Toată lumea știe că Nikola Tesla este inventatorul unor lucruri omniprezente precum curentul alternativ și transformatorul. Dar nu toți oamenii de știință sunt familiarizați cu celelalte invenții ale Tesla.
Folosim curent alternativ. Folosim transformatoare. În orice apartament. Este greu de imaginat cum se poate face fără aceste invenții. Dar CUM le folosim? Tesla a folosit aceste lucruri cunoscute nouă (după cum ni se pare) într-un mod complet diferit. Cum conectăm orice aparat electric la rețea? Cu o furculiță - adică. doi conductori. Dacă conectăm un singur conductor, nu va exista curent - circuitul nu este închis.
Tesla a demonstrat efectul transmiterii puterii printr-un singur conductor. Mai mult, în alte experimente a transmis putere fără fire deloc. La sfârșitul secolului al XIX-lea, marele inventator era capabil să transmită energie electrică fără fir pe o distanță de peste 40 de kilometri. Întrucât acest cunoscut experiment Tesla nu a fost încă repetat, cititorii noștri vor fi cu siguranță interesați de detaliile acestei povești, precum și de starea actuală a problemei transmiterii energiei electrice fără fire.
Biografia inventatorului american, sârb de naștere, Nikola Tesla este destul de cunoscută și nu ne vom opri asupra ei. Dar să lămurim imediat: înainte de a-și demonstra experimentul unic, Tesla, mai întâi în 1892 la Londra, și un an mai târziu în Philadelphia, în prezența specialiștilor, a demonstrat posibilitatea de a transmite energie electrică printr-un singur fir, fără a folosi împământarea celui de-al doilea pol. a sursei de energie.
Și apoi i-a venit ideea să folosească Pământul ca acest singur fir! Și în același an, la convenția Electric Lighting Association din St. Lewis, a demonstrat lămpile electrice care ardeau fără fire și un motor electric care funcționează fără a fi conectat la rețeaua electrică. El a comentat această expoziție neobișnuită astfel: „Câteva cuvinte despre o idee care îmi ocupă constant gândurile și ne preocupă pe toți. Mă refer la transmiterea semnalelor, precum și a energiei, pe orice distanță, fără fire. Știm deja că vibrațiile electrice pot fi transmise printr-un singur conductor. De ce să nu folosim Pământul în acest scop? Dacă putem stabili perioada de oscilație a sarcinii electrice a Pământului când aceasta este perturbată de acțiunea unui circuit încărcat opus, acesta va fi un fapt de o importanță extremă, care va servi în folosul întregii omeniri.”
Văzând o demonstrație atât de spectaculoasă, oligarhi atât de celebri precum J. Westinghouse și J. P. Morgan au investit peste un milion de dolari în această afacere promițătoare, cumpărându-și brevetele de la Tesla (bani uriași, de altfel, la vremea aceea!). Cu aceste fonduri, la sfârșitul anilor 90 ai secolului al XIX-lea, Tesla și-a construit laboratorul unic în Colorado Springs. Informații detaliate despre experimentele din laboratorul lui Tesla sunt prezentate în cartea biografului său John O'Neill, „Electric Prometheus” (în țara noastră, traducerea acesteia a fost publicată în revista „Inventor și Inovator” nr. 4-11 pentru 1979) . Vom oferi aici doar un scurt fragment din acesta, pentru a nu face referire la retipăriri ulterioare: „În Colorado Springs, Tesla a efectuat primele teste de transmisie wireless a energiei electrice. El a reușit să alimenteze 200 de becuri cu incandescență situate la 42 de kilometri de laboratorul său cu curentul tras de pe Pământ în timpul funcționării unui vibrator gigant. Fiecare putere era de 50 de wați, deci consumul total de energie a fost de 10 kW, sau 13 CP. Tesla era convins că, cu ajutorul unui vibrator mai puternic, putea aprinde o duzină de ghirlande electrice a câte 200 de becuri fiecare, împrăștiate pe tot globul.”
Tesla însuși a fost atât de inspirat de succesul acestor experimente încât a anunțat în presa generală că intenționează să lumineze Expoziția Industrială Mondială de la Paris, care trebuia să aibă loc în 1903, cu energie de la o centrală electrică situată la Cascada Niagara și transmis la Paris fără fir. Din numeroasele fotografii și descrieri ale martorilor oculari și asistenților inventatorului se știe că a fost un generator de energie transmisă pe 42 de kilometri fără fire (cu toate acestea, acesta este un termen pur jurnalistic: un fir, care a fost Pământul, este prezent în acest circuit, iar acest lucru este declarat direct atât Tesla însuși, cât și biograful său).
