Trasmissione di energia senza fili: storia, tecnologia, apparecchiature. Metodi di trasmissione di potenza senza fili

Per molti anni gli scienziati hanno lottato con il problema di ridurre al minimo i costi elettrici. Esistono diversi metodi e proposte, ma la teoria più famosa è la trasmissione wireless dell'elettricità. Proponiamo di considerare come viene realizzato, chi è il suo inventore e perché non è stato ancora implementato.

Teoria

L’elettricità wireless è letteralmente il trasferimento di energia elettrica senza fili. Le persone spesso paragonano la trasmissione wireless di energia elettrica alla trasmissione di informazioni, come radio, telefoni cellulari o accesso Internet Wi-Fi. La differenza principale è che la trasmissione radio o a microonde è una tecnologia volta a ripristinare e trasportare informazioni e non l'energia originariamente spesa per la trasmissione.

L’elettricità wireless è un’area tecnologica relativamente nuova, ma che si sta sviluppando in modo abbastanza dinamico. Sono ora in fase di sviluppo metodi per trasmettere energia in modo efficiente e sicuro a distanza senza interruzioni.

Come funziona l'elettricità senza fili?

Il lavoro principale si basa specificamente sul magnetismo e sull'elettromagnetismo, come nel caso delle trasmissioni radiofoniche. La ricarica wireless, detta anche ricarica induttiva, si basa su pochi semplici principi di funzionamento, in particolare la tecnologia richiede due bobine. Un trasmettitore e un ricevitore, che insieme generano un campo magnetico alternato di corrente non continua. A sua volta, questo campo provoca una tensione nella bobina ricevente; questo può essere utilizzato per alimentare un dispositivo mobile o caricare una batteria.

Se si invia corrente elettrica attraverso un filo, attorno al cavo viene creato un campo magnetico circolare. Nonostante il campo magnetico influenzi sia il circuito che la bobina, è più pronunciato sul cavo. Quando prendiamo una seconda bobina di filo che non riceve alcuna corrente elettrica che la attraversa e un punto in cui posizioniamo una bobina nel campo magnetico della prima bobina, la corrente elettrica dalla prima bobina verrà trasmessa attraverso il campo magnetico e attraverso la seconda bobina, creando un accoppiamento induttivo.

Prendiamo come esempio uno spazzolino elettrico. In esso, il caricabatterie è collegato a una presa che invia corrente elettrica a un filo attorcigliato all'interno del caricabatterie, che crea un campo magnetico. All'interno dello spazzolino è presente una seconda bobina, quando inizia a circolare corrente e, grazie all'MF formato, lo spazzolino inizia a caricarsi senza essere collegato direttamente ad una alimentazione a 220 V.

Storia

La trasmissione di energia senza fili, come alternativa alla trasmissione e alla distribuzione delle linee elettriche, fu proposta e dimostrata per la prima volta da Nikola Tesla. Nel 1899, Tesla presentò la trasmissione wireless di energia ad un campo di lampade fluorescenti situate a venticinque miglia dalla fonte di energia senza l'uso di cavi. Ma all’epoca era più economico cablare 25 miglia di filo di rame piuttosto che costruire gli speciali generatori di energia richiesti dall’esperienza di Tesla. Non gli fu mai concesso un brevetto e l'invenzione rimase nei recessi della scienza.

Mentre Tesla fu la prima persona a dimostrare le capacità pratiche della comunicazione wireless nel 1899, oggi ci sono pochissimi dispositivi in ​​vendita, come spazzole wireless, cuffie, caricabatterie per telefoni e simili.

Tecnologia senza fili

Il trasferimento di energia wireless prevede il trasferimento di energia elettrica o potenza a distanza senza fili. Pertanto, la tecnologia di base si basa sui concetti di elettricità, magnetismo ed elettromagnetismo.

Magnetismo

È una forza fondamentale della natura che fa sì che alcuni tipi di materiali si attraggano o si respingano a vicenda. Gli unici magneti permanenti sono i poli della Terra. Il flusso di corrente nel circuito genera campi magnetici che differiscono dai campi magnetici oscillanti per la velocità e il tempo necessari per generare corrente alternata (CA). Le forze che appaiono in questo caso sono rappresentate nel diagramma seguente.

Ecco come appare il magnetismo

L'elettromagnetismo è l'interdipendenza dei campi elettrici e magnetici alternati.

Induzione magnetica

Se il circuito conduttivo è collegato a una fonte di alimentazione CA, genererà un campo magnetico oscillante all'interno e attorno al circuito. Se il secondo circuito conduttivo è abbastanza vicino, catturerà parte di questo campo magnetico oscillante, che a sua volta genera o induce una corrente elettrica nella seconda bobina.

Video: come avviene il trasferimento wireless dell'elettricità

Pertanto, si verifica un trasferimento elettrico di potenza da un ciclo o bobina a un altro, noto come induzione magnetica. Esempi di questo fenomeno sono utilizzati nei trasformatori e nei generatori elettrici. Questo concetto si basa sulle leggi di Faraday sull'induzione elettromagnetica. Lì afferma che quando c'è un cambiamento nel flusso magnetico che collega una bobina, la fem indotta nella bobina, quindi l'entità è uguale al prodotto del numero di spire della bobina e della velocità di variazione del flusso.

