Transmiterea fără fir a energiei electrice conform teoriei Tesla. Electricitatea wireless își uimește creatorii

El a descoperit o lege (după numită după descoperitorul prin legea lui Ampere), care arată că un curent electric produce un câmp magnetic.

• V 2007 an, un grup de cercetare condus de profesorul Marina Solyachich din energie transmisă wireless pe o distanță de 2 m cu o putere suficientă pentru strălucirea unui bec de 60 de wați, cu o eficiență de 40%, folosind două bobine cu diametrul de 60 cm.
• V 2008 Bombardier a introdus un sistem de transmisie a energiei fără fir numit primove pentru utilizarea în tramvaie și motoarele feroviare ușoare.
• V 2008 În 2006, angajații Intel au reprodus experimentele lui Nikola Tesla în 1894 și experimentele grupului lui John Brown în 1988 privind transmisia de putere fără fir pentru strălucirea lămpilor incandescente cu o eficiență egală cu 75%.
• V 2009 Cu ani în urmă, un consorțiu de companii interesate numit Wireless Power Consortium a dezvoltat un standard de putere fără fir de curent scăzut numit „”. Qi a ajuns să fie folosit în tehnologia portabilă.
• V 2009 În 2006, compania norvegiană Wireless Power & Communication a prezentat o lanternă industrială dezvoltată de aceasta, capabilă să funcționeze în siguranță și să se reîncarce fără contact într-o atmosferă saturată cu gaze inflamabile.
• V 2009 Grupul Haier a introdus primul televizor LCD complet fără fir din lume, bazat pe cercetările profesorului Marina Solyachich privind transmisia de energie fără fir și interfața digitală wireless pentru acasă (WHDI).
• V 2011 Wireless Power Consortium a început să extindă standardul Qi pentru curenți medii.
• V 2012 Un muzeu privat din Sankt Petersburg „Grand Model Russia” și-a început activitatea, în care modelele de mașini în miniatură au primit alimentare fără fir printr-un model al drumului.
• V 2015 an, oamenii de știință de la Universitatea din Washington au descoperit că electricitatea poate fi transmisă prin tehnologia Wi-Fi.

Tehnologii

Metoda cu ultrasunete

Metoda ultrasonică de transmitere a energiei a fost inventată de studenții de la Universitatea din Pennsylvania și prezentată publicului larg pentru prima dată la The All Things Digital (D9) în 2011. Ca și în cazul altor metode de transmitere fără fir a ceva, au fost folosite un receptor și un transmițător. Emițătorul emite ultrasunete; receptorul, la rândul său, a transformat sonorul în electricitate. La momentul prezentării, distanța de transmisie a ajuns la 7-10 metri, fiind necesară o linie directă de vedere a receptorului și emițătorului. Tensiunea transmisă a ajuns la 8 volți; amperajul rezultat nu este raportat. Frecvențele ultrasonice utilizate nu au niciun efect asupra oamenilor. De asemenea, nu există informații despre efectele negative ale frecvențelor ultrasonice asupra animalelor.

Metoda inducției electromagnetice

Transmiterea fără fir a energiei prin inducție electromagnetică folosește un câmp electromagnetic apropiat la distanțe de aproximativ o șesime dintr-o lungime de undă. Energia câmpului apropiat în sine nu radiază, dar apar unele pierderi de radiație. În plus, de regulă, au loc și pierderi rezistive. Datorită inducției electrodinamice, un curent electric alternativ care curge prin înfășurarea primară creează un câmp magnetic alternant care acționează asupra înfășurării secundare, inducând un curent electric în acesta. Pentru a obține o eficiență ridicată, interacțiunea trebuie să fie suficient de apropiată. Pe măsură ce înfășurarea secundară se îndepărtează de primar, tot mai mult câmp magnetic nu ajunge la secundar. Chiar și pe distanțe relativ scurte, cuplarea inductivă devine extrem de ineficientă, irosind o mare parte din energia transmisă.

Un transformator electric este cel mai simplu dispozitiv pentru transmisia de energie fără fir. Înfășurările primare și secundare ale transformatorului nu sunt direct legate. Transferul de energie are loc printr-un proces cunoscut sub numele de inducție reciprocă. Funcția principală a transformatorului este de a crește sau scădea tensiunea primară. Încărcătoarele fără contact pentru telefoane mobile și periuțele de dinți electrice sunt exemple de utilizare a principiului inducției electrodinamice. Plitele cu inducție folosesc și ele această metodă. Principalul dezavantaj al metodei de transmisie wireless este raza sa extrem de scurtă. Receptorul trebuie să fie în imediata apropiere a transmițătorului pentru a comunica eficient cu acesta.

Utilizarea rezonanței crește ușor raza de transmisie. Cu inducția rezonantă, emițătorul și receptorul sunt reglate pe aceeași frecvență. Performanța poate fi îmbunătățită în continuare prin schimbarea formei de undă a curentului de antrenare de la forme de undă tranzitorii sinusoidale la nesinusoidale. Transferul de energie în impulsuri are loc pe mai multe cicluri. Astfel, o putere semnificativă poate fi transferată între două circuite LC reglate reciproc, cu un coeficient de cuplare relativ scăzut. Bobinele de transmisie și recepție, de regulă, sunt solenoizi cu un singur strat sau o spirală plată cu un set de condensatori care vă permit să reglați elementul de recepție la frecvența emițătorului.

O aplicație comună a inducției electrodinamice rezonante este încărcarea bateriilor dispozitivelor portabile, cum ar fi computerele laptop și telefoanele mobile, implanturile medicale și vehiculele electrice. Tehnica de încărcare localizată folosește selecția unei bobine transmițătoare adecvate în structura unui șir de înfășurări multistrat. Rezonanța este utilizată atât în ​​panoul de încărcare fără fir (circuitul de transmisie), cât și în modulul receptor (încorporat în sarcină) pentru a maximiza eficiența transferului de energie. Această tehnică de transfer este potrivită pentru plăcile universale de încărcare fără fir pentru reîncărcarea electronicelor portabile, cum ar fi telefoanele mobile. Tehnica este adoptată ca parte a standardului de încărcare wireless Qi.

Inducția electrodinamică rezonantă este, de asemenea, folosită pentru alimentarea dispozitivelor care nu au baterii, cum ar fi etichetele RFID și cardurile inteligente fără contact și pentru a transfera energie electrică de la inductorul primar la rezonatorul cu șurub al transformatorului Tesla, care este, de asemenea, un transmițător wireless de energie electrică.

Inductie electrostatica

Metoda laser

În cazul în care lungimea de undă a radiației electromagnetice se apropie de regiunea vizibilă a spectrului (de la 10 μm la 10 nm), energia poate fi transferată prin transformarea acesteia într-un fascicul laser, care poate fi apoi direcționat către fotocelula receptorului.

Transmiterea energiei cu laser are o serie de avantaje față de alte metode de transmisie fără fir:

• transferul de energie pe distanțe lungi (datorită valorii mici a unghiului de divergență dintre fasciculele înguste ale unei unde luminoase monocromatice);
• ușurință în utilizare pentru produse mici (datorită dimensiunii mici a unui laser cu stare solidă - diodă semiconductoare fotoelectrică);
• absența interferențelor de radiofrecvență pentru dispozitivele de comunicare existente, cum ar fi Wi-Fi și telefoanele mobile (laserul nu creează astfel de interferențe);
• capacitatea de a controla accesul (numai receptoarele iluminate de un fascicul laser pot primi energie electrică).

Această metodă are și o serie de dezavantaje:

• conversia radiațiilor electromagnetice de joasă frecvență în radiații de înaltă frecvență, care este lumină, este ineficientă. Convertirea luminii înapoi în electricitate este, de asemenea, ineficientă, deoarece eficiența celulelor solare ajunge la 40-50%, deși eficiența de conversie a luminii monocromatice este mult mai mare decât cea a panourilor solare;
• pierderi în atmosferă;
• necesitatea unei linii de vedere între emițător și receptor (ca și în cazul transmisiei cu microunde).

