Können wir Schallenergie nutzen, um Lärm in Energieformen umzuwandeln? Klingt verrückt, aber wir entdecken ständig verschiedene Arten von Energie — besonders wenn es um erneuerbare Energien geht — und Schallenergie ist nur eine andere Art.

Auf der ganzen Welt ist es schwer, einen Ort zu finden, an dem Lärm nicht Teil der Landschaft ist. Vom Dröhnen des Verkehrs bis zum Klang von Musikinstrumenten machen Menschen viel Lärm. Es gibt viele verschiedene Arten von Geräuschen, die vom Hörbaren bis zum Unhörbaren reichen.

Schallquellen können für das menschliche Ohr angenehm oder unangenehm sein, abhängig von Lautstärke, unterschiedlichen Tonhöhen, Schallarten, Schallquelle und Schallintensität. Unabhängig davon reist Schallenergie und abhängig von der Schallquelle und der Intensität kann Schall manchmal als Schadstoff angesehen werden.

Was genau ist Schallenergie? Schallenergie verwandelt Schall in Elektrizität. Obwohl die Wissenschaft, Schallenergie in Elektrizität umzuwandeln, noch im Entstehen begriffen ist, wurde sie durchgeführt. Beispielsweise sind Mikrofone und Lautsprecher Beispiele dafür, wie Schall in elektrische Energie umgewandelt wird.

Tatsächlich fand eine Gruppe junger Gymnasiasten heraus, wie man mit Schallenergie genug Strom erzeugt, um eine Glühbirne einzuschalten. Zugegeben, das ist weit davon entfernt, genug Strom zu erzeugen, um ein Haus oder eine ganze Stadt mit Strom zu versorgen. Aber es ist ein Anfang und die Wissenschaft dahinter entwickelt sich. Lassen Sie uns mehr über die faszinierende Welt des Klangs erfahren, einschließlich Schallenergiebeispielen.

Wie hören wir Schallwellen?

Die Mechanik des Hörens demonstriert einige der Mechanismen der Schallenergie.

Wenn wir ein Geräusch hören, erleben wir Schallwellen, die in den Gehörgang gelangen und das Trommelfell bewegen, ähnlich wie ein Trommelfell vibriert, wenn es angeschlagen wird. Verschiedene Geräusche erzeugen unterschiedliche Vibrationen, die sich auf die Bewegung des Trommelfells auswirken.

Die Schwingungen wandern vom Trommelfell über Gehörknöchelchen zur Cochlea (einem flüssigkeitsgefüllten Organ) und verursachen Oberflächenwellen, die auf die Haarzellen treffen. Je nach Lage der Haarzellen in der Cochlea „hört“ das Gehirn über den Hörnerv hohe oder tiefe Töne. Es übersetzt dann die anfänglichen Schwingungen der Luftmoleküle in der Schallwelle in Geräusche, die wir verstehen.

In der Physik wird das Studium des Klangs als Akustik bezeichnet und umfasst alle Klangkonstrukte.

Was ist die Definition von Schallenergie?

In einfachen Worten, Schallenergie kommt von Schwingungen, die sich durch etwas bewegen. Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase übertragen Schall als Energiewellen.

Schallenergie ist das Ergebnis, wenn eine Kraft, entweder Schall oder Druck, ein Objekt oder eine Substanz vibrieren lässt. Diese Energie bewegt sich in Wellen durch die Substanz. Diese Schallwellen werden als kinetische mechanische Energie bezeichnet.

Warum werden Schallwellen mechanische Wellen genannt?

Schallwellen werden manchmal als mechanische Wellen bezeichnet, da Schallwellen ein physikalisches Medium benötigen, um sich auszubreiten. Flüssigkeiten, Gase oder feste Materialien übertragen die Druckschwankungen und erzeugen mechanische Energie in Wellen.

Wie alle Wellen haben Schallwellen Gipfel und Täler. Die Spitzen werden Kompressionen genannt, während Verdünnung der Begriff für die Tiefs ist.

Die Schwingungen zwischen Kompression und Verdünnung bewegen sich durch gasförmige, flüssige oder feste Medien, um Energie zu erzeugen. Die Anzahl der Kompressions- / Verdünnungszyklen in einem bestimmten Zeitraum bestimmt die Frequenz einer Schallwelle.

Wissenschaftler messen die Intensität und den Druck der Schallenergie in Pascal und Dezibel. Schallwellen werden manchmal auch als Druckwellen bezeichnet, da der Druck der Schallwelle die Partikel bewegt, durch die sie hindurchtritt.

Wie werden Schallwellen gemessen?

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Wellenlänge, Periode, Amplitude und Frequenz sind die vier Hauptteile einer Schallwelle, unabhängig vom Wellentyp und dem Medium, durch das sich der Schall bewegt.