Ceea ce Tesla a numit un vibrator era un transformator gigant al sistemului său, care avea o înfășurare primară de câteva spire de sârmă groasă înfășurată pe un gard cu un diametru de 25 de metri și o înfășurare secundară multi-turnări, cu un singur strat, plasată în interiorul acestuia pe un cilindru de dielectric. Înfășurarea primară, împreună cu un condensator, o bobină de inducție și un eclator de scânteie, au format un circuit oscilant-convertor de frecvență. Deasupra transformatorului, situat în centrul laboratorului, se ridica un turn de lemn înalt de 60 de metri, încuiat cu o bilă mare de cupru. Un capăt al înfășurării secundare a transformatorului a fost conectat la această bilă, celălalt a fost împământat. Întregul dispozitiv era alimentat de un dinam separat de 300 CP. În ea au fost excitate oscilații electromagnetice cu o frecvență de 150 kiloherți (lungime de undă 2000 de metri). Tensiunea de funcționare în circuitul de înaltă tensiune a fost de 30.000 V, iar potențialul de rezonanță al mingii a ajuns la 100.000.000 V, generând fulgere artificial de zeci de metri lungime! Așa explică biograful său munca vibratorului lui Tesla: „În esență, Tesla a „pompat” un flux de electroni în Pământ și a extras de acolo. Frecvența de pompare a fost de 150 kHz. Răspândindu-se în cercuri concentrice din ce în ce mai departe de Colorado Springs, undele electrice au converjat apoi într-un punct diametral opus de pe Pământ. Undele de amplitudine mare se ridicau și cădeau acolo la unison cu cele ridicate în Colorado. Când un astfel de val a căzut, a trimis un ecou electric înapoi în Colorado, unde un vibrator electric a amplificat valul și s-a repezit înapoi.
Dacă aducem întregul Pământ într-o stare de vibrație electrică, atunci în fiecare punct de pe suprafața lui ni se va asigura energie. Poate fi surprins din valurile care se repezi între stâlpii electrici cu dispozitive simple asemănătoare circuitelor oscilante din receptoarele radio, doar împământate și dotate cu antene mici de înălțimea unei cabane rurale. Această energie va încălzi și lumina casele folosind lămpile tubulare Tesla, care nu necesită fire. Motoarele de curent alternativ ar necesita doar convertoare de frecvență.”
Informațiile despre experimentele Tesla privind transmiterea electricității fără fire i-au inspirat pe alți cercetători să lucreze în acest domeniu. Rapoarte despre experimente similare au apărut adesea în presă la începutul secolului trecut. În acest sens, merită citat un fragment dintr-un articol al lui A.M. „Conversațiile despre meșteșuguri” ale lui Gorki, publicată în 1930: „Anul acesta, Marconi a transmis curent electric prin aer de la Genova în Australia și a aprins acolo lămpi electrice la o expoziție din Sydney. Același lucru a fost făcut acum 27 de ani aici, în Rusia, de scriitorul și savantul M.M. Filippov, care a lucrat câțiva ani la transmiterea curentului electric prin aer și în cele din urmă a aprins un candelabru din Sankt Petersburg în Tsarskoe Selo ( adica la o distanta de 27 de kilometri. -V.P.). La acel moment, nu a fost acordată atenția cuvenită acestui fapt, dar Filippov a fost găsit mort în apartamentul său câteva zile mai târziu, iar dispozitivele și hârtiile i-au fost confiscate de poliție.”
Experimentele lui Tesla au făcut o mare impresie și asupra altui scriitor, Alexei Tolstoi, care a fost inginer de formare. Și când Tesla, și apoi Marconi, au raportat în tipărire că dispozitivele lor primeau semnale ciudate de origine extraterestră, aparent marțiană, acest lucru l-a inspirat pe scriitor să scrie romanul științifico-fantastic „Aelita”. În roman, marțienii folosesc invenția lui Tesla și transmit fără fir energia de la centralele electrice situate la polii lui Marte către oriunde de pe planetă. Această energie alimentează motoarele navelor zburătoare și alte mecanisme. Cu toate acestea, Tesla nu a reușit să-și construiască „sistemul mondial” pentru a furniza energie electrică populației lumii fără utilizarea cablurilor.
De îndată ce în 1900 a început să construiască un oraș laborator de cercetare pentru 2000 de angajați și un turn uriaș de metal cu o placă gigantică de cupru deasupra, pe insula Long Island, lângă New York, oligarhii electrici „cu fir” și-au dat seama: la urma urmei, introducerea pe scară largă a sistemului Tesla i-a amenințat cu ruina.
Turnul Wardenclyffe (1902)
Pe miliardarul J.P. Morgan, care a finanțat construcția, a fost supus unor presiuni severe, inclusiv din partea oficialilor guvernamentali mituiți de concurenți.(sau a fost invers) Au fost întreruperi în furnizarea de echipamente, construcția s-a blocat, iar când Morgan, sub această presiune, a încetat finanțarea, s-a oprit cu totul. La începutul Primului Război Mondial, la instigarea acelorași concurenți, guvernul SUA a ordonat explozia unui turn gata făcut sub pretextul exagerat că ar putea fi folosit în scop de spionaj.
Ei bine, atunci ingineria electrică a mers pe calea obișnuită.