Tehnologia de transmisie a puterii laser a fost cercetată în primul rând în dezvoltarea de noi sisteme de arme și în industria aerospațială și este în prezent dezvoltată pentru electronice comerciale și de larg consum în dispozitive de putere redusă. Sistemele de transmisie a energiei fără fir pentru consumatori trebuie să îndeplinească cerințele de siguranță laser din IEC 60825. Pentru a înțelege mai bine sistemele laser, trebuie avut în vedere că propagarea unui fascicul laser este mult mai puțin dependentă de constrângerile de difracție, deoarece potrivirea spațială și spectrală a laserelor permite crește puterea de lucru și distanța, modul în care lungimea de undă afectează focalizarea.

NASA Dryden Flight Research Center a demonstrat zborul unui model de aeronavă ușoară fără pilot alimentat de un fascicul laser. Aceasta a dovedit posibilitatea reîncărcării periodice prin intermediul unui sistem laser fără a fi nevoie de aterizare a aeronavei.

Curentul alternativ poate fi transmis prin straturi ale atmosferei care au o presiune atmosferică mai mică de 135 mm Hg. Artă. Curentul trece prin inducție electrostatică prin atmosfera inferioară la aproximativ 2–3 mile (3,2–4,8 kilometri) deasupra nivelului mării și datorită fluxului de ioni, adică conducție electrică, printr-o regiune ionizată situată la o altitudine de peste 5. km. Fascicule verticale intense de radiații ultraviolete pot fi folosite pentru a ioniza gazele atmosferice direct deasupra celor două terminale ridicate, rezultând linii electrice de înaltă tensiune cu plasmă care conduc direct la straturile conductoare ale atmosferei. Ca urmare, se generează un curent electric între cele două terminale ridicate, trecând în troposferă, prin aceasta și înapoi la celălalt terminal. Conductivitatea electrică prin straturile atmosferei este posibilă printr-o descărcare capacitivă a plasmei într-o atmosferă ionizată.

Nikola Tesla a descoperit că electricitatea poate fi transmisă atât prin pământ, cât și prin atmosferă. În cursul cercetărilor sale, el a realizat aprinderea lămpii la distanțe moderate și a înregistrat transmiterea energiei electrice la distanțe mari. Turnul Wardencliff a fost conceput ca un proiect comercial transatlantic de telefonie fără fir și a devenit o adevărată demonstrație a posibilității de transmitere a energiei fără fir la scară globală. Instalația nu a fost finalizată din cauza finanțării insuficiente.

Pământul este un conductor natural și formează un singur circuit conductor. Bucla de întoarcere se realizează prin troposfera superioară și stratosfera inferioară la o altitudine de aproximativ 4,5 mile (7,2 km).

Sistemul global de transmitere a energiei electrice fără fire, așa-numitul World Wireless System, bazat pe conductivitate electrică ridicată a plasmei și conductivitate electrică ridicată a pământului, a fost propus de Nikola Tesla la începutul anului 1904 și ar fi putut cauza Meteoritul Tunguska, care a apărut ca urmare a unui „scurtcircuit” între o atmosferă încărcată și pământ.

Sistem wireless la nivel mondial

Primele experimente ale celebrului inventator sârb Nikola Tesla au vizat propagarea undelor radio obișnuite, adică undele Hertz, undele electromagnetice care se propagă în spațiu.

În 1919, Nikola Tesla scria: „Se crede că am început să lucrez la transmisia fără fir în 1893, dar de fapt în doi ani anteriori făcusem cercetări și proiectam echipamente. Mi-a fost clar de la început că succesul poate fi obținut printr-o serie de soluții radicale. În primul rând, au trebuit să fie create generatoare de înaltă frecvență și oscilatoare electrice. Energia lor trebuia transformată în transmițătoare eficiente și primită la distanță de receptori corespunzători. Un astfel de sistem ar fi eficient în cazul excluderii oricărei interferențe externe și al asigurării exclusivității sale complete. De-a lungul timpului, însă, mi-am dat seama că pentru ca dispozitivele de acest fel să funcționeze eficient, ele trebuie proiectate ținând cont de proprietățile fizice ale planetei noastre.”

Una dintre condițiile pentru crearea unui sistem wireless la nivel mondial este construcția de receptoare rezonante. Rezonatorul bobinei Tesla cu împământare și terminalul ridicat pot fi utilizate ca atare. Tesla a demonstrat personal în mod repetat transmiterea fără fir a energiei electrice de la bobina de transmisie la cea de recepție a lui Tesla. Aceasta a devenit parte a sistemului său de transmisie fără fir (brevetul SUA nr. 1.119.732, din 18 ianuarie 1902, „Aparatură pentru transmiterea energiei electrice”). Tesla și-a propus să instaleze peste treizeci de stații de transmisie și recepție în întreaga lume. În acest sistem, bobina de preluare acționează ca un transformator coborâtor cu un curent de ieșire mare. Parametrii bobinei de transmisie sunt identici cu cel de recepție.

Sistemul global fără fir Tesla a urmărit să combine transmisia de energie cu transmisia radio și comunicațiile fără fir direcționale, eliminând numeroasele linii electrice de înaltă tensiune și facilitând interconectarea generatoarelor electrice la scară globală.

Vezi si

• WiTricity

Note (editare)

1. „Electricity at the Columbian Exposition”, de John Patrick Barrett. 1894, pp. 168-169 (ing.)
2. Experimente cu curenți alternativi de frecvență foarte mare și aplicarea lor la metodele de iluminare artificială, AIEE, Columbia College, N.Y., 20 mai 1891 (ing.)
3. Experimente cu curenți alternativi de înaltă potențial și de înaltă frecvență, adresa IEE, Londra, februarie 1892 (engleză)
4. On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, februarie 1893 și National Electric Light Association, St. Louis, martie 1893
5. Lucrarea lui Jagdish Chandra Bose: 100 de ani de cercetare a undelor mm
6. Jagadish Chandra Bose
7. Nikola Tesla despre munca sa cu curenții alternativi și aplicarea lor la telegrafia fără fir, telefonie și transmisie de putere, pp. 26-29. (Engleză)
8. 5 iunie 1899, Nikola Tesla Note de primăvară din Colorado 1899-1900, Nolit, 1978 (engleză)
9. Nikola Tesla: Arme ghidate și tehnologie computerizată (ing.)
10. Electricianul(Londra), 1904 (ing.)
11. Scanarea trecutului: o istorie a ingineriei electrice din trecut, Hidetsugu Yagi
12. Tetelbaum S.I. Despre transmiterea fără fir a energiei electrice pe distanțe lungi folosind unde radio // Electricitate. - 1945. - Nr. 5. - S. 43-46.
13. A. A. Kostenko Cvasi-optică: context istoric și tendințe moderne de dezvoltare // Radiofizică și radioastronomie. - 2000. - T. 5, nr. 3. - S. 231.
14. Un studiu al elementelor de transmisie a puterii prin fascicul de microunde, în 1961 IRE Int. Conf. Rec., Vol. 9, partea 3, pp. 93-105 (engleză)
15. Teoria și tehnicile IEEE cu microunde, Cariera distinsă a lui Bill Brown
16. Puterea de la soare: viitorul său, Science Vol. 162, pp. 957-961 (1968)
17. Brevet pentru energia solară prin satelit
18. Istoria RFID
19. Inițiativa pentru energia solară spațială (ing.)
20. Transmisia de energie fără fir pentru satelitul de energie solară (SPS) (a doua versiune de N. Shinohara), Workshop de energie solară spațială, Institutul de Tehnologie din Georgia (ing.)
21. W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on September, 1984, v. 32 (9), pp. 1230-1242 (engleză)
22. Transfer de putere fără fir prin rezonanțe magnetice puternic cuplate(Engleză). Știință (7 iunie 2007). Consultat la 6 septembrie 2010. Arhivat la 29 februarie 2012.,
    A fost lansată o nouă modalitate de transmitere fără fir a energiei electrice (Rusă)... MEMBRANA.RU (8 iunie 2007). Consultat la 6 septembrie 2010. Arhivat la 29 februarie 2012.
23. Tehnologia Bombardier PRIMOVE
24. Intel își imaginează puterea wireless pentru laptopul tău
25. specificația electrică fără fir se apropie de finalizare
26. Standardul global Qi intensifică încărcarea fără fir - HONG KONG, sept. 2 / PRNewswire /
27. TX40 și CX40, lanternă și încărcător aprobate Ex
28. Televizorul HDTV wireless al lui Haier nu are fire, profil svelt (video) (engleză),
    Electricitatea wireless își uimește creatorii (Rusă)... MEMBRANA.RU (16 februarie 2010). Preluat la 6 septembrie 2010.