Accoppiamento di potenza

Questa parte è necessaria quando un dispositivo non può trasmettere energia a un altro dispositivo.

L'accoppiamento magnetico viene generato quando il campo magnetico di un oggetto è in grado di indurre una corrente elettrica con altri dispositivi nel suo raggio d'azione.

Due dispositivi si dicono reciprocamente accoppiati induttivamente o magneticamente quando sono disposti in modo tale che una variazione di corrente su un filo induca una tensione alle estremità dell'altro filo mediante induzione elettromagnetica. Ciò è dovuto alla mutua induttanza

Tecnologia

Principio dell'accoppiamento induttivo

Due dispositivi reciprocamente accoppiati induttivamente o magneticamente sono progettati in modo tale che la variazione di corrente quando un filo induce una tensione alle estremità dell'altro filo sia prodotta mediante induzione elettromagnetica. Ciò è dovuto alla mutua induttanza.
L'accoppiamento induttivo è preferito per la sua capacità di funzionare in modalità wireless e per la sua resistenza agli urti.

L'accoppiamento induttivo risonante è una combinazione di accoppiamento induttivo e risonanza. Usando il concetto di risonanza, puoi far funzionare due oggetti in base ai reciproci segnali.

Come si può vedere dallo schema sopra, la risonanza è fornita dall'induttanza della bobina. Il condensatore è collegato in parallelo all'avvolgimento. L'energia si sposterà avanti e indietro tra il campo magnetico che circonda la bobina e il campo elettrico attorno al condensatore. Qui, le perdite di radiazioni saranno minime.

Esiste anche il concetto di comunicazione ionizzata wireless.

Può anche essere implementato, ma richiede un piccolo sforzo in più. Questa tecnica esiste già in natura, ma è difficilmente realizzabile, poiché richiede un campo magnetico elevato, a partire da 2,11 M/m. È stato sviluppato dal brillante scienziato Richard Walras, lo sviluppatore di un generatore di vortici che invia e trasmette energia termica su grandi distanze, in particolare con l'aiuto di speciali collettori. L'esempio più semplice di tale connessione è il fulmine.

Pro e contro

Naturalmente, questa invenzione presenta vantaggi e svantaggi rispetto ai metodi cablati. Vi invitiamo a considerarli.

I vantaggi includono:

1. Completa assenza di fili;
2. Non sono necessari alimentatori;
3. La necessità di una batteria viene eliminata;
4. L'energia viene trasferita in modo più efficiente;
5. Richiesta di manutenzione notevolmente inferiore.

Gli svantaggi includono quanto segue:

• La distanza è limitata;
• i campi magnetici non sono così sicuri per l’uomo;
• la trasmissione wireless di elettricità mediante microonde o altre teorie è praticamente impossibile a casa e con le proprie mani;
• costo di installazione elevato.

Infatti, negli anni '70, ha tecnicamente realizzato i sogni della NATO e degli Stati Uniti di un costante pattugliamento aereo dell'Iraq (Libia, Siria, ecc.) con droni dotati di telecamere, dando la caccia (o registrando) i "terroristi" online 24 ore su 24. .

Nel 1968, lo specialista americano di ricerche spaziali Peter E. Glaser propose di posizionare grandi pannelli solari in orbita geostazionaria e di trasmettere l'energia da essi generata (livello 5-10 GW) alla superficie della Terra con un fascio ben focalizzato di radiazioni a microonde, quindi convertirlo in energia di corrente continua o alternata di frequenza tecnica e distribuirlo ai consumatori.

Questo schema ha permesso di utilizzare l'intenso flusso di radiazione solare esistente in orbita geostazionaria (~ 1,4 kW/mq) e di trasmettere l'energia risultante alla superficie terrestre in modo continuo, indipendentemente dall'ora del giorno e dalle condizioni meteorologiche. A causa della naturale inclinazione del piano equatoriale rispetto al piano dell'eclittica con un angolo di 23,5 gradi, un satellite situato in un'orbita geostazionaria è illuminato dal flusso della radiazione solare quasi continuamente, ad eccezione di brevi periodi di tempo in prossimità dei giorni del gli equinozi di primavera e autunno, quando questo satellite cade nell'ombra della Terra. Questi periodi di tempo possono essere previsti con precisione e in totale non superano l'1% della durata totale dell'anno.

La frequenza delle oscillazioni elettromagnetiche del raggio di microonde deve corrispondere agli intervalli previsti per l'uso nell'industria, nella ricerca scientifica e nella medicina. Se si sceglie questa frequenza pari a 2,45 GHz, le condizioni meteorologiche, comprese nuvole spesse e forti precipitazioni, non hanno praticamente alcun effetto sull'efficienza della trasmissione di potenza. La banda da 5,8 GHz è interessante perché offre l'opportunità di ridurre le dimensioni delle antenne di trasmissione e ricezione. Tuttavia, l'influenza delle condizioni meteorologiche qui richiede ulteriori studi.

