Американські фізики заявили про незвичний експеримент: їм вдалося отримати електричну напругу, використовуючи не сонце, вітер чи тепло, а саме обертання Землі. Хоча мова йде про надзвичайно малі величини — лише десятки мікровольт, — сам принцип може відкрити новий напрямок у пошуках постійних джерел енергії без пального.
Дослідження провела команда на чолі з професором Прінстонського університету Крістофером Ф. Чибою у співпраці з фахівцями з Лабораторії реактивного руху NASA. Експеримент поставили в Нью-Джерсі, використовуючи настільну установку, яка, за словами авторів, буквально «знімає» крихітну частку енергії з руху нашої планети.
Як обертання Землі може давати струм
Земля постійно обертається і водночас перебуває в межах власного магнітного поля, яке створюється рухами розплавленого металу в її ядрі. Це поле майже нерухоме в просторі, тоді як будь-який об’єкт, жорстко пов’язаний із поверхнею планети, безперервно рухається крізь нього.
Згідно з класичною фізикою, такий рух провідника в магнітному полі може створювати електричну напругу. Проте десятиліттями вважалося, що в реальних умовах вона миттєво зникає: електрони швидко перерозподіляються й повністю компенсують ефект. Саме тому обертання Землі завжди вважали непридатним для практичного виробництва електроенергії.
Команда Чиби звернула увагу на те, що ця «компенсація» не є неминучою за будь-яких умов. Виявилося, що спеціальна форма та матеріал провідника можуть порушити цей баланс.
Циліндр, який порушив правила
У лабораторії теоретичну ідею втілили у вигляді порожнистого циліндра завдовжки близько 30 сантиметрів. Його виготовили з марганцево-цинкового фериту — керамічного матеріалу, який добре «проводить» магнітні поля, але майже не проводить електричний струм.
Циліндр зорієнтували з півночі на південь і нахилили під кутом приблизно 57 градусів. У такому положенні він був перпендикулярний і до напрямку обертання Землі на широті Прінстона, і до локального магнітного поля. На обох кінцях встановили електроди для вимірювання напруги.
Результат виявився несподіваним: між кінцями циліндра з’явилася постійна напруга — десятки мікровольт. Коли установку розвертали на 180 градусів, знак напруги змінювався на протилежний, а при повороті на 90 градусів сигнал майже зникав. Це повністю відповідало теоретичним розрахункам.
Для контролю вчені перевірили суцільний циліндр з того ж матеріалу та інші конструкції, де магнітні поля поводилися інакше. У цих випадках жодної напруги зафіксувати не вдалося.
Звідки береться енергія
Ключову роль у всьому процесі відіграє сила Лоренца — фундаментальний закон, який описує, як електричні заряди реагують на магнітні поля. У звичайних провідниках ця сила швидко врівноважується, але в обраній геометрії феритового циліндра повна компенсація не відбувається.
Фактично магнітне поле Землі передає мізерну частку енергії обертання планети в електричну форму. При цьому Земля теоретично сповільнюється на абсолютно непомітну величину, а всі закони збереження енергії та моменту імпульсу залишаються дотриманими.
Надзвичайно слабкий, але стабільний сигнал
Через крихітні значення напруги експерименти проводили в підвальному приміщенні з мінімальними електричними перешкодами. Додатково дослідники врахували так званий ефект Зеєбека — появу напруги через різницю температур — і відфільтрували його з результатів.
Окрім напруги, команда змогла зафіксувати і постійний струм силою лише кілька десятків наноампер. Потужність такого «джерела» у мільйони разів менша, ніж споживають навіть найпростіші електронні пристрої.
Чи є у цього майбутнє
Самі автори наголошують: до практичного застосування ще дуже далеко. У науковій спільноті вже існують критичні роботи, які ставлять під сумнів можливість масштабування такого ефекту. Тепер ключове завдання — незалежне відтворення експерименту іншими групами.
Втім, якщо принцип підтвердиться, у майбутньому подібні пристрої теоретично можуть живити автономні датчики або наукові прилади, яким потрібна мінімальна, але постійна енергія без заміни батарей. Один із варіантів — з’єднувати багато таких елементів у мережу, щоб збільшити сумарну напругу.
«Перш за все, інші дослідники мають або підтвердити, або спростувати наші результати», — підкреслив Крістофер Чиба.
Дослідження опубліковане в журналі Physical Review Research і вже викликало жваве обговорення серед фізиків.