Va prezentam un dispozitiv pentru transmiterea energiei electrice fara fire cu o eficienta de aproximativ 100%. În viitor, valoarea eficienței de ≈ 100% va fi fundamentată și, desigur, demonstrăm această valoare cu dispozitivul nostru experimental.

Importanța problemei transmisiei fără fir a energiei electrice este dincolo de orice îndoială - depășirea barierelor naturale (râuri, munți și văi); alimentare de rezervă, transport electric, soluționarea unui număr de probleme de alimentare fără fir a dispozitivelor de uz casnic și industriale etc. - toate acestea sunt elemente ale problemei numite.

Un pic de istorie

Pentru prima dată, problema transmisiei fără fir a energiei electrice a fost identificată în zorii secolului trecut de către N. Tesla. Dispozitivul său demonstrativ s-a bazat pe metoda de radiație și recepție a undelor electromagnetice printr-un circuit rezonant deschis, care conține o antenă - o capacitate și o bobină de sârmă - o inductanță. Indicatorii caracteristici ai dispozitivului Tesla sunt următorii: eficiență = 4%, distanța de transmisie - 42 km, dimensiunea maximă a antenei-turn - 60 m, lungimea de undă - 2000 m. Este esențial ca în dispozitivul Tesla planeta Pământ să fie considerată una a firelor în transmisia energiei electrice, deoarece emisia și recepția unor astfel de unde lungi fără împământare nu sunt eficiente.

După experimentele lui Tesla, de-a lungul ultimului secol al XX-lea, toate încercările de a efectua transmisia wireless a energiei electrice cu o eficiență acceptabilă au eșuat.

În deceniul actual, rapoartele sunt raportate direct sau indirect la Universitatea de Tehnologie din Masachusetts sub conducerea lui M. Solyachich. Lucrarea lor se bazează pe binecunoscuta inductie, cu ajutorul unui câmp magnetic, metodă de transmitere a energiei electrice, care este implementată de inductori plati rezonanți. Această metodă asigură în mod ideal o eficiență de 50%, cu o distanță de transmisie proporțională cu dimensiunile bobinelor antenei. Indicatorii caracteristici ai dispozitivului lor demonstrativ sunt următorii: eficiență ≈ 40%, distanța de transmisie - 2 m, dimensiunea bobinelor antenei - 0,6 m, lungimea de undă - 30 m.

Sistem închis energetic

În dispozitivul nostru, ca și în dispozitivul lui Tesla, purtătorul de energie sunt undele electromagnetice, adică. binecunoscutul vector Poynting este în vigoare.

Următoarele sunt fundamentate teoretic și confirmate experimental: antenele de transmisie și recepție ale dispozitivului de transmitere a puterii fără fir formează un sistem închis energetic, incluzând parțial energia câmpului electromagnetic al Pământului; Prin excitarea (activarea) câmpului electromagnetic al Pământului în acest sistem, electricitatea este transferată de la antena de transmisie la antena de recepție cu o eficiență de ≈ 100% (Fig. 1).

FIG. unu

FIG. 2

Folosind această antenă, este ușor să formulați o problemă, a cărei soluție va asigura transmiterea energiei electrice fără fire:

1. Antenele de transmisie și recepție trebuie să excite (active) câmpul electromagnetic al Pământului într-o regiune locală (limitată) a spațiului;

2. Câmpul electromagnetic excitat al Pământului trebuie să fie, de asemenea, local în spațiu și să nu consume energie (trebuie să fie o undă electromagnetică staționară între antenele de transmisie și cele de recepție).

Soluția la această problemă este nerealistă cu antene create pe baza reprezentărilor spațiale ale geometriei lui Euclid cu faimosul său postulat al 5-lea - postulatul liniilor paralele. Acest postulat din manualele școlare spune: printr-un punct care nu se află pe o dreaptă dată, se poate trasa doar o dreaptă paralelă cu cea dată.

smochin. 3

Celebritatea acestui postulat este că, începând de la art. î.Hr., timp de 2000 de ani, cele mai bune minți din lume au încercat fără succes să o demonstreze ca o teoremă. Și astfel, în 1826, rusul Lobaciovski a conturat bazele geometriei sale, în care postulatul 5 al geometriei lui Euclid a fost formulat, de fapt, prin negația sa: printr-un punct care nu se află pe această linie se pot trasa cel puțin două drepte paralele cu cea dată.

smochin. 4

Și deși acest postulat nu este foarte în concordanță cu conceptele noastre spațiale, geometria lui Lobachevsky este consecventă și servește în mod regulat fizicienilor în ultima vreme. De exemplu, geometria lui Lobachevsky este implicată în descrierea unui număr mare de fenomene, de la vibrații în liniile de transmisie mecanică până la interacțiunea particulelor și proceselor elementare din membrana unei celule vii.

Pseudosferă

Adevărat, până în 1863, timp de aproape 40 de ani, geometria lui Lobaciovski a fost percepută ca ceva fără legătură cu realitatea. Dar, în 1863, matematicianul italian Beltrami a stabilit că toate proprietățile planului geometriei lui Lobaciovski se realizează pe suprafața unei pseudosfere - un corp geometric ale cărui proprietăți sunt aceleași sau opuse cu cele ale unei sfere. FIG. 5 prezintă o pseudosferă, iar FIG. 6 generatoarea sa este o tractrix cu o asimptotă X'X. Dacă razele cercurilor mari (paralelelor) pseudosferei și sferei sunt egale, volumele și ariile suprafețelor acestora pot fi comparate cantitativ.

smochin. 5

smochin. 6

Antenele dispozitivului nostru sunt realizate sub formă de semipseudosfere; demonstrăm un dispozitiv cu următoarele caracteristici: eficiență = 100%, distanță de transmisie - 1,8 m, dimensiunea maximă a bobinelor antenei - 0,2 m, lungime de undă - 500 m, împământarea este opțională.

Trebuie remarcat aici că totalitatea caracteristicilor de mai sus ale dispozitivului demonstrativ contrazice fundamentele electrodinamicii clasice - inginerie radio.

Ce proprietăți ale antenelor semi-pseudosfere oferă astfel de caracteristici dispozitivului nostru?

Printre mai mult de o duzină de proprietăți extraordinare ale pseudosferei, următoarele merită atenție, în primul rând:

Un corp infinit extins al unei pseudosfere în spațiu are un volum finit și o suprafață finită.

Această proprietate a pseudosferei este cea care permite utilizarea antenelor semi-pseudosfere pentru a crea un sistem finit, limitat în spațiu, închis energetic, care este o condiție necesară pentru transferul de energie din eficiență = 100%.

