Электричество на расстоянии без проводов: Беспроводное электричество. Работа и применение. Особенности

Содержание

Беспроводное электричество. Работа и применение. Особенности

Беспроводное электричество стало известно с 1831 года, когда Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Он экспериментально установил, что меняющееся магнитное поле, порождаемое электрическим током, может индуцировать электрический ток в ином проводнике. Проводились многочисленные опыты, благодаря чему появился первый электрический трансформатор. Однако полноценно воплотить идею передачи электричества на расстоянии в практическом применении удалось лишь Николе Тесла.

На Всемирной выставке в Чикаго в 1893-м году он показал беспроводную передачу электричества, зажигая фосфорные лампочки, которые отстояли друг от друга. Тесла продемонстрировал множество вариаций по передаче электричества без проводов, мечтая, что в будущем данная технология позволит людям передавать энергию в атмосфере на большие расстояния. Но в это время это изобретение ученого оказалось невостребованным. Лишь век спустя технологиями Николы Теслы заинтересовались компании Intel и Sony, а за тем и иные компании.

Как это работает

Беспроводное электричество в буквальном смысле представляет передачу электрической энергии без проводов. Часто эту технологию сравнивают с передачей информации, к примеру, с Wi-Fi, сотовыми телефонами и радио. Беспроводная электроэнергия – это сравнительно новая и динамично развивающаяся технология. Сегодня разрабатываются методы, как безопасно и эффективно передавать на расстоянии энергию без перебоев.

Технология основана на магнетизме и электромагнетизме и базируется на ряде простых принципов работы. В первую очередь это касается наличия в системе двух катушек.

Система состоит из передатчика и приемника, генерирующих вместе переменное магнитное поле непостоянного тока.
Это поле создает напряжение в катушке приемника, к примеру, для зарядки аккумулятора или питания мобильного устройства.
При направлении электрического тока через провод вокруг кабеля появляется круговое магнитное поле.
На мотке проволоки, куда не поступает электрический ток напрямую, начнет поступать электрический ток от первой катушки через магнитное поле, в том числе вторую катушку, обеспечивая индуктивную связь.

Принципы передачи

До последнего времени наиболее совершенной технологией передачи электроэнергии считалась магнитно-резонансная система CMRS, созданная в 2007 году в Массачусетском технологическом институте. Данная технология обеспечивала передачу тока на расстояние до 2,1 метра. Однако запустить ее в массовое производство мешали некоторые ограничения, к примеру, высокая частота передачи, большие размеры, сложная конфигурация катушек, а также высокая чувствительность к внешним помехам, в том числе к присутствию человека.

Однако ученые из Южной Кореи создали новый передатчик электроэнергии, который позволит передавать энергию до 5 метров. А все приборы в комнате будут питаться от единого хаба. Резонансная система из дипольных катушек DCRS способна работать до 5 метров. Система лишена целого ряда недостатков CMRS, в том числе применяются довольно компактные катушки размерами 10х20х300 см, их можно незаметно установить в стены квартиры.

Эксперимент позволил передать на частоте 20 кГц:

209 Вт на 5 м;
471 Вт на 4 м;
1403 Вт на 3 м.

Беспроводное электричество позволяет запитывать современные большие ЖК-телевизоры, требующих 40 Вт, на расстоянии 5 метров. Единственное из электросети будет «выкачиваться» 400 ватт, однако не будет никаких проводов. Электромагнитная индукция обеспечивает высокий КПД, но на малом расстоянии.

Существуют и иные технологии, которые позволяют передавать электроэнергию без проводов. Наиболее перспективными из них являются:

Лазерное излучение. Обеспечивает защищенность сетей, а также большую дальность действия. Однако требуется прямая видимость между приемником и передатчиком. Работающие установки, применяющие питание от лазерного луча, уже созданы. Lockheed Martin, американский производитель военной техники и самолетов, испытал беспилотный летательный аппарат Stalker, который питается от лазерного луча и остается в воздухе в течение 48 часов.
Микроволновое излучение. Обеспечивает большую дальность действия, но имеет высокую стоимость оборудования. В качестве передатчика электроэнергии применяется радиоантенна, которая создает микроволновое излучение. На устройстве-приемнике стоит ректенна, которая преобразует в электроток принимаемое микроволновое излучение.

Данная технология дает возможность существенного удаления приемника от передатчика, в том числе нет прямой нужды прямой видимости. Но с увеличением дальности пропорционально увеличивается себестоимость и размеры оборудования. В то же время микроволновое излучение большой мощности, создаваемое установкой, может наносить вред окружающей среде.

Особенности

Самая реалистичная из технологий — беспроводное электричество на основе электромагнитной индукции. Но существуют ограничения. Ведутся работы по масштабированию технологии, но здесь появляются вопросы безопасности для здоровья.
Технологии передачи электричества при помощи ультразвука, лазера и микроволнового излучения также будут развиваться и тоже найдут свои ниши.
Орбитальные спутники с громадными солнечными батареями нуждаются в ином подходе, потребуется прицельная передача электроэнергии. Здесь уместен лазер и СВЧ. На данный момент нет идеального решения, однако имеется много вариантов со своими плюсами и минусами.
В настоящее время крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования объединились в консорциум беспроводной электромагнитной энергии с целью создания всемирного стандарта для беспроводных зарядных устройств, которые действуют по принципу электромагнитной индукции. Из крупных производителей поддержку стандарта QI на ряде своих моделей обеспечивают Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei, HTC. В скором времени QI станет единым стандартом для любых подобных устройств. Благодаря этому можно будет создавать беспроводные зоны подзарядки гаджетов в кафе, на транспортных узлах и в иных общественных местах.

Применение

Микроволновый вертолет. Модель вертолета имела ректенну и поднималась на высоту 15 м.
Беспроводное электричество применяется для питания электрических зубных щеток. Зубная щетка имеет полную герметичность корпуса и не имеет разъемов, что позволяет избежать удара током.
Питание самолетов при помощи лазера.
В продаже появились системы беспроводной зарядки мобильных устройств, которые можно использовать повседневно. Они работают на базе электромагнитной индукции.
Универсальная зарядная площадка. Они позволяют питать энергией большую часть популярных моделей смартфонов, которые не оборудованы модулем для беспроводной зарядки, в том числе обычные телефоны. Кроме самой зарядной площадки будет нужно купить чехол-приемник для гаджета. Он соединяется со смартфоном через USB-порт и через него заряжается.
На текущий момент на мировом рынке продается свыше 150 устройств до 5 Ватт, которые поддерживают стандарт QI. В будущем появится оборудование средней мощности до 120 Ватт.

Перспективы

Сегодня ведутся работы над крупными проектами, которые будут использовать беспроводное электричество. Это питание электромобилей «по воздуху» и бытовые электросети:

Густая сеть автозарядных точек позволит уменьшить аккумуляторы и значительно снизить себестоимость электромобилей.
В каждой комнате будут устанавливаться источники питания, которые будут передавать электроэнергию аудио- и видеоаппаратуре, гаджетам и бытовым приборам, оборудованными соответствующими адаптерами.

Достоинства и недостатки

Беспроводное электричество имеет следующие преимущества:

Не требуются источники питания.
Полное отсутствие проводов.
Упразднение необходимости использования батарей.
Требуется меньше технического обслуживания.
Огромные перспективы.

К недостаткам также можно отнести:

Недостаточная проработанность технологий.
Ограниченность по расстоянию.
Магнитные поля не являются полностью безопасными для человека.
Высокая стоимость оборудования.

Прощайте, провода! |

Будущее без проводов становится реальностью. В июне 2007 г. группа ученых под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского института (MIT) провела эксперимент по беспроводной передачи электрической энергии с эффективностью 45%. Ученые обещают: очень скоро для зарядки мобильных телефонов, плееров, ноутбуков и прочих переносных устройств, нуждающихся в постоянной подпитке электроэнергией, не нужно будет никаких проводов.

О том, что хорошо бы было подпитывать всевозможные приборы электроэнергией без путающихся под ногами проводов, ученые задумываются уже очень давно. Как минимум 100 лет. Именно столько времени прошло с того момента, когда данной проблемой заинтересовался гениальный американский ученый и изобретатель Никола Тесла.

ДОРОГА В БУДУЩЕЕ

Сведений о работах Теслы в сфере беспроводной передачи энергии сохранилось очень мало. По отрывочным сведениям, дошедшим до нас, ему действительно удалось добиться в этой области выдающихся результатов.В 1899 г. в Колорадо-Спрингс он публично продемонстрировал лампы и двигатели, работающие на высокочастотном токе без проводов. Для фантастического эксперимента была построена башня высотой несколько десятков метров, которую венчала “луковка” разрядника – большая медная полусфера.

При включении установки возникли искровые разряды длиной до 40 м, сопровождавшиеся громовыми раскатами, которые были слышны за 15 миль. Вокруг башни пылал огромный световой шар. За 25 миль от нее под аплодисменты наблюдателей разом загорелись 200 электрических лампочек. Электрический заряд был передан без всяких проводов!

Опыт в Колорадо-Спрингс весьма сильно впечатлил Джона Пирпонта Моргана, одного из самых богатых людей Америки. По его приглашению Тесла переехал в Нью-Йорк для работы над грандиозным проектом Wardenclyffe – созданием Всемирного центра беспроводной передачи энергии. На Лонг-Айленде строится башня высотой 57 м со стальной шахтой, углубленной в землю на 36 м. Верх башни венчает 55-тонный металлический купол диаметром 20 м. Пробный пуск невиданного сооружения состоялся в 1905 году и произвел потрясающий эффект. Как писали газеты, «Тесла зажег небо над океаном на тысячи миль».