L'attuale livello di sviluppo dell'elettronica a microonde ci consente di parlare di un'efficienza abbastanza elevata del trasferimento di energia a microonde da parte di un raggio di microonde dall'orbita geostazionaria alla superficie terrestre - circa 70% ÷ 75%. In questo caso, il diametro dell'antenna trasmittente viene solitamente scelto pari a 1 km e la rectenna terrestre ha dimensioni di 10 km x 13 km per una latitudine di 35 gradi. Un SCES con un livello di potenza in uscita di 5 GW ha una densità di potenza irradiata al centro dell'antenna trasmittente di 23 kW/m² e al centro dell'antenna ricevente di 230 W/m².

Sono stati studiati vari tipi di generatori di microonde a stato solido e sotto vuoto per l'antenna trasmittente SKES. William Brown ha dimostrato, in particolare, che i magnetron, ben sviluppati dall'industria, destinati ai forni a microonde, possono essere utilizzati anche nella trasmissione di schiere di antenne di SKES, se ciascuna di esse è dotata del proprio circuito di retroazione negativa in fase rispetto al segnale di sincronizzazione esterno (il cosiddetto amplificatore direzionale Magnetron - MDA).

La ricerca più attiva e sistematica nel campo della SCES è stata condotta dal Giappone. Nel 1981, sotto la guida dei professori M. Nagatomo e S. Sasaki presso l'Istituto di ricerca spaziale del Giappone, sono iniziate le ricerche sullo sviluppo di un prototipo SCES con una potenza di 10 MW, che potrebbe essere creato utilizzando i veicoli di lancio esistenti. La creazione di un tale prototipo consente di accumulare esperienza tecnologica e preparare le basi per la formazione di sistemi commerciali.

Il progetto è stato denominato SKES2000 (SPS2000) e ha ricevuto riconoscimenti in molti paesi in tutto il mondo.

Nel 2008, Marin Soljačić, assistente professore di fisica presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), è stato svegliato da un dolce sonno dal suono persistente del suo cellulare. “Il telefono non smetteva di parlare, chiedendomi di metterlo in carica”, ha detto Soljacic. Stanco e non avendo voglia di alzarsi, iniziò a sognare che il telefono, una volta a casa, avrebbe cominciato a caricarsi da solo.

Nel 2012-2015 Gli ingegneri dell'Università di Washington hanno sviluppato una tecnologia che consente di utilizzare il Wi-Fi come fonte di energia per alimentare dispositivi portatili e caricare gadget. La tecnologia è già stata riconosciuta dalla rivista Popular Science come una delle migliori innovazioni del 2015. L’ubiquità della tecnologia di trasmissione dati wireless ha prodotto di per sé una vera rivoluzione. E ora è il turno della trasmissione wireless di energia attraverso l'aria, che gli sviluppatori dell'Università di Washington hanno chiamato (da Power Over WiFi).

Durante la fase di test, i ricercatori sono stati in grado di caricare con successo batterie agli ioni di litio e al nichel-metallo idruro di piccola capacità. Utilizzando il router Asus RT-AC68U e diversi sensori situati a una distanza di 8,5 metri da esso. Questi sensori convertono l'energia dell'onda elettromagnetica in corrente continua con una tensione compresa tra 1,8 e 2,4 volt, necessaria per alimentare microcontrollori e sistemi di sensori. La particolarità della tecnologia è che la qualità del segnale di lavoro non si deteriora. Hai solo bisogno di eseguire nuovamente il flashing del router e puoi usarlo come al solito, oltre a fornire alimentazione ai dispositivi a basso consumo. In una dimostrazione, una piccola telecamera di sorveglianza a bassa risoluzione posizionata a più di 5 metri dal router è stata alimentata con successo. Successivamente il fitness tracker Jawbone Up24 è stato caricato al 41%, impiegando 2,5 ore.

Alle domande difficili sul perché questi processi non influiscono negativamente sulla qualità del canale di comunicazione di rete, gli sviluppatori hanno risposto che ciò è possibile a causa del fatto che il router riprogrammato, durante il suo funzionamento, invia pacchetti di energia attraverso canali non occupati dalla trasmissione delle informazioni . Sono giunti a questa decisione quando hanno scoperto che durante i periodi di silenzio l’energia semplicemente esce dal sistema, ma può essere utilizzata per alimentare dispositivi a basso consumo.

Durante la ricerca, il sistema PoWiFi è stato installato in sei case e ai residenti è stato chiesto di utilizzare Internet normalmente. Carica pagine web, guarda video in streaming e poi dicci cosa è cambiato. Di conseguenza, si è scoperto che le prestazioni della rete non sono cambiate affatto. Cioè, Internet funzionava come al solito e la presenza dell'opzione aggiuntiva non era evidente. E questi erano solo i primi test, quando tramite Wi-Fi è stata raccolta una quantità relativamente piccola di energia.

In futuro, la tecnologia PoWiFi potrebbe servire ad alimentare sensori integrati negli elettrodomestici e nelle apparecchiature militari per controllarli in modalità wireless ed effettuare la ricarica/ricarica remota.

Il trasferimento di energia per gli UAV è rilevante (molto probabilmente, già utilizzando la tecnologia o dall'aereo da trasporto):

L'idea sembra piuttosto allettante. Invece dei 20-30 minuti di volo di oggi:
→
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→ Intel ha gestito lo spettacolo con i droni durante lo spettacolo dell'intervallo del Super Bowl di Lady Gaga -
ottieni 40-80 minuti ricaricando i droni tramite tecnologia wireless.

