潮汐效應

潮汐效應是在月球和地球之間引力作用下， 海水周期性漲落的現象。

基本介紹

• 中文名：潮汐效應
• 外文名：Tidal effect
• 分類：地潮，海潮等
• 開發利用：能源開發，軍事套用

定義

海水在日、月引潮力作用下引起的海面周期性的升降、漲落與進退，稱海洋潮汐效應，簡稱海潮。在白天的稱潮，夜間的稱汐，總稱“潮汐”。一般每日漲落兩次，也有漲落一次的。

形成原因

在不考慮其他星球的微弱作用的情況下，月球和太陽對海洋的引潮力的作用是引起海水漲落的原因。引潮力是在非慣性系下，月球的萬有引力和與之對應的慣性力、太陽的萬有引力和與之對應的慣性力等四種力的合力。

潮汐的形成原因如下：

把地球和月球看做質點，表面上看是月球繞地球做圓周運動，實際上是月球和地球都繞二者的共同質心做圓周運動，只是地球的圓周軌道小得多。以地心為非慣性參照物，地球質點受到月球質點的萬有引力正是地球質點繞共同質心做圓周運動的向心力，而此向心力對應的慣性力與此向心力大小相等方向相反。所以地球質點受月球質點的萬有引力與這個慣性力相互抵消。

既然地球被看做質點，就可以把地球上物體的運動軌跡和動力學規律看做與地球質點完全一樣。這樣物體受的月球的萬有引力和與之對應的慣性力相互抵消。

實際上地球的體積很大，在離月球最近的地面上的物體，繞地、月共同質心做圓周運動的軌道半徑明顯小於地球質點的軌道半徑，物體所受月球的萬有引力就會大於所受對應的慣性力，這兩個力不能再抵消，其合力與物體受地球的萬有引力方向相反，使物體的重力明顯變小。如果所說的“物體”是這裡的海水，那么這裡就會有漲潮發生。用同樣的方法研究離月球最遠的地面上的物體，月球對此處物體的萬有引力小於與之對應的慣性力，它們的合力又是與地球對此處物體的萬有引力方向相反，也是使物體的重力明顯變小。所以在離月球最遠的那部分海水同時也會有漲潮發生。這就使本應是球形的海平面微微呈現出紡錘體形狀。

朔點時刻處太陽和月球在地球的一側，所以就有了最大的引潮力，所以會引起“大潮”，在農曆每月的十五或十六附近，太陽和月亮在地球的兩側，太陽和月球的引潮力你推我拉也會引起“大潮”；在月相為上弦和下弦時，即農曆的初八和二十三時，太陽引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就發生了“小潮”，故農諺中有“初一十五漲大潮，初八二十三到處見海灘”之說。另外在第天也有漲潮發生，由於月球每天在地球上東移13度多，合計為50分鐘左右，即每天月亮上中天時刻（為1太陰日=24時50分）約推遲50分鐘左右，（下中天也會發生潮水每天一般都有兩次潮水）故每天漲潮的時刻也推遲50分鐘左右。

開發利用

潮汐能

潮汐能是以位能的形態出現的海洋能，是指海水潮漲和潮落形成的水的勢能。海水漲落的潮汐現象是由地球和天體運動以及它們之間的相互作用而引起的。在海洋中，月球的引力使地球的向月面和背月面的水位升高。由於地球的旋轉，這種水位的上升以周期為12小時25分和振幅小於1m的深海波浪形式由東向西傳播。太陽引力的作用與此相似，但是作用力小些，其周期為12小時。當太陽、月球和地球在一條直線上時，就產生大潮；當它們成直角時，就產生小潮。除了半日周期潮和月周期潮的變化外，地球和月球的旋轉運動還產生許多其他的周期性循環，其周期可以從幾天到數年。同時地表的海水又受到地球運動離心力的作用，月球引力和離心力的合力正是引起海水漲落的引潮力。

潮差對比

除月球、太陽外，其他天體對地球同樣會產生引潮力。雖然太陽的質量比月球大得多，但太陽離地球的距離也比月球與地球之間的距離大得多，所以其引潮力還不到月球引潮力的一半。其他天體或因遠離地球，或因質量太小所產生的引潮力微不足道。根據平衡潮理論，如果地球完全由等深海水覆蓋，用萬有引力計算，月球所產生的最大引潮力可使海水面升高0.563m，太陽引潮力的作用為0.246m，夏威夷等大洋處觀測的潮差約1m，與平衡潮理論比較接近，近海實際的潮差卻比上述計算值大得多。如我國杭州灣的最大潮差達8.93m，北美加拿大芬地灣最大潮差更達19.6m。通過上升、收聚和共振等運動，使潮差增大。潮汐能的能量與潮量和潮差成正比。或者說，與潮差的平方和水庫的面積成正比。和水力發電相比，潮汐能的能量密度很低，相當於微水頭髮電的水平。世界上潮差的較大值約為13～15m，但一般說來，平均潮差在3m以上就有實際套用價值。

