursă
deși atenția acordată energiei sonore ca posibil înlocuitor pentru alte surse de energie este un fenomen relativ nou, există exemple de energie sonoră pe care noi, oamenii, le-am folosit de mult timp pentru activități vitale.
un exemplu de energie sonoră a contribuit la salvarea de vieți. Când piloții scapă dintr-un avion care se confruntă cu probleme cu motorul și coboară pe mare, pot elibera o mică încărcătură explozivă care emite energie sonoră.
sunetul unui mic exploziv călătorește mii de metri în oceanul adânc, deoarece este prins în canalul de sunet profund, cunoscut sub numele de SOFAR sau canalul de fixare și reglare a sunetului. Sunetul poate fi apoi preluat de dispozitive speciale din ocean și locația pilotului doborât a fost stabilită, permițând salvarea acestora.
un alt exemplu de energie sonoră este unul care este familiar pentru mulți dintre noi—utilizarea ultrasunetelor. Ecografia este alcătuită din unde longitudinale de înaltă frecvență, care pot fi folosite pentru a sparge pietrele biliare și renale. De asemenea, este utilizat în mod obișnuit în scopuri imagistice medicale în timpul sarcinii unei femei.
un al treilea exemplu de energie sonoră este unul care nu este asociat în mod normal cu oamenii—ecolocația. Este cunoscut faptul că animale precum delfinii, balenele și liliecii folosesc ecolocația pentru a-i ajuta să navigheze și să vâneze. Aceste creaturi trimit unde sonore care sări de pe obiecte și se întorc la ele ca ecouri, ceea ce le indică locația prăzii sau obstacolele din calea lor.
dar știați că unii oameni folosesc și ecolocația? Unii oameni orbi și cu deficiențe de vedere fac acest lucru făcând sunete de clic cu limba sau atingând cu bastoanele. Undele sonore pe care le creează sări de pe obiecte și servesc pentru a le informa despre locația, dimensiunea și textura lor.
Energia Sonoră Poate Înlocui Combustibilii Fosili?
sursa
cercetătorii au investigat energia sonoră ca una dintre formele regenerabile de energie în ultimele decenii. Cercetătorii sunt interesați de aceasta, deoarece energia sonoră conține două tipuri de energie mecanică—potențială și cinetică—ceea ce înseamnă că are capacitatea de a lucra. Aflați mai multe în ghidul nostru care explică diferența dintre energia potențială și cea cinetică.
cu toate acestea, tehnologia pentru valorificarea energiei sonore ca sursă de energie nu a ajuns încă la stadiul în care poate fi utilizată la scară. De exemplu, sunetul unui burghiu pneumatic, ceva pe care majoritatea dintre noi îl considerăm prea intens, generează doar o sutime de watt de energie pe metru pătrat, în timp ce energia solară din aceeași zonă ar produce până la 680 de wați.
cu toate acestea, omniprezența sunetelor din mediul nostru face ca valorificarea energiei sonore pentru putere să fie o perspectivă tentantă. Oamenii de știință se referă la aceasta ca la recoltarea energiei acustice, iar cercetarea potențialului său ca sursă de energie s-a concentrat în principal pe trei tehnologii: rezonatoare Helmholtz, metamateriale acustice și motoare termoacustice. Să aruncăm o privire mai atentă la toate cele trei.
rezonatoare Helmholtz
rezonatoare Helmholtz sunt folosite pentru a amplifica sau absorbi sunetul. Într-un experiment, cercetătorii s-au bazat pe această proprietate pentru a capta și amplifica sunetele la o gară. Apoi au transformat energia sonoră în energie electrică cu ajutorul unui modul generator de energie electrică. Puterea rezultată a fost suficientă pentru a opera dispozitive electronice mici.
metamateriale acustice
aceste tipuri de materiale sunt concepute pentru a manipula undele sonore pentru a atinge un anumit obiectiv. Cele dezvoltate pentru a valorifica energia sonoră amplifică undele sonore primite și concentrează energia din undele sonore pentru a permite conversia lor în energie electrică. Structurile piezoelectrice sunt utilizate în mod obișnuit pentru proiectarea metamaterialelor acustice.
motoare Termoacustice
aceste tipuri de motoare transformă căldura în energie sonoră din care se recoltează apoi energia electrică. Motoarele termoacustice sunt considerate o tehnologie ușoară și fiabilă de utilizat. Cu toate acestea, se bazează pe o sursă de alimentare externă pentru a-și conduce procesul de recoltare a energiei, spre deosebire de celelalte două. Printre aplicațiile sale se numără recuperarea căldurii reziduale de evacuare a automobilelor pentru a reduce emisiile, care este apoi transformată în energie sonoră din care se recoltează energia electrică.
cu toate acestea, aceste metode de recoltare a energiei acustice sunt limitate în aplicarea lor în lumea reală. Un motiv este că unele metode funcționează doar cu o bandă îngustă de frecvențe, în timp ce multe dintre sunetele disponibile pentru recoltarea sunetului în viața modernă se află în gama de frecvențe în bandă largă. O limitare aliată este că zonele utilizate pentru colectarea sunetelor, ca în cazul metamaterialelor acustice, sunt de obicei foarte mici, deci nu se poate colecta multă energie.
