声能发电--论文.doc

声能发电 张国辉1 陈方云1 （贵州省 贵阳市 贵州师范大学 机械与电气工程学院 电气自动化技术 邮编：550059） Zhang GuoHui1 Chen FangYun1 （Guiyang City, Guizhou Province, Guizhou Normal University, Mechanical and Electrical Engineering, Institute of Electrical Automation Technology， Postal Code: 550059） 摘要：声音是一种机械纵波，波是能量的传递形式。我们应用必威体育精装版发现纳米压电材料对声波的敏感性、流体材料对声音的热生效应,这两种技术将声波中蕴含的能量转化为电能。为电子产品等电器供电，为解决能源问题提供新的方向。 关键词：声音 声能 发电 21nm纳米压电材料 热声效应 流体材料 引言： 能源问题是全球性问题，能源的短缺迫使人类去开发新的能源来取代不可再生能源。光能、太阳能、风能等是新型可再生能源。而对于我们身边随处都有的声音，它也是一种能源，我们也能用其来发电，为解决能源问题提供另一种发展方向。 本论文将围绕声源的采集、声能转化为电能的过程、声能转化为电能的应用前景做一些阐述与构想。 1、声音中蕴含着能量 能源是人类赖以生存与发展的物质基础，并且随着生产力的发展和科学技术的进步。人类对能源的需求越来越大。可是现在我们的石油、煤炭等的能源正趋于枯竭，而且在使用过程中产生了大量的污染和公害，不但这些。能源问题还诱发了不少国家，地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。所以面对能源我们必须提出未来的发展模式——可持续发展模式。即指提高能源效率，优化能源结构，加强环境保护；依靠科技力量开发利用新能源和可持续能源。 目前，已投入使用的新型能源有：光能、风能、太阳能、核能。虽然这些能源都是清洁能源，且用之不竭。但由于现有技术的限制，不能低成本高效率的利用这些能源。在技术成熟之前，我们唯有去发现和开发一些其他清洁可再生能源，为全球能源紧张减压。 我们都知道声音中蕴含着能量，声音的能量是以声波的形式在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡位子附近往复运动、产生动能。另一方面又使媒质产生压缩和膨胀，生成的压缩和膨胀的疏密过程，使媒质具有形变的势能。 面对我们身边无处没有的声能，我们何不将它利用起来呢？ 2.声音的采集与转换 压电材料当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化。而晶体表面电荷面密度等于极化程度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。利用压电材料的这种特性可实现压力（如声波压力）与电能的相互转换。即压电晶片会把声音振动转变为电流的变化，声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，形成电流。 声音发电是利用必威体育精装版材料——纳米压电材料，它是压电材料的纳米级别产物。当材料缩小到纳米级尺寸时，它们的某些性能特征出现了极大的变化。经研究发现厚度为21纳米左右的压电材料转换声波的能力最强。能够将声波能量转换电能的效率提高百分之百，而且由于纳米材料的敏感性，比21纳米大或小的其他级别纳米材料都不能达到这么高的能量转换效率。 声能的采集装置可以设置成类似卫星电视信号接收器形状，其外壳由21纳米左右的压电材料组成。当声源离接受装置不是很远、声源不集中时，采用这种采声方式，能很好的收集周围的声波。此装置可安装在人流较大、声源丰富的公共场合。例如，在交通比较繁忙的路段上安装这种发电装置，利用汽车在行使过程中发出的各种声音和行人的交谈声，将其转化为电能，为附近的一些路灯提供电能；还有在人们生活比较集中的商场、广场、菜市场等较大的公共场所，都可安装此发电装置，为其中的照明灯等电器供电。 另一种采声装置可以设置成片状的，利于近声源的采集。例如在手机话筒外壳位置上安装上一块纳米压电材料的接收器，其就能将人的说话声转化为电能，给手机电池充电；这种方式的应用还有很多，在在火车运行过程中，铁轨与火车间的碰撞会产生很大的声响，可以在其中的适当位置安装一个声能采集器，将声能转化电能给列车的部分电器供电，节省能源；飞机在飞行过程中会发出巨大轰鸣声，我们也能就能将其转化电能，增大飞机的航程。 有了这些，那我们就可以获取所转化的电能。那到底能产生多少的电呢？能不能供应生活中的一些电器用电呢？我们不妨来计算一下。 用单位时间流经某处单位面积介质的能量的平均值（一个周期内）来表示这个地方的能量（强度）。计算声音的能量[强度]的公式为P*W*W*U*A*A/2。P为介质密度，W为声音频率，A为振幅，U为波速。声音能量的单位是W/m*m即瓦特每平方米。推导