開發潛力

潮汐因地而異的，不同的地區常有不同的潮汐系統，它們都是從深海潮波獲取能量，但具有各自獨特的特徵。儘管潮汐很複雜，但對任何地方的潮汐都可以進行準確預報。海洋潮汐從地球的旋轉中獲得能量，並在吸收能量過程中使地球旋轉減慢。但是這種地球旋轉的減慢在人的一生中是幾乎覺察不出來的，而且也並不會由於潮汐能的開發利用而加快。這種能量通過淺海區和海岸區的摩擦，以1.7TW的速率消散。只有出現大潮，能量集中時，並且在地理條件適於建造潮汐電站的地方，從潮汐中提取能量才有可能。雖然這樣的場所並不是到處都有，但世界各國已選定了相當數量的適宜開發潮汐能的站址。據最新的估算，有開發潛力的潮汐能量每年約200TW·h。

潮能儲量

全世界潮汐能的理論蘊藏量約為3×10^9kw。我國海岸線曲折，全長約1.8×10^4km，沿海還有6000多個大小島嶼，組成1.4×10^4km的海岸線，漫長的海岸蘊藏著十分豐富的潮汐能資源。我國潮汐能的理論蘊藏量達1.1×10^8kw，其中浙江、福建兩省蘊藏量最大，約占全國的80.9%，但這都是理論估算值，實際可利用的遠小於上述數字。

發電原理

潮汐發電與普通水力發電原理類似，通過出水庫，在漲潮時將海水儲存的水庫內，以勢能的形勢保存，然後，在落潮時放出海水，利用高、低潮位之間的落差，推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。差別在於海水與河水不同，蓄積的海水落差不大，但流量較大，並且呈間歇性，從而潮汐發電的水輪機結構要適合低水頭、大流量的特點。

影響

1、潮汐與地球自轉變慢

由於各層海水作相對運動時會發生粘滯力以及海水與陸地和海床的摩擦作用,潮汐對地球自轉有一種制動作用,使地球自轉逐漸變慢.研究表明,地球自轉周期每個世紀變長1-2毫秒,如果把這一減慢效應套用到長的時間跨度上,則距今37000萬年以前(泥盆紀)的一年天數約有400天左右,這與泥盆紀珊瑚化石的生長環數目相符(珊瑚環一天長一環)。

2、月球總是以同一面對著我們

人們發現月球總是以同一面對著我們,它的另一面我們在地球上是看不到的.這是由於月球自轉周期恰好和月球繞地球轉動的周期相等造成的,而這兩個周期相同則是潮汐長期作用的結果。由計算可得地球對月球的起潮力為月球對地球起潮力的22.17倍。如此強大的起潮力,加上月球的轉動慣量又比地球小得多,因此,潮汐所造成的自轉速度減慢對於月球尤為顯著.可以構想,早期的月球有較大的自轉速度,在潮汐的作用下,使月球自轉逐漸減慢,最後,月球自轉周期和月球繞地球轉動的周期相等,此時,月球潮汐消失,月球的自轉周期不再發生變化,所以今天的月球總是以相同的一面對著地球。

3、潮汐與月地距離的增大

潮汐使得地球自轉變慢,導致地球自轉角動量減少.由於地一月系統的總角動量應保持不變,且月球繞地球旋轉的方向與地球自轉方向基本相同,故地球自轉角動量減少,勢必使得月球對地一月系統質心的角動量增大,以保持地一月系統的總角動量守恆.這一效應的實際效果是使得月球與地球的距離緩慢增加.據近年觀測,月球正以每年3.81厘米的速度遠離地球.月球緩慢地遠離地球,也可以用地球潮汐凸起部分形成的月球加速度來解釋。

由於潮汐的凸起部分被地球的自轉帶向東面，凸起部分A比B離月球更近，因而這兩部分對月球的引力不同，使得地球引力中心發生漂移，偏在地球和月球質量中心連線的東面.於是月球在它的軌道運動方向產生了一個很小的加速度，使月球的速度加快緩慢地向外盤旋。