Lasciami spiegare:
-è ancora necessario lo scambio di droni (algoritmo sciame);
-è necessario anche lo scambio di droni e aerei (utero) (centro di controllo, correzione della protezione militare, retargeting, comando di eliminazione, prevenzione del "fuoco amico", trasferimento di informazioni di intelligence e comandi per l'uso).

Chi è il prossimo in fila?

Nota: Una tipica stazione base WiMAX emette potenza a circa +43 dBm (20 W) e una stazione mobile trasmette tipicamente a +23 dBm (200 mW).

I livelli consentiti di radiazioni dalle stazioni base di comunicazione mobile (900 e 1800 MHz, livello totale da tutte le fonti) nelle aree sanitarie e residenziali in alcuni paesi differiscono notevolmente:
Ucraina: 2,5 µW/cm². (lo standard sanitario più severo in Europa)
Russia, Ungheria: 10 µW/cm².
Mosca: 2,0 µW/cm². (la norma esisteva fino alla fine del 2009)
USA, paesi scandinavi: 100 µW/cm².

Il livello temporaneo consentito (TLA) dei radiotelefoni mobili (MRT) per gli utenti di radiotelefoni nella Federazione Russa è determinato in 10 μW/cm² (Sezione IV - Requisiti igienici per le stazioni di radiocomunicazione mobile terrestre SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 ).

Negli USA il Certificato viene rilasciato dalla Federal Communications Commission (FCC) per i dispositivi cellulari il cui livello SAR massimo non supera 1,6 W/kg (e la potenza di radiazione assorbita è ridotta a 1 grammo di tessuto di organo umano).

In Europa, secondo la direttiva internazionale della Commissione per la protezione dalle radiazioni non ionizzanti (ICNIRP), il valore SAR di un telefono cellulare non deve superare i 2 W/kg (la potenza della radiazione assorbita è ridotta a 10 grammi di tessuto di un organo umano). .

Più recentemente, nel Regno Unito, un livello SAR sicuro è stato considerato pari a 10 W/kg. Un quadro simile è stato osservato in altri paesi. Il valore SAR massimo adottato nello standard (1,6 W/kg) non può essere attribuito con sicurezza nemmeno a standard “hard” o “soft”. Gli standard adottati sia negli Stati Uniti che in Europa per determinare il valore del SAR (tutta la regolamentazione delle radiazioni a microonde dei telefoni cellulari in questione si basa solo sull'effetto termico, cioè associato al riscaldamento dei tessuti degli organi umani).

CAOS COMPLETO.

La medicina non ha ancora dato una risposta chiara alla domanda: il cellulare/WiFi è dannoso e in che misura? Cosa accadrà alla trasmissione wireless di energia elettrica utilizzando le tecnologie a microonde?

Qui la potenza non è watt e miglia di watt, ma kW...

Link, documenti utilizzati, foto e video:
“(JOURNAL OF RADIOELECTRONICS!” N 12, 2007 (ENERGIA ELETTRICA DALLO SPAZIO - CENTRALI SOLARI SPAZIALI, V. A. Banke)
"Elettronica a microonde - prospettive nell'energia spaziale" V. Banke, dottore in scienze fisiche e matematiche.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru.pinterest.com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelectro.info
www.youtube.com

Si tratta di un semplice circuito in grado di alimentare una lampadina senza fili, ad una distanza di quasi 2,5 cm! Questo circuito funge sia da convertitore boost che da trasmettitore e ricevitore di potenza wireless. È molto semplice da realizzare e, se perfezionato, può essere utilizzato in svariati modi. Allora cominciamo!

Passaggio 1. Materiali e strumenti necessari.

1. Transistor NPN. Ho usato 2N3904, ma puoi usare qualsiasi transistor NPN, ad esempio BC337, BC547, ecc. (Qualsiasi transistor PNP funzionerà, assicurati solo di mantenere la polarità delle connessioni.)
2. Filo avvolto o isolato. Dovrebbero essere sufficienti circa 3-4 metri di filo (fili per avvolgimento, solo fili di rame con isolamento in smalto molto sottile). Funzioneranno i cavi della maggior parte dei dispositivi elettronici come trasformatori, altoparlanti, motori elettrici, relè, ecc.
3. Resistore con una resistenza di 1 kOhm. Questo resistore verrà utilizzato per proteggere il transistor dalla bruciatura in caso di sovraccarico o surriscaldamento. È possibile utilizzare valori di resistenza più elevati fino a 4-5 kOhm. Puoi omettere il resistore, ma corri il rischio di scaricare la batteria più velocemente.
4. GUIDATO Ho usato un LED bianco ultra luminoso da 2 mm. È possibile utilizzare qualsiasi LED. In effetti, lo scopo del LED qui è solo quello di mostrare la funzionalità del circuito.
5. Batteria formato AA con tensione di 1,5 Volt. (Non utilizzare batterie ad alta tensione a meno che non si desideri danneggiare il transistor.)

Strumenti richiesti:

1) Forbici o coltello.

2) Saldatore (Opzionale). Se non hai un saldatore, puoi semplicemente attorcigliare i fili. L'ho fatto quando non avevo un saldatore. Se vuoi provare un circuito senza saldatura, è il benvenuto.

