(А почему бы и нет? «ХиЖ» 2025 №4)
Можно ли стоять на поверхности Земли и извлекать энергию от ее вращения? Казалось бы, ответ очевиден: нет. Ведь для этого надо совершить работу, а как, если не делаешь ничего? Не будем торопиться, а порассуждаем.
У Земли есть магнитное поле? Есть. Земля вращается вокруг своей оси? Вращается. Ее поле вращается с ней? Нет, это показал еще Майкл Фарадей. Значит, любая заряженная частица, находящаяся на поверхности Земли, движется сквозь геомагнитное поле. И на нее действует сила Лоренца, которая направлена перпендикулярно векторам скорости движения и индукции магнитного поля. А раз есть сила, значит она может совершить работу, то есть организовывать электроток!
Выходит, что во всех проводниках на Земле, включая тело человека и других живых существ с электропроводящими жидкостями внутри, течет ток от геомагнитного поля? Не совсем так. Расчет дает, что все кончается перераспределением зарядов, которое блокирует работу силы Лоренца. Расчет не сложен, на уровне лабораторной работы в курсе физики для студентов технических вузов. Поэтому никто и никогда даже не задумывался о том, как заставить такую геомагнитную силу Лоренца работать на благо человечества.
Ситуация изменилась в 2016 году, когда Кристофер Чиба из Принстона и Кевин Хэнд из НАСА опубликовали свой расчет. Из него следовало, что если сделать длинный пустотелый цилиндр из материала с низкими электрической проводимостью и магнитной проницаемостью и положить его вдоль меридиана, то есть перпендикулярно направлению вращения Земли, то в нем возникнет электродвижущая сила. Небольшая, но пригодная к измерению. Причина же ее возникновения в том, что в этом цилиндре геомагнитное поле искажается и на западной стенке оно будет иным, чем на восточной. А если разместить цилиндр вдоль направления вращения Земли, то никакой ЭДС не будет. Размеры цилиндра не так важны, как их соотношение: длина много больше диаметра.
Это заявление было возмутительным, ведь исследователи покушались на создание вечного двигателя! И не удивительно, что через два года, в 2018 году, открытие было закрыто. Бастиан Венткамп и Ринке Вейнгарден из Амстердамского университета разместили пустотелый цилиндр из феррита вдоль меридиана, подключили вольтметр, померили напряжение вдоль и поперек. И зафиксировали напряжения в обоих случаях, чего по расчету Чибы и Хэнда быть не должно. Голландцы списали результат на эффект Зеебека — возникновение электрического напряжения из-за разницы температур на концах цилиндра.
Прошло семь лет, и американская команда нанесла ответный удар. Чиба и Хэнд (Physical Review Research, 7, 013285, 2025) проанализировали голландскую неудачу и нашли методические ошибки. Их было три. Во-первых, цилиндр был коротким: краевые эффекты могли исказить магнитное поле и так уничтожить искомый эффект. Во-вторых, у использованного материала значения электропроводности и магнитной проницаемости были слишком большими; его теперь заменили на цилиндр из магний-цинкового феррита. А в-третьих, мерить различие напряжения вдоль и поперек цилиндра было глупо, нужно сам цилиндр ставить вдоль и поперек меридиана.
Чтобы учесть эффект Зеебека, опыт провели при разных температурах концов цилиндра, располагая его вдоль и поперек меридиана и подсчитывая разницу напряжений. Эффект Зеебека не зависит от ориентации, а искомый эффект — от температуры. Поэтому из полученных данных было легко вычленить постоянную компоненту. Это и есть напряжение, создаваемое вращением Земли. Оно прекрасно совпало с расчетом: для цилиндра длиной 30 см и диаметром 1,6 см составило 17±1,5 мкВ и 13,7±7,2 мкВ соответственно. Для контроля взяли сплошной цилиндр из феррита, и у него никаких различий напряжения при разных ориентациях цилиндра на было, один эффект Зеебека.
Что же дальше? Человечество стоит на пороге энергетической революции, когда энергию удастся черпать из поистине бездонного источника? Расчет ведь показывает, что если изымать столько энергии вращения Земли, сколько сейчас расходует цивилизация, то день на планете станет расти всего на 1 миллисекунду за десятилетие, что меньше естественного размаха колебаний продолжительности дня. Исключать революцию нельзя. Однако для этого нужно перво-наперво убедиться в существовании эффекта, то есть добросовестно воспроизвести его в другой лаборатории. Ну а в случае успеха — улучшать конструкцию и подбирать более совершенный материал для такого вечного энергетического цилиндра.
С. Анофелес
Купить номер или оформить подписку на «Химию и жизнь»: https://hij.ru/kiosk2024/
Благодарим за ваши «лайки», комментарии и подписку на наш канал
– Редакция «Химии и жизни»