Дальше – больше. Согласно одной из “экзотических” версий, тунгусские события 1908 года были вызваны испытанием энергетического оружия, совершенно случайно созданного Николой Теслой.

И действительно, в 1907-1908 гг. Тесла уже писал о разрушительном воздействии своего передатчика энергии. В 1915 г. он прямо заявлял: «Безусловна практическая передача электрической энергии без проводов и производство разрушительного воздействия на расстоянии. Я уже конструировал беспроволочный передатчик, который делает это возможным. Опыты продвинулись так далеко, что воздействия большой разрушительной силы могут быть произведены в любую точку на земном шаре, определенную заранее, с большой точностью».

Очевидно, сам Тесла считал проблему беспроводной передачи энергии решенной. В мае 1917 г., выступая на заседании Американского института инженеров-электриков по случаю получения награды имени Томаса Эдисона, он сказал: «Что касается передачи энергии через пространство, это проект, который я давно считаю абсолютно успешным. Годы назад я мог передавать энергию без проводов на любое расстояние без ограничений, которые накладывались физическими размерами Земли. Эффективность передачи может составлять 96 или 97%, и практически нет потерь, кроме тех, которые неизбежны для работы машины».

Однако как он это делал, остается загадкой. Никаких записей об уникальных экспериментах не сохранялось. После смерти Николы Теслы повторить их не удалось. О передаче энергии без проводов просто забыли на долгие-долгие годы.

НОВЫЕ СТАРЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.

Для профессора Марина Солячича все началось с мобильного телефона, а точнее, с его неисправной батареи, постоянно нуждавшейся в подзарядке. Именно эта надоевшая проблема заставила ученого подумать о способе передачи электроэнергии без проводов. «Раньше просто не было необходимой мотивации, – охотно делится ученый. – Это только в последние годы появилась масса всевозможных портативных устройств, получающих питание от батарей и часто нуждающихся в подзарядке». Тут-то профессору Солячину и пришло в голову, что выходом может стать беспроводная передача электроэнергии.

В принципе идея эта не нова. Однако до сих пор все попытки передать электроэнергию на расстояние, без какого бы то ни было носителя, проваливались из-за низкого КПД. Большая часть передаваемой электроэнергии просто рассеивалась в окружающей среде, до конечного потребителя доходили жалкие крохи. Правда, предпринимались попытки передачи электроэнергии при помощи направленного лазерного луча. Однако в этом случае между источником энергии и приемником не должно было быть никаких физических препятствий, что, понятно, не всегда осуществимо. Профессору Солячичу удалось справиться с проблемой рассеивания электроэнергии. В основе разработанной им технологии WiTricity лежит явление электромагнитного резонанса. По мысли Солячича, для эффективной передачи энергии на расстояние необходимо заставить передатчик и приемник резонировать с одинаковой частотой.

Теоретические выкладки профессора, которые были опубликованы ещё в прошлом году, блестяще реализовали инженеры из Массачусетского технологического института (MIT). В ходе эксперимента, проведенного в июне 2007 г., им удалось заставить светиться 60-ваттную лампу накаливания, находящуюся на расстоянии более 2 м от источника энергии.

Экспериментальное устройство состояло из двух медных катушек диаметром 60 см, передатчика, подключенного к источнику энергии, и приемник с подсоединенной к нему лампой накаливания. Контуры приемника и передатчика были настроены на частоту 10 МГц. В результате воздействия электромагнитного излучения передатчика на приемник в контуре последнего возникал электрический ток, и лампа начинала светиться. Она продолжала гореть, даже когда между катушками находились деревянные или металлические предметы, а также электронные устройства. И хотя потери энергии все еще велики, приемник получает только 40-45% электроэнергии, результаты впечатляют.

Сам Марин Солячич утверждает, что технология не представляет опасности ни для людей, ни для животных. Воздействие такого «зарядника» не влияет на работоспособность кредитных карт, мобильных телефонов и других электронных устройств, чувствительных к электромагнитному полю. Профессор Солячич надеется, что в самом ближайшем будущем технология WiTricity получит самое широкое распространение, а, значит, всевозможные портативные устройства можно будет подзаряжать автоматически, без подключения к сети.

Впрочем, прежде профессору Солячичу и его коллегам из MIT предстоит существенно доработать свое изобретение. Повысить коэффициент эффективности передачи, чтобы большая часть энергии доходила до приемника. Уменьшить размеры прототипа и увеличить расстояние, на которое передается электроэнергия. В ближайшем будущем группа из MIT планирует перевести эксперимент в практическую плоскость – «запитать» от своей системы ноутбук или робот-пылесос.

Впрочем, надо сказать, что профессор Солячич не одинок. Над беспроводной технологией передачи электроэнергии работают и другие изобретатели. Так, Кит Крессин, вице-президент по маркетингу американской компании Powercast, заявил, что устройства, использующие беспроводную передачу энергии, могут появиться уже в следующем году. Разработанная в компании технология передачи энергии по радиоволнам уже прошла сертификацию. В отличие от конкурентных разработок она значительно эффективнее – способна передавать до 70% вырабатываемой энергии (традиционные системы радиопередачи энергии транслируют лишь 10%).

К тому же технология позволит многим устройствам обходиться вообще без аккумуляторов, «запитываясь» непосредственно от передатчика.

Другая Энергия

Максимум через 25 лет на Земле закончатся нефть и газ, и человечество столкнется с глобальным энергетическим кризисом. Пути выхода из него до конца неясны. Впрочем, директор Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства, академик РАСХН, доктор технических наук Дмитрий Стребков смотрит в будущее с оптимизмом. По его мнению, спасение придет откуда не ждали. Надо только хорошенько покопаться в архивах, вспомнить, чем же занимались ученые сто лет тому назад, и сделать ставку на… электричество.

(Интервью брала корреспондент журнала “Мир новостей” Наталия Калинина)

– Дмитрий Семенович, чтобы обеспечить устойчивое развитие в будущем, человечеству необходимы новые энергетические технологии. Какими, по вашему мнению, они будут?

– Эпоха дешевой энергии закончилась. Новые энергетические технологии не будут использовать ископаемое топливо, будущее – за солнечной энергией. Глобальная энергетическая система, состоящая из трех солнечных электростанций в Австралии, Африке и Северной Америке, сможет в течение миллионов лет круглосуточно обеспечивать электроэнергией, водородным топливом и теплом все районы Земли. Электростанции же, работающие на ископаемом топливе, можно будет смело переводить в разряд резервных. Уже сейчас максимальный КПД солнечных элементов, разрабатываемых в лабораториях, равен 40%, а практический срок их службы составляет 50 лет. Есть, правда, “маленькая” сложность. Для функционирования глобальной солнечной энергосистемы необходимо организовать трансконтинентальные тераваттные потоки электрической энергии к потребителю. Только в этом случае человечество сможет объединить и сконцентрировать свои энергетические ресурсы и технологии для создания достойных условий жизни для каждого конкретного человека, а также для реализации крупных научно-технических проектов на Земле и в космосе.

– В июне 2007 г. Ваши коллеги из Массачусетского технологического института (США) апробировали технологию WiTricity, сделавшую передачу энергии без проводов реальностью. Возможно, именно она будет положена в основу глобальной энергетической системы?

– Не думаю. Во-первых, у данной системы очень низкий КПД (40-45%). Во-вторых, она просто небезопасна для здоровья человека. Американцы передают электроэнергию на частоте 10 МГц, что “соответствует СВЧ-полям. Вам хочется, чтобы ваша комната превратилась в СВЧ-печь? Пионер беспроводной передачи энергии Никола Тесла, к слову сказать, умел передавать электроэнергию на частоте 1-200 кГц и с гораздо лучшими результатами (потери составляли всего 3-4%). Он вообще был гениальным ученым, предвидевшим направления, в которых будут развиваться электротехника и энергетика на сотни лет вперед. Достаточно сказать, что Никола Тесла удалось получить напряжение в 50 млн вольт простыми аппаратными средствами. Еще в начале XX в. он передавал электрическую энергию на десятки километров, используя в качестве проводящей среды Землю. Именно он изобрел асинхронный электродвигатель, многофазный ток и многое другое. Однако гениальность Теслы сыграла с его современниками дурную шутку. Большинство просто не понимало, что же написано в его трудах. К счастью, наука не стоит на месте. В настоящее время мы практически в полном объеме можем воспроизвести эксперименты Теслы по передаче энергии на большие расстояния с использованием однопроводниковых линий и проводящих сред, развить и усовершенствовать предложенную им резонансную технологию.

– И все-таки, согласитесь, есть здесь нечто странное. Патент на аппарат для передачи электроэнергии беспроводным методом был получен Николой Теслой ещё в 1914 г. Даже не понимая принципа его действия, можно было попытаться внедрить его в реальную жизнь?

– Проект Wardenclyffe, в котором Никола Тесла работал до конца своих дней, изначально задумывался как коммерческий. Предполагалось, что в Нью-Йорке будет создан всемирный центр беспроводной передачи энергии. Однако все работы в этом направлении были очень быстро свернуты, когда стало понятно, какую опасность представляют генераторы Теслы. Я даже не говорю об энергетическом оружии, которое он якобы создал, это неподтвержденные слухи. Но во время его экспериментов у людей светились волосы, у лошадей выскакивали искры из-под копыт, в ближайшей электростанции сгорели генераторы. Все потому, что Никола Тесла использовал в качестве однопроводниковой линии Землю. Подобный способ передачи электроэнергии оказался совершенно неприемлем из экологических соображении.

