’Fala’ to powszechne określenie na wiele różnych sposobów, w których energia jest przenoszona:

• w falach elektromagnetycznych energia jest przenoszona przez wibracje pól elektrycznych i magnetycznych.
• w falach dźwiękowych energia jest przenoszona przez wibracje cząstek powietrza lub cząstek ciała stałego, przez które przepływa dźwięk.
• w falach wodnych energia jest przenoszona przez wibracje cząstek wody.

fale przenoszą energię, ale nie masę

kiedy obserwujemy fale surfingowe dochodzące do brzegu, łatwo jest myśleć, że pojedyncze cząsteczki wody poruszają się w naszym kierunku, ale tak nie jest. Cząstki zaangażowane w fale poruszają się tam iz powrotem prostopadle do sposobu, w jaki fala idzie, ale nie poruszają się znacząco w kierunku fali. Cząstki „biorą udział” w fali, wpadając na siebie i przenosząc energię. To dlatego energia może być przenoszona, nawet jeśli średnia pozycja cząstek nie zmienia się.

Jak to działa? To może pomóc myśleć o Boja kołysze się w oceanie. Boja jest poruszana w górę i w dół przez fale, które ją mijają, ale nie porusza się kierunkowo po wodzie.

można też pomyśleć o meksykańskiej fali na meczu sportowym. Fala porusza się wokół areny, ale widzowie nie poruszają się z nią – tylko wstają i siadają (ruch prostopadły do kierunku fali).

cząstki w fali wodnej wymieniają energię kinetyczną na energię potencjalną

gdy cząstki w wodzie stają się częścią fali, zaczynają poruszać się w górę lub w dół. Oznacza to, że energia kinetyczna (energia ruchu) została im przekazana. Gdy cząstki oddalają się od swojej normalnej pozycji (w górę w kierunku szczytu fali lub w dół w kierunku koryta), zwalniają. Oznacza to, że część ich energii kinetycznej została zamieniona na energię potencjalną – energia cząstek w fali oscyluje pomiędzy energią kinetyczną a potencjalną.

myślenie o energii potencjalnej może pomóc nam zrozumieć, dlaczego tsunami może być tak szkodliwe. Kiedy tsunami zbliża się do brzegu, to ławice (staje się znacznie wyższa), więc cząsteczki wody są przemieszczane dalej od równowagi. Nabywają dużo energii potencjalnej, a ta jest uwalniana, gdy fala wchodzi w interakcję z lądem.

pomiar energii w fali

Dlaczego niektóre fale mają więcej energii niż inne? Częstotliwość i długość fali są wskaźnikami jej energii, ale różni się to dla różnych typów fal.

dla fal wodnych, te o dużej prędkości i długiej długości fali (jak tsunami) mają najwięcej energii. W przypadku fal elektromagnetycznych prędkość jest stała, więc fale o wysokiej częstotliwości i krótkiej długości fali (jak promieniowanie rentgenowskie) są najbardziej energiczne.

dla wszystkich fal większa amplituda oznacza więcej energii.

w interaktywnym spektrum elektromagnetycznym możesz kliknąć na różne długości fal, aby dowiedzieć się więcej o falach tworzących widmo.

wykorzystanie energii fal

naukowcy w Nowej Zelandii i gdzie indziej zastanawiają się, jak zamienić energię fal wodnych w elektryczność. Oceany wokół Nowej Zelandii są obiecującymi miejscami do generowania energii fal, ponieważ mamy duże fale i silne prądy. Generowanie energii fal obejmowałoby urządzenie podwodne (na przykład wiosło), które poruszałoby się w odpowiedzi na fale i napędzało turbinę, która wytwarzałaby energię elektryczną.

idea energii falowej jest atrakcyjna, ponieważ fale są zrównoważonym zasobem – nie można ich wykorzystać (w przeciwieństwie do innych zasobów, takich jak węgiel, które są używane do produkcji energii elektrycznej w Nowej Zelandii). Są one jednak dość nieefektywne-potrzebują dużo przestrzeni przybrzeżnej do generowania użytecznych ilości energii. Korzystając z modelowania matematycznego i budowania modeli fizycznych, naukowcy z Kiwi badają, jak wykorzystać moc fal, ale minie trochę czasu, zanim użyjemy energii elektrycznej z mocy fal w naszych domach.

w latach 2007-2011 Urząd ds. efektywności energetycznej i Ochrony Środowiska (EECA) zarządzał funduszem wdrażania energii morskiej, który finansował projekty w zakresie energii morskiej. Po przeglądzie żaden z projektów nie został wybrany do dalszego postępu, a EECA uważa, że od 2016 r. obfitość tańszych zasobów energii odnawialnej w Nowej Zelandii sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby energia morska przyczyniła się do krajowej sieci energetycznej w dającej się przewidzieć przyszłości. Badania nad wykorzystywaniem energii fal oceanicznych trwają w innych krajach.

w latach 2017-2019, w ramach projektu Sustainable Seas Innovation Fund, NIWA zbadała, czy wytwarzanie energii elektrycznej z silnych prądów pływowych w Cieśninie Cooka byłoby opłacalne dla Aotearoa. Aby dowiedzieć się więcej, Zobacz Energy from tidal currents – Kick-starting a new marine industry with huge potential from Niwa ’ s website.