Multă vreme, nimeni nu a putut repeta experimentele lui Tesla, fie doar pentru că ar fi fost necesară crearea unei instalații similare ca mărime și putere. Dar nimeni nu s-a îndoit că Tesla a reușit să găsească o modalitate de a transmite energie electrică pe o distanță fără fire în urmă cu mai bine de o sută de ani. Autoritatea lui Tesla, care a fost evaluată drept al doilea inventator după Edison, a fost destul de ridicată în întreaga lume, iar contribuția sa la dezvoltarea ingineriei electrice cu curent alternativ (în sfidarea lui Edison, care a susținut curentul continuu) este fără îndoială. În timpul experimentelor sale au fost prezenți mulți specialiști, fără să socotească presa și nimeni nu a încercat vreodată să-l condamne pentru vreun truc sau manipulare a faptelor. Înalta autoritate a lui Tesla este evidențiată de numele unității de intensitate a câmpului magnetic după el. Dar concluzia lui Tesla că în timpul experimentului din Colorado Springs energia a fost transmisă pe o distanță de 42 de kilometri cu o eficiență de aproximativ 90% este prea optimistă. Să ne amintim că puterea totală a lămpilor aprinse la distanță era de 10 kW, sau 13 CP, în timp ce puterea dinamului care alimenta vibratorul ajungea la 300 CP. Adică putem vorbi despre eficiență. doar aproximativ 4-5%, deși această cifră este uimitoare. Justificarea fizică a experimentelor Tesla privind transmisia wireless a energiei electrice încă îngrijorează mulți specialiști.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml
Specialiștii de la Massachusetts Institute of Technology au reușit să facă să ardă o lampă cu incandescență, aflată la o distanță de 2 metri de sursa de energie. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html
Încărcătoare wireless de la Intel odessabuy.com/news/item-402.html
„Argumente și fapte” nr. 52, 2008 (24-30 decembrie):
STIINTA - Electricitate fara fire. Ei spun că oamenii de știință americani au reușit să transmită electricitate cu o putere de 800 W fără fire.
De mulți ani, oamenii de știință se luptă cu problema minimizării costurilor electrice. Există diferite metode și propuneri, dar cea mai cunoscută teorie este transmiterea fără fir a energiei electrice. Ne propunem să luăm în considerare modul în care se realizează, cine este inventatorul său și de ce nu a fost încă implementat.
Teorie
Electricitatea fără fir este literalmente transferul de energie electrică fără fire. Oamenii compară adesea transmisia fără fir de energie electrică cu transmiterea de informații, cum ar fi radiourile, telefoanele mobile sau accesul la internet Wi-Fi. Principala diferență este că transmisia radio sau cu microunde este o tehnologie care vizează restabilirea și transportul informațiilor, și nu energia care a fost cheltuită inițial pentru transmisie.
Electricitatea wireless este un domeniu relativ nou al tehnologiei, dar unul care se dezvoltă destul de dinamic. Acum sunt dezvoltate metode pentru a transmite eficient și în siguranță energie pe o distanță fără întrerupere.
Cum funcționează electricitatea wireless?
Lucrarea principală se bazează în special pe magnetism și electromagnetism, așa cum este cazul radiodifuziunii. Încărcarea fără fir, cunoscută și sub numele de încărcare inductivă, se bazează pe câteva principii simple de funcționare, în special tehnologia necesită două bobine. Un emițător și un receptor, care împreună generează un câmp magnetic alternativ de curent nedirect. La rândul său, acest câmp provoacă o tensiune în bobina receptorului; aceasta poate fi folosită pentru a alimenta un dispozitiv mobil sau pentru a încărca o baterie.
Dacă trimiteți curent electric printr-un fir, se creează un câmp magnetic circular în jurul cablului. În ciuda faptului că câmpul magnetic afectează atât bucla, cât și bobina, acesta este cel mai pronunțat pe cablu. Când luăm o a doua bobină de sârmă care nu primește nici un curent electric care trece prin ea și un loc în care plasăm o bobină în câmpul magnetic al primei bobine, curentul electric din prima bobină va fi transmis prin câmpul magnetic. iar prin a doua bobină, creând un cuplaj inductiv.
Să luăm ca exemplu o periuță de dinți electrică. În ea, încărcătorul este conectat la o priză, care trimite un curent electric către un fir răsucit din interiorul încărcătorului, care creează un câmp magnetic. Există o a doua bobină în interiorul periuței de dinți, când curentul începe să curgă și, datorită MF format, peria începe să se încarce fără a fi conectată direct la o sursă de alimentare de 220 V.
Poveste
Transmisia de energie fără fir, ca alternativă la transmisia și distribuția liniilor electrice, a fost propusă și demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla. În 1899, Tesla a prezentat transmisia fără fir a puterii către un câmp de lămpi fluorescente situate la douăzeci și cinci de mile de sursa de alimentare fără a folosi fire. Dar la acea vreme, era mai ieftin să cablați 25 de mile de sârmă de cupru, decât să construiți generatoarele speciale de energie pe care le necesita expertiza Tesla. Nu i s-a acordat niciodată un brevet, iar invenția a rămas în adâncurile științei.
În timp ce Tesla a fost prima persoană care a demonstrat capacitățile practice ale comunicației fără fir încă din 1899, astăzi există foarte puține dispozitive la vânzare, cum ar fi perii wireless, căști, încărcătoare de telefon și altele asemenea.
Tehnologia wireless
Transferul de energie fără fir implică transferul de energie electrică sau putere pe o distanță fără fire. Astfel, tehnologia de bază se află pe conceptele de electricitate, magnetism și electromagnetism.
Magnetism
Este o forță fundamentală a naturii care face ca anumite tipuri de materiale să se atragă sau să se respingă unele pe altele. Singurii magneți permanenți sunt polii Pământului. Fluxul curent în buclă generează câmpuri magnetice care diferă de câmpurile magnetice oscilante în viteza și timpul necesar pentru a genera curent alternativ (AC). Forțele care apar în acest caz sunt reprezentate în diagrama de mai jos.
Așa apare magnetismulElectromagnetismul este interdependența câmpurilor electrice și magnetice alternative.
Inductie magnetica
Dacă bucla conductivă este conectată la o sursă de curent alternativ, va genera un câmp magnetic oscilant în și în jurul buclei. Dacă al doilea circuit conductor este suficient de aproape, va capta o parte din acest câmp magnetic oscilant, care la rândul său generează sau induce un curent electric în a doua bobină.
