太陽和月亮的潮汐力能直接用來發電嗎?

2020-12-04 天文在線

問:最初的問題是:如果一臺封閉在建築裡的機器可以(我想可以)探測到太陽河月亮對地球的潮汐引力,它是否可以從潮汐力中提取有用的能量,而這又會對地球的運動產生怎樣的影響?

物理學家答:「可用」的能量;是的。但是也許不會太有用。你可以計算出月亮和太陽的潮汐作用在和一幢大樓差不多體積和質量的東西上所產生的總能量,你會發現這能量實在是太小太小了。

為了在一座設備齊全的建築裡直接獲得潮汐力來發電,你需要在地心引力「減小」時提起非常重的東西,然後在引力「增大」時降低位置來發電。然而這其中的差距不是非常大,最多是三百萬分之一(對於太陽來說更少)。更遺憾的是,目前有效率超過99.99996%的發動機和發電機還沒有被造出來,所以即使是那很小的三百萬分之一也可能是零,因為它沒有考慮無用功所消耗的能量。

地球,月球,和它們之間的空間(按比例)。這就是為什麼你不會注意到重力的差別。

使用效率完美的機器,一座哈利法塔大小的建築可以產生的能量的絕對最大值是大約100兆焦,每天產能兩次(因為有兩次潮汐)。這不過相當於一個巨大的鐵塊在合適的時候被舉起然後被放下所產生的能量。所以,即使在這樣理想化、不現實的條件下,這樣的建築每天所提供的電力不足以維持美國半毫秒的用電時間。

但是,從潮汐中獲取能量是一件可能也可行的事情。基本上你只需要找一個有小的進口的海灣,然後在進口放入一臺自動徑流式水輪機來獲取海洋潮汐的流進和流出。你不需要建造一個重物並用一堆機器去提起和放下它,你只需要在海灣的底部錨定一些渦輪機,簡單了許多。現在這些渦輪機已經有一些在使用了,它們遠遠比風力渦輪機來得更少佔空間和強勁。水相比空氣密度更大,因而攜帶了更多能量並且更強勁。

最終,所有從潮汐力中獲取的能量需要從別處而來,而別處是指地球的旋轉動力能量。因此,當你試圖從潮汐中發電時,地球的運動可以說是被減慢了。但是這種減慢不用擔心,海洋還有地球本身的地殼,減緩的程度都已經超過這部分了。

現在地球上的「漲潮」引領著月球(因為圍繞著運動需要花一點時間),這樣帶來的影響是減緩了地球的自轉和加速了月球在軌道的運行。

地球被月球潮汐力拖慢了一點點。但是隨著地球轉動,海洋不會立即恢復到原來的形狀,所以總是存在一個超大質量引領著月球。超大質量的拉力加速了月球在軌道的運動,同時減緩了地球的自轉。

每種嘗試從潮汐獲取能量的方法最終都使得超大質量保持比「應該」的高度更高的時間延長了一點,而這使得每次漲潮更大了一點點。但即使我們在世界的每個海岸都「抓住了潮汐」,我們的努力和整個海洋帶來的攪動相比起來也僅僅是統計學上的噪音。

相關知識

潮汐力是將物體壓縮或拉伸的一種假想力,是由於引力場強度不同所導致的。潮汐力引發的現象如潮汐,潮汐鎖定,天體分解,在洛西極限內環的生成,並在極端的情況下,造成物體的麵條化。潮汐力產生的原因是一個物體的不同部分受到來自另一個物體的引力場強度不相同,在靠近引力場源那側受到的引力大於遠離的那側,引力不均造成了物體被拉伸。所以,潮汐力是一種差動力,也是引力場的次級效應。

潮汐力造成銀河對的合併 MRK 1034.

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