كيف يمكن استغلال الموجات الصوتية في تحويل طاقتها لطاقة حرارية؟

قد لا يعرف البعض أنّ الموجات الصوتية تولِّد دائمًا القليل من الحرارة أثناء انتقالها، وينتهي بها الأمر كطاقة حرارية عند امتصاصها، أي بإمكاننا توليد الحرارة من الموجات الصوتية، فكلا الحرارة والصوت وصف دقيق لحركة الذرات والجزيئات، فالصوت هو الحركة المنتظمة للذرات والجزيئات على هيئة موجات سريعة، والحرارة تمثل الحركة غير المنتظمة والعشوائية للذرات والجزيئات.

فهل بإمكاننا تحويل طاقة الموجات الصوتية إلى طاقة حرارية؟ كل ما عليك فعله لتحويل الصوت إلى حرارة هو تغيير بعض من الحركة المنتظمة للذرات والجزيئات إلى حركة غير منتظمة، وغالبًا ما يمكن تحقيق ذلك عندما تواجه الموجات الصوتية انحرافًا وتشتتًا أثناء انتقالها، فعلى سبيل المثال، تتداخل جزيئات الغبار الموجودة في الهواء بشكل عشوائي مع الحركة الاهتزازية لبعض جزيئات الهواء التي تشكل الموجة الصوتية، وتفسد بعضًا من الحركة المنتظمة، وبالتالي يتحول بعض الصوت إلى حرارة.

بالإضافة إلى ذلك، تُعتبر حركة جزيئات الهواء مضطربة إلى حد ما، أي أن الهواء الذي ينتقل عبرهُ الصوت يحتوي فعلًا على قدْر من الحرارة، وعندما تتحول بعض الموجات الصوتية إلى حرارة، تصبح حركة جزيئات الهواء أكثر اضطرابًا وتزداد كمية الحرارة.

 باختصار، تولِّد الموجات الصوتية في المجمل قليلًا من الحرارة، فلا يمكنك رفع مستوى الصوت في مكبرات الصوت لتسخين حرارة غرفتك أو الصراخ في وعاء الحساء لتسخينه، لأنّ كمية الحرارة الناتجة قليلة جدًا على نحو لا يمكن ملاحظته.

على الرغم من أنّ مبدأ التحويل معقد قليلًا، إلا أنّ التنفيذ العملي بسيط نسبيًا ويحتاج تقنية متقدمة لإتمامه، ويُعتبر مشروع THATEA الذي يموله الاتحاد الأوروبي أحد التطبيقات العملية التي تبحث في مجال التكنولوجيا الصوتية الحرارية وتقييم جدواها، وهذا المشروع هو أول مبادرة حرارية صوتية على الصعيد الأوروبي، ويضم شركتي Heykom و ASTER ومعهدين بحثيين وثلاث مجموعات أكاديمية رائدة لإجراء الدراسة.

جرى تطوير نظام حراري صوتي يتكون من محرك ينتج طاقة صوتية من الحرارة ومضخة توظف الطاقة الصوتية لضخ الحرارة ويحيط بها جهاز يولد رنينًا، فينتج المحرك قوة صوتية من الحرارة ثم تستخدم المضخة الحرارية هذه القوة لضخ الحرارة، ويمكن استخدام هذه الحرارة في توليد أنواع مختلفة من الطاقة كالكهربائية، والجدير بالذكر أنَّ هذا المشروع يهدف إلى توليد الطاقة بصورة نقية وتكلفة بسيطة، فالجهاز يعمل بالطاقة الحرارية التي يمكن استمدادها من مصادر الطاقة المتجددة كالشمس، ما قد يكون خطوة مهمة في عالم استدامة موارد الطاقة والحفاظ عليها.