A doua problemă fundamentală, care se rezolvă în aparatul nostru, se referă la mediul care umple sistemul închis energetic menționat. Concluzia este că numai în electrodinamica cuantică, al cărei rod sunt laserele și maserii, mediul este considerat activ. Dimpotrivă, în electrodinamica clasică, mediul se referă la obiecte pasive; este asociată cu atenuarea, pierderea energiei electromagnetice în timpul propagării.

Este incredibil, dar adevărat, în dispozitivul nostru există o activare a câmpurilor electrice și magnetice ale Pământului. Aceste câmpuri sunt obiecte ale mediului în dispozitivul nostru, deoarece umplu sistemul închis energetic menționat. Activarea acestui mediu este și o consecință a proprietăților pseudosferei.

Concluzia este că toate punctele de pe suprafața pseudosferei sunt, după cum spun matematicienii, hiperbolice, discontinue în spațiu. În ceea ce privește antenele semi-pseudosferă ale dispozitivului nostru, aceasta este echivalentă cu discontinuități, cuantificarea câmpurilor electrice și magnetice în fiecare punct al firului de înfășurare al bobinelor antenelor semi-pseudosferă. Acest lucru duce la perturbări electromagnetice - unde, a căror lungime este proporțională cu diametrul firului de înfășurare al bobinelor antenelor semi-pseudosfere, adică. în practică, lungimea unor astfel de unde este de ordinul a 1 mm sau mai puțin. Astfel de unde electromagnetice, așa cum o demonstrează teorie și practică, sunt capabile, prin polarizarea moleculelor de aer sau direct, să activeze câmpul electromagnetic al Pământului și să compenseze astfel pierderea de energie electromagnetică pe calea transmiterii acesteia în dispozitivul nostru. Acest lucru este necesar și pentru a explica eficiența = 100%.

Nu numai atât, am declarat un generator de energie electromagnetică în exces, al cărui coeficient de conversie a energiei (KPI) este mai mare de 400%; acestea. comparabil cu KPI-urile pompelor de căldură cunoscute.

Și despre ultima, a treia sarcină, care este rezolvată în dispozitivul nostru.

Este bine cunoscut faptul că energia este transportată în spațiu doar de o undă electromagnetică care călătorește, o undă în care câmpurile electrice și magnetice sunt în fază. Această condiție nu poate fi realizată la o distanță de 1,8 m la o lungime de undă de 500 m. Dar este de asemenea bine cunoscut faptul că viteza unei unde electromagnetice care se deplasează de-a lungul unui conductor drept sau curbat încetinește și scade în comparație cu viteza în spațiul liber. ; scade si lungimea de unda. Acest efect este utilizat pe scară largă în inginerie radio electrică în așa-numitele sisteme cu unde lente. Reducerea lungimii de undă în aceste sisteme variază de la zecimi de unitate cu fire drepte până la 30 de unități cu fire curbe (spirale).

Este efectul de încetinire, de reducere a lungimii de undă care ne permite să formăm o undă călătoare la distanțe scurte în dispozitivul nostru.

Într-adevăr, lungimea de undă a dispozitivului nostru demonstrativ este redusă la lungimea menționată mai sus , care formează în dispozitivul nostru o undă electromagnetică care rulează, purtătoare de energie. Factorul de reducere a undei în acest caz este unitati. O scădere atât de mare a lungimii de undă explică, de asemenea, faptul experimental că dispozitivul nostru funcționează eficient chiar și fără împământarea emițătorului și receptorului de electricitate.

O altă proprietate uimitoare a pseudosferei este implicată în funcționarea dispozitivului nostru:

volumul pseudosferei este jumătate din volumul sferei, în timp ce ariile suprafețelor lor sunt egale.

Din această proprietate rezultă că volumul sferei, limitat de propria sa suprafață, conține două volume ale pseudosferei, limitate de două suprafețe propriu-zise combinate și de a treia zonă a respectivei sfere. Acest lucru ne permite să reprezentăm volumul sferei din jurul Pământului, umplut cu câmpurile electrice și magnetice ale Pământului, două volume ale pseudosferei și, fiecare dintre acestea limitată de zone și conține jumătate din câmpurile electrice și magnetice ale Pământului. Pământ (Fig. 7). Având în vedere acest fapt și faptul că dispozitivul nostru este inevitabil doar pe o parte a pământului, se argumentează că antenele dispozitivului nostru interacționează doar din jumătate din câmpurile electrice și magnetice ale Pământului. În același timp, nu trebuie să presupunem că a doua jumătate a acestor câmpuri sunt inactive. Următoarele sunt convingătoare despre acest lucru de mai jos.

smochin. 7

Să reamintim că cele mai multe dintre legile fizicii sunt formulate pentru sistemele de referință inerțiale în care timpul este irelevant (absolut), spațiul este izotrop, viteza mișcării rectilinie a undelor electromagnetice (lumina) este absolută etc. În cadrul sistemelor de referință inerțiale, este bine cunoscut faptul că în spațiul liber, atunci când o undă electromagnetică care călătorește este reflectată, se formează o undă staționară, în care se disting o undă electrică staționară separat și o undă magnetică staționară separat. Când lungimea undei de călătorie este egală, lungimile undelor electrice și magnetice în picioare sunt egale cu jumătate din lungimea celei de călătorie, adică. ... De asemenea, este esențial ca perioada acestor unde staționare să fie egală cu perioada undei de călătorie, adică. , deoarece perioada undei staţionare constă din suma a două semiperioade ale semi-undelor directe şi reflectate.

Faptul de a calcula, mai degrabă decât de a determina experimental, o cantitate cu o acuratețe care depinde de acuratețea determinării duratei unei zile pe Pământ permite o privire complet nouă asupra unui număr de probleme din fizică.

Potrivit istoriei, proiectul tehnologic revoluționar a fost înghețat din cauza lipsei de capabilități financiare adecvate a Tesla (această problemă l-a bântuit pe om de știință aproape tot timpul în care a lucrat în America). În general, presiunea principală asupra lui a venit de la un alt inventator - Thomas Edison și companiile sale, care au promovat tehnologia DC, în timp ce Tesla s-a ocupat de curent alternativ (așa-numitul „Război al curenților”). Istoria a pus totul la locul lui: acum curentul alternativ este folosit în rețelele electrice urbane aproape peste tot, deși ecourile trecutului ajung până în zilele noastre (de exemplu, unul dintre motivele declarate pentru avariile notorii trenuri Hyundai este utilizarea liniile electrice actuale pe unele tronsoane ale căii ferate ucrainene).

Turnul Wardenclyffe, în care Nikola Tesla și-a condus experimentele cu electricitate (foto 1094)

În ceea ce privește Turnul Wardenclyffe, conform legendei, Tesla i-a demonstrat unuia dintre principalii investitori J.P. Morgan, acționar al primei centrale hidroelectrice din lume și al primei centrale de cupru din Niagara (cuprul, după cum știți, este folosit în fire), o instalație funcțională pentru transmisia de curent fără fir, al cărei cost pentru consumatori ar fi (dacă astfel de instalații pe un scară industrială) sunt mult mai ieftine pentru consumatori, după care a redus finanțarea pentru proiect. Oricum ar fi, au început să vorbească serios despre transmisia de energie fără fir abia 90 de ani mai târziu, în 2007. Și deși este încă departe de momentul în care liniile electrice dispar complet din peisajul orașului, lucruri mici plăcute precum încărcarea fără fir a unui dispozitiv mobil sunt disponibile acum.

