太阳和月球的潮汐能是否可以直接用于产生电力?

2019-10-21

网友提问:如果一个建筑里的一台机器,在我看来能够检测到地日和地月的潮汐能,是否可以从潮汐能中提取有用能量,这对地球的运转又有什么影响?

物理学家:“可用”能力;是的。但是大概不会很有用。你可以计算由月亮和太阳的潮汐能产生的最大总能量在建筑上的规模和质量的影响,你会发现,影响真的真的很小。

要在设备齐全的建筑中直接使用潮汐能产生电能,你要在重力“降下来”时举起重物,然后降低,在重力“增加”时产生电能。这样的差别并不大。大概最多是三百万中的一部分(甚至小于太阳)。不幸的是,马达和发电机的效率远超99.99996%,它们也不是这样发电的,因此微小的“三百万中的一部分”还是零,因为它不包括没有效率的能量。

图解:地球,月亮,以及之间的空间(范围)。这就是为什么你没有注意到重力的区别。同时,这也是MRO从火星轨道上拍摄的月球和地球。目前,地球的自转和一天的长度因为月球(质量是地球的1/81)的存在,每百年延长约2毫秒。

一幢哈里发塔规模大小的建筑使用最大效力的机器产生的绝对能量最大值约为1亿焦耳(100MJ),一天两次(两次潮汐)。这大概是一批钢铁在有效次数内升起和降落时所产生的能量。因此在不现实的理想条件下,这样的建筑可以每天为美国产生电能不超过半毫秒。

然而,是有可能实现用潮汐能产生电能。基本上,你可以找一个拥有单一小水湾的海湾,将自由流动的水力发电涡轮机放入水湾捕捉进出的海洋潮汐。不需要建造大量非常重的机器来升降,你只需要在海湾底部固定一些漩涡机。这样会更简单。已经有许多涡轮发电机在使用中了,他们比风力发电机更密集,功率更大。水的密度比空气大,能够携带更多能量,比空气更有效。

最终,所有从潮汐能获取到的能力都必须出自某地,那么这个地方就是地球的旋转动能。因此,当你从潮汐中获取电能时,从字面意义上讲,你减缓了地球的旋转。但是不用担忧这种减缓。海洋以及地球地壳本身,都已经比他们那部分做得多很多了。

现在,地球的“潮汐隆起”引领月球(只是因为她花费了一点时间移动),因此该影响减缓了地球的运转,而加速月球的运行。

图解:地球受到月亮潮汐能的影响轻微延展。但是地球旋转时,海洋不会立即恢复形状,因此只有额外的一点重力引领月球。额外的重力拉力加速月球运转,减缓地球的旋转。

即使尝试从潮汐获取能量,可以维持额外的重力,要比原本需要额外的时间要多,这意味着获取潮汐隆起只需要少许多的能量。但是即使我们从世界上的各个海岸“获取了潮汐”,我们的努力只会是数据上的一点回响,相对于整个海洋的波动而言。

相关天文知识延伸阅读

潮汐加速是行星与其卫星之间潮汐力的效应。这种“加速”通常都是负面的效应,如果卫星是在顺行轨道上运行,会逐渐退行和远离行星(卫星的角动量增加),相对的,行星的自转也会减缓(角动量守恒)。这个过程最终会导致质量小的先潮汐锁定,然后大的也会如此。地月系统是研究这种情况的最佳事件。

图解:地-月系统的图显示潮汐隆起如何被地球的自转推进。月球对这个隆起偏移量施加的净力矩,造成地球自转速度的减缓。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

来源:碎嘴说真相