Video: cum are loc transferul de electricitate wireless
Astfel, există un transfer electric de putere de la un ciclu sau bobină la alta, care este cunoscut sub numele de inducție magnetică. Exemple ale acestui fenomen sunt folosite la transformatoarele și generatoarele electrice. Acest concept se bazează pe legile lui Faraday ale inducției electromagnetice. Acolo, el afirmă că atunci când există o modificare a fluxului magnetic care se conectează la o bobină, fem indusă în bobină este egală cu produsul dintre numărul de spire ale bobinei și viteza de schimbare a fluxului.
Cuplaj de putere
Această componentă este necesară atunci când un dispozitiv nu poate transmite energie către alt dispozitiv.
Cuplarea magnetică este generată atunci când câmpul magnetic al unui obiect este capabil să inducă un curent electric către alte dispozitive din raza sa de acțiune.
Se spune că două dispozitive sunt cuplate inductiv reciproc sau cuplate magnetic atunci când sunt aranjate astfel încât o schimbare a curentului, deoarece un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir prin intermediul inducției electromagnetice. Acest lucru se datorează inductanței reciproce
Tehnologie
Principiul cuplajului inductiv Două dispozitive cuplate reciproc inductiv sau cuplate magnetic sunt proiectate astfel încât schimbarea curentului atunci când un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir să fie produsă prin inducție electromagnetică. Acest lucru se datorează inductanței reciproce.
Cuplajul inductiv este preferat datorită capacității sale de a funcționa fără fir, precum și rezistenței sale la șocuri.
Cuplarea inductivă rezonantă este o combinație de cuplare inductivă și rezonanță. Folosind conceptul de rezonanță, puteți face ca două obiecte să funcționeze în funcție de semnalele celuilalt.
După cum se poate vedea din diagrama de mai sus, rezonanța este asigurată de inductanța bobinei. Condensatorul este conectat în paralel cu înfășurarea. Energia se va mișca înainte și înapoi între câmpul magnetic din jurul bobinei și câmpul electric din jurul condensatorului. Aici, pierderile de radiații vor fi minime.
Există și conceptul de comunicare ionizată wireless.
Poate fi și implementat, dar necesită puțin mai mult efort. Această tehnică există deja în natură, dar nu este fezabilă implementarea ei, deoarece necesită un câmp magnetic ridicat, de la 2,11 M/m. A fost dezvoltat de genialul om de știință Richard Walras, dezvoltatorul unui generator de vortex care trimite și transmite energie termică pe distanțe mari, în special cu ajutorul unor colectoare speciali. Cel mai simplu exemplu de astfel de conexiune este fulgerul.
Avantaje și dezavantaje
Desigur, această invenție are avantajele și dezavantajele ei față de metodele cu fir. Vă invităm să le luați în considerare.
Avantajele includ:
- Absența totală a firelor;
- Nu sunt necesare surse de alimentare;
- Este eliminată necesitatea unei baterii;
- Energia este transferată mai eficient;
- Necesită mult mai puțină întreținere.
Dezavantajele includ următoarele:
- Distanța este limitată;
- câmpurile magnetice nu sunt atât de sigure pentru oameni;
- transmiterea fără fir a energiei electrice folosind microunde sau alte teorii este practic imposibilă acasă și cu propriile mâini;
- cost ridicat de instalare.
Omenirea se străduiește să abandoneze complet firele, deoarece, potrivit multora, ele limitează posibilitățile și nu permit cuiva să acționeze complet liber. Dacă s-ar putea face același lucru în cazul transportului de energie electrică? Răspunsul la această întrebare îl puteți afla în această recenzie, care este dedicată unui videoclip despre producția unei structuri de casă, care într-o dimensiune mică reprezintă posibilitatea de a transmite energie electrică fără a conecta direct firele.
Noi vom avea nevoie:
- sarma de cupru cu diametru mic 7 m lungime;
- cilindru cu diametrul de 4 cm;
- baterie AA;
- cutie baterie;
- Rezistor de 10 Ohm;
- tranzistor C2482;
- Dioda electro luminiscenta.
Luăm un fir de 4 metri lungime și îl îndoim în jumătate, astfel încât să rămână două fire la un capăt și partea îndoită la celălalt capăt.
Luăm un fir, îl îndoim în orice direcție și începem să-l înfășurăm pe cilindru.
După ce am ajuns la mijloc, lăsăm și firul dublu în orice direcție și continuăm să înfășurăm până când rămâne o bucată mică, care trebuie lăsată și ea.
Inelul rezultat cu trei capete trebuie scos din cilindru și fixat cu bandă izolatoare.
Acum luăm a doua bucată de cablu de 3 m lungime și o înfășurăm în modul obișnuit. Adică, în acest caz, trebuie să obținem nu trei capete, ca în cazul înfășurării anterioare, ci două.
Fixăm din nou inelul rezultat cu bandă electrică.
Capetele firului trebuie curățate, deoarece este acoperită cu un strat protector de lac.
Pentru a simplifica procesul de asamblare a unui produs de casă, vă prezentăm atenției diagrama de conectare a autorului.
Diagrama arată că o bobină cu trei ieșiri este proiectată pentru a conecta sursa de alimentare a rezistorului și a tranzistorului, iar un LED trebuie atașat la a doua bobină, care are două capete.
