진동에너지

진동에너지(vibration energy)는 진동을 발생하고 있는 물체가 보유하고 있는 에너지를 말한다. 운동 에너지와 변형 에너지의 합으로서 나타내어진다.

우리가 보는 만물은 만져지는 실체이고 작은 입자의 모임이지만 그 입자를 쪼개고 쪼개서 미시세계로 들어가 보면 놀랍게도 입자는 사라지고 진동하는 에너지만 남는다. 이것은 20세기 과학의 새로운 영역인 양자역학이 발전하면서 밝혀졌다. 양자역학에 의해 우리는 모든 만물의 본질이 파동이라는 것을 알게 되었다. 우주 만물은 진동하는 에너지이며 우리가 들을 수 있거나 들을 수 없는 아름다운 파동의 소리를 내고 있다. 이러한 파동의 원리는 '파동의학'이나 '동종요법' 그리고 '음악치료(Music therapy)' 등의 다양한 방면에 활용되고 있다.

진동하고 있는 모든 만물은 각각 고유의 진동수 파동을 지니고 있다. 만물의 고유한 특성은 바로 이 진동의 차이에서 비롯된다. 사람도 제각기 고유한 진동을 가지고 있으며 인체도 진동하는 에너지의 집합인 셈이다. 인체의 장기인 심장이나 간 등도 고유의 파동을 가지고 있고 뇌도 감정 상태에 따라 다양한 파동을 나타낸다.

에너지 하베스팅

에너지 하베스터의 구조 (위) 자가 튜닝 에너지 하베스터의 특성을 보여주는 그래프 (아래) (한국과학기술연구원 제공)

에너지 수확 기술이라 불리우는 에너지 하베스팅이란 일상에서 버려지거나 새어 나오는 진동, 열과 같은 에너지를 흡수해 전기 에너지로 재활용하는 자가발전 기술을 말한다. 이러한 에너지 하베스팅은 배터리나 전원선 없이 주변 에너지로 자가발전하는 '소자'를 가능하게 해준다. 특히 사물인터넷과 같이 무선으로 동작하는 전기기기에서 배터리 대신 독립 전원으로 유용하게 활용할 수 있다. 열, 압력 외에 자동차·기차·산업현장에서 발생하는 진동 또한 에너지 하베스팅 기술로 전기에너지를 생산할 수 있다. 효율을 높이기 위해서는 작은 진동으로부터 최대한의 전기에너지를 생산해 저장해야 한다. 이를 위해 '공진'(Resonance) 현상을 활용할 수 있다.

공진(Resonance)이란, 물체의 고유진동수와 외부에서 가해지는 진동수가 일치하게 될 때 크게 흔들리는 현상을 말한다. 이 세상이 모든 물체는 고유 진동수를 갖고 진동하고 있는데, 그 진동수에 해당하는 전파나 파동을 흡수하는 성질을 갖고 있다. 일반적으로 진원지에서 멀어질수록 진동이 약해지지만, 공진현상이 일어나면 진원지에서 멀어질수록 진동이 강해지는 것이 특징이다. 고음의 노랫소리에 유리잔이 깨지는 것도 유리잔의 진동수와 노랫소리의 진동수가 일치하며 강력한 힘이 발생하는 공진현상에 의한 것이다.

자동공진 튜닝 에너지 하세스터

우리 주변의 진동들은 모두 다른 성질과 부피에 따라 각각 다른 범위의 진동수를 갖고 있다. 그러나 기존의 에너지 하베스터는 하나의 고유한 진동수를 가지고 있었기에 설치할 때마다 고유 진동수를 환경에 맞게 튜닝하여 공진을 유도해야 한다는 불편함이 있었다. 이를 해결하기 위해 국내 연구진들은 진동수를 맞추기 위한 전기장치 없이도 주변 진동수에 스스로 튜닝될 수 있는 특별한 구조로 되어 있는 '자동 공진 튜닝 에너지 하베스터'를 개발했다.

'자가 공진 튜닝 에너지 하베스터' 내부에는 자율적으로 움직이는 추를 부착되어 있는데, 추가 주변의 진동을 감지하면 스스로 다른 위치로 이동하여 에너지 하베스터로 하여금 외부환경의 진동과 같은 진동수를 맞추는 것이다. 이러한 자가 공진 튜닝 에너지 하베스터는 다양한 진동과 공진할 수 있게 되면서, 기존의 하나의 고유진동수를 가지는 소자보다 공진할 수 있는 주파수 대역을 1400%이상 향상시키는 결과를 얻었다.

참고자료

• 〈진동 에너지〉, 《토목용어사전》
• 이제염오, 〈우주 만물은 진동하는 에너지〉, 《네이버 블로그》, 2021-06-10
• 김승준 기자, 〈알아서 효율 높이는 똑똑한 '진동 에너지 수확' 기술 개발〉, 《뉴스1》, 2020-09-01
• 한국전기안전공사, 〈생활 속에서 일어나는 진동으로 전기를 생산한다.〉, 《네이버 블로그》, 2020-11-12