3) Accendino (opzionale). Utilizzeremo un accendino per bruciare l'isolamento del filo e poi utilizzeremo delle forbici o un coltello per raschiare via l'eventuale isolamento rimanente.

Passaggio 2: guarda il video per scoprire come farlo

Passaggio 3: breve revisione di tutti i passaggi.

Quindi prima di tutto bisogna prendere i fili e realizzare una bobina avvolgendo 30 spire attorno ad un oggetto cilindrico rotondo. Chiamiamo questa bobina A. Con lo stesso oggetto rotondo iniziamo a creare una seconda bobina. Dopo aver avvolto il 15° giro, creare un ramo a forma di anello dal filo e quindi avvolgere altri 15 giri sulla bobina. Quindi ora hai una bobina con due estremità e un ramo. Chiameremo questa bobina B. Fai dei nodi alle estremità dei fili in modo che non si srotolino da soli. Bruciare l'isolamento sulle estremità dei fili e sul rubinetto di entrambe le bobine. Puoi anche usare le forbici o uno spogliarellista. Assicurarsi che i diametri e il numero di spire di entrambe le bobine siano uguali!

Crea un trasmettitore: prendi il transistor e posizionalo in modo che il lato piatto sia rivolto verso l'alto e rivolto verso di te. Il pin di sinistra sarà collegato all'emettitore, quello centrale sarà il pin di base e il pin di destra sarà collegato al collettore. Prendi un resistore e collega una delle sue estremità al terminale di base del transistor. Prendi l'altra estremità del resistore e collegala a una delle estremità (non alla presa) della bobina B. Prendi l'altra estremità della bobina B e collegala al collettore del transistor. Se lo desideri, puoi collegare un piccolo pezzo di filo all'emettitore del transistor (funzionerà come un'estensione dell'emettitore).

Configura il ricevitore. Per creare un ricevitore, prendi la bobina A e collega le sue estremità ai diversi pin del tuo LED.

Hai completato il diagramma!

Passaggio 4: schema elettrico.

Qui vediamo un diagramma schematico della nostra connessione. Se non conosci alcuni dei simboli sul diagramma, non preoccuparti. Le immagini seguenti mostrano tutto.

Passaggio 5: disegnare le connessioni del circuito.

Qui vediamo un disegno esplicativo dei collegamenti del nostro circuito.

Passaggio 6. Utilizzo del diagramma.

Basta prendere la bobina B e collegarla al polo positivo della batteria. Collegare il terminale negativo della batteria all'emettitore del transistor. Ora, se avvicini la bobina LED alla bobina B, il LED si accende!

Passo 7: Come viene spiegato scientificamente?

(Cercherò semplicemente di spiegare la scienza di questo fenomeno con parole semplici e analogie, e so che potrei sbagliarmi. Per spiegare correttamente questo fenomeno, dovrò entrare in tutti i dettagli, che non sono in grado di farlo, quindi voglio solo fornire delle analogie generali per spiegare il circuito).

Il circuito trasmettitore che abbiamo appena creato è un circuito oscillatore. Potresti aver sentito parlare del cosiddetto circuito Thief Joule, ma ha una sorprendente somiglianza con il circuito che abbiamo creato. Il circuito Joule Thief accetta elettricità da una batteria da 1,5 Volt, emette elettricità a una tensione più elevata, ma con migliaia di intervalli intermedi. Il LED necessita solo di 3 volt per accendersi, ma in questo circuito può accendersi facilmente con una batteria da 1,5 volt. Quindi il circuito Joule Thief è noto come convertitore di aumento di tensione, oltre che come emettitore. Il circuito che abbiamo creato è anche un emettitore e un convertitore che aumenta la tensione. Ma potrebbe sorgere la domanda: "Come accendere un LED a distanza?" Ciò accade a causa dell'induzione. Per questo puoi, ad esempio, utilizzare un trasformatore. Un trasformatore standard ha un nucleo su entrambi i lati. Supponiamo che il filo su ciascun lato del trasformatore abbia le stesse dimensioni. Quando la corrente elettrica passa attraverso una bobina, le bobine del trasformatore diventano elettromagneti. Se la corrente alternata scorre attraverso la bobina, la tensione oscilla lungo una sinusoide. Pertanto, quando la corrente alternata scorre attraverso la bobina, il filo acquisisce le proprietà di un elettromagnete e poi perde nuovamente l'elettromagnetismo quando la tensione diminuisce. La bobina di filo diventa un elettromagnete e poi perde le sue proprietà elettromagnetiche alla stessa velocità con cui il magnete si allontana dalla seconda bobina. Quando un magnete si muove rapidamente attraverso una bobina di filo, viene generata elettricità, quindi la tensione oscillante di una bobina su un trasformatore induce elettricità nell'altra bobina di filo e l'elettricità viene trasferita da una bobina all'altra senza fili. Nel nostro circuito, il nucleo della bobina è aria e la tensione CA passa attraverso la prima bobina, inducendo così tensione nella seconda bobina e accendendo le lampadine!!

Passaggio 8. Vantaggi e suggerimenti per il miglioramento.