Progresul s-a strecurat neobservat

Dacă ne uităm prin arhivele de știri IT în urmă cu cel puțin doi ani, atunci în astfel de colecții vom găsi doar rapoarte rare că anumite companii dezvoltă încărcătoare fără fir și nici un cuvânt despre produsele și soluțiile finite (cu excepția principiilor de bază și a schemelor generale). ). Astăzi, încărcarea fără fir nu mai este ceva super-original sau conceptual. Astfel de dispozitive sunt vândute cu putere și principal (de exemplu, LG și-a demonstrat încărcătoarele la MWC 2013), testate pentru vehicule electrice (Qualcomm face acest lucru) și chiar folosite în locuri publice (de exemplu, la unele gări europene). Mai mult, există deja mai multe standarde pentru astfel de transporturi de energie electrică și mai multe alianțe care le promovează și le dezvoltă.

Bobine similare sunt responsabile pentru încărcarea fără fir a dispozitivelor mobile, dintre care unul se află în telefon, iar celălalt în încărcătorul în sine.

Cel mai cunoscut astfel de standard este standardul Qi, dezvoltat de Wireless Power Consortium, care include companii atât de cunoscute precum HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony și aproximativ o sută de alte organizații. Acest consorțiu a fost format în 2008 cu scopul de a crea un încărcător universal pentru dispozitivele diverșilor producători și mărci. În activitatea sa, standardul folosește principiul inducției magnetice, atunci când stația de bază constă dintr-o bobină de inducție, care creează un câmp electromagnetic atunci când un curent alternativ este furnizat din rețea. În dispozitivul care se încarcă, există o bobină similară care reacționează la acest câmp și este capabilă să transforme energia primită prin intermediul acestuia în curent continuu, care este folosit pentru a încărca bateria (puteți afla mai multe despre principiul de funcționare la consorțiu site-ul web http://www.wirelesspowerconsortium.com/what -we-do / how-it-works /). În plus, Qi acceptă un protocol de transfer de date între încărcătoare și dispozitive reîncărcabile la o viteză de 2 kb / s, care este folosit pentru a transfera date despre cantitatea necesară de încărcare și funcționarea necesară.

Astăzi, multe smartphone-uri acceptă încărcarea fără fir conform standardului Qi, iar încărcătoarele sunt universale pentru toate dispozitivele care acceptă acest standard.

Qi are, de asemenea, un concurent serios - Power Matters Alliance, care include AT&T, Duracell, Starbucks, PowerKiss și Powermat Technologies. Aceste nume sunt departe de a fi în primele roluri în lumea tehnologiei informației (în special lanțul de cafea Starbucks, care se află într-o alianță datorită faptului că urmează să introducă această tehnologie peste tot în unitățile sale) - sunt specializati în energie. probleme. Această alianță a fost formată nu cu mult timp în urmă, în martie 2012, în cadrul unuia dintre programele IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Standardul PMA promovat de ei funcționează pe principiul inducției reciproce - un exemplu deosebit de inducție electromagnetică (care nu trebuie confundat cu inducția magnetică folosită de Qi), când curentul într-unul dintre conductori se schimbă sau când poziția relativă dintre conductoare se modifică, fluxul magnetic se modifică prin circuitul celui de-al doilea, a creat un câmp magnetic generat de curentul din primul conductor, care provoacă o forță electromotoare în al doilea conductor și (dacă al doilea conductor este închis) curent de inducție. Ca și în cazul Qi, acest curent este apoi convertit în DC și alimentat bateriei.

Ei bine, nu uitați de Alliance for Wireless Power, care include Samsung, Qualcomm, Ever Win Industries, Gill Industries, Peiker Acustic, SK Telecom, SanDisk etc. Această organizație nu a prezentat încă soluții gata făcute, dar printre obiectivele sale , inclusiv - dezvoltarea sarcinilor care ar lucra prin suprafete nemetalice si care nu ar folosi bobine.

Unul dintre obiectivele Alianței pentru Power Wireless este capacitatea de a se încărca fără a fi legat de o anumită locație și tip de suprafață.

Din toate cele de mai sus, se poate trage o concluzie simplă: într-un an sau doi, majoritatea dispozitivelor moderne se vor putea reîncărca fără a folosi încărcătoare tradiționale. Între timp, puterea încărcării fără fir este suficientă în principal pentru smartphone-uri, totuși, pentru tablete și laptopuri, astfel de dispozitive vor apărea în curând (aceeași încărcare wireless brevetată recent de Apple pentru iPad). Aceasta înseamnă că problema descarcării dispozitivelor va fi aproape complet rezolvată - puneți sau puneți dispozitivul într-un anumit loc și chiar și în timpul funcționării se încarcă (sau, în funcție de putere, se descarcă mult mai lent). În timp, nu există nicio îndoială că raza de acțiune a acestora se va extinde (acum este necesar să folosiți un covor special sau un suport pe care se află dispozitivul, sau ar trebui să fie foarte aproape) și vor fi instalate omniprezent în mașini, trenuri și chiar, eventual, avioane.

Ei bine, și încă o concluzie - cel mai probabil, nu se va putea evita un alt război de formate între diferite standarde și alianțe care le promovează.

Vom scăpa de fire?

Încărcarea fără fir este un lucru bun, desigur. Dar puterile care iau naștere cu acesta sunt suficiente doar pentru scopurile declarate. Cu ajutorul acestor tehnologii, nu este încă posibilă nici măcar iluminarea casei, darămite munca aparatelor electrocasnice mari. Cu toate acestea, experimente privind transmisia de putere fără fir de mare putere sunt în curs de desfășurare și se bazează, printre altele, pe materialele Tesla. Omul de știință însuși și-a propus să înființeze în întreaga lume (aici, cel mai probabil, țările dezvoltate la acea vreme, care erau mult mai puține decât acum), a peste 30 de posturi de emisie și recepție care să combine transmisia de energie cu transmisia radio și wireless direcțional. comunicare, care ar permite scăparea a numeroase linii de transport de înaltă tensiune și facilitarea interconectarii generatoarelor electrice la scară globală.

Astăzi există mai multe metode de rezolvare a problemei transmisiei de putere fără fir, cu toate acestea, toate permit până acum obținerea de rezultate nesemnificative la nivel global; nici măcar nu e vorba de kilometri. Metode precum transmisia cu ultrasunete, laser și electromagnetică au limitări semnificative (distanțe scurte, necesitatea de vizibilitate directă a dispozitivelor de transmisie, dimensiunea acestora, iar în cazul undelor electromagnetice, eficiență foarte scăzută și vătămare a sănătății dintr-un câmp puternic). Prin urmare, cele mai promițătoare evoluții sunt asociate cu utilizarea unui câmp magnetic, sau mai degrabă, a interacțiunii magnetice rezonante. Unul dintre ele este WiTricity, dezvoltat de corporația WiTricity, fondată de profesorul MIT Marina Solyachich și un număr dintre colegii săi.

Așadar, în 2007, au reușit să transmită un curent cu o putere de 60 W pe o distanță de 2 m. Era suficient pentru strălucirea unui bec, iar eficiența a fost de 40%. Dar avantajul incontestabil al tehnologiei folosite a fost că practic nu interacționează nici cu viețuitoarele (intensitatea câmpului, conform autorilor, este de 10 mii de ori mai slabă decât cea care domnește în miezul aparatului de imagistică prin rezonanță magnetică) sau cu echipamente medicale ( stimulatoare cardiace etc.) sau cu alte radiații, ceea ce înseamnă că nu va interfera, de exemplu, cu funcționarea aceluiași Wi-Fi.

Cel mai interesant este că eficiența sistemului WiTricity este influențată nu numai de dimensiunea, geometria și reglarea bobinelor, precum și de distanța dintre acestea, ci și de numărul de consumatori, și într-un mod pozitiv. Două dispozitive de recepție, situate la o distanță de 1,6 până la 2,7 m de fiecare parte a „antenei” de transmisie, au prezentat o eficiență cu 10% mai bună decât separat - acest lucru rezolvă problema conectării mai multor dispozitive la aceeași sursă de alimentare.

