Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

bølger

Oprindelige forfattere EBuc, Elbek, KM og OWD Seneste forfatter Redaktionen

Bølger. Afbøjning af bølgetog, som løber ind mod en strand med jævnt hældende bund. De stiplede linjer angiver bølgeretningen, mens de fuldt optrukne linjer angiver bølgekamme. Bemærk, hvorledes vinklen θ2 er mindre end θ1.

Bølger. Afbøjning af bølgetog, som løber ind mod en strand med jævnt hældende bund. De stiplede linjer angiver bølgeretningen, mens de fuldt optrukne linjer angiver bølgekamme. Bemærk, hvorledes vinklen θ2 er mindre end θ1.

bølger, en række fænomener, hvorved der i rummet sker en tidsvarierende forstyrrelse af en fysisk størrelse bort fra ligevægt. Bølger på havet ændrer fx hele tiden vandets højde i forhold til den uforstyrrede overflade. I en elektromagnetisk bølge (fx lys, radiobølger) sker der hurtige ændringer i den elektriske og magnetiske feltstyrke, som forplanter sig gennem rummet. Andre eksempler er lydbølger i luft eller faste stoffer samt bølger på strenge og membraner.

Trods fænomenernes helt forskellige karakter er der fælles træk, som berettiger, at de alle kaldes bølger. For en regelmæssig (periodisk) bølge er bølgelængden λ afstanden fra bølgetop til bølgetop; svingningstiden T er den tid, det varer, før bølgen gentager sig på et bestemt sted; frekvensen er antal svingninger pr. tidsenhed, altså lig med 1/T, og fasehastigheden v er hastigheden af en bølgetop. Der gælder den vigtige ligning λ = vT.

Fasehastigheden afhænger af bølgetypen og af omgivelserne. Elektromagnetiske bølger i vakuum har altid lysets hastighed c. Lydbølger i luft har en hastighed på ca. 340 m/s, afhængigt af temperaturen. For nogle bølger, fx vandbølger, afhænger fasehastigheden af frekvensen. Hastigheden af et signal (gruppehastigheden) er da forskellig fra fasehastigheden. Man siger, at bølgen viser dispersion.

Annonce

En bølges amplitude er dens største udsving fra ligevægt. Energistrømmen i en bølge er proportional med kvadratet på amplituden. Ændringer (modulationer) af en bølges amplitude eller frekvens danner grundlaget for megen kommunikation.

Uafhængige bølger, som mødes (superponeres) i rummet, giver interferens, så de enten forstærker eller svækker hinanden. Ved en grænseflade mellem to medier kan en bølge brydes eller reflekteres; interferens mellem den oprindelige og den reflekterede bølge kan da skabe en stående bølge, som svinger uden at udbrede sig.

Matematisk beskrives alle bølger ret ens. I én dimension således ved en bølgefunktion f(x,t), som er en funktion af sted og tid og løsning til en bestemt differentialligning, bølgeligningen. Særlig betydning har harmoniske bølger, som beskrives ved rene sinus-funktioner. Efter et teorem af J. Fourier (jf. fourieranalyse) kan alle bølger opbygges af harmoniske bølger.

Oceane bølger

Bølger.

Bølger.

Bølger på havets overflade er det mest synlige udtryk for dynamikken i oceanerne og har altid fascineret mennesket; fx har Aristoteles beskrevet sammenhængen mellem vind og bølger. Bølger dannes på grænsefladen mellem to stoffer med forskellig massefylde, ved at de strømmer forbi hinanden med forskellig hastighed, som fx når vinden blæser hen over havoverfladen; men også på grænsefladen mellem brakvand og saltvand kan der opstå bølger; disse kaldes interne bølger. Vinden er den primære kraft ved dannelse af oceane bølger, men også jordskælv eller de periodiske påvirkninger fra solen og månen er bølgegenererende kræfter. Oceane overfladebølger deles op i følgende kategorier:

Kapillarbølger; de første krusninger på havoverfladen, når det blæser op. Bølgelængden er mellem 1 og 10 cm.

Korte bølger eller dybvandsbølger; bølger, hvis bølgelængde er mindre end to gange vanddybden. Disse bølgers fasehastighed er afhængig af bølgelængden, hvilket betyder, at bølger med størst bølgelængde bevæger sig hurtigst, dvs. bølgerne er spredende, dispersive. Bølgerne med næsten samme bølgelængde slår sig sammen i grupper, der bevæger sig med en hastighed, kaldet gruppehastigheden, som er lig en halv gang fasehastigheden.

Bølger. Høje bølger ved Reykjanestá på Islands sydkyst.

Bølger. Høje bølger ved Reykjanestá på Islands sydkyst.

Lange bølger eller lavvandsbølger; bølger, hvis bølgelængde er større end 20 gange vanddybden. Fasehastigheden varierer med vanddybden, men ikke med bølgelængden, dvs. bølgerne er ikke-spredende, non-dispersive.