În acest fel, poți obține un produs de casă complet spectaculos și interesant, care, dacă se dorește, poate fi modernizat și făcut mai puternic prin adăugarea numărului de ture și experimentarea. De asemenea, vă atragem atenția asupra faptului că aprinderea lămpii LED, care servește și ca tester, depinde de latura bobinelor aduse între ele. Aceasta înseamnă că, dacă lumina nu se aprinde prima dată când o prezentați, ar trebui să încercați să întoarceți bobina și să o faceți din nou.
De la descoperirea electricității de către om, mulți oameni de știință au încercat să studieze fenomenul uimitor al curenților și să crească eficiența efectivă, efectuând numeroase experimente și inventând materiale mai moderne cu proprietăți îmbunătățite de transfer de energie cu rezistență zero. Cea mai promițătoare direcție în astfel de lucrări științifice este transmiterea fără fir a energiei electrice pe distanțe lungi și cu costuri minime de transport. Acest articol discută metode de transmitere a energiei la distanță, precum și tipuri de dispozitive pentru astfel de acțiuni.
Transmisia fără fir de putere este o metodă de transport în care nu se folosesc conductori sau rețele de cabluri, iar curentul este transmis pe o distanță considerabilă către consumator cu un factor de putere maxim efectiv prin aer. Pentru aceasta, se folosesc dispozitive pentru a genera energie electrică, precum și un transmițător care acumulează curent și îl disipează în toate direcțiile, precum și un receptor cu dispozitiv consumator. Receptorul preia undele și câmpurile electromagnetice și, concentrându-le pe o secțiune scurtă de conductor, transmite energie unei lămpi sau oricărui alt dispozitiv de o anumită putere.
Există multe metode de transmitere fără fir a electricității, care au fost inventate de mulți oameni de știință în procesul de studiere a curenților, dar Nikola Tesla a obținut cele mai mari rezultate în termeni practici. A reușit să realizeze un emițător și un receptor care erau despărțiți unul de celălalt la o distanță de 48 de kilometri. Dar la acel moment nu existau tehnologii care să poată transmite electricitate pe o asemenea distanță cu un coeficient de peste 50%. În acest sens, omul de știință și-a exprimat perspective mari nu pentru transferul de energie gata generată, ci pentru generarea de curent din câmpul magnetic al pământului și utilizarea acestuia pentru nevoile casnice. Transportul unei astfel de energie electrică trebuia efectuat fără fir, prin transmisie prin câmpuri magnetice.
Metode de transmitere fără fir a energiei electrice
Majoritatea teoreticienilor și practicienilor care studiază funcționarea curentului electric și-au propus propriile metode de transmitere a acestuia la distanță fără utilizarea conductorilor. La începutul unor astfel de cercetări, mulți oameni de știință au încercat să împrumute practici din principiul de funcționare a radiourilor care sunt folosite pentru a transmite codul Morse sau radioul cu unde scurte. Dar astfel de tehnologii nu s-au justificat, deoarece disiparea curentă era prea mică și nu putea acoperi distanțe lungi, în plus, transportul energiei electrice prin unde radio era posibil numai atunci când se lucra cu puteri mici, care nu erau capabile să conducă nici măcar cel mai simplu mecanism. .
În urma experimentelor, s-a dezvăluit că undele cu microunde sunt cele mai potrivite pentru transmiterea energiei electrice fără fir, deoarece au o configurație și o tensiune mai stabile și, de asemenea, pierd mult mai puțină energie atunci când sunt disipate decât orice altă metodă.
Pentru prima dată, inventatorul și designerul William Brown a reușit să aplice cu succes această metodă, care a modelat o platformă zburătoare formată dintr-o platformă metalică cu un motor cu o putere de aproximativ 0,1 cai putere. Platforma a fost realizată sub forma unei antene de recepție cu o rețea care capta undele de microunde, care erau transmise de un generator special conceput. Doar paisprezece ani mai târziu, același designer a prezentat o aeronavă de putere redusă care a primit energie de la un transmițător la o distanță de 1,6 kilometri, curentul fiind transmis într-un fascicul concentrat prin unde de microunde. Din păcate, această lucrare nu a fost utilizată pe scară largă, deoarece la acea vreme nu existau tehnologii care să poată asigura transportul curentului de înaltă tensiune prin această metodă, deși eficiența receptorului și a generatorului era mai mare de 80%.
În 1968, oamenii de știință americani au dezvoltat un proiect, susținut de lucrări științifice, care propunea amplasarea unor panouri solare mari pe orbita joasă a Pământului. Receptoarele de energie trebuiau îndreptate spre soare, iar la baza lor erau amplasate dispozitive de stocare a curentului. După ce a absorbit radiația solară și a transformat-o în microunde sau unde magnetice, curentul a fost direcționat către pământ printr-un dispozitiv special. Recepția trebuia să fie efectuată de o antenă specială cu suprafață mare, reglată pe o anumită undă și transformând undele în curent continuu sau alternativ. Un astfel de sistem a fost foarte apreciat în multe țări ca o alternativă promițătoare la sursele moderne de electricitate.
Alimentarea unei mașini electrice fără fir
Mulți producători de mașini care funcționează pe curent electric dezvoltă o reîncărcare alternativă a mașinii fără a o conecta la rețea. Un mare succes în acest domeniu a fost obținut prin tehnologia de încărcare a vehiculelor de pe o suprafață specială a drumului, atunci când mașina a primit energie dintr-un strat încărcat cu un câmp magnetic sau unde cu microunde. Dar o astfel de reaprovizionare a fost posibilă numai dacă distanța dintre drum și dispozitivul de primire nu era mai mare de 15 centimetri, ceea ce nu este întotdeauna fezabil în condiții moderne.
