Közel két évszázada izgalmas, de megvalósíthatatlannak tűnő ötlet, hogy a Föld természetes forgásából villamos energiát lehetne előállítani. Az a gondolat, hogy a Föld forgása villamos energiát termelhet, közel 200 éve foglalkoztatja a tudósokat – és most amerikai tudósok jelentős előrelépést tettek annak bizonyításában, hogy ez lehetséges. A Princetoni Egyetem kutatói sikeresen előállítottak kis mennyiségű elektromos áramot a bolygó forgásának és mágneses terének kihasználásával. Ez a kísérleti áttörés új életet lehel a 1800-as évekre visszanyúló elméletbe, és rávilágít a lábunk alatt rejlő titokzatos és kiaknázatlan energiára.
Hogyan hoz létre elektromos áramot a Föld forgása és mágneses mezője?
Az a koncepció, hogy magát a Földet használjuk energiaforrásként, nem új keletű. Az elektromágnesesség egyik úttörője, Michael Faraday 1832-ben fedezte fel először ezt a lehetőséget. Faraday megfigyelte, hogy egy vezető mágneses mezőben történő mozgatása elektromos áramot indukálhat – ez a modern generátorok és dinamók működésének alapelve.
A probléma azonban a Föld egyedi mágneses terében rejlik. A tengelyesen szimmetrikus része, amely nagyrészt a bolygó forgástengelyével egybeesik, helyileg meglehetősen egyenletes. Ez azt jelenti, hogy amikor egy vezető a Földdel együtt forog, a rá ható erők kiegyenlítik egymást, így nem jön létre érdemi elektronáramlás. A korai kísérletek, köztük a princeton-i csapat 2016-os kísérlete is, úgy tűnt, megerősítik, hogy ez a megközelítés zsákutca a gyakorlati energiatermelés szempontjából.
Minden megváltozott, amikor Christopher Chyba és Kevin P. Hand újra megvizsgálták az ötlet alapvető fizikai elveit. Rájöttek, hogy a tökéletes erőkiegyenlítés feltétele csak akkor teljesül, ha a vezető belsejében a mágneses mező változatlan marad, vagy egyszerű mintázatot követ. Egy mágnesesen lágy anyagból készült, üreges henger alakú vezető tervezésével finoman meg tudták zavarni a mágneses mezőt. Ez a zavar megszakítja a szimmetriát és megakadályozza az erőkiegyenlítést, lehetővé téve egy apró egyenáram áramlását.
A forradalmi kísérlet és a kis feszültségek mérésének kihívásai
A megfelelő anyag kiválasztása kritikus fontosságú volt. A csapat az M100 mangán-cink (MnZn) ferritet választotta, amely arról ismert, hogy hatékonyan vezeti a mágneses mezőket, miközben alacsony elektromos vezetőképességet tart fenn. Ez az egyensúly biztosította az alacsony mágneses Reynolds-számot (körülbelül 0,088), amely kulcsfontosságú tényező ahhoz, hogy a mágneses mező elég gyorsan diffundáljon az anyag belsejében.
A kísérleti berendezést gondosan megtervezték: egy körülbelül 12 hüvelyk hosszú és kevesebb mint 1 hüvelyk átmérőjű üreges henger pontosan úgy volt elhelyezve, hogy tengelye merőleges legyen mind a Föld forgási sebességére (Princeton szélességén körülbelül 1160 láb/másodperc), mind a helyi mágneses mezőre (~0,45 gauss). A henger ellentétes végein elhelyezett elektródák mérték a keletkező feszültséget.
A feszültség mérése nem volt könnyű – a csapat mikrovolt tartományban, egy kis óraelem feszültségének ezredrészénél kisebb értékre számított. Kiváló érzékenységű műszerekkel és szigorú ellenőrzésekkel kellett kizárniuk minden háttérzajt és zavaró tényezőt.
A fáradozás megérte. Körülbelül 17 mikrovolt állandó feszültséget és 25 nanoamper körüli áramerősséget mértek. Kicsi volt, de jelentős – ez volt az első kísérleti bizonyíték arra, hogy a Föld forgása valóban képes elektromos áramot termelni.
Gyakorlati energiafelhasználás és a Föld forgásának lassulása
Ezen izgalmas előrelépés ellenére a hatás méretezése gyakorlati szempontból hatalmas kihívást jelent. A mai feszültségkimenet elenyésző. Még egy kis háztartás áramellátásához is több millió vagy milliárd ilyen eszközre lenne szükség, amelyek egyszerre működnek. A kutatók különböző anyagok tesztelésével, a készülékek méretének csökkentésével nagy léptékű rendszerek kialakítása érdekében, sőt, akár a Föld körüli pályán végzett kísérletekkel is próbálják növelni a kimeneti teljesítményt, ahol mind a forgási sebesség, mind a mágneses mezők erősebbek.
Egy izgalmas kérdés merül fel: honnan származik ez az elektromos energia? A válasz a Föld forgási mozgási energiájában rejlik. A generáló eszköz a bolygó forgásának apró fékként működik, és annak energiájának egy részét elektromos energiává alakítja át.
Fontos, hogy a csapat kiszámította ennek a technológiának a széles körű alkalmazásának hatását: ha az egész világ villamos energiáját így állítanák elő, a Föld forgása évszázadonként körülbelül hét milliszekundummal lassulna. Ez ijesztően hangzik, de elenyészőnek tűnik a nap hosszának természetes ingadozásaihoz képest, amelyek a bolygó belsejében zajló mozgások miatt évtizedenként több milliszekundummal változnak. A holdárapályok ismert lassító hatása körülbelül 2,5 milliszekundum évente, ami azt jelenti, hogy ez az új hatás nemcsak mérhető, hanem kezelhető is.
Személyes megjegyzésként: ez a felfedezés arra emlékeztet, hogy a tudomány legrégebbi, legismertebb ötletei még mindig meglepetéseket tartogatnak számunkra. Olyan, mintha a saját kertünkben találnánk egy rejtett zugot – emlékeztető arra, hogy a kíváncsiság és a kitartás gyakran feltárja a szemünk előtt lévő titkokat.
Mit gondolsz arról, hogy bolygónk forgását tiszta energiaforrásként hasznosítsuk? Lehet-e ez a jövő energiaforrása, vagy csak tudományos érdekesség marad? Oszd meg véleményedet a kommentekben, és ne felejtsd el megosztani ezt a cikket a tudomány új területeinek felfedezését kedvelő barátaiddal!