– Реально ли в таком случае создать безопасную технологию беспроводной передачи энергии на большие расстояния с такими же минимальными потерями, как у Николы Теслы?

– Более чем реально, но с использованием других технологий. Так, в нашем институте разработана совершенно безопасная резонансная технология передачи электрической энергии – по подземным электроизолированным однопроводниковым кабельным линиям. По ним можно передавать гигаваттные и тераваттные потоки электрической энергии с потерями на уровне 3-4%. Однопроводниковые резонансные системы открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередачи и в перспективе замены существующих воздушных линий кабельными однопроводниковыми. Тем самым будет решена одна из важнейших проблем электроэнергетики – повышение надежности электроснабжения. Ещё раз хочу подчеркнуть, что все это стало возможным за счет использования старой электротехники, которая неизвестна современному поколению ученых, и забытых изобретений Николы Теслы. Проще говоря, используется другое электричество, которого нет в наших электрических розетках. Это стационарные волны, резонансные режимы, сдвиг фаз между волнами тока и напряжения 90°, законы электростатической индукции (а не электромагнитной индукции), однопроводниковые линии, повышенная частота 1-20 кГц (а не 50 Гц) и т.д.

– Из ваших слов явствует, что Никола Тесла определил развитие электроэнергетики на сотни лет вперед. Каким видится ее будущее современным ученым?

– Развитие электроэнергетики, на мой взгляд, связано с развитием резонансных волноводных методов передачи электрической энергии. Уже в XXI в. воздушные линии электропередачи будут заменены подземными волноводными системами. Бесконтактный высокочастотный электрический транспорт будет получать электрическую энергию от однопроводниковой резонансной линии, установленной в дорожном покрытии. На сельскохозяйственных плантациях будут работать электрические машины-роботы с активными рабочими органами. Будет создана глобальная солнечная энергетическая система, производящая электроэнергию, водородное топливо и тепло для каждого человека на Земле. Жидкое топливо и газ будут вырабатываться из биомассы энергетических плантаций. Космические корабли будут стартовать с Земли на электрических ракетных двигателях, имея соотношение массы полезного груза к стартовой массе на уровне 80-90% вместо сегодняшних 5%. Резонансные методы будут использоваться для лечения человека и животных, уничтожения сорняков (вместо пестицидов), обеззараживания питьевой воды и отходов, создания новых особо чистых материалов, в первую очередь солнечного кремния. Надеюсь, будут возможными электроснабжение летательных аппаратов в космическом пространстве и передача электрической энергии на мобильные объекты на Земле безопасными беспроводными методами.

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния

Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»

Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod, сообщает New Atlas.

Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.

В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.

Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.

Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.

Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.

Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.

К середине августа компания Electreon Wireless запустит первый в Израиле участок трассы с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта на ходу. Она же начала работы по аналогичному проекту на шведском острове Готланд.

Электричество без проводов. Это возможно?

Электричество без проводов.

Это возможно?

Способ передачи электроэнергии на высокой частоте

Имя изобретателя: Архипов А.Н.

Имя патентообладателя: Кооператив «Прометей»; Архипов Александр Николаевич

Адрес для переписки:

Дата начала действия патента: 1995.08.01

Изобретение относится к техническим средствам для передачи электроэнергии без проводов и может быть использовано в различных системах электроснабжения и связи.

Электропередача осуществляется с помощью передатчика 1, приемника 2, конденсаторов связи 3 и 4. Обязательным элементом передатчика является колебательная система 5, энергия из которой передается в сферическую фидерную линию, одним проводником которой является вся поверхность земного шара 6, а другим — слой атмосферы 7 с повышенной степенью ионизации. Конденсаторы связи 3 и 4 конструктивно выполнены в виде шаровых облучателей, но возможно использование и других объемных тел с развитыми поверхностями, например диск, икосаэдр, додекаэдр и др.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества: в линии практически отсутствуют потери, при этом КПД передачи не зависит от времени года, суток, метеоусловий, расстояния; не создается помех средствам обычной радиосвязи; соблюдаются санитарные нормы на облучение при мощностях до сотен тысяч мегаватт в одной точке, т.к. энергия распределяется в линии очень больших размеров; обеспечивается возможность передачи энергии без проводов на любой движущийся объект в пределах земной атмосферы и земных расстояний; упрощается аппаратура, отпадает необходимость в использовании сверхмощных передатчиков, химикатов и т.п.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ передачи электромагнитной энергии в целях радиосвязи при помощи катушечной антенны, согласно которому тороидальную катушку располагают в непосредственной близости от поверхности земли параллельно последней, чтобы за счет наведенных при этом в земле радиальных токов усилить излучающее действие тороидальной катушки как эквивалента вертикального вибратора (см. авт. св. N 68890, H 01 G 1/36).

Данный аналог не в состоянии решить поставленную нами задачу, так как передача электроэнергии в нем происходит посредством электромагнитной волны, распространяющейся в свободном пространстве, в природном волноводном канале либо (и в основном) над поверхностью одного естественного проводника, что в любом случае позволяет в точке приема выделить ничтожную часть от всей излучаемой мощности.

Известен способ передачи электроэнергии на высокой частоте, включающий генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства по линии электропередачи к приемнику, использующий для удешевления системы индуктивную связь, средства для реализации которой включают стационарные приемник и передатчик, несколько передвижных приемопередатчиков, линии приема и передачи, в разрывы которых включены усилительные узлы, каждый из которых содержит согласующие блоки и усилители [1].

В данном случае предложено схемное решение, позволяющее осуществить беспроводную передачу электроэнергии в основном в целях связи с подвижными объектами, внутри шахты и вдоль проводной линии.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что проблема надежности такой передачи на значительные расстояния в данном способе не решена, так как радиосвязь осуществляется в непосредственной близости от антенны, отчего потери в пространстве невелики, но велики потери в линии связи — телефонном кабеле, проложенном по длине шахты, что требует наличия вдоль линии усилителей и т.п.

Задачей изобретения является обеспечение возможности надежной передачи электроэнергии без потерь независимо от расстояния и без искусственных проводников.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению, в способе передачи электроэнергии на высокой частоте, включающем генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства в линию электропередачи и в приемник, в качестве линии электропередачи используют сферическую фидерную линию, центральным проводником которой является вся поверхность земного шара, а наружным проводником — атмосферный слой с повышенной электронной концентрацией, при этом согласующие устройства снабжены конденсаторами связи, выполненными в виде установленных над поверхностью земли облучателей с развитой поверхностью, например сферической.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в том, что при соответствующей настройке электроэнергия приходит к получателю по объективно существующей сферической фидерной линии независимо ни от каких внешних факторов и практически без потерь.

Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как согласующие устройства, конденсаторы связи, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т. ч. таких полностью новых признаков, как использование облучателей для настройки и включения в работу сферической фидерной линии.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряде новых полезных свойств, а именно обеспечивается возможность доставки электроэнергии без проводов в любые точки земного шара без потерь и помех существующими средствами радиосвязи.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию «изобретательский уровень». Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен график зависимости степени ионизации атмосферы от высоты, на фиг. 2 — схематическое изображение сферической фидерной линии и один из возможных способов ее подключения к приемнику и передатчику через конденсатор связи.

Конденсаторы связи 3 и 4 конструктивно выполнены в виде шаровых облучателей, но возможно использование и других объемных тел с развитыми поверхностями, например диск, икосаэдр, додекаэдр и др.

Способ реализуют следующим образом. Облучатели 3 и 4 поднимают над поверхностью земли на расстояние большее, чем радиус шара, так как на такой высоте соблюдается равенство емкостей: собственная емкость шара, емкость «шар-земля» и емкость «шар — слой атмосферы 7» практически равны и не зависят от расстояния до наружного проводника. Это свойство шара позволяет реализовать связь со сферической линией (подключение к линии), а, следовательно, и передачу энергии по сферической фидерной линии.

Емкость шара постоянна, а поэтому она не может быть использована для согласования сопротивлений, как это часто делается в обычных радиопередатчиках. Для этого может быть использована индуктивная связь с промежуточным контуром. Емкость шара в этом случае является также емкостью контура. Ввиду крайне малого волнового сопротивления сферической фидерной линии связь между контурами будет очень слабой (для наиболее полной передачи колебательной мощности передатчика), а т.к. линия из двух сферических поверхностей размером с планету не поддается точному расчету, то в реальном передатчике должна быть предусмотрена подстройка связи при смене частоты. Такие регулировки в аппаратуре связи — обычное дело. Приемник 2 соединен со сферической фидерной линией связи также посредством облучателя 4 в виде шара. Нагрузка подключается непосредственно к контуру. Коэффициент связи с нагрузкой зависит, как обычно, от данных контура, величины сопротивления нагрузки и линии.

Сферическая фидерная линия связи обладает уникальным свойством ее волновое сопротивление составляет доли ома, с учетом того, что шар, обладая емкостью, практически не является индуктивностью. Такая линия будет передавать энергию практически без потерь. Лучшим случаем будет такой, при котором без нагрузки устанавливается чистая стоячая волна, а с подключенным потребителем — чистая бегущая волна. Это достигается выбором частоты — на всей длине линии должно уложиться целое число полуволн.