Quindi nel nostro circuito abbiamo semplicemente utilizzato un LED per mostrare l'effetto del circuito. Ma potremmo fare di più! Il circuito ricevitore riceve l'elettricità dalla corrente alternata, quindi potremmo usarlo per accendere tubi fluorescenti! Puoi anche utilizzare il nostro circuito per realizzare trucchi interessanti, regali divertenti, ecc. Per massimizzare i risultati, puoi sperimentare il diametro delle bobine e il numero di spire sulle bobine. Puoi anche provare ad appiattire le bobine e vedere cosa succede! Le possibilità sono infinite!!

Passaggio 9. Motivi per cui il circuito potrebbe non funzionare.

Quali problemi potresti riscontrare e come risolverli:

1. Il transistor sta diventando troppo caldo!

Soluzione: hai utilizzato un resistore con i parametri corretti? Non ho usato un resistore la prima volta e il mio transistor ha fumato. Se il problema persiste, prova a utilizzare il termoretraibile o un transistor di qualità superiore.

1. Il LED non si accende!

Soluzione: potrebbero esserci molte ragioni. Innanzitutto, controlla tutte le connessioni. Ho accidentalmente cambiato la base e il collettore nella mia connessione e questo è diventato un grosso problema per me. Quindi, controlla prima tutte le connessioni. Se disponi di un dispositivo come un multimetro, puoi utilizzarlo per controllare tutte le connessioni. Assicurati inoltre che entrambe le bobine abbiano lo stesso diametro. Controlla se c'è un cortocircuito nella tua rete.

Non sono a conoscenza di altri problemi. Ma se li incontri, fammi sapere! Cercherò di aiutare il più possibile. Inoltre, sono uno studente della scuola media e le mie conoscenze scientifiche sono estremamente limitate, quindi se trovi qualche errore in me, faccelo sapere. Suggerimenti per migliorare sono più che benvenuti. Buona fortuna con il tuo progetto!

La legge di interazione delle correnti elettriche scoperta da André Marie Ampère nel 1820 gettò le basi per l'ulteriore sviluppo della scienza dell'elettricità e del magnetismo. 11 anni dopo, Michael Faraday stabilì sperimentalmente che un campo magnetico variabile generato da una corrente elettrica può indurre una corrente elettrica in un altro conduttore. Ecco come è stato creato.

Nel 1864, James Clerk Maxwell sistematizzò finalmente i dati sperimentali di Faraday, dando loro la forma di precise equazioni matematiche, grazie alle quali furono create le basi dell'elettrodinamica classica, perché queste equazioni descrivevano la connessione del campo elettromagnetico con correnti e cariche elettriche, e la conseguenza di ciò avrebbe dovuto essere l'esistenza delle onde elettromagnetiche.

Nel 1888 Heinrich Hertz confermò sperimentalmente l'esistenza delle onde elettromagnetiche previste da Maxwell. Il suo trasmettitore a scintilla con un chopper a bobina di Ruhmkorff poteva produrre onde elettromagnetiche fino a 0,5 gigahertz, che potevano essere ricevute da più ricevitori sintonizzati in risonanza con il trasmettitore.

I ricevitori potevano essere posizionati a una distanza massima di 3 metri e, se si verificava una scintilla nel trasmettitore, si verificavano scintille anche nei ricevitori. Ecco come sono stati eseguiti primi esperimenti di trasmissione senza fili dell’energia elettrica utilizzando le onde elettromagnetiche.

Nel 1891, studiando le correnti alternate di alta tensione e alta frequenza, giunse alla conclusione che è estremamente importante per scopi specifici selezionare sia la lunghezza d'onda che la tensione operativa del trasmettitore, e non è affatto necessario effettuare la scelta frequenza troppo alta.

Lo scienziato osserva che il limite inferiore di frequenze e tensioni al quale è stato in grado di ottenere i migliori risultati in quel momento era compreso tra 15.000 e 20.000 vibrazioni al secondo con un potenziale di 20.000 volt. Tesla ha ricevuto una corrente ad alta frequenza e alta tensione utilizzando una scarica oscillatoria di un condensatore (vedi -). Notò che questo tipo di trasmettitore elettrico è adatto sia per produrre luce che per trasmettere elettricità per produrre luce.

Nel periodo dal 1891 al 1894, lo scienziato dimostrò ripetutamente la trasmissione senza fili e il bagliore dei tubi a vuoto in un campo elettrostatico ad alta frequenza, notando che l'energia del campo elettrostatico viene assorbita dalla lampada, convertita in luce, e l'energia del campo elettromagnetico viene utilizzato per l'induzione elettromagnetica al fine di ottenere un effetto simile. Il risultato viene per lo più riflesso e solo una piccola frazione viene convertita in luce.

Anche utilizzando la risonanza durante la trasmissione mediante un'onda elettromagnetica, non sarà possibile trasmettere una quantità significativa di energia elettrica, ha affermato lo scienziato. Il suo obiettivo durante questo periodo di lavoro era trasmettere senza fili grandi quantità di energia elettrica.

Fino al 1897, parallelamente al lavoro di Tesla, le ricerche sulle onde elettromagnetiche furono portate avanti da: Jagdish Bose in India, Alexander Popov in Russia e Guglielmo Marconi in Italia.

Dopo le conferenze pubbliche di Tesla, Jagdish Bose dimostra la trasmissione wireless dell'elettricità nel novembre 1894 a Calcutta, dove accende la polvere da sparo, trasmettendo energia elettrica a distanza.