같이 보기

• 운동에너지
• 변형에너지
• 공진

이 진동에너지 문서는 에너지에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

산업 : 산업, 산업혁명, 기술, 제조, 기계, 전자제품, 정보통신, 반도체, 화학, 바이오, 건설, 유통, 서비스, 에너지 □■⊕, 전기, 소재, 원소, 환경, 직업, 화폐, 금융, 금융사, 부동산, 부동산 거래, 부동산 정책, 아파트, 건물, 토지 에너지 SMR • 가속운동 • 가시광선 • 가열 • 각속도 • 감마선 • 감속운동 • 강력 • 고압 • 고온 • 고전역학 • 관성력 • 관성모멘트 • 광선 • 광속 • 광전자 • 광전효과 • 광합성 • 기압 • 냉각 • 냉방 • 뉴턴 • 대류 • 대체에너지 • 동력 • 동력원 • 라디오파 • 마이크로파 • 마찰 • 마찰계수 • 마찰력 • 마찰에너지 • 만유인력 • 만유인력의 법칙 • 무중력 • 물리에너지 • 바이오에너지 • 발열 • 발열반응 • 발화 • 방사선 • 방열 • 베타선 • 복사 • 복사선 • 복사에너지 • 부력 • 불 • 블루에너지 • 빛 • 빛에너지 • 삼투압 • 생물에너지 • 석유에너지 • 석탄에너지 • 섭씨 • 소리에너지 • 소수력 • 속력 • 수력 • 수력에너지 • 수소에너지 • 수압 • 수열 • 수열에너지 • 수직항력 • 신생에너지 • 신에너지 • 신재생 • 신재생에너지 • 알짜힘(합력) • 알파선 • 압력 • 압축응력 • 약력 • 양극선 • 양자역학 • 에너지 • 에너지밀도 • 에너지보존법칙 • 에너지원 • 에너지 효율 • 엑스선 • 엔트로피 • 역반응 • 역파장 • 역학적 에너지(기계에너지) • 열 • 열대류 • 열량 • 열복사 • 열분해 • 열에너지 • 열역학 • 열전도 • 열전도도 • 열전도율 • 열절연 • 열팽창 • 열팽창계수 • 열효율 • 온도 • 온도차 • 왕복에너지 • 왕복운동 • 운동에너지 • 원운동 • 원자력 • 원자력에너지 • 위치에너지 • 음극선 • 응력 • 인공태양 • 인장응력 • 인화 • 입자선 • 자외선 • 자유낙하 • 작용 • 재가열 • 재생에너지 • 저온 • 저압 • 적외선 • 전기에너지 • 전도 • 전자기력 • 절대온도 • 정반응 • 정지에너지 • 조력 • 조력에너지 • 조류에너지 • 줄 • 줄의 법칙 • 중력 • 중력에너지 • 지열 • 지열에너지 • 직사광선 • 직선운동 • 진동 • 진동에너지 • 진자 • 진자운동 • 천연에너지 • 청정에너지 • 친환경에너지 • 칼로리 • 탄성 • 탄성에너지 • 태양 • 태양광 • 태양광에너지 • 태양에너지 • 태양열 • 태양열에너지 • 텐서 • 파동 • 파력 • 파력에너지 • 파워 • 파장 • 폐기물에너지 • 폭발 • 풍력 • 풍력에너지 • 풍압 • 항력(드래그포스) • 해양에너지 • 핵반응 • 핵분열 • 핵분열에너지 • 핵붕괴 • 핵에너지 • 핵융합 • 핵융합에너지 • 화력 • 화씨 • 화학 • 화학에너지 • 회전 • 회전수 • 회전에너지 • 회전운동 • 흡열 • 흡열반응 • 힘 발전 교류발전기 • 마이크로 수력발전 • 물레방아 • 박테리아 발전소 • 발전 • 발전기 • 발전소 • 발전효율 • 변전소 • 비상발전기 • 소수력발전 • 소수력발전소 • 소형모듈원전(SMR) • 수력발전 • 수력발전소 • 원자력발전 • 원자력발전소 • 조력발전 • 조력발전소 • 조류발전 • 조류발전소 • 지열난방 • 지열발전 • 지열발전소 • 직류발전기 • 태양광발전 • 태양광발전소 • 태양광패널 • 태양열발전 • 태양열발전소 • 파력발전 • 파력발전소 • 풍력발전 • 풍력발전소 • 풍차 • 해양 온도차 발전 • 핵융합발전 • 핵융합발전소 • 화력발전 • 화력발전소 • 회전축 연료 CNG • LNG • LPG • 가스 • 가스충전소 • 가연성 • 갈탄 • 개질수소 • 경유(디젤) • 경질유 • 고급휘발유 • 고압가스 • 고체연료 • 그레이수소 • 그린수소 • 기체연료 • 나무 • 난방연료 • 두바이유 • 등유 • 땔감 • 면세유 • 무연탄 • 무연휘발유 • 바이오 • 바이오가스 • 바이오디젤 • 바이오매스 • 바이오에탄올 • 바이오연료 • 방사성물질 • 배기가스 • 배출가스 • 번개탄 • 부생수소 • 분별증류 • 뷰테인(부탄) • 브라운수소 • 브렌트유 • 블루수소 • 석유 • 석유화학 • 석탄 • 셰일가스 • 셰일오일 • 수소 • 수소연료 • 수소전기 • 순도 • 숯(목탄) • 압축가스 • 액체연료 • 액화가스 • 역청탄 • 연료 • 연료첨가제 • 연료화 • 연비 • 연소 • 연탄 • 오일샌드 • 오일셰일 • 옥탄가 • 용해가스 • 원유 • 유사경유 • 유연탄 • 유연휘발유 • 윤활유 • 일반휘발유 • 장작 • 점화 • 정유 • 정제 • 조개탄 • 주입 • 중유 • 중질유(中質油) • 중질유(重質油) • 증류 • 질소산화물 • 천연가스 • 천연자원 • 친환경연료 • 코크스 • 타르 • 텍사스유 • 프로페인(프로판) • 합성경유 • 핵연료 • 혼유 • 혼합가스 • 혼합기체 • 혼합연료 • 화석연료 • 화재 • 휘발유(가솔린) 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반