На практике качество линии будет зависеть от волнового сопротивления, омических потерь, паразитного излучения и потерь в диэлектрике, но это помешает ей выполнять свою функцию передачи энергии, т. к. хотя ее проводники обладают сравнительно большим удельным сопротивлением, воздух является лучшим диэлектриком, отношение диаметров проводников приближается к единице, а сферическая форма линии определяет безындукционность линии и волновое сопротивление в доли ома. Неоднородность слоев атмосферы для сферической фидерной линии также не имеет практического значения, т.к., во-первых, между облучателем и проводником отсутствует магнитная составляющая, а емкость «шар — слой» не меняется с изменением расстояния до слоя, а во-вторых, связь с использованием этих проводников как волновода — реальность, а требования к поверхности и форме фидерной линии не столь жестки, как для волновода.

Проводимость воздуха увеличивается с высотой и на высоте 6 км поле практически отсутствует, тогда как на высоте 3 км наблюдается наибольшая кривизна этой гиперболической зависимости. Это значит, что при относительно низких частотах условия эффективности облучателя и условия эффективности сферической фидерной линии наименее противоречивы именно в низших слоях атмосферы. При увеличении частоты удельная проводимость слоя будет играть большую роль, так что на практике возможны две линии — ионосферная и «нижняя», выбор которых происходит автоматически, т.к. емкость шара не зависит от высоты. На промежуточных частотах возможны две настройки: при уменьшении связи шар перестает работать как короткий штырь с емкостью на конце и становится емкостью связи сначала с ионосферной, а затем с «нижней» линией, т.к. «нижней» линии меньше, чем у ионосферной. Расчеты контуров связи, омических потерь в линии входных сопротивлений и сопротивлений связи ничем не отличаются от обычных в технике связи расчетов.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества.

В линии практически отсутствуют потери, при этом КПД передачи не зависит от времени года, суток, метеоусловий, расстояния.
Не создается помех средствам обычной радиосвязи.
Соблюдаются санитарные нормы на облучение при мощностях до сотен тысяч мегаватт в одной точке, т. к. энергия распределяется в линии очень больших размеров.
Обеспечивается возможность передачи энергии без проводов на любой движущийся объект в пределах земной атмосферы и земных расстояний.
Упрощается аппаратура, отпадает необходимость в использовании сверхмощных передатчиков, химикатов и т.п.

Формула изобретения

Способ передачи электроэнергии на высокой частоте, включающий генерирование высокочастотных колебаний и передачу их через согласующие устройства в линию электропередачи и в приемник, отличающийся тем, что в качестве линии электропередачи используют сферическую фидерную линию, центральным проводником которой является вся поверхность земного шара, а наружным проводником — атмосферный слой с повышенной электронной концентрацией, при этом согласующие устройства снабжены конденсаторами связи, выполненными в виде установленных над поверхностью земли облучателей с развитой поверхностью, например сферической.

Ток освобождённый

Без разделения труда эффективной работы не получится — физики из ИТМО помнят об этом правиле. Иван Иорш отвечает за теоретическую часть исследования, Полина Капитанова — за проведение эксперимента, а инженер Минчжао Сун, приехавший из Китая на стажировку, — за электродинамическое моделирование.
Я в лаборатории метаматериалов, наблюдаю за работой учёных.

Каждый из них, словно чупа-чупс, закреплён на держателе и подсоединён проводами к своему аппарату. На моих глазах происходит чудо: подаётся напряжение, и светодиодная лампочка на втором держателе начинает светиться. Второй шарик с лампочкой получает энергию от первого без каких-либо проводов на расстоянии 10 см. Но чем больше физик отдаляет шарики друг от друга, тем тусклее светит лампочка. Минчжао достаёт кусок пенопласта и кладёт на него шарики. Сверху к пенопласту прилажено множество отрезков тонкой проволоки — все они одинаковой длины и закреплены параллельно друг другу на равном расстоянии. Инженер начинает двигать по пенопласту шарик с лампочкой, удаляя его от первого на 15 см, затем на 20, 25, 30… На 30 см лампочка продолжает гореть так же ярко, как и прежде.

Как это работает? Один аппарат, подсоединённый к керамическому шарику, — это векторный анализатор, который посылает электрический сигнал по проводу на второй аппарат — усилитель мощностью 1 Вт. Тот, соответственно, усиливает сигнал, и дальше ток поступает на держатель второго шарика — диэлектрического резонатора. Он заряжается и по воздуху посылает электричество на первый шарик. А дальше как в опыте американских учёных с катушками. С одной оговоркой: чтобы лампочка горела, на втором держателе установлена схема преобразования переменного тока в постоянный.

— Что это за кусок пенопласта? — спрашиваю я Полину, внимательно изучая конструкцию.

— Это и есть наш метаматериал — метаповерхность. По сути, очень простая вещь — пенопласт с тонкими металлическими проводами, расположенными в нужной геометрии. Эти отрезки проволочек — так называемые антенники. Помните антенны советских телевизоров? Чтобы канал транслировался без помех, нужно было крутить антенну, поднимать, опускать её, пока не поймаешь сигнал. Антеннки в метаматериале тоже нужно сделать заданной длины и расположить особым образом, чтобы точно направить сигнал, передаваемый от одного керамического шарика другому.

— И что, действительно такое простое устройство — кусок пенопласта с проводочками — усиливает эффективность эксперимента?

— В данном случае использование метаповерхности помогло увеличить радиус передачи электроэнергии с 10 см до 30. Причём неважно, сколько лампочек или телефонов вы пожелаете зарядить. Представьте, что этот метаматериал встроен в ваш рабочий стол, — Полина похлопывает по столешнице. — Вы кладёте на него и подзаряжаете разом и свой лэптоп, и планшет, и телефон друга, который зашёл в гости.

— Сложно изготовить такой метаматериал?

— Нет, любой студент-физик сделает его за полчаса. Нужно только нарезать проводки и упорядочить их в диэлектрической матрице.

Российские ученые предложили новый способ беспроводной передачи энергии — Наука

МОСКВА, 28 января. /Корр. ТАСС Михаил Петров/. Специалисты лаборатории метаматериалов Университета ИТМО и «НИИ Гириконд» показали, что можно создавать эффективные системы беспроводной передачи энергии при использовании керамических диэлектриков.

Результаты моделирования были проверены экспериментально — без использования проводов удалось зажечь светодиодиодную лампочку на расстоянии 20-30 см.

Результаты работы опубликованы в журнале AppliedPhysicsLetters.

«У нас пока только пионерские работы, но для расстояния в 20 сантиметров и мощности 1 Ватт наша система уже работает», — рассказал ТАСС один из авторов статьи, научный сотрудник Университета ИТМО, Полина Капитанова.

Как работает беспроводная передача энергии сейчас

В 2007 году в журнале Science вышла статья группы профессора Массачусетского технологического института Марин Солячича, в которой ученые рассказали об удачных испытаниях беспроводной системы передачи энергии. На расстоянии более чем в 2,5 метра им удалось зажечь лампочку 60 Вт за счет резонансного взаимодействия двух медных катушек.

Одна из них была подключена к источнику переменного электрического тока, который создавал в ней распространяющееся магнитное поле. Магнитное поле доходило до второй катушки, которая была настроена на ту же самую резонансную частоту и создавало в ней переменный ток, с помощью которого зажигалась лампочка.

Этот принцип стал основной коммерческой технологии WiTricity, которую сейчас используют для беспроводных зарядок мобильного телефона. В продаже такие устройства появились недавно и пока скорее похожи на стационарные базы радиотелефонов, чем на беспроводные точки питания: для подзарядки мобильный телефон нужно аккуратно разместить на подключенной в сеть панели.

В будущем ученые обещают избавиться от необходимости физического контакта с базой, но пока это невозможно по двум причинам. Во-первых, беспроводная передача энергии на основе резонансного метода достаточно эффективна только на маленьких расстояниях (резонансные катушки внутри базы и телефона разделяет несколько сантиметров корпусов этих устройств), во-вторых, для зарядки нужно подобрать правильную взаимную ориентацию источника и приемника в пространстве.

Что сделали российские ученые

Специалисты лаборатории метаматериалов Университета ИТМО и «НИИ Гириконд» использовали тот же резонансный метод, но внесли несколько изменений в конструкцию устройства. Медные катушки они заменили на диэлектрические керамические резонаторы, в которых магнитное поле можно возбуждать с меньшими потерями энергии, а для передачи энергии использовали другие, более высокие частоты резонаторов, на которых магнитное поле обладает более сложной структурой и меньше затухает при распространении в пространстве.

Теоретическая эффективность нового подхода достигает 80%. Кроме того, предложенная российскими учеными система беспроводной передачи энергии более устойчива к изменению взаимной ориентации приемника относительно источника.

В эксперименте ученым пока удалось передать около 1 Вт мощности на расстояние 20-30 см на частотах около 2 ГГц и сейчас они начали новые испытания. «Наши коллеги из «НИИ Гириконд» разработали новые образцы керамики с большим значением диэлектрической проницаемости и малыми потерями, что позволит еще больше увеличить расстояние передачи энергии, а также перейти на рабочие частоты в области десятков МГц, безопасные для человека», — рассказала Капитанова.

Урок 12. преобразование и передача электроэнергии — Естествознание — 11 класс

Естествознание, 11 класс

Урок 12. Преобразование и передача электроэнергии

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Какие способы передачи энергии на расстояние существуют?
Чем обусловлены потери энергии при передаче?
Чем выгоден каждый способ передачи электроэнергии?
Как уменьшить потери при передаче электроэнергии?

Глоссарий по теме:

Электромагни́тная инду́кция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея).