Acest sistem este în stadiu de dezvoltare, deci se poate presupune că acest tip de transmisie de putere fără conductor va fi în continuare dezvoltat și, eventual, va fi introdus în industria modernă de transport.
Evoluții moderne în transportul de energie
În realitățile moderne, electricitatea wireless devine din nou un domeniu relevant în studiul și proiectarea dispozitivelor. Există cele mai promițătoare modalități de a dezvolta transmisia de energie fără fir, care includ:
- Utilizarea energiei electrice în zonele muntoase, în cazurile în care nu este posibilă pozarea cablurilor purtătoare către consumator. În ciuda studiului problemei energiei electrice, există locuri pe pământ unde nu există electricitate, iar oamenii care locuiesc acolo nu se pot bucura de un asemenea beneficiu al civilizației. Bineînțeles, acolo sunt adesea folosite surse de energie autonome, precum panouri solare sau generatoare, dar această resursă este limitată și nu poate satisface pe deplin nevoile;
- Unii producători de aparate electrocasnice moderne introduc deja în produsele lor dispozitive pentru transferul de energie fără fir. De exemplu, pe piață este oferită o unitate specială care se conectează la rețea și, transformând curentul continuu în unde de microunde, le transmite dispozitivelor din jur. Singura condiție pentru utilizarea acestui dispozitiv este ca aparatul de uz casnic să aibă un dispozitiv de recepție care transformă aceste unde în curent continuu. Există televizoare la vânzare care funcționează în întregime cu energie wireless primită de la un transmițător;
- În scopuri militare, în cele mai multe cazuri în sectorul apărării, există dezvoltări de dispozitive de comunicații și alte dispozitive auxiliare.
O mare descoperire în acest domeniu al tehnologiei a avut loc în 2014, când un grup de oameni de știință a dezvoltat un dispozitiv pentru generarea și recepția de energie la distanță fără fir, folosind un sistem de lentile plasate între bobinele de transmisie și cele de recepție. Anterior, se credea că transmiterea curentului fără conductor era posibilă pe o distanță care nu depășește dimensiunea dispozitivelor, așa că era necesară o structură uriașă pentru a transporta electricitatea pe distanțe lungi. Dar designerii moderni au schimbat principiul de funcționare al acestui dispozitiv și au creat un transmițător care nu trimite unde de microunde, ci câmpuri magnetice cu frecvențe joase. În acest caz, electronii nu pierd putere și sunt transmisi pe o distanță într-un fascicul concentrat; în plus, consumul de energie este posibil nu numai prin conectarea la partea receptoare, ci și pur și simplu prin aflarea în zona de acțiune a câmpului.
- Reîncarcă dispozitivele mobile fără a fi conectat la un cablu;
- Furnizarea de energie pentru vehiculele aeriene fără pilot este un domeniu care va fi la mare căutare atât în industria civilă, cât și în cea militară, deoarece astfel de dispozitive au devenit recent utilizate frecvent în diverse scopuri.
Însuși procedura de transmitere a datelor la distanță fără utilizarea firelor a fost considerată o descoperire în cercetarea fizică și energetică cu ceva timp în urmă; acum acest lucru nu mai surprinde pe nimeni și a devenit accesibil oricui. Datorită dezvoltărilor și dezvoltărilor tehnologice moderne, transportul energiei electrice prin această metodă devine o realitate și poate fi adus la viață.
Video
Nu este prima dată când aparatele electrocasnice alimentate prin mijloace intangibile, eliberate de firele electrice, au entuziasmat mintea inventatorilor. Dar acum experții au ajuns la punctul de a învăța aspiratoarele comerciale, lămpile de podea, televizoarele, mașinile, implanturile, roboții mobili și laptopurile să primească în mod eficient și în siguranță curent de la o sursă wireless.
Recent, o echipă de oameni de știință de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), condusă de Marin Soljačic, a făcut un alt pas spre transformarea tehnologiei electrice fără fir dintr-un „truc” de laborator într-o tehnologie replicabilă. În mod destul de neașteptat, au descoperit un efect care le permite să crească eficiența transmisiei. Dar înainte de a vorbi despre noul experiment, merită să facem o digresiune.
În acest caz, un câmp magnetic apropiat este folosit ca purtător de energie, oscilând la o frecvență înaltă de câțiva megaherți. Pentru transfer, sunt necesare două bobine magnetice, reglate la aceeași frecvență de rezonanță. Oamenii de știință compară transferul de energie între ei cu distrugerea unui sticla rezonantă atunci când „aude” un sunet cu o frecvență strict definită.
Idealizate (în această figură) bobinele magnetice (galbene), înconjurate de câmpurile lor (roșu și albastru), transferă energie între ele la o distanță D, de multe ori mai mare decât dimensiunea bobinelor în sine. Aceasta este ceea ce oamenii de știință numesc cuplare magnetică rezonantă (sau cuplare) - Resonant Magnetic Coupling (ilustrare de WiTricity).