• Wellenlänge: Stellen Sie sich eine Welle vor, die sich entlang einer horizontalen Achse bewegt; in diesem Fall wird die Wellenlänge als horizontaler Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden und äquivalenten Punkten auf der Welle gemessen. Somit ist eine einzelne Wellenlänge grundsätzlich ein Zyklus zwischen den beiden gleichen Punkten.
• Periode: Eine Wellenlängenperiode ist die Zeit, die eine einzelne Wellenlänge benötigt, um einen bestimmten Punkt zu passieren. Im Allgemeinen zeigt eine längere Periode eine niedrigere Tonhöhe an.
• Amplitude: Wir messen die Schallamplitude (Stärke oder Schalldruckpegel) anhand der Höhe der Schallwelle. Es hängt mit der relativen Lautstärke des Sounds zusammen. Wenn die Amplitude der Welle signifikant ist — wie bei einem lauten Geräusch – ist die Welle hoch. Das Gegenteil ist auch der Fall; weichere Töne erzeugen Wellen mit einer kleineren Amplitude. Eine geringere Lautstärke entspricht einem niedrigeren Dezibelpegel (dB); Ein Dezibel misst die Schallintensität. Null Dezibel entspricht den leisesten Geräuschen, die ein menschliches Ohr hören kann. Dezibel erhöhen sich um den Faktor sechs. Eine normale Sprechstimme beträgt 60 dB.
• Frequenz: Hertz (Hz) misst die Frequenz einer Schallwelle. Hertz misst die Zyklen einer Schallwelle pro Sekunde, die einen Sollwert auf der horizontalen Achse passieren. (Denken Sie daran, jeder Prozess hat eine Komprimierung und eine Verdünnung.) Die Frequenzschallwellen werden in Hertz gemessen. Daher gibt Hertz (Hz) die Anzahl der Zyklen pro Sekunde an, die einen bestimmten Ort passieren. Wenn Ihr Zwerchfell beispielsweise beim Sprechen mit 900 Hz vibriert, erzeugt Ihr Zwerchfell 900 Kompressionen (erhöhter Druck) und 900 Verdünnungen (verringerter Druck). Die Tonhöhe hängt davon ab, wie das Gehirn die Schallfrequenz interpretiert. Eine höhere Tonhöhe ist das Ergebnis einer höheren Frequenz; niedrigere Frequenz bedeutet niedrigere Tonhöhe.

Ist Schallenergie potentiell oder kinetische Energie?

Wenn Energie arbeiten kann, aber keine aktive Kraft ausübt, spricht man von potentieller Energie.

In der Physik wird Arbeit durch die übertragene Energie gemessen. Wenn etwas durch eine äußere Kraft über eine Distanz bewegt wird, ist das Arbeit.

Die Spiralfeder eines Slinky ist ein Beispiel für potentielle Energie. Bis die Feder losgelassen wird, macht sie keine Arbeit. Die Arbeit tritt auf, wenn sich die Feder bewegt (freigegeben wird) und zu kinetischer Energie wird. Kinetische Energie ist die Energie der Bewegung.

Schallenergie kann beides sein: entweder kinetische Energie oder potentielle Energie.

Ein Beispiel könnte das eines Musikinstruments sein. Wenn das Instrument gespielt wird, erzeugt es Schallwellen und erzeugt kinetische Energie. Aber wenn dasselbe Musikinstrument ruht, ist nur das Energiepotential vorhanden.

Teilen Schallwellen Eigenschaften und Verhaltensweisen?

Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen einer Welle — Frequenz, Amplitude, Wellenlänge und Frequenz — kategorisieren Wissenschaftler Wellen anhand von drei Unterscheidungsmerkmalen: längs-, Quer- und Oberflächenbewegung.

Die Verwendung der Bewegung der Partikel eines Mediums relativ zur Laufrichtung ist eine Standardmethode zur Unterscheidung der Art der Welle.

Um transversale Wellen zu verstehen, werden wir wieder über das Slinky sprechen. Betrachten Sie die Bewegung eines Schleichers, während Ihre Hand auf und ab wechselt. Die Energie dieses „aktivierten“ Schleichers bewegt sich vertikal entlang der Fahrtrichtung und verschiebt die Spulen (die in diesem Fall Wellenpartikel darstellen) nach oben und unten.

Arten von transversalen Wellen umfassen:

• Vibrationen in einer Gitarrensaite
• Sportfans stehen auf und sitzen in einer synchronen Welle um ein Sportstadion herum
• Elektromagnetische Wellen wie Licht- und Radiowellen

Andererseits bewegen Longitudinalwellen die Energie der Welle entlang der horizontalen Achse der Welle nach rechts oder links. Wenn unser Slinky horizontal ausgestreckt und horizontal wie ein Akkordeon gepulst wird, pulsiert er horizontal entlang seiner Links-Rechts-Bewegungsrichtung parallel zur Wellenachse.

Schallwellen sind Longitudinalwellen, ebenso wie Ultraschallwellen und seismische P-Wellen.

