انرژی صوتی چیست؟

انواع مختلفی از انرژی وجود دارد و انرژی صوتی از ارتعاشات امواج صوتی حاصل می شود.

اما در واقع چگونه این اتفاق می افتد؟ هنگامی که یک اختلال باعث ارتعاش یک جسم یا ماده می شود، انرژی تولید شده توسط ارتعاش به صورت امواج صوتی از طریق جسم عبور می کند .

جسم یا ماده ارتعاشی باید جامد، مایع یا گاز باشد.

چیزی به اندازه تکان دادن دست در ماده ای مانند هوا باعث ایجاد ارتعاشات کافی می شود که منجر به امواج صوتی می شود. امواج صوتی تولید شده توسط این وسایل به اندازه کافی بلند نیست که توسط انسان شنیده شود، اما اصل برای امواج صوتی که با پرده گوش ما قابل شنیدن است یکسان است. ارتعاشات باعث می شود که مولکول های موجود در ماده به یکدیگر برخورد کنند و یک اثر ضربه ای ایجاد کنند که منجر به تولید امواج صوتی می شود.

دو نوع اصلی امواج وجود دارد: امواج طولی (یا فشاری) و امواج عرضی. امواج طولی زمانی تشکیل می شوند که امواج در جهت نیروی وارد بر ماده حرکت کنند. مناطقی که امواج در آن فشرده ترند، فشرده سازی نامیده می شوند. به مناطقی که امواج در آن بیشتر گسترش یافته اند، نادری هستند.

انرژی صوتی چگونه استفاده می شود؟

اگرچه توجه به انرژی صوتی به عنوان جایگزینی احتمالی برای سایر منابع انرژی پدیده ای نسبتاً جدید است، اما نمونه هایی از انرژی صوتی وجود دارد که ما انسان ها مدت هاست از آنها برای فعالیت های حیاتی استفاده کرده ایم.

یکی از نمونه های انرژی صوتی به نجات جان انسان ها کمک کرده است. هنگامی که خلبانان از هواپیمای با مشکل موتور خارج می شوند و در دریا فرو می روند،

می توانند یک بار کوچک انفجاری آزاد کنند که انرژی صوتی منتشر می کند.

صدای یک ماده منفجره کوچک هزاران متر را در اعماق اقیانوس طی می کند زیرا در کانال صوتی عمیق که به نام SOFAR یا کانال تثبیت و فاصله صدا شناخته می شود گیر افتاده است.

سپس صدا را می توان توسط دستگاه های ویژه در اقیانوس دریافت کرد و مکان خلبان سرنگون شده را مشخص کرد و نجات آنها را ممکن می سازد.

نمونه دیگری از انرژی صوتی، نمونه ای است که برای بسیاری از ما آشناست – استفاده از امواج فراصوت. سونوگرافی از امواج طولی با فرکانس بسیار بالا تشکیل شده است که می تواند برای شکستن سنگ های صفراوی و کلیه استفاده شود. همچنین معمولاً برای اهداف تصویربرداری پزشکی در دوران بارداری زنان استفاده می شود.

سومین مثال از انرژی صوتی، نمونه ای است که معمولاً با انسان مرتبط نیست - پژواک. این دانش عمومی است که حیواناتی مانند دلفین ها، نهنگ ها و خفاش ها از پژواک برای کمک به حرکت و شکار استفاده می کنند. این موجودات امواج صوتی را می فرستند که از اجسام منعکس می شود و به عنوان پژواک به آنها باز می گردد که به آنها محل شکار یا موانع در مسیرشان را نشان می دهد.

اما آیا می دانستید که برخی از انسان ها از پژواک نیز استفاده می کنند؟ برخی از افراد نابینا و کم بینا این کار را با ایجاد صداهای کلیک با زبان خود یا ضربه زدن با عصای خود انجام می دهند.