Ca rezultat al interacțiunii bobinelor, se obține ceea ce a fost numit „electricitate fără fir” (WiTricity). Apropo, acest cuvânt este o marcă comercială care aparține corporației cu același nume, fondată de Soljachich și un număr de colegi de la MIT. Corporația indică faptul că acest termen se aplică numai tehnologiei sale și produselor create pe baza acestuia. Vă rugăm să nu folosiți „whitecity” ca sinonim pentru transmisia de energie fără fir în general.
De asemenea, inventatorii cer să nu confunde WiTricity cu transferul de energie prin unde electromagnetice: ei spun că noua metodă este „non-radiativă”.
Și încă câteva „nu” importante indicate de creatori. WiTricity nu este un analog al unui transformator cu înfășurări separate de câțiva metri (cel din urmă în acest caz nu mai funcționează). Aceasta nu este o periuță de dinți electrică îmbunătățită: deși poate fi încărcată fără contact electric, ea necesită totuși plasarea într-un „dock” pentru a aduce bobinele inductive de transmisie și recepție mai aproape de o distanță de un milimetru. „Whitecity” nu este un cuptor cu microunde care poate prăji un obiect viu, deoarece câmpul magnetic pulsatoriu care funcționează în sistemul WiTricity nu afectează o persoană. În cele din urmă, „Wireless Electricity” nu este nici măcar „misterioasa și teribilul” Turn Wardenclyffe al lui Tesla, cu care marele inventator a intenționat să demonstreze transmiterea energiei pe distanțe lungi.
Primul experiment de transfer de energie fără fir folosind metoda WiTricity la un bec de 60 de wați, la mai mult de doi metri distanță de sursă, a fost realizat de Marin și colegii săi în 2007. Eficiența a fost scăzută - aproximativ 40%, dar chiar și atunci inventatorii au indicat un avantaj tangibil al noului produs - siguranța.
Câmpul folosit în sistem este de 10 mii de ori mai slab decât ceea ce domnește în miezul scanerului de imagistică prin rezonanță magnetică. Deci nici organismele vii, nici implanturile medicale, nici stimulatoarele cardiace și alte echipamente sensibile de acest fel, nici electronicele de larg consum nu pot simți efectul acestui câmp.
Principalii autori ai WiTricity: Marin Soljacic (stânga), Aristeidis Karalis și John Joannopoulos. Dreapta: Schema circuitului WiTricity. Bobina de transmisie (stânga) este conectată la priză. Recepție - conectat la consumator. Liniile de câmp magnetic ale primei bobine (culoare albastră) sunt capabile să se îndoaie în jurul obstacolelor conductoare relativ mici (și nu observă deloc lemn, țesătură, sticlă, beton sau o persoană), transferând cu succes energie (liniile galbene) către inel de primire (foto MIT / Donna Coveney, ilustrație de WiTricity).
Acum Soljachich și asociații săi au descoperit că eficiența sistemului WiTricity este influențată nu numai de dimensiunea, geometria și reglarea bobinelor, precum și de distanța dintre ele, ci și de numărul de consumatori. Paradoxal, la prima vedere, însă, două dispozitive de recepție amplasate la o distanță de 1,6 până la 2,7 metri de fiecare parte a „antenei” de transmisie au prezentat o eficiență cu 10% mai bună decât dacă comunicarea s-ar fi efectuat doar între o sursă și consumator, așa cum era cazul. în experimentele anterioare.
Mai mult, îmbunătățirea a fost observată indiferent de eficiență pentru perechile emițător-receptor separat. Oamenii de știință au sugerat că, odată cu adăugarea suplimentară de noi consumatori, eficiența va crește și mai mult, deși nu este încă pe deplin clar cât de mult. (Detaliile experimentului sunt dezvăluite în Scrisorile de fizică aplicată.)
Bobina de transmisie din noul experiment avea o suprafață de 1 metru pătrat, iar bobinele de recepție erau de numai 0,07 m 2 fiecare. Și acest lucru este, de asemenea, interesant: volumul „receptoarelor” din experimentele anterioare a pus sub semnul întrebării dorința producătorilor de echipamente de a-și echipa echipamentele cu astfel de sisteme - cu greu ați dori un laptop cu autoîncărcare, a cărui unitate WiTricity este comparabilă în dimensiunea computerului însuși.
Stânga: 1 – un circuit special convertește curentul alternativ obișnuit în curent de înaltă frecvență, alimentează o bobină de transmisie care creează un câmp magnetic oscilant. 2 – bobina de recepție din dispozitivul de consum trebuie să fie reglată la aceeași frecvență. 3 – legătura rezonantă dintre bobine transformă câmpul magnetic înapoi în curent electric, care alimentează becul.
Dreapta: Potrivit autorilor sistemului, o bobină din tavan poate furniza energie tuturor aparatelor și dispozitivelor din cameră - de la mai multe lămpi și un televizor la un laptop și DVD player (ilustrare WiTricity).
Dar principalul lucru este că efectul de îmbunătățire a eficienței generale în timp ce se lucrează cu mai mulți consumatori în același timp înseamnă undă verde pentru visul albastru al lui Soljachich - o casă plină cu o varietate de echipamente care primește energie de la „emițători neemițători” invizibili. ascunse în tavanele sau pereții camerelor.
Sau poate nu numai în camere, ci și în garaj? Desigur, puteți încărca o mașină electrică în mod obișnuit. Dar frumusețea WiTricity este că nu trebuie să conectați nimic nicăieri sau chiar să vă amintiți despre asta - teoretic, mașina în sine poate fi învățată la sosirea în garaj (sau în parcarea companiei) să trimită o „cerere” către sistem. și reîncărcați bateria dintr-o bobină magnetică plasată în podea.