Какова бы ни была причина изменения магнитного потока, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре Э. Д.С. индукции определяется формулой:

Первичной обмоткой называется та, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока. Вторичная обмотка – обмотка, которая служит источником питания для потребителя. Обычно первичную обмотку обозначают индексом 1, а вторичную – индексом 2.

Трансформатор (от лат.transformare — «превращать, преобразовывать») — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

Александров, А. П. Атомная энергетика и научно-технический прогресс / А.П. Александров. — М.: Наука, 2015. — 272 c.
Арутюнян, А. А. Основы энергосбережения / А.А. Арутюнян. — М.: Энергосервис, 2016. — 600 c.
Демидов, В. И. Тепла Вам и света / В.И. Демидов. — М.: Лицей, 2009. — 254 c.

Дополнительные источники:

https://moiinstrumenty.ru/elektro/obmotka-transformatora.html
Якобсон, И.А. Испытания переключающих устройств силовых трансформаторов / И.А. Якобсон. — М.: Наука, 2006. — 56 c

Теоретический материал для самостоятельного изучения

В современном мире трудно представить себе даже несколько минут без электричества. Многие жизненно важные приборы, а также бытовая техника потребляют электроэнергию. Проблема передачи электроэнергии на различные расстояния: от маленьких деревень до многомиллионных городов до сих пор остается актуальной. Как это осуществить с минимальными потерями и наиболее эффективно?

Развитие цивилизации и научно-технический прогресс, связанный с использованием двигателей, потребовал решения не только задач производства энергии, но также задачи передачи энергии на расстояние. С давних пор известно два способа передачи топлива для двигателей: транспортный и более экономичный – трубопроводный, применяемые до сих пор. Но самый эффективный способ – по проводам. Французский физик М. Депре построил первую линию электропередачи в 1880 г. Однако, и этот способ не позволяет избежать потерь, связанных с нагревом подводящих проводов.

При простейшем способе передачи, когда источник электроэнергии (электрогенератор) связан проводами с потребителем, процесс передачи можно изобразить схемой, приведенной на Рис. 1

Рис.1

Обозначая полезную потребляемую мощность (мощность на нагрузке) через Wн, а паразитную мощность, идущую на нагревание проводов через Wп, получим для них выражения:

W_н = I²R_н

W_п = I²R_п

Из этих формул видно, что отношение мощностей равно отношению сопротивлений.

Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из алюминия или меди и достаточно толстыми.

Уменьшить потери энергии в проводах по сравнению с энергией, которую нужно передать, можно, если уменьшить ток, текущий в проводах, по сравнению с током, который течет в приборах потребителя. Сделать это позволяет трансформатор, принцип действия которого основан на взаимопреобразовании электрического и магнитного полей. Трансформатор, история применения которого насчитывает почти полтора века, все это время служит человечеству верой и правдой. Его назначение — преобразование напряжения переменного тока. Это одно из немногих устройств, КПД которого может достигать почти 100%.

Самый простой трансформатор — это сердечник из ферромагнитного материала с большой магнитной проницаемостью (например, из электротехнической стали) и две намотанных на него обмотки (рис. 2). При пропускании через первичную обмотку переменного тока силой I₁ в сердечнике возникает меняющийся магнитный поток Ф, которым пронизывается как первичная, так и вторичная обмотка.

В каждом из витков этих обмоток находится одинаковая по численному значению ЭДС индукции. Таким образом, отношения ЭДС в обмотках и витков в них одинаковы. На холостом ходу (I₂ = 0) напряжения на обмотках практически равны ЭДС индукции в них, следовательно, для напряжений также выполняется соотношение:

U₁/ U₂ ≈ N₁/ N_2,где

N₁и N₂ — число витков в обмотках.

Отношение U₁/ U₂ называют еще коэффициентом трансформации (k). Если U₁< U₂, трансформатор называют повышающим, при U₁> U₂ — понижающим (рис 2). У первого трансформатора коэффициент трансформации больше, а у второго — меньше единицы. Поскольку КПД трансформатора близок к 100%, мощность в цепи первичной обмотки приблизительно равна мощности в цепи вторичной обмотки:

U₁I₁=U₂I₂

Следовательно, ток во вторичной обмотке меньше, чем ток в цепи потребителя. Так как потери на нагрев проводов в линии электропередачи пропорциональны , уменьшение тока в проводах линии электропередачи позволяет уменьшить потери энергии.

Один и тот же трансформатор, в зависимости от того к которой обмотке прикладывается, а с какой снимается напряжение, может быть как повышающим, так и понижающим.

Рис 2. Повышающий трансформатор (k < 1)

Рис 3. Понижающий трансформатор (k > 1)

При U₂>>U₁, U₂>>U₃ и, соответственно, I₂<<I₁, I₂<<I₃ потери электроэнергии на нагрев проводов значительно уменьшаются.

Но и трансформаторы не идеальные устройства. Реальные трансформаторы, работающие в системе передачи электроэнергии достаточно сложны и внутри их помимо полезного, возникают и вредные токи, снижающие эффективность передачи.

Поэтому не прекращаются поиски усовершенствования выработки и передачи электроэнергии.

Рис.4 Устройство трансформатора

Рис.5. Сверхпроводники

Выводы:

Передача энергии на расстояние в виде электроэнергии является в настоящее время наиболее удобным и дешевым способом передачи энергии.
Использование трансформаторов и увеличение напряжения в проводах линий электропередачи, позволяет существенно снизить потери энергии при передаче электроэнергии.
Ученые постоянно работают над проблемой сбережения энергии при ее передаче, например, использование сверхпроводников. Но многие проекты находятся еще на стадии разработки.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1: Подчеркните правильные ответы: «Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно __________. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из ________ или ее сплавов и достаточно_________».

Варианты ответов: больше, меньше, стали, меди, толстыми, тонкими.

Правильный вариант: Чтобы уменьшить потери сопротивление подводящих проводов стараются сделать как можно меньше. Провода делают из хорошо проводящего материала – в основном из меди или ее сплавов и достаточно толстыми.

Задание 2: Решите кроссворд.

По горизонтали
2. статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты, называют….

3. обмотка, на которую подается исходное напряжение от какого-либо источника переменного тока.

По вертикали
1.обмотка, которая служит источником питания для потребителя.

Правильный вариант:

IE Вопросы: Почему у нас нет беспроводного электричества?

Почему у нас нет беспроводной связи?

Этот вопрос приходит от многих членов нашей аудитории: было бы здорово, если бы мы могли покончить с обширной сетью проводов, больших и малых, которые соединяют электронные устройства, управляющие нашим миром, с электростанциями, вырабатывающими электричество?

На самом деле у нас есть беспроводное электричество. Но это ограничено. На данный момент, по крайней мере, это коммерчески выгодно только на коротких расстояниях (например, от миллиметров до метров).Прежде чем мы перейдем к этому, давайте вернемся на более чем сто лет назад, к человеку, мечтающему о беспроводной передаче электроэнергии по всему миру: Николе Тесла.

Существует длинный список технологий, приписываемых Тесле и его исследованиям: радио, рентгеновские лучи, дистанционное управление, электродвигатели и многие другие. Но одна из его самых больших амбиций так и не была реализована: передавать электричество по всему миру без проводов.

Его первые эксперименты были связаны с передачей электричества через радиоволны.Но эти эксперименты могли передавать энергию только на короткое расстояние. Тогда у Теслы появилась идея: будет ли связь сильнее, если он пройдет сквозь землю, а не в воздух?

Вот его основная теория: отправить электричество глубоко в землю и использовать Землю как гигантский проводник. Электричество могло беспрепятственно перемещаться на сотни миль, и любой, у кого есть приемник, мог получить к нему доступ, предположил Тесла.

«Электроэнергия может передаваться и никогда не будет передаваться без проводов для всех коммерческих целей, таких как освещение домов и управление самолетами.Я обнаружил основные принципы, и осталось только разработать их коммерчески. Когда это будет сделано, вы сможете отправиться в любую точку мира — на вершину горы с видом на вашу ферму, в Арктику или в пустыню — и установить небольшое оборудование, которое даст вам тепло для приготовления пищи и свет читать. Это оборудование будет перевозиться в рюкзаке, не таком большом, как обычный чемодан. В ближайшие годы беспроводное освещение станет таким же обычным явлением на фермах, как обычное электрическое освещение в наших городах.»(Никола Тесла, Американский журнал, апрель 1921 г.)

Тесла перенес свои эксперименты в Колорадо-Спрингс, штат Колорадо, в 1899 году. Согласно лабораторным записям Теслы, ему удалось отправить электричество из своей лаборатории в лампочки, расположенные на земле на расстоянии сотен футов.

Но Tesla хотела большего. Он начал строить Башню Варденклиф в 1901 году на Лонг-Айленде. Wardenclyffe должен был стать центром множества экспериментов по передаче беспроводных радио- и телеграфных сигналов — и отправке беспроводного электричества.Тесла планировал, что 17-этажная башня будет отправлять электричество от угольного генератора в землю через 300 футов металлических стержней, по которым ток будет распространяться на сотни миль.

По сей день никто не уверен, что план Теслы сработал бы, сказал Марк Зайфер, автор книги «Волшебник: жизнь и времена Николы Теслы». Деловой партнер Tesla, Дж. П. Морган, отказался от проекта Wardenclyffe. В конце концов, Tesla обанкротилась, а Варденклифф был снесен в 1917 году. Его идея использовать землю для передачи электричества на большие расстояния не была полностью проверена, и инженеры-электрики скептически относятся к ее результатам, добавил Сейфер.