Transmisia fără fir pentru livrarea energiei electrice are capacitatea de a oferi progrese majore în industrie și aplicații care se bazează pe contactul fizic al conectorului. La rândul său, poate fi nesigur și poate duce la eșec. Transmiterea electricității fără fir a fost demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla în anii 1890. Cu toate acestea, abia în ultimul deceniu tehnologia a fost folosită până la punctul în care oferă beneficii reale și tangibile pentru aplicațiile din lumea reală. În special, dezvoltarea sistemelor de alimentare fără fir rezonante pentru piața de electronice de larg consum a arătat că încărcarea prin inducție oferă noi niveluri de confort pentru milioane de dispozitive de zi cu zi.

Cardinalitatea în cauză este larg cunoscută în mulți termeni. Inclusiv transmisie inductivă, comunicare, rețea fără fir rezonantă și aceeași revenire a tensiunii. Fiecare dintre aceste condiții descrie în esență același proces fundamental. Transmiterea fără fir a energiei electrice sau a puterii de la o sursă de alimentare la o tensiune de sarcină fără conectori printr-un spațiu de aer. Baza este două bobine - un transmițător și un receptor. Primul este excitat de un curent alternativ pentru a genera un câmp magnetic, care la rândul său induce o tensiune în al doilea.

Cum funcționează sistemul în cauză

Fundamentele puterii fără fir implică distribuția energiei de la un transmițător la un receptor printr-un câmp magnetic oscilator. Pentru a realiza acest lucru, curentul continuu furnizat de sursa de alimentare este convertit în curent alternativ de înaltă frecvență. Cu electronice special concepute încorporate în transmițător. Curentul alternativ activează o bobină de sârmă de cupru în dozator, care generează un câmp magnetic. Când a doua înfășurare (de primire) este plasată în imediata apropiere. Câmpul magnetic poate induce un curent alternativ în bobina receptoare. Elementele electronice din primul dispozitiv convertesc apoi AC înapoi în DC, ceea ce devine o consumare de energie.

Circuitul de transmisie a puterii fără fir

Tensiunea de „rețea” este convertită într-un semnal AC, care este apoi trimis către bobina emițătorului printr-un circuit electronic. Curgerea prin înfășurarea dozatorului induce un câmp magnetic. Acesta, la rândul său, se poate propaga la bobina receptor, care se află în relativă apropiere. Câmpul magnetic generează apoi un curent care curge prin înfășurarea dispozitivului receptor. Procesul prin care energia este distribuită între bobinele de transmisie și cea de recepție este denumit și cuplare magnetică sau rezonantă. Și se realizează cu ambele înfășurări funcționând la aceeași frecvență. Curentul care curge în bobina receptorului este convertit în curent continuu de către circuitul receptor. Apoi poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivului.

Ce înseamnă rezonanță

Distanța pe care energia (sau puterea) poate fi transmisă crește dacă bobinele emițătorului și receptorului rezonează la aceeași frecvență. La fel cum un diapazon oscilează la o anumită înălțime și poate atinge amplitudinea maximă. Se referă la frecvența cu care un obiect vibrează în mod natural.

Beneficiile transmisiei wireless

Care sunt beneficiile? Pro:

• Reduce costurile asociate cu menținerea conectorilor drepti (de exemplu, într-un inel alunecos industrial tradițional);
• mai convenabil pentru încărcarea dispozitivelor electronice convenționale;
• transfer sigur la aplicații care trebuie să rămână închise ermetic;
• electronicele pot fi complet ascunse, ceea ce reduce riscul de coroziune de la elemente precum oxigenul și apa;
• Alimentare fiabilă și consecventă a echipamentelor industriale rotative și foarte mobile;
• Oferă furnizare de energie fiabilă pentru sistemele critice în medii umede, noroioase și în mișcare.

Indiferent de aplicație, eliminarea conexiunii fizice oferă o serie de avantaje față de conectorii tradiționali de alimentare prin cablu.

Eficiența transmisiei de putere considerată

Eficiența generală a unui sistem de alimentare fără fir este cel mai important factor în determinarea performanței acestuia. Performanța sistemului măsoară cantitatea de putere transferată între sursa de alimentare (adică priza de perete) și dispozitivul de recepție. Aceasta, la rândul său, determină aspecte precum viteza de încărcare și autonomia.

Sistemele de comunicații fără fir variază în funcție de nivelul lor de performanță, în funcție de factori precum configurația și designul bobinei și distanța de transmisie. Un dispozitiv mai puțin eficient va genera mai multe emisii și va duce la trecerea mai puțină a puterii prin receptor. De obicei, tehnologiile de transmitere a energiei fără fir pentru dispozitive precum smartphone-urile pot atinge performanțe de 70%.

Cum se măsoară eficiența

Adică, ca cantitate de putere (în procente) care este transferată de la sursa de alimentare la dispozitivul de recepție. Adică, transmiterea fără fir a energiei electrice către un smartphone cu o eficiență de 80% înseamnă că 20% din puterea de intrare se pierde între priza de perete și bateria pentru gadgetul care se încarcă. Formula de măsurare a performanței este: performanță = DC outgoing împărțit la intrare, rezultat înmulțit cu 100%.

Modalități fără fir de transmitere a energiei electrice

Puterea se poate propaga prin rețeaua în cauză peste aproape toate materialele nemetalice, inclusiv, dar fără a se limita la acestea. Acestea sunt solide precum lemnul, plasticul, textilele, sticla și cărămida, precum și gazele și lichidele. Când un material metalic sau conductiv electric (adică este plasat în imediata apropiere a unui câmp electromagnetic, obiectul absoarbe putere din acesta și, ca urmare, se încălzește. Acest lucru, la rândul său, afectează eficiența sistemului. Acesta este modul în care inducția). gătit funcționează, de exemplu, transmisia ineficientă a puterii de la plită creează căldură pentru gătit.

Pentru a crea un sistem de transmitere fără fir a energiei electrice, este necesar să revenim la originile subiectului în cauză. Sau, mai exact, omului de știință și inventator de succes Nikola Tesla, care a creat și brevetat un generator capabil să preia putere fără diverși conductori materialişti. Deci, pentru implementarea unui sistem fără fir, este necesară asamblarea tuturor elementelor și pieselor importante, ca urmare, va fi implementat un mic dispozitiv.Acesta este un dispozitiv care creează un câmp electric de înaltă tensiune în aerul din jurul său. În același timp, există o putere de intrare mică, oferă transmisie wireless a energiei la distanță.

Una dintre cele mai importante moduri de transfer de energie este cuplarea inductivă. Este folosit în principal pentru câmpul apropiat. Se caracterizează prin faptul că atunci când curentul trece printr-un fir, o tensiune este indusă la capetele celuilalt. Transmisia puterii se realizează prin reciprocitate între cele două materiale. Un exemplu comun este un transformator. Transmisia puterii la microunde, ca idee, a fost dezvoltată de William Brown. Întregul concept implică conversia puterii AC în putere RF și transmiterea acesteia în spațiu și reutilizarea acesteia la puterea AC la receptor. În acest sistem, tensiunea este generată utilizând surse de alimentare cu microunde. Cum ar fi klystronul. Și această putere este transmisă printr-un ghid de undă care protejează împotriva puterii reflectate. Și, de asemenea, un tuner care potrivește impedanța sursei de microunde cu alte elemente. Secțiunea de recepție este formată dintr-o antenă. Adoptă puterea și impedanța microundelor și circuitele de potrivire a filtrului. Această antenă de recepție, împreună cu dispozitivul de redresare, poate fi un dipol. Corespunde semnalului de ieșire cu o avertizare sonoră similară a unității redresorului. Unitatea de recepție constă, de asemenea, dintr-o secțiune similară formată din diode care sunt utilizate pentru a converti semnalul într-o alertă DC. Acest sistem de transmisie folosește frecvențe cuprinse între 2 GHz și 6 GHz.