Dopo Boche, precisamente il 25 aprile 1895, Alexander Popov, utilizzando il codice Morse, trasmise il primo messaggio radio, e questa data (7 maggio, nuovo stile) viene ora celebrata ogni anno in Russia come “Giornata della Radio”.

Nel 1896 Marconi, arrivato in Gran Bretagna, dimostrò il suo apparato, utilizzando il codice Morse per trasmettere un segnale su una distanza di 1,5 chilometri dal tetto dell'edificio dell'ufficio postale di Londra a un altro edificio. Successivamente, migliorò la sua invenzione e riuscì a trasmettere un segnale attraverso la pianura di Salisbury per una distanza di 3 chilometri.

Tesla nel 1896 trasmette e riceve con successo segnali a una distanza tra trasmettitore e ricevitore di circa 48 chilometri. Tuttavia, nessuno dei ricercatori è ancora riuscito a trasmettere una quantità significativa di energia elettrica su una lunga distanza.

Facendo esperimenti a Colorado Springs, Tesla scriverà nel 1899: “Il fallimento del metodo di induzione sembra enorme rispetto al metodo di eccitazione della carica della terra e dell’aria”. Questo sarà l’inizio della ricerca dello scienziato volta a trasmettere l’elettricità su distanze significative senza l’uso di cavi. Nel gennaio 1900, Tesla scrisse nel suo diario del riuscito trasferimento di energia ad una bobina “estesa molto nel campo” da cui veniva alimentata la lampada.

E il più grande successo dello scienziato sarà il lancio della Torre Wardenclyffe a Long Island il 15 giugno 1903, progettata per trasmettere energia elettrica su una distanza considerevole in grandi quantità senza fili. L'avvolgimento secondario messo a terra del trasformatore risonante, sormontato da una cupola sferica di rame, avrebbe dovuto eccitare la carica terrestre e gli strati conduttivi d'aria per diventare un elemento di un grande circuito risonante.

Così lo scienziato è riuscito ad alimentare 200 lampade da 50 watt a una distanza di circa 40 chilometri dal trasmettitore. Tuttavia, sulla base della fattibilità economica, il finanziamento del progetto è stato interrotto da Morgan, che fin dall'inizio ha investito denaro nel progetto per ottenere comunicazioni wireless, e il trasferimento di energia gratuita su scala industriale a distanza era categoricamente inappropriato per lui come uomo d'affari. Nel 1917 la torre, progettata per la trasmissione senza fili dell'energia elettrica, fu distrutta.

Molto più tardi, nel periodo dal 1961 al 1964, un esperto nel campo dell'elettronica a microonde, William Brown, sperimentò negli Stati Uniti i percorsi di trasmissione dell'energia dei raggi a microonde.

Nel 1964 fu il primo a sperimentare un dispositivo (un modello di elicottero) in grado di ricevere e utilizzare l'energia del fascio di microonde sotto forma di corrente continua, grazie a una schiera di antenne composta da dipoli a semionda, ciascuno dei quali è caricato con energia altamente diodi Schottky efficienti. Già nel 1976 William Brown trasmetteva un raggio di microonde di 30 kW di potenza su una distanza di 1,6 km con un'efficienza superiore all'80%.

Nel 2007, un gruppo di ricerca del Massachusetts Institute of Technology, guidato dal professor Marin Soljacic, è riuscito a trasmettere energia in modalità wireless su una distanza di 2 metri. La potenza trasmessa era sufficiente ad alimentare una lampadina da 60 watt.

La loro tecnologia (chiamata ) si basa sul fenomeno della risonanza elettromagnetica. Il trasmettitore e il ricevitore sono due bobine di rame, ciascuna di 60 cm di diametro, che risuonano alla stessa frequenza. Il trasmettitore è collegato a una fonte di alimentazione e il ricevitore è collegato a una lampada a incandescenza. I circuiti sono sintonizzati su 10 MHz. Il ricevitore in questo caso riceve solo il 40-45% dell'elettricità trasmessa.

Nello stesso periodo, Intel dimostrò una tecnologia simile per la trasmissione di energia wireless.

Nel 2010, il gruppo Haier, un produttore cinese di elettrodomestici, ha presentato al pubblico al CES 2010 il suo prodotto unico: una TV LCD completamente wireless basata su questa tecnologia.

Molti esperti sostengono che l’elettricità senza fili sia conosciuta dal 1831. Ciò accadde quando Michael Faraday scoprì il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Come risultato di una serie di esperimenti, è diventato chiaro che un campo magnetico variabile, generato da una corrente elettrica, può indurre una corrente in un altro conduttore.

Elettricità senza fili

Tuttavia, questa era solo una teoria e solo Nikola Tesla riuscì a realizzare pienamente l’idea di trasmettere l’elettricità a distanza. Nel 1893 si tenne un'esposizione mondiale in cui dimostrò la trasmissione senza fili dell'elettricità. Sognava che tutti usassero questa tecnologia, ma a quel tempo si rivelò semplicemente non reclamata. Intel e Sony si interessarono a tali tecnologie solo un secolo dopo.