Но исследования Теслы повлияли на то, как сегодня мы отправляем электричество без проводов

Со времен Tesla мы знали, что можно передавать электричество по беспроводной сети с помощью магнитной индукции. Или, если быть точным, использовать магнитное поле для генерации электрического тока. Вы уже используете этот тип зарядки, если у вас есть электрическая зубная щетка.

И мечта Tesla о всемирной беспроводной энергии все еще жива. Японское космическое агентство разрабатывает солнечный спутник, который будет передавать энергию обратно на Землю с помощью микроволн.Их цель по завершению строительства первой солнечной электростанции на орбите? 2031 год — как раз к 175-летнему юбилею Tesla.

Новая Зеландия собирается испытать беспроводную передачу энергии на большие расстояния

Известное изображение изобретателя Николы Теслы показывает, как он небрежно сидит на стуле, скрестив ноги, и делает записи, не обращая внимания на обилие искусственных молний, раздирающих воздух на несколько метров. К тому времени Тесла и чистое электричество были похожи на старую супружескую пару.

Эксперименты, проведенные в Колорадо, привели к одному из самых смелых предложений Теслы: обеспечить мир без проводов. Он попал в заголовки газет с планами создания «мировой беспроводной системы» и получил финансирование от JP Morgan на строительство первой из нескольких огромных опор передачи.

Но мечта Tesla о беспроводной энергии вскоре умерла. JP Morgan отменил дополнительное финансирование. Башню снесли. Позже ученые скептически относились к планам Теслы (которые были немного расплывчатыми) сработали бы.

Между тем коллега Теслы Гульельмо Маркони преследовал параллельную мечту с гораздо большим успехом: беспроводная передача информации на радиоволнах.Сегодняшний мир, конечно, наводнен беспроводной информацией.

Теперь, если новозеландский стартап Emrod добьется своего, мечты Теслы и Маркони могут объединиться. Компания создает систему для беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Ранее в этом месяце Emrod получил финансирование от Powerco, второй по величине коммунальной компании Новой Зеландии, для проведения испытаний своей системы на коммерческой электростанции, подключенной к сети.

Компания надеется доставлять энергию в общины, удаленные от сети, или передавать энергию из удаленных возобновляемых источников, таких как морские ветряные электростанции.

Как это работает

Система состоит из четырех компонентов: источника питания, передающей антенны, нескольких (или более) передающих реле и ректенны.

Во-первых, передающая антенна преобразует электричество в микроволновую энергию — электромагнитную волну, похожую на радиоволны Маркони, только немного более энергичные — и фокусирует ее в цилиндрический луч. СВЧ-луч проходит через серию реле, пока не попадает в ректенну, которая преобразует его обратно в электричество.

Помня о безопасности, Emrod использует энергию в промышленном, научном и медицинском (ISM) диапазоне, сохраняя при этом низкую плотность мощности. «Дело не только в том, сколько энергии вы доставляете, а в том, сколько энергии вы даете на квадратный метр», — сказал основатель Emrod Грег Кушнир New Atlas . «Уровни плотности, которые мы используем, относительно низкие. На данный момент это примерно эквивалентно стоянию на улице в полдень на солнце, примерно 1 кВт на квадратный метр ».

Но если он работает, как задумано, луч никогда не будет контактировать ни с чем, кроме пустого воздуха.Система использует сеть лазеров, окружающих луч, для обнаружения препятствий, таких как птица или человек, и автоматически отключает передачу до тех пор, пока препятствие не переместится.

Технология передачи энергии с помощью микроволновой энергии существует уже несколько десятилетий. Но чтобы сделать его коммерчески жизнеспособным, необходимо минимизировать потери энергии. Кушнир сказал, что метаматериалы, разработанные в последние годы, создают разницу.

Компания использует метаматериалы для более эффективного преобразования микроволнового луча обратно в электричество.Реле, которые похожи на «линзы», расширяющие луч за пределы прямой видимости путем его перефокусировки, практически без потерь. По словам Кушнира, большая часть потерь происходит на другом конце, где электричество преобразуется в микроволновую энергию. В целом, он сказал, что эффективность системы составляет около 70%, что недостаточно для медных проводов, но в некоторых областях экономически целесообразно. И это те области, к которым компания стремится.

«… мы не предвидим в ближайшем будущем ситуации, когда можно было бы сказать, что все медные провода могут быть заменены беспроводными», — сказал Кушнир.«По сути, он будет иметь более низкий уровень эффективности. Речь идет не о замене всей инфраструктуры, а о ее расширении там, где это имеет смысл ».

Тест в реальных условиях

Прототип компании в настоящее время может передавать несколько ватт энергии на расстояние около 130 футов. В рамках проекта Powerco они работают над более крупной версией, способной излучать несколько киловатт. План состоит в том, чтобы доставить новую систему Powerco в октябре, протестировать ее в лаборатории в течение нескольких месяцев, а затем, если все пойдет по плану, опробовать ее в полевых условиях. Испытания будут направлены на проверку того, сколько мощности система может передать на какое расстояние.

Хотя текущая модель скромна, Кушнир говорит, что ее следует масштабировать.

«Мы можем использовать ту же самую технологию для передачи в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния», — сказал он в пресс-релизе. «Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями».

Рэй Симпкин, главный научный сотрудник Emrod, сообщил IEEE Spectrum , что компания также изучает возможность передачи энергии через 30 километров воды от материковой части Новой Зеландии до острова Стюарт.Он сказал, что система может стоить всего 60 процентов подводного кабеля.

В конечном счете, технология может помочь в обеспечении электроэнергией сельских районов или передачи энергии от морских ветряных электростанций, и в том и в другом случае строительство физической инфраструктуры для подключения или питания сети обходится дорого. В других случаях, например, в национальных парках, режим беспроводной передачи может иметь меньшее воздействие на окружающую среду и требовать меньшего обслуживания. Или его можно использовать для обеспечения электроэнергией после стихийных бедствий, в результате которых была повреждена физическая инфраструктура.

Это не «всемирная беспроводная система» Теслы, но она может превратить беспроводную связь на большие расстояния в коммерческую реальность в недалеком будущем.

Источник изображения: Killian Eon / Pexels

Работает ли беспроводная передача энергии?

Бусакорн ПонгпарнитGetty Images

В Новой Зеландии правительство спонсирует работу и тестирование стартапа беспроводной электросети.
Система включает в себя микроволновые лучи определенной формы, которые проходят через реле, например повторители.
Никола Тесла провел первые эксперименты с использованием авиации 12 лет назад, но медная проволока заменила все остальное.

Энергетический стартап по имени Emrod заявляет, что приносит беспроводное электричество в Новую Зеландию, спустя более века после того, как Никола Тесла впервые продемонстрировал, что это возможно. Как и для самого высокопроизводительного спутникового интернет-соединения, каналу Emrod требуется только прямая видимость.

В своем заявлении основатель Emrod Грег Кушнир говорит, что он был мотивирован особым набором навыков Новой Зеландии, а ля Лиам Нисон в Taken .

«У нас есть множество чистой гидроэнергетики, солнечной и ветровой энергии, доступной по всему миру, но есть дорогостоящие проблемы, связанные с доставкой этой энергии традиционными методами, например, с помощью морских ветряных электростанций или пролива Кука здесь, в Новой Зеландии. требуются подводные кабели, установка и обслуживание которых дороги ».

🔬 Наука все объясняет. Найди свои ответы.

Устраняя необходимость в длинных участках традиционной медной проводки, по словам Эмрода, он может подавать электроэнергию в более труднопроходимую местность и места, которые просто не могут позволить себе определенный уровень физической инфраструктуры. Это также может иметь последствия для окружающей среды, поскольку во многих местах, находящихся вне электросети, используются, например, дизельные генераторы.

Прямо сейчас Эмрод проводит испытания на «крошечном» большом расстоянии — посылая «несколько ватт» туда и обратно на 130 футов, — сообщает Кушнир New Atlas . Прямая видимость важна, потому что технология полагается на четкий, ограниченный луч от одной точки к другой.

«Энергия передается через электромагнитные волны на большие расстояния с использованием запатентованной Emrod формы луча, метаматериалов и технологии ректенн», — объясняет Эмрод.

Дополнительный кредит

❏ Узнайте, как работает беспроводная зарядка.

❏ Узнайте, как построить зарядную станцию в мастерской.

❏ Подробнее о Pop Mech — это чертовски крутые научные и технические особенности.

«Ректенна» превращает магнитные волны в электричество. Квадратный элемент, установленный на шесте, действует как точка прохождения, которая поддерживает лучи электричества, а более широкая площадь поверхности, так сказать, улавливает всю волну.Луч окружен лазерным забором с низким энергопотреблением, поэтому он не убивает пролетающих мимо птиц или легковые автомобили. По словам Эмрода, если когда-либо произойдет сбой, он может отключить ректенну, установленную на грузовике, чтобы восполнить недостающие опоры реле.

Как правило, подобная технология кажется неправдоподобной из-за таких проблем, как потеря верности сигнала при передаче по воздуху, а затем с помощью ряда технологий-посредников. Но технология реле Эмрода, которая, как говорится, «перефокусирует луч», не использует никакой мощности и почти не теряет.

Кушнир рассказывает New Atlas :

«Эффективность всех разработанных нами компонентов довольно высока, близка к 100 процентам. Большая часть потерь приходится на передающую сторону. В качестве передающей стороны мы используем твердотельные элементы, и это, по сути, те же электронные элементы, которые вы можете найти в любой радарной системе или даже в своей домашней микроволновой печи. В настоящее время они ограничены примерно 70-процентной эффективностью. Но в этом направлении идет большая разработка, в основном связанная с коммуникациями, 5G и так далее.”

