Gandrīz divus gadsimtus ideja par to, ka mēs varam ražot elektroenerģiju, vienkārši izmantojot Zemes dabisko rotāciju, bija vienlaikus vilinoša un nesasniedzama.
Saturs
Ideja, ka Zemes rotācija var ģenerēt elektrību, nodarbināja zinātniekus gandrīz 200 gadus, un tagad amerikāņu zinātnieki ir spēruši ievērojamu soli uz priekšu, pierādot šo iespēju. Prinstonas Universitātes pētnieki ir veiksmīgi ģenerējuši nelielu elektrisko strāvu, izmantojot planētas rotāciju un magnētisko lauku. Šis eksperimentālais atklājums ir iedvesmojis jaunu dzīvību XIX gadsimtā dzimušajai teorijai, metot gaismu uz noslēpumaino un neizmantoto enerģiju, kas atrodas tieši zem mūsu kājām.
Kā Zemes rotācija un magnētiskais lauks rada elektrisko strāvu
Ideja izmantot pašu Zemi kā enerģijas avotu nav jauna. Viens no elektromagnētisma pionieriem, Maikls Faradejs, pirmo reizi izpētīja šo iespēju 1832. gadā. Faradejs pamanīja, ka vadītāja pārvietošana magnētiskajā laukā var izraisīt elektrisko strāvu — princips, kas ir mūsdienu ģeneratoru un dinamo mašīnu pamatā.
Bet problēma bija Zemes unikālajā magnētiskajā laukā. Tā asimetriskā daļa, kas galvenokārt sakrīt ar planētas rotācijas asi, lokāli ir diezgan viendabīga. Tas nozīmē, ka, vadītājam rotējot kopā ar Zemi, uz to iedarbojošās spēki līdzsvaro viens otru, neitralizējot jebkādu nozīmīgu elektronu plūsmu. Agrīnie eksperimenti, tostarp tie, kurus 2016. gadā veica Prinstonas grupa, šķita apstiprināt, ka šī pieeja ir strupceļš praktiskai enerģijas iegūšanai.
Viss mainījās, kad Kristofers Čiba un Kevins P. Hends pārskatīja šīs idejas fizikālo pamatu. Viņi saprata, ka pieņēmums par ideālu spēku neitralizēšanu ir pareizs tikai tad, ja magnētiskais lauks vadītāja iekšienē paliek nemainīgs vai pakļaujas vienkāršai likumsakarībai. Izstrādājot vadītāju no magnētiski mīksta materiāla doba cilindrā, viņi spēja nemanāmi izjaukt magnētisko lauku. Šis traucējums izjauc simetriju un kavē dzēšanu, ļaujot plūst vājam pastāvīgajam strāvai.
Novatorisks eksperiments un mazo spriegumu mērīšanas problēmas
Pareizā materiāla izvēle bija izšķiroša. Komanda izvēlējās mangāna-cinka ferītu M100 (MnZn), kas ir pazīstams ar savu spēju efektīvi virzīt magnētisko lauku, vienlaikus saglabājot zemu elektrovadītspēju. Šāds līdzsvars nodrošināja zemu magnētisko Reinas skaitli (aptuveni 0,088) — galveno faktoru, kas ļauj magnētiskajam laukam pietiekami ātri izkliedēties materiāla iekšienē.
Eksperimentālā iekārta tika rūpīgi projektēta: aptuveni 12 collas garš (30 cm) un diametrs mazāks par 1 collu (2,5 cm) — tika precīzi uzstādīts tā, lai tā ass būtu perpendikulāra gan Zemes rotācijas ātrumam (aptuveni 1160 pēdas sekundē Prinstonas platuma grādos), gan vietējam magnētiskajam laukam (~0,45 gauss). Elektrodi pretējos cilindru galos mērīja radušos spriegumu.
Sprieguma mērīšana nebija vienkāršs uzdevums: komanda gaidīja elektriskā potenciāla diapazonu mikrovoltu robežās, kas ir mazāk nekā viena tūkstošdaļa no pulksteņa baterijas sprieguma. Viņiem nācās izslēgt visus fona trokšņus un traucējumus, izmantojot augsti jutīgus instrumentus un stingru kontroli.
Rezultāts bija vērts ieguldīto pūļu. Viņi fiksēja pastāvīgu spriegumu apmēram 17 mikrovoltu un strāvu apmēram 25 nanoampēros. Tas bija neliels, bet svarīgs rādītājs — pirmais eksperimentāls pierādījums tam, ka Zemes rotācija patiešām var ģenerēt elektrību.
Enerģijas praktiska izmantošana un Zemes rotācijas palēnināšana
Neskatoties uz šo iespaidīgo progresu, praktiskās problēmas, lai šo efektu izmantotu lielākā mērogā, ir milzīgas. Pašreizējais izejas spriegums ir niecīgs. Lai nodrošinātu pat nelielu mājsaimniecību, būtu nepieciešami miljoniem vai miljardiem šādu ierīču, kas darbotos saskaņoti. Pētnieki izpēta veidus, kā palielināt izejas jaudu, testējot dažādus materiālus, samazinot ierīču izmērus liela mēroga tīkliem vai pat veicot eksperimentus orbītā, kur gan rotācijas ātrums, gan magnētiskie lauki var būt spēcīgāki.
Rodas aizraujošs jautājums: no kurienes rodas šī elektriskā enerģija? Atbilde slēpjas Zemes rotācijas kinētiskajā enerģijā. Ģenerators darbojas kā neliels planētas rotācijas bremzes, pārvēršot daļu tās enerģijas elektriskajā.
Svarīgi atzīmēt, ka komanda ir aprēķinājusi šīs tehnoloģijas plašas ieviešanas sekas: ja visa pasaules elektroenerģija tiktu ražota šādā veidā, Zemes rotācija palēninātos aptuveni par septiņām milisekundēm katru gadsimtu. Tas izklausās satraucoši, bet ir salīdzinoši maz, ņemot vērā dabiskās dienas garuma svārstības, kas katru desmitgadi svārstās par dažām milisekundēm planētas iekšējo kustību dēļ. Pazīstamais palēnināšanās efekts, ko izraisa Mēness plūdmaiņas, ir aptuveni 2,5 milisekundes gadsimta laikā, tātad šis jaunais efekts ir ne tikai izmērāms, bet arī kontrolējams.
Man personīgi šis atklājums atgādina, ka daži no senākajiem un pazīstamākajiem zinātnes atklājumiem joprojām var mūs pārsteigt. Tas ir kā atrast kādu noslēpumu savā pagalmā — atgādinājums par to, ka ziņkāre un neatlaidība bieži atklāj noslēpumus, kas atrodas uz galda.
Ko jūs domājat par mūsu planētas rotācijas izmantošanu tīras enerģijas iegūšanai? Vai tas var kļūt par nākotnes enerģijas avotu vai paliks tikai zinātniska kuriozitāte? Dalieties ar savu viedokli komentāros zemāk un neaizmirstiet dalīties ar šo rakstu ar draugiem, kuri mīl atklāt jaunas zinātnes horizontus!