Apropo, în unele experimente, specialiștii WiTricity au crescut puterea de transmisie la trei kilowați (și, amintiți-vă, au început cu un bec de 60 de wați). Eficiența variază în funcție de un întreg set de parametri, însă, conform corporației, cu bobine suficient de apropiate poate depăși 95%.
Nu este greu de ghicit că o metodă promițătoare de transmitere a energiei electrice pe mai mulți metri fără fire și necesitatea de a viza un fel de „fasci de putere” ar trebui să fie de interes pentru o gamă largă de companii. Unii lucrează deja în această direcție pe cont propriu.
De exemplu, pornind de la principiile fundamentate și testate de Soljachich și colegii săi, Intel dezvoltă acum modificarea transmisiei de putere rezonantă - Wireless Resonant Energy Link (WREL). În 2008, compania a obținut rezultate strălucitoare în acest domeniu, demonstrând transmisie de curent „magnetic” cu o eficiență de 75%.
Una dintre instalațiile experimentale ale Intel WREL, care transferă fără fir puterea (împreună cu un semnal audio) de la un player MP3 la un difuzor mic (foto de pe gizmodo.com).
Sony își desfășoară acum propriile experimente, reproducând experimentele fizicienilor de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
Cu toate acestea, Soljačić este încrezător că inovația sa nu se va pierde printre produsele colegilor săi concurenți. La urma urmei, pionierii tehnologiei au fost cei care au profitat la maximum de ea și sunt pregătiți pentru studiul și îmbunătățirea ei aprofundate. De exemplu, instalarea chiar și a unei perechi de bobine nu este atât de simplă pe cât pare la o privire superficială. Omul de știință a efectuat experimente în laborator timp de câțiva ani la rând înainte de a construi un sistem care funcționează cu adevărat fiabil.
Probă demonstrativă a unui ecran LCD care primește energie electrică prin primul prototip al unui kit de uz casnic WiTricity. Bobina de transmisie se află pe podea, bobina de recepție este pe masă (foto WiTricity).
„Wireless Electricity”, potrivit autorilor săi, a fost inițial destinat să fie un produs OEM. Prin urmare, în viitor ne putem aștepta la apariția acestei tehnologii în produsele altor companii.
Și un balon de probă către potențialii consumatori a fost deja lansat. În ianuarie, la CES 2010 din Las Vegas, compania chineză Haier a prezentat primul HDTV complet wireless din lume. Nu doar semnalul video de la player a fost transmis pe ecranul acestuia prin aer (pentru care a fost folosit standardul Wireless Home Digital Interface, care s-a născut oficial cu doar o lună mai devreme), ci și sursa de alimentare. Acesta din urmă a fost furnizat tocmai de tehnologia WiTricity.
Compania lui Soljachich negociază, de asemenea, cu producătorii de mobilă pentru a instala bobine în mese și pereții dulapurilor. Primul anunț al unui produs în serie de la un partener WiTricity este așteptat până la sfârșitul anului 2010.
În general, experții prevăd apariția unor adevărate bestselleruri pe piață - produse noi cu un receptor WiTricity încorporat. Mai mult, nimeni nu poate spune încă cu încredere ce fel de lucruri vor fi.
Haier este unul dintre cei mai mari producători mondiali de electronice de larg consum. Nu este surprinzător faptul că inginerii săi au devenit interesați de posibilitatea combinării celor mai noi tehnologii pentru transmiterea fără fir a unui semnal HDTV și a sursei de alimentare fără fir și chiar au reușit să fie primii care arăta un astfel de dispozitiv în acțiune (fotografii engadget.com, gizmodo). .com).
Interesant este că povestea lui WiTricity a început cu câțiva ani în urmă cu o serie de treziri nefericite pentru Marin. De mai multe ori pe parcursul unei luni, a fost trezit de sunetul unui telefon mort care i-a cerut să „mănânce”. Un om de știință care a uitat să-și conecteze la timp telefonul mobil la priză a fost surprins: nu este amuzant că telefonul se află la câțiva metri de rețeaua electrică, dar nu este capabil să primească această energie. După ce s-a trezit din nou la ora trei dimineața, Soljachich s-a gândit: ar fi grozav dacă telefonul s-ar putea ocupa singur de încărcare.
Rețineți că nu vorbim imediat despre o nouă versiune de „covorașe” pentru încărcarea dispozitivelor de buzunar. Astfel de sisteme funcționează numai dacă dispozitivul este așezat direct pe „covoraș”, iar pentru oamenii uituci acest lucru nu este mai bun decât a trebui să conectați pur și simplu firul la o priză. Nu, telefonul trebuia să primească electricitate oriunde în cameră, sau chiar în apartament și nu conta dacă îl aruncați pe masă, canapea sau pervaz.
Aici, inducția electromagnetică obișnuită, razele cu microunde direcționate și laserele cu infraroșu „prudenți” nu erau potrivite. Marin a început să caute alte opțiuni. Cu greu s-ar fi putut gândi atunci că după ceva timp un telefon bip și „fometat” l-ar conduce la crearea propriei companii și la apariția unei tehnologii capabile să „facă titluri” și, mai important, de interes pentru partenerii industriali.
Să adăugăm că directorul executiv al corporației, Eric Giler, a vorbit odată în detaliu despre principiile, istoria și viitorul WiTricity.
