Получение электроэнергии за счет вращения Земли: идея, возрожденная интригующим исследованием
Недавний эксперимент показал, что можно генерировать электричество из вращения Земли и ее магнитного поля, используя особый магнитный материал. Однако в ходе эксперимента было получено всего 17 микровольт электричества, что вызвало скептическое отношение со стороны других исследователей. Полученные результаты, хотя и скромные, требуют дальнейшего анализа.
Вопрос о том, можно ли использовать вращение Земли и ее магнитное поле для выработки электричества, изучался с момента первых экспериментов британского физика и химика Майкла Фарадея (известного своими работами по электромагнетизму) в 1832 году.
Фарадея интересовала электромагнитная индукция — фундаментальный принцип, который сегодня вдохновляет попытки генерировать электричество за счет вращения Земли. Теоретически устройство должно работать подобно электростанции, используя прохождение проводящего материала через магнитное поле для перемещения электронов и выработки электричества.
Учитывая, что Земля вращается сама по себе, а часть ее магнитного поля остается статичной, проводящий материал, помещенный на ее поверхность, может проходить через определенные участки этого поля. Однако это не приведет к выработке электричества. Учитывая, что магнитное поле Земли однородно, электроны, подверженные силе отталкивания, возникающей при движении устройства, реорганизуются, создавая противоположную электрическую силу, что в конечном итоге сводит на нет эффект, позволяющий генерировать электричество.
Попытки Фарадея генерировать электричество путем вращения Земли не увенчались успехом. Однако исследователи из Принстонского университета предполагают, что можно генерировать электричество с помощью системы с особыми топологическими и материальными условиями. В новом исследовании, опубликованном в журнале , команда исследователей провела эксперимент, в результате которого было получено несколько микровольт электричества.
«Эта идея может показаться неинтуитивной, и о ней спорят со времен Фарадея», — объясняет Пол Томас, заслуженный физик из Университета Висконсин-О-Клер, в журнале Nature. Однако, по его мнению, эксперименты, проведенные группой авторов нового исследования, выглядят очень серьезными. «Я нахожу их очень убедительными и замечательными», — говорит он.
Часть напряжения, генерируемого нейроном
Представленная на последнем заседании Американского физического общества в Анахайме, штат Калифорния, работа группы авторов нового исследования основана на сложных расчетах, демонстрирующих, что определенные материалы могут позволить генерировать электричество, используя вращение Земли. Приняв топологию полого цилиндра, они направят магнитное поле Земли таким образом, что создадут магнитную тягу, которую не сможет погасить электростатическая сила внутри устройства, что позволит генерировать электричество.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи разработали полый цилиндрический прибор на основе мягкого магнитного материала, состоящего из сплава марганца, цинка и железа. Для генерации электричества «необходимо использовать мягкий магнитный материал, топология которого удовлетворяет определенному математическому условию, а состав и масштаб способствуют магнитной диффузии, то есть низкому магнитному числу Рейнольдса», — объясняют они в своей работе. Электроды были ориентированы под углом 57°, то есть перпендикулярно вращательному движению Земли и ее магнитному полю.
Контролируя термоэлектрические и другие потенциально мешающие эффекты, устройство генерировало низкое напряжение в 17 микровольт. Полученное напряжение зависело от ориентации устройства относительно магнитного поля Земли и падало до нуля, когда проводник заменялся сплошным, а не полым цилиндром.
Однако, несмотря на то, что результаты интригуют, они не лишены оснований для скептицизма. «Наблюдаемые напряжения настолько малы, что существует множество возможных побочных причин», — говорит Ринке Вейнгаарден, физик на пенсии, работавший в Свободном университете Амстердама. Эффект был получен только с помощью очень точного управления и привел лишь к крошечному напряжению, эквивалентному доле напряжения, генерируемого нейроном. Поэтому трудно утверждать, что за генерируемое электричество ответственны другие воздействия окружающей среды.
Поэтому необходимы дополнительные исследования, прежде чем мы сможем подтвердить, что генерируемое напряжение действительно является результатом вращения Земли. По словам Вейнгаардена, исследовательская группа должна проверить, может ли устройство генерировать одинаковое напряжение на разных широтах земного шара. По его мнению, такая проверка необходима для того, чтобы гипотеза исследователей была действительно обоснована.
Если другим группам удастся воспроизвести полученные результаты, то следующим шагом станет усовершенствование устройства, чтобы оно могло генерировать полезное количество энергии. «Наши уравнения показывают, как может быть достигнута такая эволюция, но это очень отличается от демонстрации ее осуществимости», — объясняет Кристофер Ф. Чиба из Принстонского университета, ведущий автор исследования.
Если следующие результаты окажутся убедительными, устройство может быть развернуто в широких масштабах, что позволит производить чистую энергию с меньшими затратами. Однако важно отметить, что, поскольку устройство использует кинетическую энергию Земли, его масштабное развертывание может со временем несколько замедлить скорость ее вращения.
Если бы она удовлетворяла все потребности планеты в электроэнергии (около 11 000 миллиардов ватт в год), то в течение следующего столетия ее вращение замедлилось бы примерно на 7 миллисекунд. Тем не менее, эта скорость замедления сопоставима с той, которую вызывают природные явления, например, гравитационное притяжение Луны.