Проекту оказывают помощь электроэнергетические компании Новой Зеландии и правительство.

«Прототип получил некоторое государственное финансирование и был спроектирован и построен в Окленде в сотрудничестве с Callaghan Innovation», — сообщает Эмрод на своем сайте, ссылаясь на «агентство по инновациям» правительства Новой Зеландии. «Он был номинирован на премию Королевского общества, а вторая по величине распределительная компания Новой Зеландии, Powerco, будет первой, кто протестирует технологию Emrod.«

Кушнир говорит, что расстояние и мощность вначале будут довольно низкими — отправка нескольких киловатт на более короткие расстояния в пределах Новой Зеландии. Но, по его словам, гипотетический предел расстояния и мощности будет увеличиваться до почти непостижимых величин. Все, что нужно сделать Эмроду, — это сделать ректенны побольше.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Никола Тесла и его работа в области беспроводной энергии и передачи энергии — Contemporary Sci & Innovation

Никола Тесла хотел создать способ подачи энергии без перетяжки проводов. Он почти достиг своей цели, когда его эксперимент привел его к созданию катушки Тесла. Это была первая система, которая могла передавать электричество без проводов. С 1891 по 1898 год он экспериментировал с передачей электроэнергии с помощью радиочастотного резонансного трансформатора катушки Тесла, который вырабатывает переменные токи высокого напряжения и высокой частоты. При этом он мог передавать энергию на короткие расстояния без подключения проводов. Однако катушка Тесла больше не имеет большого практического применения, изобретение Теслы полностью изменило способ понимания и использования электричества. Радиоприемники и телевизоры до сих пор используют вариации катушки Тесла.

В 1901 году Тесла начал работу над большой высоковольтной беспроводной станцией передачи энергии, названной Wardenclyffe Tower. Мелкомасштабная беспроводная передача энергии в качестве прототипа передатчика для «Всемирной беспроводной системы», которая должна была транслировать информацию и энергию по всему миру, была продемонстрирована инвесторам, но они отказались от этого, и объект так и не был завершен.Хотя Тесла заявил, что его идеи были доказаны, у него была история неудач в подтверждении своих идей экспериментом, но похоже, что у него не было доказательств того, что он когда-либо передавал значимую силу за пределами коротких демонстраций выше. За 110 лет, прошедших после его экспериментов, попытки использовать подобное оборудование не привели к передаче энергии на большие расстояния. Ученые согласились, что его система World Wireless не сработала бы.

Вот видео, объясняющее концепцию беспроводной передачи энергии:

Передача мощности на устройство без проводов.Хотя беспроводная передача электромагнитной энергии в виде аудио-, видео-сигналов и сигналов данных является общей, беспроводная передача электроэнергии является относительно новой. Некоторые устройства уже используют беспроводную передачу энергии без использования металлических контактов. Мощность передается через пластиковые корпуса с помощью магнитной индукции. Ожидается, что с использованием магнитных полей в какой-то момент в будущем электромобили будут заправляться в пределах трех футов от зарядной станции.

«Беспроводная передача энергии» Энциклопедия терминов .Журнал ПК Ziff-Davis. 2014. Проверено 15 декабря, 2014.