este energia sănătoasă o sursă de energie regenerabilă?
source
utilizarea energiei din acustică ca sursă de energie regenerabilă este încă mai mult în etapele sale experimentale. Un astfel de experiment a surprins zgomotul generat în trei stații de autobuz. Cu ajutorul metamaterialelor acustice, și anume piezoelectrice, a transformat acest zgomot în energie electrică.
cercetătorii au declarat că scopul lor a fost de a reduce utilizarea surselor de energie neregenerabile, creând în același timp „energie electrică durabilă ecologică” care ar putea fi utilizată pentru alimentarea farurilor stradale. Locațiile în care au capturat sunetul au avut în mod obișnuit niveluri de zgomot de aproximativ 80 de decibeli, iar energia capturată a produs aproximativ 0,024 watt oră dintr-o zonă de aproximativ 1,5 metri pătrați.
cu toate acestea, câteva companii par să fi făcut progrese în utilizarea acestei forme de energie la scară comercială. Un departament de tehnologie finanțată de energie, cunoscut sub numele de Resonantacoustics Mixing (RAM), dezvoltat de Resodyn corp.este comercializat pentru a fi utilizat în industriile care fac amestecarea ca o parte majoră a procesului lor de producție.
vibrațiile sonore sunt utilizate pentru a amesteca lichide și nămoluri, cum ar fi la fabricarea ceramicii, alimentelor și produselor farmaceutice și pentru tratarea apei. Până în prezent, compania a vândut mixerele atât în SUA, cât și în străinătate și a introdus mixere cu capacități foarte variate.
o altă aplicație comercială a energiei sonore ca energie regenerabilă este realizată de producătorul de aeronave Boeing. Compania a depus un brevet în 2015 pentru o tehnologie care ar recolta sunetele de la avioanele care decolează pe aeroporturi și ar transforma acel sunet în electricitate pentru a fi folosit ca energie.
încă o aplicație patentată de energie sonoră a fost dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea RMIT din Australia. Oamenii de știință de acolo au brevetat o tehnologie care folosește unde sonore de înaltă frecvență pentru a furniza vaccinări prin inhalare, mai degrabă decât folosind ace.
o aplicație și mai practică a tehnologiei energiei sonore implică un aragaz sonic dezvoltat de cercetătorii Universității din Nottingham, care folosește energia sonoră pentru a produce electricitate pentru alimentarea sobelor. Sobele, care produc 36 de wați de energie electrică, au fost testate în Asia. Este considerată o tehnologie transformatoare, deoarece mulți oameni din Africa Subsahariană și unele părți din Asia nu au o sursă de energie electrică.
Poate Fi Stocată Energia Sonoră?
sursa
aceeași problemă care a împiedicat absorbția majorității formelor de energie regenerabilă timp de mai mulți ani apare cu energia sonoră: cum stocați energia după ce ați capturat-o?
de obicei, orice fel de undă mecanică, inclusiv undele sonore, își va schimba forma la intrarea în contact cu un obiect. O parte din ea va fi absorbită de materialul cu care intră în contact sau va fi împrăștiată. Când undele sonore sunt absorbite, ele devin o altă formă de energie.
cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a stoca energia sonoră până când este necesară, astfel încât să fie convertită în energie electrică numai la cerere. Cunoscută sub numele de absorbție virtuală coerentă, tehnica perturbă practic modul în care undele sonore interacționează de obicei cu materialele pentru a permite stocarea energiei, mai degrabă decât pierderea sau transformarea în energie electrică înainte de a fi necesară.
în urmă cu aproape două decenii, a fost depus un brevet pentru o tehnologie de stocare a energiei din sunet. Aceasta implică utilizarea volantelor care ar stoca energia electrică pe perioade lungi de timp și s-a spus că este un dispozitiv deosebit de util pentru stocarea în zone îndepărtate.
rămâne de văzut dacă oricare dintre aceste tehnologii și brevete va decola în cele din urmă și va deveni mainstream sau va fi dezvoltată pentru utilizare la scară largă. Dar ei subliniază faptul că cercetătorii se angajează cu provocarea presantă de a găsi alternative la combustibilii fosili poluanți care conduc schimbările climatice și dezastrele naturale la nivel mondial. Prin urmare, orice astfel de eforturi trebuie aplaudate.
Este Energia Sunetului Doar Pentru Urechile Tale?
după cum arată acest articol, energia sonoră face mult mai mult decât să răspundă nevoilor oamenilor de a comunica, fie prin utilizarea instrumentelor muzicale, fie prin vorbire. Articolul a arătat unele dintre numeroasele aplicații posibile ale științei din spatele modului în care energia sonoră călătorește din cauza moleculelor de aer și a inovațiilor tehnologice realizate. O astfel de cercetare va duce probabil la dispozitive care utilizează acustică care oferă persoanelor cu deficiențe de vedere o independență și mai mare. Pot exista, de asemenea, descoperiri de noi modalități de a localiza persoane sau obiecte pierdute sau de a valorifica această resursă regenerabilă pentru electricitate.
adus la tine de taranergy.com
toate imaginile licențiate de Adobe Stock.
imagine recomandate