Experiment bestätigt Stromerzeugung durch Erdrotation

Forscher der Princeton University haben experimentell nachgewiesen, dass die Erdrotation durch ihr Magnetfeld elektrische Energie erzeugen kann. Die Ergebnisse stützen ein theoretisches Modell, das langjährige Annahmen über die Unpraktikabilität der Nutzung von Rotationsenergie aus dem Erdmagnetfeld in Frage stellt.

Ein Team der Princeton University, darunter Christopher Chyba, Kevin Hand und Thomas Chyba, hat durch Experimente gezeigt, dass die Rotation der Erde elektrische Energie erzeugen kann, wenn sie sich durch ihr eigenes Magnetfeld bewegt.

Fast 200 Jahre lang glaubten Wissenschaftler, dass die Erdrotation durch ihr Magnetfeld nicht zur kontinuierlichen Stromerzeugung genutzt werden könne.

Diese Idee geht auf Michael Faradays Experimente im Jahr 1832 zurück. Ein bekanntes Argument besagt, dass ein an der Erde befestigter Leiter keine elektrische Nettokraft durch die Erdrotation spürt. Zahlreiche Studien haben diese Ansicht im Laufe der Zeit bestätigt.

Chyba und Hand schlugen vor, dass Standardannahmen unter bestimmten Bedingungen möglicherweise nicht zutreffen. Ihr Ansatz basiert auf der Verwendung einer zylindrischen Hülle aus magnetisch durchlässigem Material. Damit dies funktioniert, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein.

Erstens muss die Form des Systems eine von Null verschiedene Rotation der Magnetkraft erzeugen. Zweitens muss das Material eine stärkere magnetische Diffusion als den magnetischen Fluss zulassen, was der Fall ist, wenn die magnetische Reynoldszahl kleiner als eins ist.

Ein Laboraufbau auf einem schwarzen Rollwagen besteht aus einer Plexiglasplattform mit einem Mangan-Zink-Ferrit-Zylinder, der mit Multimetern zur Messung der Erdrotationsspannung verbunden ist. Im Hintergrund sind eine Plane und eine Betonwand zu sehen. Bildnachweis: American Physical Society

Die Forscher überprüften ihre Hypothese anhand einer zylindrischen Hülle aus Mangan-Zink-Ferrit (MnZn), einem weichmagnetischen Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher magnetischer Permeabilität. Die Hülle wurde auf einem nichtleitenden Drehteller montiert, wodurch ihre Ausrichtung relativ zur Erdrotation und zum Magnetfeld präzise gesteuert werden konnte.

Spannung und Temperatur wurden über längere Zeiträume mit digitalen Multimetern überwacht. Um das experimentelle Rauschen zu minimieren, filterte das Team potenzielle Störquellen wie thermoelektrische Effekte, 60-Hz-Netzoberwellen und Hochfrequenzstörungen heraus.

Zu den Ergebnissen ihres Experiments gehören:

1. Gleichspannung und Gleichstrom werden nur beobachtet, wenn die Längsachse der Schale sowohl zum Rotationsvektor als auch zum Magnetfeld der Erde orthogonal ist.
2. Durch Drehen des Gerätes um 180° kehrte sich das Vorzeichen der Spannung um.
3. Ausrichtungen, die parallel zum Rotationsvektor oder Magnetfeld der Erde ausgerichtet waren, erzeugten keine messbare elektromotorische Kraft (EMK) oder Strom.
4. Eine Kontrollprobe aus einem massiven Ferritzylinder (a = 0), der ansonsten in Größe und Material identisch war, erzeugte in allen Ausrichtungen eine Nullspannung.
5. Eine MuMetal-Hülle erzeugte keinen Strom, was die Schlussfolgerung stützt, dass magnetische Diffusion erforderlich ist.
6. Die von ihnen gemessene Spannung und Stromstärke stimmten mit den Vorhersagen der Theorie überein.

Um ortsspezifische Störungen auszuschließen, wurde das Experiment an einem zweiten Standort wiederholt, was die ersten Ergebnisse bestätigte. Die resultierenden Messungen stimmten mit den Vorhersagen eines detaillierten Modells überein, das die magnetische Reynoldszahl (Rm) berücksichtigt, eine dimensionslose Größe zur Charakterisierung des Verhaltens von Magnetfeldern in bewegten leitfähigen Medien.

Dabei spielt die Form der Schale eine wichtige Rolle, da sie ein stetiges Ungleichgewicht der elektromagnetischen Kräfte erzeugt. Dies liegt daran, dass sich die Elektronen nicht frei bewegen können, um die Kraft, die durch die Bewegung der Schale durch das Magnetfeld entsteht, auszugleichen.

Das Experiment basiert auf der Nutzung von Energie aus der Erdrotation, um durch magnetisches Bremsen, das das Magnetfeld des Planeten einbezieht, Energie zu erzeugen. Berechnungen zeigten, dass die Erdhülle an Kraft gewinnt, während die Erde einen winzigen Teil ihrer Rotationsenergie verliert. Diese Energie ist jedoch so gering, dass sie keinen spürbaren Einfluss auf die Erdrotationsgeschwindigkeit hat.

Es geht auch auf frühere Einwände und negative Ergebnisse früherer Studien ein (Veltkamp und Wijngaarden, 2022), indem gezeigt wird, dass solche Aufbauten die für das Auftreten des Effekts erforderlichen Bedingungen nicht erfüllten. Das aktuelle System erfüllt sowohl die geometrischen als auch die materiellen Anforderungen für die Spannungserzeugung.