آزمایش ها، یک طرح پیشنهادی بحث برانگیز برای تولید الکتریسیته از چرخش سیاره مان از طریق به کارگیری دستگاهی که با میدان مغناطیسی زمین برهمکنش می کند را تایید می کنند.

سیاره جذاب. بر اساس نتایج تجربی جدید، میدان مغناطیسی زمین ممکن است به طور بالقوه کسب انرژی از چرخش سیاره را ممکن سازد.

"دیوانگی به نظر میرسد"، جمله ای که کریس چایبا Chris Chyba از دانشگاه پرینستون در مورد یک استوانه مغناطیسی توخالی می گوید که برای تولید الکتریسیته از میدان مغناطیسی زمین ساخته است. استوانه حرکت نمی کند-حداقل نه در آزمایشگاه- اما همراه با زمین می چرخد و در نتیجه در میدان مغناطیسی زمین کشیده می شود. چایبا می گوید: "این، نشانی از یک ماشین حرکت دائمی دارد". اما محاسبات او نشان می دهند که این انرژی کسب شده، از انرژی چرخشی سیاره حاصل می شود. اکنون او و همکارانش گزارش می دهند که هرگاه استوانه عمود بر میدان زمین نگه داشته شود، در آن 18 میکروولت تولید خواهد شد [1] . اکنون آنها باید دانشمندان دیگر را متقاعد کنند که این اثر، واقعی است.

چایبا حدود یک دهه قبل حین مطالعه یک ساز و کار احتمالی تولید گرما در قمرهایی که در میدان مغناطیسی یک سیاره حرکت می کردند، به تولید الکتریسیته علاقه مند شد. او با خود فکر کرد که آیا اثری مشابه ممکن است برای اجسام روی سطح زمین رخ دهد.

در نگاه اول، غیرممکن به نظر می رسد. می توان نیروی مغناطیسی را محاسبه کرد: به عنوان مثال الکترونهای موجود در یک جسم فلزی واقع در آزمایشگاهی در پرینستون، با سرعت 350 متر بر ثانیه تحت اثر میدان مغناطیسی موضعی 45 میکرو تسلا در حال حرکت هستند که به ازای هر بار الکتریکی نیرویی در حدود 10 میلی نیوتن بر کولن می دهد. اما این الکترونها به سرعت روی سطح فلز بازآرایی می شوند تا یک میدان الکتریکی 10 میلی ولت بر متر ایجاد کنند که دقیقا نیروی مغناطیسی را خنثی می کند. با این وجود چایبا متوجه شد که ممکن است موقعیت هایی وجود داشته باشند که الکترونها نتوانند خودشان را در یک الگوی خنثی کننده نیروی مغناطیسی مرتب سازی کنند.

به دست آوردن میدان. استوانه روی یک سطح شیبدار قرار گرفته به طوری که هم بر میدان مغناطیسی زمین و هم بر جهت حرکت چرخشی زمین عمود است. حسگرها ولتاژ بین دو سر استوانه را ثبت می کنند. آزمایشها در تاریکی انجام شد تا از آلوده شدن سیگنال از طریق اثر فوتو الکتریک جلوگیری شود.

یک موقعیت غیر خنثی شونده، در استوانه توخالی ساخته شده از فریت منگنز-روی است. این ماده هم یک حفاظ مغناطیسی و هم یک رسانای ضعیف است-دو ویژگی ضروری برای امکان ایجاد یک ولتاژ کوچک روی استوانه وقتی که به طور مناسبی در میدان مغناطیسی زمین قرار گیرد. حداقل این ایده ای بود که چایبا و کِوین هَند Kevin Hand از آزمایشگاه پیش رانش جت در کالیفرنیا در سال 2016 ارائه کردند (این مقاله Focus: Electric Power from the Earth’s Magnetic Field را ببینید).

اندکی پس از این طرح پیشنهادی، انتقادها از آن شروع شد که برخی بر اساس استدلال های نظری [2] و بقیه شامل آزمایش های تجربی [3] بودند. چایبا و هَند از طرح پیشنهادی خود با تئوری بیشتر دفاع کردند [4]. اما آنها می دانستند که یک نمایش تجربی لازم است. برادر چایبا، توماس چایبا Thomas Chyba، یک فیزیکدان کاربردی در نیو مکزیک در این تلاش سهیم بود.