Transmiterea fără fir a energiei electrice cu ajutorul căreia generatorul este realizat folosind vibrații magnetice similare. Concluzia este că acest dispozitiv a funcționat datorită a trei tranzistoare.

Folosind un fascicul laser pentru a transmite puterea sub formă de energie luminoasă, care este convertită în energie electrică la capătul receptor. Materialul în sine este alimentat direct din surse precum soarele sau orice generator de energie electrică. Și, în consecință, realizează lumină focalizată de mare intensitate. Mărimea și forma fasciculului este determinată de setul de optice. Și această lumină laser transmisă este primită de celulele fotovoltaice, care o transformă în semnale electrice. De obicei, folosește cabluri de fibră optică pentru transmisie. Ca și în cazul sistemului de energie solară de bază, receptorul utilizat în propagarea pe bază de laser este o serie de celule fotovoltaice sau un panou solar. Ei, la rândul lor, pot transforma incoerentul în electricitate.

Caracteristicile esențiale ale dispozitivului

Puterea bobinei Tesla constă într-un proces numit inducție electromagnetică. Adică, câmpul în schimbare creează potențial. Face să curgă un curent. Când electricitatea curge printr-o bobină de sârmă, generează un câmp magnetic care umple zona din jurul înfășurării într-un mod specific. Spre deosebire de alte experimente de înaltă tensiune, bobina Tesla a rezistat multor teste și încercări. Procesul a fost destul de laborios și de lungă durată, dar rezultatul a fost de succes și, prin urmare, brevetat cu succes de către om de știință. Puteți crea o astfel de bobină dacă sunt prezente anumite componente. Pentru implementare, veți avea nevoie de următoarele materiale:

1. lungime 30 cm PVC (cu cat mai multi cu atat mai bine);
2. sârmă emailată de cupru (sârmă secundară);
3. placa de mesteacan pentru baza;
4. 2222A tranzistor;
5. fir de conectare (primar);
6. rezistență 22 kOhm;
7. întrerupătoare și fire de conectare;
8. baterie de 9 volți.

Etapele implementării dispozitivului Tesla

Mai întâi, trebuie să plasați un mic fant în partea de sus a țevii pentru a înfășura un capăt al firului. Înfășurați bobina încet și cu grijă, având grijă să nu blocați firele sau să creați goluri. Acest pas este partea cea mai dificilă și plictisitoare, dar alocarea timpului vă va oferi o bobină de foarte bună calitate și bună. La fiecare 20 de rotații, inele de bandă de mascare sunt plasate în jurul înfășurării. Acţionează ca o barieră. În cazul în care bobina începe să se desfacă. Când ați terminat, înfășurați bandă grea în jurul părții superioare și inferioare a înfășurării și pulverizați-o cu 2 sau 3 straturi de email.

Apoi trebuie să conectați bateria primară și secundară la baterie. După - porniți tranzistorul și rezistența. Înfășurarea mai mică este înfășurarea principală, iar înfășurarea mai lungă este înfășurarea secundară. Opțional, puteți instala o sferă de aluminiu deasupra țevii. Alternativ, conectați capătul deschis al secundarului cu cel adăugat, care va acționa ca o antenă. Trebuie avut grijă să creați totul cu mare grijă pentru a nu atinge dispozitivul secundar la pornirea alimentării.

Dacă îl implementați singur, există riscul de incendiu. Întoarceți comutatorul, plasați un bec incandescent lângă dispozitivul de transmitere a energiei fără fir și bucurați-vă de spectacolul de lumini.

Transmisie fără fir prin sistem de energie solară

Configurațiile tradiționale de distribuție a energiei prin cablu necesită de obicei cablare între dispozitivele distribuite și unitățile de consum. Acest lucru ridică multe constrângeri, cum ar fi costul costurilor pentru cablul de sistem. Pierderea suferită în transmitere. Și, de asemenea, deșeuri în distribuție. Doar rezistența liniei de transport are ca rezultat o pierdere de aproximativ 20-30% din energia generată.

Unul dintre cele mai moderne sisteme wireless de transmisie a puterii se bazează pe transmiterea energiei solare folosind un cuptor cu microunde sau un fascicul laser. Satelitul este situat pe orbită geostaționară și este format din celule fotovoltaice. Ele transformă lumina soarelui în curent electric, care este folosit pentru a alimenta un generator de microunde. Și, în consecință, își dă seama de puterea cuptorului cu microunde. Această tensiune este transmisă prin intermediul comunicațiilor radio și recepționată la stația de bază. Este o combinație de antenă și redresor. Și convertit înapoi la electricitate. Necesită alimentare AC sau DC. Satelitul poate transmite până la 10 MW de putere de radiofrecvență.

Dacă vorbim despre un sistem de distribuție DC, atunci chiar și acest lucru este imposibil. Deoarece aceasta necesită un conector între sursa de alimentare și dispozitiv. Există o astfel de imagine: sistemul este complet lipsit de fire, de unde puteți obține curent alternativ în case fără dispozitive suplimentare. Unde este posibil să vă încărcați telefonul mobil fără a fi nevoie să vă conectați fizic la o mufă. Desigur, un astfel de sistem este posibil. Și mulți cercetători moderni încearcă să creeze ceva modernizat, studiind în același timp rolul dezvoltării de noi metode de transmitere fără fir a energiei electrice la distanță. Deși, din punct de vedere al componentei economice, nu va fi în întregime benefic pentru state dacă astfel de dispozitive sunt introduse peste tot și înlocuiesc electricitatea standard cu electricitate naturală.

Origini și exemple de sisteme fără fir

Acest concept nu este chiar nou. Toată această idee a fost dezvoltată de Nicholas Tesla în 1893. Când a dezvoltat un sistem de iluminare a tuburilor vid folosind tehnica de transmisie fără fir. Este imposibil de imaginat că lumea ar exista fără diverse surse de încărcare, care sunt exprimate într-o formă materială. Pentru a face posibile telefoanele mobile, roboții de acasă, playerele MP3, computerele, laptopurile și alte gadgeturi transportabile care s-ar încărca singure fără conexiuni suplimentare, eliberând utilizatorii de fire constante. Este posibil ca unele dintre aceste dispozitive să nu necesite prea multe articole. Istoria transmisiei de energie fără fir este destul de bogată și, în principal, datorită dezvoltărilor lui Tesla, Volta etc. Dar, astăzi, rămân doar date în știința fizică.

Principiul de bază este de a converti puterea AC în tensiune DC folosind redresoare și filtre. Și apoi - pentru a reveni la valoarea inițială la frecvență înaltă folosind invertoare. Această putere AC de înaltă tensiune, de joasă tensiune este apoi transferată de la transformatorul primar la transformatorul secundar. Convertit la tensiune DC folosind redresor, filtru și regulator. Semnalul AC devine direct din cauza sunetului curentului. Și, de asemenea, utilizarea secțiunii de redresor în punte. Semnalul DC rezultat este trecut printr-o bobină de feedback care acționează ca un circuit generator. În acest caz, tranzistorul îl forțează să conducă în convertorul primar în direcția de la stânga la dreapta. Când un curent trece prin înfășurarea de feedback, un curent corespunzător curge către primarul transformatorului de la dreapta la stânga.

Așa funcționează metoda ultrasonică de transmitere a energiei. Semnalul este generat prin convertorul primar pentru ambele semiperioade ale avertismentului AC. Frecvența sunetului depinde de indicatorii cantitativi ai oscilațiilor circuitelor generatoare. Acest semnal de curent alternativ apare pe partea secundară a transformatorului. Și când este conectat la convertorul primar al altui obiect, tensiunea AC este de 25 kHz. O citire apare peste el în transformatorul descendente.