Das Hauptmerkmal einer Oberflächenwelle ist die Kreisbewegung ihrer Teilchen. Nur die Partikel auf der Oberfläche des Mediums bewegen sich kreisförmig; Die Bewegung nimmt ab, wenn sich die Partikel von der Oberfläche entfernen.

Was sind Beispiele für Schallenergie?

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Schallenergie tritt auf, wenn ein Objekt vibriert. Lärm, ob im menschlichen Hörbereich oder nicht, ist Schallenergie. Sonar, Ultraschall (größer als 20 Kilohertz) Musik, Sprache und Umgebungslärm sind alle Formen von Schallenergie.

Ob von einem leblosen Objekt oder einem fühlenden Wesen, Klänge kommen von überall her. Einige sind angenehm für unser Gehör, andere nicht. Betrachten Sie diese Beispiele für Schallenergie und wie sie sich fühlen:

• Das hohe, zarte Kribbeln oder die tiefen, vibrierenden Töne eines Windspiels
• Das Motorenrumpeln, quietschende Reifen, dröhnende Radios und quietschende Bremsen des Verkehrs
• Babys weinen, plappern, schreien und kichern
• Hunde bellen, knurren oder heulen
• Telefone klingeln, summen oder klingeln
• Regen prasseln, heulen Winde und Donner
• Katzen schnurren, miauen und Kratzen
• Menschen und Tiere atmen, Schnarchen, Niesen oder Keuchen
• Das Braten, Knistern, Kochen, Hacken und Hämmern eines geschäftigen küche
• Wellen absturz und rückzug
• Motoren laufen, revving, pochen, und roaring
• Die weiche, laut, messing, glatte, tiefe, reedy, raucous, und verschiedene sounds von musik
• Die niedrigen, stetige weiß noise von klimaanlage

Auch wenn es ist scheinbar ruhig, es ist immer sound.

Wie erzeugt Schallenergie Strom?

Schallschwingungen können durch das Prinzip der elektromagnetischen Induktion zu elektrischer Energie werden. Elektromagnetische Induktion erzeugt elektrischen Strom unter Verwendung eines Magnetfeldes.

Wenn sich ein Magnetfeld und ein Leiter, beispielsweise eine Drahtspule, in Beziehung zueinander bewegen, tritt eine elektromagnetische Induktion auf. Solange sich der Leiter in einem geschlossenen Stromkreis befindet, fließt Strom überall dort, wo der Leiter die Magnetkraftlinien kreuzt.

Was ist Piezoelektrizität und wie verhält sie sich zur Schallenergie?

Piezoelektrizität verwendet einzigartige Kristalle, um mechanische Energie — in diesem Fall Schallwellenenergie — in elektrische Energie umzuwandeln.

Unter Kompression wirken die Kristalle als Leiter. Wenn Kristalle komprimiert werden, ändert sich ihre Struktur und der Kristall erhält eine Nettoladung. Diese Ladung kann in elektrischen Strom umgewandelt werden.

Andere Materialien wie Knochen, Spezialkeramik und Emaille sind ebenfalls piezoelektrische Leiter. Diesen Materialien gemeinsam ist die Fähigkeit, aufgrund mechanischer Beanspruchung eine innere elektrische Ladung zu erzeugen.

Mit sehr hochfrequenten Schallwellen – Frequenzen, die 100 Millionen Mal höher sind, als Menschen hören können — werden piezoelektrische Materialien zu elektrischen Signalen, die Lichtwellen im Terahertz-Frequenzbereich abgeben.

Piezoelektrizität vereint die elektrischen und mechanischen Zustände des piezoelektrischen Materials. Unter Kompression hat das verwendete Material einen Stromfluss, der seine Polarisation ändert, um eine elektrische Ladung zu werden, die als Netto-Dipolmoment bekannt ist.

Wie sieht die Zukunft der durch Schallenergie erzeugten elektrischen Energie aus?

Wie wir wissen, füllen Klänge ständig unsere akustische Umgebung. Schallenergie hat wie jede Energie das Potenzial, Strom zu erzeugen. So wie die Sonne unbegrenzte Sonnenenergie liefert und die Brise Windenergie liefert, ist Schallenergie erneuerbar, weil fühlende Wesen und unempfindliche Objekte ständig Geräusche erzeugen.

Während Schallwellen und Energieproduktionsprinzipien seit langem verstanden sind, steckt die Technologie zur Umwandlung von Schallenergie in Elektrizität noch in den Kinderschuhen.

Da Wissenschaftler und Techniker jedoch die Technologien für schallerzeugte Elektrizität untersuchen und verbessern, kann Schallenergie eines Tages Massenstrom erzeugen.

Wenn das nach einem Wunschtraum klingt, denken Sie daran, dass Solar- und Windkraft einst auch außerhalb unserer Reichweite waren.

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