پژوهشگران یک استوانه فریت منگنز-روی توخالی به ارتفاع 30 سانتی متر و پهنای 2 سانتی متر را برداشتند و جهت آن را به موازات جهت شمال-جنوب در زاویه 57 درجه نسبت به سطح زمین گذاشتند. این موقعیت هم بر میدان مغناطیسی زمین و هم بر جهت حرکت چرخشی زمین عمود بود، آرایشی که پژوهشگران پیش بینی می کردند که ولتاژ بیشینه را خواهد داد. آنها یک الکترود در هر سر استوانه قرار دادند و ولتاژ را ثبت کردند. برای مقایسه، آنها اندازه گیری های ولتاژ را با استوانه 90 درجه چرخیده (یک جهت با ولتاژ صفر) و با استوانه 180 درجه چرخیده (یک جهت با ولتاژ معکوس) هم انجام دادند.

در تفسیر داده ها، گروه باید با یک پدیده وابسته به دما به نام اثر سیبک مواجه میشد که باعث می شود وقتی ماده ای در یک سر نسبت به سر دیگر داغ تر است، یک ولتاژ کوچک ایجاد شود. پژوهشگران دریافتند که اثر سیبک می توانست بخشی از ولتاژی که آنها اندازه گیری کردند را توضیح دهد. اما آنها نشان دادند که یک سیگنال اضافی 18 میکرو ولت وجود دارد که به جهت گیری استوانه وابسته بود. این سیگنال وقتی که پژوهشگران چندین استوانه کنترلی از جمله یک استوانه فریت منگنز-روی جامد را آزمایش کردند که نظریه آنها هیچ اثری را برای آن پیش بینی نکرده بود، ظاهر نشد. آنها نتیجه گرفتند که این ولتاژ اضافی در اثر حرکت ناشی از میدان مغناطیسی زمین تولید شده است.

چایبا می گوید گام بعدی این است که یک گروه پژوهشی مستقل تلاش کنند تا نتایج را بازتولید نمایند. در صورت تایید، او تصور می کند که این چیدمان می تواند برای تولید برق بهینه سازی شود. او حدس می زند که بسیاری از قطعات استوانه ای مینیاتوری می توانند به صورت سری به یکدیگر متصل شوند تا مقدار مفیدی ولتاژ تولید کنند.

یانگ ژو Yong Zhu ، یک متخصص میکرو الکترونیک از دانشگاه گریفیث در استرالیا با این شواهد متقاعد نشده است. او می گوید: "عوامل بسیاری وجود دارند که می توانند سیگنالهای میکرو ولت تولید کنند" از جمله ظرفیت الکتریکی سرگردان و جریانهای گردابی ادی. ژو می گوید رد کردن همه این احتمالات، شواهد تجربی بیشتری نیاز خواهد داشت.

کارلو راولی Carlo Rovelli یک فیزیکدان نظری از دانشگاه اکس-مارسی در فرانسه بیشتر پذیرای این ایده است. او خاطر نشان می کند که انرژی یک بار الکتریکی متحرک در میدان مغناطیسی یکنواخت پایسته است که به نظر می رسد این اثر را نفی کند. اما چون به قول راولی بارهای الکتریکی در آزمایش ها در حال حرکت در یک جسم جامد هستند، این استدلال مرتبط نیست. او می گوید: "شاید نسخه ظریف تری از این استدلال وجود داشته باشد که این احتمال را رد کند، من نمی دانم. در هر صورت، این یک داستان بسیار جالب است."

1. C. F. Chyba et al., “Experimental demonstration of electric power generation from Earth’s rotation through its own magnetic field,” Phys. Rev. Res. 7, 013285 (2025).

2. J. Jeener, “Comment on ‘Electric power generation from earth’s rotation through its own magnetic field’,” Phys. Rev. Appl. 13, 028001 (2020).

3. B. Veltkamp and R. J. Wijngaarden, “Attempting to extract power from earth’s rotation: An experimental test,” Phys. Rev. Appl. 10, 054023 (2018).

4. C. F. Chyba and K. P. Hand, “Reply to ‘Comment on “Electric power generation from earth’s rotation through its own magnetic field”’,” Phys. Rev. Appl. 13, 028002 (2020).

منبع:

Attempt to Harness Energy from Earth’s Rotation

ترجمه خبر: بهناز ساربانها