‚Welle‘ ist ein gebräuchlicher Begriff für eine Reihe verschiedener Arten der Energieübertragung:

• Bei elektromagnetischen Wellen wird Energie durch Schwingungen elektrischer und magnetischer Felder übertragen.
• In Schallwellen wird Energie durch Vibration von Luftpartikeln oder Partikeln eines Feststoffs übertragen, durch die sich der Schall bewegt.
• In Wasserwellen wird Energie durch die Vibration der Wasserteilchen übertragen.

Wellen übertragen Energie, aber keine Masse

Wenn wir Surfwellen beobachten, die an Land kommen, ist es leicht zu glauben, dass sich einzelne Wasserteilchen auf uns zu bewegen, aber das ist nicht wirklich der Fall. Die an Wellen beteiligten Partikel bewegen sich senkrecht zur Richtung der Welle hin und her, bewegen sich jedoch nicht signifikant in Richtung der Welle. Die Teilchen nehmen an der Welle teil, indem sie aneinander stoßen und Energie übertragen. Deshalb kann Energie übertragen werden, obwohl sich die durchschnittliche Position der Teilchen nicht ändert.

Wie funktioniert das? Es kann helfen, an eine Boje zu denken, die im Ozean wippt. Die Boje wird von den Wellen, die an ihr vorbeigehen, auf und ab bewegt, bewegt sich aber nicht direktional über das Wasser.

Man könnte auch an eine mexikanische Welle bei einem Sportspiel denken. Die Welle bewegt sich in der Arena, aber die Zuschauer bewegen sich nicht damit – sie stehen nur auf und setzen sich (eine senkrechte Bewegung zur Wellenrichtung).

Partikel in einer Wasserwelle tauschen kinetische Energie gegen potentielle Energie aus

Wenn Partikel in Wasser Teil einer Welle werden, beginnen sie sich nach oben oder unten zu bewegen. Dies bedeutet, dass kinetische Energie (Bewegungsenergie) auf sie übertragen wurde. Wenn sich die Partikel weiter von ihrer normalen Position entfernen (nach oben zum Wellenkamm oder nach unten zum Trog), verlangsamen sie sich. Dies bedeutet, dass ein Teil ihrer kinetischen Energie in potentielle Energie umgewandelt wurde – die Energie der Teilchen in einer Welle oszilliert zwischen kinetischer und potentieller Energie.

Das Nachdenken über potentielle Energie kann uns helfen zu verstehen, warum Tsunamis so schädlich sein können. Wenn sich ein Tsunami dem Ufer nähert, schwillt er an (wird viel höher), so dass die Wasserpartikel weiter aus dem Gleichgewicht gebracht werden. Sie erwerben viel potentielle Energie, die freigesetzt wird, wenn die Welle mit Land interagiert.

Messung der Energie in einer Welle

Warum haben einige Wellen mehr Energie als andere? Die Frequenz und Wellenlänge einer Welle sind beide Indikatoren für ihre Energie, aber dies unterscheidet sich für verschiedene Arten von Wellen.

Für Wasserwellen haben diejenigen mit hoher Geschwindigkeit und langer Wellenlänge (wie ein Tsunami) die meiste Energie. Bei elektromagnetischen Wellen ist die Geschwindigkeit konstant, daher sind Wellen mit hoher Frequenz und kurzer Wellenlänge (wie Röntgenstrahlen) am energiereichsten.

Für alle Wellen bedeutet eine größere Amplitude mehr Energie.

Im interaktiven elektromagnetischen Spektrum können Sie auf verschiedene Wellenlängen klicken, um mehr über die Wellen zu erfahren, aus denen das Spektrum besteht.

Nutzung der Wellenenergie

Wissenschaftler in Neuseeland und anderswo untersuchen, wie die Energie von Wasserwellen in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Ozeane rund um Neuseeland sind vielversprechende Orte, um Wellenkraft zu erzeugen, weil wir große Wellen und starke Strömungen haben. Die Erzeugung von Wellenkraft würde ein Unterwassergerät (wie zum Beispiel ein Paddel) beinhalten, das sich als Reaktion auf Wellen bewegen und eine Turbine antreiben würde, die Elektrizität erzeugen würde.Die Idee der Wellenkraft ist attraktiv, weil Wellen eine nachhaltige Ressource sind – sie können nicht verbraucht werden (im Gegensatz zu anderen Ressourcen wie Kohle, die in Neuseeland zur Stromerzeugung verwendet werden). Sie sind jedoch ziemlich ineffizient – sie benötigen viel Küstenraum, um nützliche Energiemengen zu erzeugen. Mithilfe mathematischer Modellierung und physikalischer Modellbildung untersuchen Kiwi-Wissenschaftler, wie Wellenkraft genutzt werden kann, aber es wird einige Zeit dauern, bis wir Strom aus Wellenkraft in unseren Häusern nutzen.Zwischen 2007 und 2011 verwaltete die Energy Efficiency and Conservation Authority (EECA) den Marine Energy Deployment Fund, der Meeresenergieprojekte finanzierte. Nach einer Überprüfung wurde keines der Projekte ausgewählt, um weitere Fortschritte zu erzielen, und ab 2016 glaubt EECA, dass die Fülle an billigeren erneuerbaren Energieressourcen in Neuseeland es unwahrscheinlich macht, dass Meeresenergie in absehbarer Zeit zum nationalen Netz beitragen wird. Untersuchungen zur Nutzung der Energie von Meereswellen werden in anderen Ländern fortgesetzt.

Von 2017 bis 2019 untersuchte das NIWA im Rahmen eines Projekts des Sustainable Seas Innovation Fund, ob die Stromerzeugung aus den starken Gezeitenströmungen in der Cookstraße für Aotearoa rentabel wäre. Um mehr zu erfahren, siehe Energie aus Gezeitenströmungen – Kick-Start einer neuen Marineindustrie mit großem Potenzial von der NIWA-Website.