Tsunami; lange bølger genereret ved undersøiske jordskælv. De bevæger sig over lange afstande og kan anrette store ødelæggelser, når de rammer land.

Seiches; stående bølger i et indelukket havområde.

Tidevandsbølger; bølger dannet ved tiltrækning fra Solen eller Månen.

Når bølger nærmer sig land (aftagende vanddybde), afbøjes de pga. hastighedsforskelle forårsaget af forskellig vanddybde, således at bølgetoppene ordner sig parallelt med kysten. Endvidere aftager bølgelængden, og bølgehøjden øges. Når forholdet mellem bølgehøjde og bølgelængde bliver ca. 1/7, bryder bølgen. Den største pålideligt observerede bølgehøjde er 34 m.

Bølgeenergi

Bølger. Bølgeenergi kan udnyttes af anlæg på forskellig vanddybde: kystnære anlæg med svingende vandsøjle (Oscillating Water Column, OWC); stramt forankrede flydere, som via forbindelse til havbunden aktiverer pumper, der driver turbiner og generatorer; på store vanddybder systemer, hvori relative bevægelser mellem konstruktionsdele aktiverer computerstyrede hydrauliksystemer og generatorer.

Bølger. Bølgeenergi kan udnyttes af anlæg på forskellig vanddybde: kystnære anlæg med svingende vandsøjle (Oscillating Water Column, OWC); stramt forankrede flydere, som via forbindelse til havbunden aktiverer pumper, der driver turbiner og generatorer; på store vanddybder systemer, hvori relative bevægelser mellem konstruktionsdele aktiverer computerstyrede hydrauliksystemer og generatorer.

Bølgeenergi i havets bølger opstår, når vinden strejfer havets overflade, idet der tilføres energi til bølgerne, når vinden "skubber" på luvsiden og "suger" på læsiden af bølgen (en slags sejlvirkning). Bølgerne bliver stejlere og brydes til længere og hurtigere bølger. Processen fortsætter, indtil størsteparten af bølgetoppene bevæger sig med næsten samme hastighed som vinden.

Bølgeenergi angives som en middeleffekt per meter bølgefront. Den årlige middelværdi er stigende fra de ækvatoriale havområder mod de isfri have i nord og syd. I Atlanterhavet er fx målt 20 kW/m ud for Portugal og 50 kW/m ud for Skotland. I den danske del af Nordsøen er målt 5-15 kW/m voksende med afstanden til Jyllands vestkyst og vanddybden.

Den første videnskabelige artikel om bølgeenergi blev publiceret i USA 1892, og i dansk litteratur blev nyttiggørelsen af bølgeenergi første gang beskrevet i Henrik Pontoppidans Lykke-Per (1898-1904).

Energikrisen i 1973 satte fokus på vedvarende energiforsyning, herunder bølgeenergi, og det første internationale symposium om emnet blev afholdt i Göteborg i 1979. Her præsenteredes bl.a. målinger udført af Stephen Salter fra Edinburgh University, som viste, at bølgeenergimaskinen "Salters Duck" kunne omforme næsten 100 % af en bølges energi, således at havet blev praktisk taget helt fladt bag konstruktionen.

Bølgeenergimaskiner opdeles i tre typer: kystnære, offshore stramt forankrede og offshore slapt forankrede. 1980-94 blev tre større bølgeenergi-kraftværker bygget nær kysten på 10-20 m dybt vand. I Sakata Port i Japan, på øen Islay vest for Skotland samt ved havnen Port Vizhindrdram i Indien opførtes anlæg, som står fast på havbunden og er af typen svingende vandsøjle (Oscillating Water Column, OWC). Den fungerer som en omvendt kop, der har undersøisk åbning ned mod havet og indeholder både luft og vand. Bølgerne sætter den indesluttede vandmængde i svingninger, og den ovenliggende luft i konstruktionen blæses ind og ud gennem en luftturbine, der driver en generator, som producerer strøm. På dybere vand (40-60 m) har flydere, forbundet via pumper til konstruktioner på havbunden, været afprøvet. Den op- og nedadgående bevægelse i forhold til havbunden aktiverer pumper, der forsyner turbiner eller en hydraulikmotor, som driver en elgenerator. Et 45 kW forsøgsanlæg blev i 1989 afprøvet ud for Hanstholm.

På meget store vanddybder kan benyttes principper som fx Salters Duck, der ikke når havbunden, men flyder frit og udnytter relative bevægelser mellem forskellige dele af konstruktionen til at aktivere pumper, turbiner og generatorer.

Flere forskellige udviklingslinjer inden for udnyttelsen af bølgeenergi har været afprøvet i mindre skala i Danmark, og adskillige testanlæg er anlagt.

I dag findes bølgeenergianlæg i bl.a. Norge, Australien, USA og Storbritannien.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Elisabeth Buchwald, Bent Elbek, Kim Minke, Ove W. Dietrich: bølger i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 23. januar 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=53047