امواج صوتی که آنها ایجاد می کنند از اجسام بیرون می زند و به آنها در مورد مکان، اندازه و بافت آنها اطلاع

می دهد

آیا انرژی صوتی می تواند جایگزین سوخت های فسیلی شود؟

محققان انرژی صوتی را به عنوان یکی از اشکال تجدیدپذیر انرژی در چند دهه گذشته بررسی کرده اند. محققان به آن علاقه مند هستند زیرا انرژی صوت حاوی دو نوع انرژی مکانیکی - پتانسیل و جنبشی - است که به این معنی است که ظرفیت انجام کار را دارد. در راهنمای ما که تفاوت بین انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی را توضیح می دهد، بیشتر بیاموزید.

با این حال، فناوری برای مهار انرژی صوتی به عنوان منبع قدرت هنوز به مرحله ای نرسیده است که بتوان از آن در مقیاس استفاده کرد. به عنوان مثال، صدای یک مته پنوماتیک، چیزی که اکثر ما خیلی شدید می دانیم، تنها به اندازه یک صدم وات در هر متر مربع انرژی تولید می کند، در حالی که انرژی خورشیدی در همان منطقه تا 680 وات تولید می کند.

با این وجود، فراگیر بودن صداها در محیط ما، استفاده از انرژی صوتی برای قدرت را به یک چشم انداز وسوسه انگیز تبدیل می کند. دانشمندان از آن به عنوان برداشت انرژی صوتی یاد میکنند.

و تحقیقات در مورد پتانسیل آن به عنوان منبع انرژی عمدتاً بر روی سه فناوری متمرکز شده است: تشدید کننده های هلمهولتز، فرامواد آکوستیک و موتورهای ترموآکوستیک.

بیایید نگاهی دقیق تر به هر سه بیاندازیم.

تشدید کننده های هلمهولتز :

تشدید کننده های هلمهولتز برای تقویت یا جذب صدا استفاده می شوند. در یک آزمایش، محققان از این ویژگی برای ضبط و تقویت صداها در ایستگاه راه آهن استفاده کردند.

آنها سپس انرژی صوتی را با کمک یک ماژول مولد برق به انرژی الکتریکی تبدیل کردند. توان خروجی به دست آمده برای کار با دستگاه های الکترونیکی کوچک کافی بود.

فرامواد آکوستیک :

این نوع مواد برای دستکاری امواج صوتی برای دستیابی به یک هدف خاص طراحی شده اند. آنهایی که برای مهار انرژی صوتی ساخته شده اند، هم امواج صوتی ورودی را تقویت می کنند

و هم انرژی امواج صوتی را متمرکز می کنند تا تبدیل آنها به انرژی الکتریکی را ممکن سازند. سازه های پیزوالکتریک معمولاً برای طراحی فرامواد صوتی استفاده می شوند.

موتورهای ترموآکوستیک :

این نوع موتورها گرما را به انرژی صوتی تبدیل می کنند که سپس انرژی الکتریکی از آن برداشت می شود. موتورهای ترموآکوستیک یک فناوری آسان و قابل اعتماد برای استفاده در نظر گرفته می شوند.

با این حال، برخلاف دو مورد دیگر، برای هدایت فرآیند برداشت انرژی خود به منبع تغذیه خارجی متکی است. از جمله کاربردهای آن، بازیابی گرمای زباله اگزوز خودروها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است که سپس به انرژی صوتی تبدیل می شود که انرژی الکتریکی از آن برداشت می شود.

با این حال، این روش‌های برداشت انرژی صوتی در کاربرد واقعی خود محدود هستند.

یکی از دلایل این است که برخی از روش ها تنها با باند باریکی از فرکانس ها کار می کنند، در حالی که بسیاری از صداهای موجود برای برداشت صدا در زندگی مدرن در محدوده فرکانس باند پهن هستند. یک محدودیت متقابل این است که مناطقی که برای جمع‌آوری صداها استفاده می‌شوند، مانند موارد فرامواد صوتی، معمولاً بسیار کوچک هستند، بنابراین انرژی زیادی نمی‌توان جمع‌آوری کرد.