Această tensiune de curent alternativ este egalizată cu un redresor în punte. Și apoi filtrat și ajustat pentru a obține o ieșire de 5V pentru a conduce LED-ul. Tensiunea de ieșire de 12 V de la condensator este utilizată pentru a alimenta motorul ventilatorului DC pentru a funcționa. Deci, din punct de vedere al fizicii, transportul de energie electrică este un domeniu destul de dezvoltat. Cu toate acestea, după cum arată practica, sistemele fără fir nu sunt complet dezvoltate și îmbunătățite.

Legea interacțiunii curenților electrici descoperită de André Marie Ampere în 1820 a pus bazele dezvoltării ulterioare a științei electricității și magnetismului. 11 ani mai târziu, Michael Faraday a stabilit experimental că un câmp magnetic în schimbare generat de un curent electric poate induce un curent electric într-un alt conductor. Deci a fost creat.

În 1864, James Clerk Maxwell a sistematizat în cele din urmă datele experimentale ale lui Faraday, dându-le forma unor ecuații matematice exacte, datorită cărora a fost creată baza electrodinamicii clasice, deoarece aceste ecuații descriau relația dintre câmpul electromagnetic și curenții și sarcinile electrice, iar existența undelor electromagnetice ar fi trebuit să fie o consecință a acestui fapt.

În 1888, Heinrich Hertz a confirmat experimental existența undelor electromagnetice prezise de Maxwell. Emițătorul său cu scânteie cu un tocător de bobine Rumkorf ar putea produce unde electromagnetice de până la 0,5 gigaherți, care ar putea fi recepționate de mai multe receptoare reglate în rezonanță cu transmițătorul.

Receptoarele puteau fi amplasate la o distanță de până la 3 metri, iar când în emițător a apărut o scânteie, în receptoare apăreau scântei. Acesta este cum primele experimente privind transmiterea fără fir a energiei electrice folosind unde electromagnetice.

În 1891, în timp ce studia curenții alternativi de înaltă tensiune și înaltă frecvență, a ajuns la concluzia că este extrem de important pentru scopuri specifice să se selecteze atât lungimea de undă, cât și tensiunea de funcționare a emițătorului și nu este deloc necesar să se facă frecventa prea mare.

Omul de știință notează că limita inferioară a frecvențelor și tensiunilor la care a reușit să obțină cele mai bune rezultate în acel moment a fost de la 15.000 la 20.000 de vibrații pe secundă la un potențial de 20.000 de volți. Tesla a primit curent de înaltă frecvență și tensiune înaltă prin aplicarea unei descărcări oscilatorii a unui condensator (vezi -). El a observat că acest tip de transmițător electric este potrivit atât pentru producerea luminii, cât și pentru transmiterea energiei electrice pentru producerea luminii.

În perioada 1891-1894, omul de știință demonstrează în mod repetat transmisia fără fir și strălucirea tuburilor vid într-un câmp electrostatic de înaltă frecvență, observând în același timp că energia câmpului electrostatic este absorbită de lampă, transformată în lumină, iar energia câmpului electromagnetic este folosită pentru inducția electromagnetică pentru a obține un rezultat similar, în cea mai mare parte, rezultatul este reflectat și doar o mică parte din acesta este transformată în lumină.

Chiar și folosind rezonanța atunci când se transmite cu ajutorul unei unde electromagnetice, o cantitate semnificativă de energie electrică nu poate fi transmisă, a susținut omul de știință. Scopul său în această perioadă de muncă a fost transmiterea unei cantități mari de energie electrică fără fir.

Până în 1897, în paralel cu lucrările lui Tesla, studiile undelor electromagnetice au fost efectuate de Jagdish Boche în India, Alexander Popov în Rusia și Guglielmo Marconi în Italia.

În urma prelegerilor publice ale lui Tesla, Jagdish Boche a vorbit în noiembrie 1894 la Calcutta cu o demonstrație a transmisiei fără fir a electricității, unde a aprins praful de pușcă, transmitând energie electrică la distanță.

După Boche, și anume la 25 aprilie 1895, Alexander Popov, folosind codul Morse, a transmis primul mesaj radio, iar această dată (7 mai, stil nou) este acum sărbătorită anual în Rusia ca „Ziua Radioului”.

În 1896, când Marconi a sosit în Marea Britanie, și-a demonstrat aparatul prin transmiterea unui semnal folosind codul Morse pe o distanță de 1,5 kilometri de la acoperișul clădirii oficiilor poștale din Londra către o altă clădire. După aceea, și-a îmbunătățit invenția și a reușit să transmită un semnal de-a lungul Câmpiei Salisbury deja la o distanță de 3 kilometri.

Tesla în 1896 transmite și primește cu succes semnale la o distanță de aproximativ 48 de kilometri între emițător și receptor. Cu toate acestea, niciunul dintre cercetători nu a reușit să transmită o cantitate semnificativă de energie electrică pe o distanță lungă.

Experimentând în Colorado Springs, în 1899, Tesla a scris: „Inconsistența metodei de inducție este enormă în comparație cu metoda de excitare a încărcăturii pământului și aerului”. Acesta va fi începutul cercetării omului de știință care vizează transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi fără a utiliza fire. În ianuarie 1900, Tesla va nota în jurnalul său despre transferul cu succes de energie la o bobină „realizată în câmp”, de la care era alimentată lampa.

Iar cel mai grandios succes al omului de știință va fi lansarea, pe 15 iunie 1903, a Turnului Wardencliffe de pe Long Island, conceput să transmită energie electrică pe distanțe considerabile în cantități mari fără fire. Înfășurarea secundară cu împământare a transformatorului rezonant, acoperită cu o cupolă sferică de cupru, a trebuit să excite sarcina de pământ și straturile conductoare de aer pentru a deveni un element al circuitului rezonant mare.

Așa că omul de știință a reușit să alimenteze 200 de lămpi de 50 de wați la o distanță de aproximativ 40 de kilometri de transmițător. Totuși, pe baza fezabilității economice, finanțarea proiectului a fost oprită de Morgan, care de la bun început a investit bani în proiect pentru a obține comunicații wireless și transferul de energie gratuită la scară industrială la distanță, în calitate de om de afaceri. , nu a fost categoric mulțumit de el. În 1917, turnul, conceput pentru transmiterea fără fir a energiei electrice, a fost distrus.

Mult mai târziu, în perioada 1961-1964, un expert în domeniul electronicii cu microunde William Brown a experimentat în Statele Unite căi pentru transmiterea energiei printr-un fascicul de microunde.

În 1964, a testat pentru prima dată un dispozitiv (model de elicopter) capabil să primească și să utilizeze energia unui fascicul de microunde sub formă de curent continuu, datorită unei rețele de antene constând din dipoli cu jumătate de undă, fiecare dintre ele încărcat cu diode Schottky foarte eficiente. Deja până în 1976, William Brown a efectuat transmiterea unui fascicul de microunde de 30 kW putere pe o distanță de 1,6 km cu o eficiență de peste 80%.

În 2007, un grup de cercetare de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts condus de profesorul Marina Solyachich a reușit să transmită fără fir energie pe o distanță de 2 metri. Puterea transmisă a fost suficientă pentru a alimenta un bec de 60 de wați.

Tehnologia lor (numită) se bazează pe fenomenul de rezonanță electromagnetică. Emițătorul și receptorul sunt două bobine de cupru cu un diametru de 60 cm fiecare rezonând la aceeași frecvență. Emițătorul este conectat la o sursă de energie, iar receptorul este conectat la o lampă cu incandescență. Buclele sunt reglate la 10 MHz. Receptorul în acest caz primește doar 40-45% din electricitatea transmisă.

Aproximativ în același timp, Intel a demonstrat o tehnologie similară de transmisie a puterii fără fir.

În 2010, Grupul Haier, un producător chinez de electrocasnice, și-a dezvăluit produsul unic la CES 2010, un televizor LCD complet wireless bazat pe această tehnologie.