Principio di funzionamento

Se osserviamo l'elettricità wireless in modo più dettagliato, possiamo capire che fornisce la capacità di trasmettere energia elettrica a distanza. Molte persone paragonano questa tecnologia alle comunicazioni radio o cellulari. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice e si basa sulla presenza di due bobine nel sistema.

La trasmissione di elettricità a distanza viene effettuata utilizzando un ricevitore e un trasmettitore

Ora è il momento di conoscere il principio di funzionamento in modo più dettagliato:

1. Il sistema contiene un trasmettitore e un ricevitore in grado di generare un campo magnetico alternato.
2. Il campo magnetico consente di creare una tensione nella bobina del ricevitore.
3. Inviando corrente elettrica attraverso un filo, si può formare un campo magnetico circolare attorno al cavo.
4. Su una bobina di filo in cui la corrente elettrica non scorre direttamente, la corrente elettrica inizierà a fluire dalla prima bobina attraverso il campo magnetico, che fornirà un accoppiamento induttivo.

Principi di trasmissione dell'elettricità

Fino a poco tempo fa, il sistema di risonanza magnetica CMRS era considerato il più ottimale e popolare. È stato creato nel 2007. Grazie a questa tecnologia, gli specialisti sono stati in grado di trasmettere elettricità su una distanza di 2,1 metri. Tuttavia, non poteva essere prodotto in serie, poiché la frequenza di trasmissione era troppo alta e le bobine avevano una configurazione complessa e erano di grandi dimensioni.

L'elettricità wireless ti consente di caricare il tuo telefono cellulare

Relativamente recentemente, gli scienziati della Corea del Sud hanno creato un nuovo trasmettitore che consente di trasmettere elettricità su una distanza di 5 metri. Il sistema non presenta alcun inconveniente e, se necessario, può essere installato nelle pareti dell'appartamento.

Come risultato di questo esperimento ad una frequenza di 20 kHz, gli specialisti sono stati in grado di trasmettere:

• 209 W a 5 metri;
• 471 W a 4 metri;
• 1403 W a 3 metri.

Grazie alla radiazione wireless sarà possibile alimentare televisori LCD di grandi dimensioni, che richiedono solo 40 W a una distanza di 5 metri. Ora esistono altre tecnologie che consentono di trasmettere l'elettricità in modalità wireless. Questi includono:

1. Radiazione laser. La gamma è piuttosto lunga. Tuttavia è necessaria una linea visiva tra il ricevitore e il trasmettitore. Lockheed Martin ha già testato il veicolo aereo senza pilota Stalker, che è alimentato da un raggio laser e può rimanere in aria fino a 48 ore.
2. Radiazione a microonde. Questo tipo consente una portata più lunga, ma il costo dell'attrezzatura è piuttosto elevato. Un'antenna radio verrà utilizzata come trasmettitore di elettricità, che crea radiazioni a microonde. Sul ricevitore è installata una rectenna che converte la corrente elettrica nella radiazione a microonde ricevuta.

All’aumentare della distanza di trasmissione, il costo e le dimensioni dell’apparecchiatura aumentano in modo significativo. A loro volta, le radiazioni a microonde possono essere dannose per l’ambiente. puoi leggere sui robot nel settore energetico.

Caratteristiche della tecnologia

Ora è il momento di considerare tutte le funzionalità di questa popolare tecnologia:

1. L'alimentazione wireless si basa sull'induzione elettromagnetica. Attualmente si sta lavorando attivamente per potenziare questa tecnologia, ma è dannosa per la salute.
2. Anche le tecnologie che forniscono la trasmissione di elettricità mediante ultrasuoni, laser e radiazioni a microonde troveranno la loro applicazione.
3. I satelliti in orbita hanno batterie e batterie ingombranti. Tuttavia, è possibile che presto inizieranno a trasmettere elettricità utilizzando un laser o un microonde.
4. Ora tutti i maggiori produttori di apparecchiature di telecomunicazione hanno iniziato a unirsi tra loro. Pertanto è iniziata la produzione attiva di telefoni cellulari con funzione di ricarica wireless. Lo standard comune al momento è la tecnologia Qi.

Ricarica wireless con tecnologia Qi

Applicazione

1. Elicottero a microonde. Il modello di questo elicottero unico aveva una rectenna e poteva raggiungere un'altezza di 15 metri.
2. L'elettricità wireless viene utilizzata attivamente per gli spazzolini da denti. La spazzola è completamente sigillata e puoi evitare ulteriori shock.
3. Alimentare gli aerei con i laser.
4. Sono già in vendita i sistemi di ricarica wireless per i cellulari.
5. Un pad di ricarica universale che può alimentare contemporaneamente più smartphone.

Vantaggi e svantaggi

L’elettricità wireless presenta i seguenti vantaggi:

• non sono necessari alimentatori;
• puoi rifiutare i cavi;
• Meno manutenzione richiesta.

Tuttavia, la tecnologia moderna presenta anche una serie di svantaggi:

• lo sviluppo della tecnologia non è ancora stato completato;
• ora esiste una limitazione della distanza;
• i campi magnetici non sono sicuri per l’uomo;
• il costo dell'attrezzatura è piuttosto alto.

Prospettive

Oggi molti specialisti stanno lavorando su grandi progetti che utilizzeranno solo energia wireless. Ciò alimenta i veicoli elettrici e le reti elettriche domestiche.