Отримання електроенергії за рахунок використання сили тяжіння та тиску

Тиск, або кажучи технічною мовою, п’єзоелектрика, є іншим достатнім природним джерелом електрики. «П’єзо» — це слово грецького походження, що означає «тиск (натиск)». Основним джерелом компресії, звичайно є тиск, спричинений силою тяжіння. Вага дерева може створювати електрику в результаті гравітаційного тиску на скелі в ґрунті. Як джерело енергії, натиск або тиск працює найбільш ефективно з матеріалами, які мають кристалічну структуру. В минулому, очевидні ресурси, такі як кварц та діаманти, були перероблені. Калій-натрієва сіль (виготовлена з бікарбонату соди та виннокислого калію) була першим матеріалом, використаним для демонстрації п’єзоелектричної генерації. При чому, сіль складається з молекул калію і натрію, двох ключових біохімічних компонентів, які забезпечують наше серцебиття. Недавні погляди на п’єзоелектричну генерацію добавили подібні продукти такі як цукор з тростини, сухе кісткове борошно і навіть дерево. Так як, найсучасніші дослідження до цього часу розвідують ще незнані стежки, більше джерел п’єзоелектрики будуть відкриті.

Не дивлячись на те, що застосування в промисловості не є досить розвинутими в більшості країн світу, промисловість Японії покладається на комерційне застосування п’єзоелектрики. Численні застосування знайшли місце в нашому повсякденному житті, при чому ми навіть не підозрюємо, що в них використовується енергія, отримана від тиску. Перші телевізійні пульти дистанційного управління були основані на використанні кварцової технології, яка передбачала перетворення тиску на кнопку в електричний струм. Пристрій ехолокації в машинах також оснований на цьому джерелі енергії.

У міру того, як розширюється наше розуміння п’єзоелектрики, з’являється нове бачення дизайну будівель, які можуть виробляти електричну енергію, використовуючи тиск, який структура здійснює на підлогу. Пілотний проект таких будинків розробляється у місті Торіно (Італія) — у місті, яке було обрано світовою столицею дизайну у 2008 році. Кварцові кристали є повсюди у європейських Альпах; ці кристали можна розмістити під колонами на кожному поверсі будівлі, завдяки чому можна виробляти електричну енергію саме там, де вона найбільше потрібна. Таке застосування є прямим перетворенням сили тяжіння. Тиск, що здійснюється структурою, легко розраховується на підставі гравітаційної сили. Потенціал є величезним, оскільки велика маса будівлі, яка тисне на кристали, могла б генерувати декілька мегавольт, а цього, без сумніву, достатньо для забезпечення електроживленням ліфта будівлі.

Сила тяжіння — це найнадійніша основа для спрямування всього нашого суспільства (і зокрема — наших будівель) у напрямку самодостатньої збалансованості. Використання електричного потенціалу тиску — це засіб зовсім іншого бачення того, як можна використати енергії домів і будівель. Згадаємо, як дизайн, що базується на тих самих принципах збору води, які використовуються намібійським жуком, можна застосовувати для вироблення води на дахах, і як вир може очищувати воду у міру того, як під впливом сили тяжіння вода рухається від поверху до поверху. До цього тепер можна додати електричну енергію, що виробляється не тонкошаровими сонячними клітинами, які живлять вуглецеві волокна, а виникають внаслідок дії гравітаційної сили структури, яка генерує тисячі вольт п’єзоелектрики. Було б доречно, якщо б наші інженери звернули увагу на цей фактор!

Ці ідеї стосовно використання альтернативних джерел енергії надають можливості для зменшення або навіть усунення великої потреби у малих батарейках для засобів покращення слуху, іграшок, мобільних і мініатюрних пристроїв, мобільних телефонів. Зараз венчурні підприємці інвестують мільярди доларів у фінансування досліджень, спрямованих на розробку .менш шкідливих для навколишнього середовища одноразових батарей. Але було б значно вигіднішим використати ці кошти для відшукання джерел енергії, які гармонічно поєднуються з природою та усувають залежність від видобутку металів.

Іншим потенційним джерелом п’єзоелектрики є вібрація, зокрема та вібрація, яку ми називаємо «звуком». Хоча людське вухо не чує звук такого рівня, але вчені вже давно знають про те, що сейсмічну комунікацію використовують деякі види малих тварин, наприклад, павуки, скорпіони, комахи і деякі види хребетних, зокрема у жаби-свистуни (лат. Leptodactylus), сумчасті щури (лат. Heteromyidae), златокроти (лат. Chrysochloris). Сейсмічна чутливість спостерігалася у морських слонів (лат. Mirounga) — великих морських ссавців. Увагу вчених привернули свідчення про те, що слони можуть чітко відчувати наближення цунамі, при цьому вони рвуть ланцюги і втікають у безпечне місце. У 1997 році Кейтлін О’Коннел-Родвелл, наукова співробітниця Медичної школи Стенфордського університету, встановила, що слони можуть спілкуватися, будучи розділеними великими відстанями, застосовуючи низькочастотні звуки, які ледве сприймаються людським вухом. Вона розпочала новий сміливий напрямок досліджень, висловивши гіпотезу про те, що низькочастотні звуки, які видаються слонами, генерують у ґрунті сильні вібрації — тобто сейсмічні сигнали, які інші слони можуть відчувати та інтерпретувати завдяки своїм чутливим хоботам, колінам та ступням. Кейтлін О’Коннел-Родвелл вважає, що слони спілкуються через ґрунт і здатні розрізняти дуже слабкі вібрації своїми ступнями.

Вона провела спостереження за стадами слонів в Національному парку “Etosha” у Намібії і зараз застосовує отримані дані щодо сейсмічної чутливості тварин для вирішення проблеми втрати слуху у людей. Люди із проблемами слуху часто розвивають у себе набагато більшу тактильну чутливість у слуховій зоні кори головного мозку порівняно із людьми, що мають нормальний слух. О’Коннел-Родвелл говорить: «Ми хочемо дослідити можливість поліпшення слуху у новонароджених дітей, що мають серйозні порушення слуху, за рахунок вібраційної стимуляції одразу після народження». І слони, і засоби покращення слуху відчувають вібрації. Тут ми ще раз бачимо головний принцип застосування фізики: фізичне явище — вібрації — допомагають задовольнити потреби біологічних видів, оскільки під їхнім впливом у мозку утворюються клітини, які компенсують втрату слуху і надають нервовій системі здатність відчувати вібрації, що передаються крізь руки й ступні.

Найбільш цікаве джерело п’єзоелектричної енергії — це утворення електричної енергії за рахунок тиску, що створюється голосом (Так, навіть голос має тиск!). Якщо п’єзоелектричний пристрій, що перетворює звуковий тиск в електричну енергію, контактує з Вашою шкірою, тоді і п’єзоелектрика, і термальна електрика можуть забезпечити електроживленням Ваш телефон. Це означає, що чим більше Ви говорите, тим більше Ви можете дзвонити. Ми можемо уявити зовнішній вигляд і дизайн засобу покращення звуку, електроживлення для якого утворюється за рахунок голосу людини, яка використовує цей засіб, а також за рахунок електричної енергії, утвореної завдяки температурі тіла людини. Поєднання цих випробуваних джерел енергії швидко усуне потребу у літієвих батарейках і зарядних пристроях на фотоелементах. Це надасть можливість для великої кількості нових варіантів застосування енергії.

Посилання на основну публікацію