Áram nyerhető a Föld forgásából?

A Princeton Egyetem és a California Institute of Technology munkatársai fejéből egy évtizede pattant ki egy különös ötlet, amely szerint a bolygó mágneses terét használva elektromos áram termelhető a Föld forgásából. Thomas és Christopher Chyba, illetve Kevin Hand egy fizikai szaklapban közölt tanulmányukban arról számoltak be, hogy az általuk épített eszköz igazolta az elméletüket, amikor 17 mikrovoltot termelt.

Évszázados megfigyelés, hogy egy rúdmágnes hossztengelye mentén elforgatva maga a mágneses mező nem forog. A Föld esetében ez a jelenség komplikáltabb, mivel a pólusok közé húzható tengely és a forgástengely nem ugyanaz. A jelenség itt úgy érvényesül, hogy mágneses mezejének forgástengelyével párhuzamos része nem forog. Az elektromágnesesség egyik alapesete, hogy egy mágneses mezőben mozgó, elektromosan vezető tárgyban elektromos áram keletkezik. Ebből az következik, hogy a felszínen elhelyezkedő statikus vezető, ami a bolygóval együtt mozog, a Föld mágneses mezejének statikus részéhez képest áramot generálhat.

Chris Chyba eredetileg a bolygók mágneses mezejében mozgó holdak belsejét felmelegítő mechanizmussal kapcsolatban vizsgálódott, amikor eszébe jutott, hogy mi történhet a bolygó felszínén. A gondolatmenetből következő ötletet még 2016-ban publikálták. A fogadtatás meglehetősen szkeptikus volt, a szakma úgy vélte, lehet benne valami, de az így termelt elektromosság annyira elenyésző, hogy az elektronok visszarendeződésével tényleg el is enyészik.

A számítások és a mérések is ezt igazolták. A laboratóriumban vizsgált fém tárgy másodpercenként 350 méteres sebességgel mozgott egy 45 mikrotesla erejű mezőben, ami 10 millinewton/coulomb erőt generált. A keletkező 10 millivoltos elektromágneses mező pont kioltotta a mágneses erőt. A hagyományos megközelítésen alapuló szakvélemény tehát igaznak bizonyult.

Mégis mozog a Föld

A feltalálók azonban nem hagyták magukat, úgy gondolták, hogy megkerülhető az az előfeltevés, hogy az elektronok minden esetben visszarendeződnek. Megpróbáltak olyan eszközt tervezni, amiben a megfelelő tulajdonságú és topológiájú, puha mágnesezhető anyaggal megkerülhető a korlát. 

A fejlesztés eredménye egy 30 centiméter hosszú 2 centiméter átmérőjű mangán-cink cső lett, amelyet egy mágneses gyenge vezető mágneses szigeteléssel vettek körül. Az eszközt ezután a bolygó mágneses erővonalaira merőleges (vízszinteshez képest 57 fokos) szögbe állították és – miután a fotoelektromos hatás elkerülése érdekében leoltották a villanyt – mérni kezdtek.

Miután a mérésekből kiszűrték a Seebeck-effektust, ami a cső két vége közötti hőmérséklet különbség által okozott feszültség, maradt egy 17 mikrovoltos jel, ami a szakemberek szerint a Föld mágneses mezejéből származott. Utóbbit az támasztotta alá, hogy csak az eszközt a megfelelő szögbe állítva volt mérhető.

A csapat egy sor más eszközt, sőt tömör mangán-cink hengert is kipróbált, de egyik esetben sem találkoztak hasonló eredménnyel. A Nature magazin az arányok kedvéért kiemelte, hogy 17 mikrovolt az töredéke annak, ami két idegsejt között egyetlen jel átadásakor felszabadul. Chyba szerint ugyanakkor nincs olyan ok, ami kizárná, hogy az eszközt hasznos energia termelésére alkalmazzák, nagyobb léptékben, optimalizálással, több cső sorba kötésével. A kutató számításai szerint, ha 

a civilizáció 11 ezer milliárd wattos energiaigényének fedezésére, az a következő évszázadban 7 ezred másodperccel lassítaná a bolygó forgását. Chyba emellett arra kérte kollégáit, hogy reprodukálják az eredményt.

A vélemények megoszlanak: Carlo Rovelli olasz elméleti fizikus, számos népszerű ismeretterjesztő könyv szerzője nyitott volt arra, hogy működhet. Az ausztrál Griffith Egyetem mikroelektronikai szakértője, Yong Zhu ugyanakkor nem látta elegendőnek a bizonyítékokat és szerinte a mikrovoltos jelet az anyagban keletkező más feszültség is okozhatja. 

(Interesting Engineering, Nature, Phys.org, Physics Magazine)