.
«Беспроводное электричество? Как работает катушка Тесла ». Живая наука . N.p., n.d. Интернет. 17 февраля 2016 г.
«Беспроводная передача энергии». ПК . N.p., n.d. Интернет. 17 февраля 2016 г.
Передача электроэнергии без проводов
Центральная электростанция Тесла и передающая башня для «Мировой телеграфии», Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк. Экспериментальная лаборатория, Колорадо, построена летом 1899 года.(Здесь было сделано открытие г-ном Теслой стационарных волн Земли.)
(Сообщено Electrical World и инженеру , 5 марта 1904 г.)
Невозможно устоять перед вашей вежливой просьбой, высказанной по поводу такого момента в жизни вашего журнала. Ваше письмо оживило память о нашей начинающейся дружбе, о первых несовершенных попытках и незаслуженных успехах, о доброте и недопонимании. Он с болью напомнил мне о величии ранних ожиданий, быстром беге времени и, увы! малость реализаций.Следующие строки, которые, если бы не ваша инициатива, могли еще долго не передаваться миру, являются приношением в духе старины, и мои наилучшие пожелания вашего будущего успеха сопровождают их.
Ближе к концу 1898 года систематические исследования, проводившиеся в течение нескольких лет с целью усовершенствования метода передачи электрической энергии через естественную среду, привели меня к признанию трех важных потребностей: во-первых, разработать передатчик большой мощности. мощность; во-вторых, усовершенствовать средства индивидуализации и изоляции передаваемой энергии; и, в-третьих, выяснить законы распространения токов через землю и атмосферу.Различные причины, не последней из которых была помощь, предложенная моим другом Леонардом Э. Кертисом и Colorado Springs Electric Company, побудили меня выбрать для моих экспериментальных исследований большое плато на высоте двух тысяч метров над уровнем моря, недалеко от этот восхитительный курорт, куда я добрался в конце мая 1899 года. Я пробыл там всего несколько дней, когда поздравил себя со счастливым выбором и приступил к делу, к которому я давно готовился, с благодарным чутьем и полным вдохновляющей надежды.Совершенная чистота воздуха, несравненная красота неба, внушительный вид на высокие горы, тишина и спокойствие этого места — все это способствовало созданию идеальных условий для научных наблюдений. К этому было добавлено волнующее влияние великолепного климата и необычайное обострение чувств. В этих регионах органы претерпевают ощутимые физические изменения. Глаза приобретают необычайную прозрачность, улучшая зрение; уши пересыхают и становятся более восприимчивыми к звуку.Объекты здесь можно четко различить на таком расстоянии, что я предпочитаю, чтобы о них рассказывал кто-то другой, и я слышал — за это могу поручиться — раскаты грома на расстоянии семи и восьмисот километров. Я мог бы поступить еще лучше, если бы не было утомительным ожиданием появления звуков через определенные промежутки времени, о которых точно сообщает электрический индикатор — почти час назад.
В середине июня, когда шла подготовка к другим работам, я установил один из моих приемных трансформаторов с целью экспериментального определения нового метода электрического потенциала земного шара и изучения его периодических и случайных колебаний.Это было частью плана, тщательно разработанного заранее. Во вторичную цепь было включено высокочувствительное самовосстанавливающееся устройство, управляющее записывающим прибором, а первичная обмотка была подключена к земле и к повышенному выводу регулируемой мощности. Вариации потенциала вызывали электрические разряды в первичной обмотке; они генерировали вторичные токи, которые, в свою очередь, влияли на чувствительное устройство и регистратор пропорционально их силе. Было обнаружено, что Земля буквально изобилует электрическими колебаниями, и вскоре я был глубоко поглощен этим интересным исследованием.Лучших возможностей для таких наблюдений, которые я намеревался сделать, нигде не найти. Колорадо — страна, известная естественными проявлениями электрической силы. В этой сухой и разреженной атмосфере солнечные лучи бьют по объектам с неистовой силой. Я поднял пар до опасного давления в бочках, наполненных концентрированным солевым раствором, и покрытие из оловянной фольги некоторых из моих приподнятых терминалов сморщилось в огненном пламени. В экспериментальном высоковольтном трансформаторе, небрежно подвергнутом воздействию лучей заходящего солнца, большая часть изоляционного материала расплавилась, и он пришел в негодность.Благодаря сухости и разреженности воздуха вода испаряется, как в бойлере, и в большом количестве вырабатывается статическое электричество. Соответственно, разряды молний бывают очень частыми и иногда невероятно сильными. Однажды за два часа произошло около двенадцати тысяч разрядов, и все в радиусе менее пятидесяти километров от лаборатории. Многие из них напоминали гигантские огненные деревья со стволами вверх или вниз. Я никогда не видел огненных шаров, но в качестве компенсации за свое разочарование мне позже удалось определить способ их образования и произвести их искусственно.
Во второй половине того же месяца я несколько раз замечал, что на мои инструменты сильнее воздействовали разряды, происходящие на больших расстояниях, чем те, которые находились поблизости. Это меня очень озадачило. В чем была причина? Ряд наблюдений доказал, что это не могло быть связано с различиями в интенсивности отдельных разрядов, и я легко убедился, что это явление не было результатом различной связи между периодами моих приемных цепей и периодами земных возмущений. .Однажды ночью, когда я шел домой с ассистентом, медитируя над этими переживаниями, меня внезапно охватила одна мысль. Много лет назад, когда я написал главу своей лекции перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения, она представилась мне, но я отверг ее как абсурдную и невозможную. Я снова прогнал его. Тем не менее, мой инстинкт пробудился, и я почему-то почувствовал, что приближаюсь к великому откровению.
Это было третьего июля — дату, которую я никогда не забуду, — когда я получил первое решающее экспериментальное свидетельство истины, имеющей огромное значение для прогресса человечества.Плотная масса сильно заряженных облаков собралась на западе, и к вечеру разразился сильный шторм, который, проведя большую часть своей ярости в горах, с большой скоростью разнесся над равнинами. Почти через равные промежутки времени образовывались тяжелые и длинные сохраняющиеся дуги. Мои наблюдения теперь значительно облегчились и стали более точными благодаря уже приобретенному опыту. Я быстро взял в руки свои инструменты и был подготовлен. При правильной настройке записывающего устройства его показания становились все слабее и слабее с увеличением расстояния бури, пока они не прекратились совсем. Я смотрел в нетерпеливом ожидании. Конечно, через некоторое время показания снова начались, становились все сильнее и сильнее и, пройдя максимум, постепенно уменьшались и снова прекращались. Много раз, через регулярно повторяющиеся промежутки времени, одни и те же действия повторялись до тех пор, пока шторм, который, как видно из простых вычислений, двигался с почти постоянной скоростью, не отступил на расстояние около трехсот километров. И тогда эти странные действия не прекратились, но продолжали проявляться с неослабевающей силой.Впоследствии аналогичные наблюдения были сделаны и моим помощником г-ном Фрицем Ловенштейном, и вскоре после этого представилось несколько замечательных возможностей, которые еще более убедительно и безошибочно выявили истинную природу этого чудесного явления. Несомненно, что оставалось: я наблюдал стационарные волны.
По мере удаления источника помех приемная цепь последовательно попадала на их узлы и петли. Это казалось невозможным, но эта планета, несмотря на свои огромные размеры, вела себя как проводник ограниченных размеров. Огромное значение этого факта для передачи энергии моей системой мне уже стало совершенно ясно. Было возможно не только отправлять телеграфные сообщения на любое расстояние без проводов, как я давно понял, но и запечатлеть на весь земной шар слабые модуляции человеческого голоса, и, что еще важнее, для передачи энергии в неограниченных количествах, чтобы любое земное расстояние и почти без потерь.
Обладая этими грандиозными возможностями, имея перед собой экспериментальные доказательства того, что их реализация отныне была просто вопросом экспертных знаний, терпения и навыков, я энергично атаковал разработку моего увеличительного передатчика, но теперь уже не так, как оригинал. намерение создать одну великую силу, например, с целью научиться создавать лучшую.Это, по сути, цепь с очень высокой самоиндукцией и малым сопротивлением, которая по своему устройству, способу возбуждения и действия, можно сказать, диаметрально противоположна схеме передачи, типичной для телеграфии с помощью герцевского или электромагнитного излучения. Трудно составить адекватное представление о чудесной силе этого уникального устройства, с помощью которого земной шар преобразится. Поскольку электромагнитное излучение уменьшается до незначительного количества и поддерживаются надлежащие условия резонанса, схема действует как огромный маятник, бесконечно накапливая энергию первичных возбуждающих импульсов и впечатлений на Земле и ее проводящей атмосфере, однородные гармонические колебания интенсивностей, которые: как показали фактические испытания, их можно довести до того, что они превзойдут те, которые достигаются при естественном проявлении статического электричества.
Одновременно с этими усилиями постепенно совершенствовались средства индивидуализации и изоляции. Этому придавалось большое значение, поскольку было обнаружено, что простой настройки недостаточно для удовлетворения строгих практических требований. Фундаментальная идея использования ряда отличительных элементов, совместно связанных, с целью изолирования передаваемой энергии, я прослеживаю непосредственно к моему вниманию к ясному и многообещающему описанию Спенсера нервного механизма человека.Влияние этого принципа на передачу разума и электрической энергии в целом пока невозможно оценить, поскольку искусство все еще находится в зачаточном состоянии; но многие тысячи одновременных телеграфных и телефонных сообщений по одному проводящему каналу, естественному или искусственному, и без серьезных взаимных помех, безусловно, возможны, тогда как миллионы возможны. С другой стороны, любая желаемая степень индивидуализации может быть обеспечена за счет использования большого количества кооперативных элементов и произвольного изменения их отличительных черт и порядка следования.По очевидным причинам этот принцип также будет полезен для увеличения дальности передачи.
Прогресс, хотя по необходимости медленный, был устойчивым и уверенным, так как цели, на которые я нацелен, были в направлении моего постоянного изучения и упражнений. Поэтому неудивительно, что до конца 1899 года я выполнил поставленную задачу и достиг результатов, о которых я объявил в своей статье в журнале Century Magazine за июнь 1900 года, каждое слово которой было тщательно взвешено.
Уже многое было сделано для того, чтобы моя система стала коммерчески доступной для передачи энергии в небольших количествах для конкретных целей, а также в промышленных масштабах. Достигнутые мной результаты сделали мою схему передачи разведданных, для которой было предложено название «всемирная телеграфия», легко осуществимой. Я считаю, что по принципу действия, используемым средствам и возможностям применения он представляет собой радикальный и плодотворный отход от того, что было сделано до сих пор.Я не сомневаюсь, что он окажется очень эффективным в просвещении масс, особенно в еще нецивилизованных странах и менее доступных регионах, и что он существенно повысит общую безопасность, комфорт и удобство, а также поддержит мирные отношения. Это предполагает использование ряда растений, каждая из которых способна передавать индивидуализированные сигналы в самые отдаленные уголки Земли. Каждый из них будет предпочтительно расположен рядом с каким-то важным центром цивилизации, и новости, которые он получает по любому каналу, будут передаваться во все точки земного шара.Дешевое и простое устройство, которое можно носить в кармане, затем можно установить где-нибудь на море или на суше, и оно будет записывать мировые новости или такие специальные сообщения, которые могут быть предназначены для него. Таким образом, вся Земля превратится в как бы огромный мозг, способный реагировать в каждой своей части. Поскольку одна установка мощностью всего в сто лошадиных сил может управлять сотнями миллионов приборов, система будет иметь практически неограниченную работоспособность, и она должна значительно облегчить и удешевить передачу информации.
Первая из этих центральных станций была бы уже завершена, если бы не непредвиденные задержки, которые, к счастью, не имеют ничего общего с ее чисто техническими характеристиками. Но эта потеря времени, хотя и досадная, может, в конце концов, оказаться замаскированным благословением. Лучшая конструкция, о которой я знаю, была принята, и передатчик будет излучать комплекс волн с общей максимальной активностью в десять миллионов лошадиных сил, один процент. их вполне достаточно, чтобы «опоясать земной шар».«Эта колоссальная скорость доставки энергии, примерно вдвое превышающая суммарную скорость Ниагарского водопада, достижима только с помощью определенных уловок, о которых я расскажу позже.
За большую часть работы, которую я проделал до сих пор, я обязан благородной щедрости г-на Дж. Пирпонта Моргана, которая тем более приветствовала и вдохновляла, поскольку она была продлена в то время, когда те, кто поскольку обещал большинство, были величайшими из сомневающихся. Я также должен поблагодарить моего друга Стэнфорда Уайта за бескорыстную и ценную помощь.Эта работа сейчас далеко продвинута, и хотя результаты могут быть запоздалыми, они обязательно появятся.
Между тем передача энергии в промышленных масштабах не игнорируется. Канадская компания Niagara Power Company предложила мне великолепный стимул, и, помимо достижения успеха во имя искусства, мне доставит огромное удовольствие сделать их концессию финансово выгодной для них. В этой первой электростанции, которую я проектировал в течение долгого времени, я предлагаю распределить десять тысяч лошадиных сил под напряжением в сто миллионов вольт, которое я теперь могу производить и безопасно управлять.
Эта энергия будет собираться по всему земному шару, предпочтительно в небольших количествах, от долей одной до нескольких лошадиных сил. Одно из основных его применений — освещение изолированных домов. Мне требуется очень мало энергии, чтобы осветить жилище электронными лампами, работающими от высокочастотных токов, и в каждом случае будет достаточно вывода немного выше крыши. Еще одним ценным приложением будет управление часами и другими подобными устройствами. Эти часы будут чрезвычайно простыми, не потребуют абсолютно никакого внимания и будут показывать строго точное время.Идея запечатлеть американское время на земле очень увлекательна и, скорее всего, станет популярной. Существует бесчисленное множество устройств всех видов, которые либо используются сейчас, либо могут быть поставлены, и, управляя ими таким образом, я могу предложить большое удобство всему миру с помощью установки мощностью не более десяти тысяч лошадиных сил. Внедрение этой системы откроет возможности для изобретений и производства, которых раньше никогда не было.
Зная о далеко идущем значении этой первой попытки и ее влиянии на будущее развитие, я буду действовать медленно и осторожно.Опыт научил меня не назначать срок предприятиям, выполнение которых не полностью зависит от моих собственных способностей и усилий. Но я надеюсь, что эти великие достижения не за горами, и я знаю, что, когда эта первая работа будет завершена, они последуют за ними с математической уверенностью.
Когда великая истина, случайно открытая и экспериментально подтвержденная, полностью осознается, что эта планета со всей ее ужасающей необъятностью для электрических токов фактически не более чем маленький металлический шар, и что благодаря этому факту много возможностей, каждая из которых сбивает с толку воображение и неисчислимо следствие оказываются абсолютно уверены в своем достижении; когда открывается первое растение и показано, что телеграфное сообщение, почти такое же секретное и непреодолимое, как мысль, может быть передано на любое земное расстояние, звук человеческого голоса, со всеми его интонациями и интонациями, добросовестно и верно мгновенно воспроизводимая в любой другой точке земного шара, энергия водопада, доступная для снабжения светом, теплом или движущей силой в любом месте — на море, на суше или высоко в воздухе — человечество будет похоже на кучу муравьев, взбудораженную палка: Смотрите, какое волнение приближается!
Все о беспроводной сети
Беспроводное электричество — это буквально передача электроэнергии без проводов.Люди часто сравнивают беспроводную передачу электроэнергии с беспроводной передачей информации, например, по радио, сотовым телефонам или Wi-Fi. Основное различие заключается в том, что при радио- или микроволновых передачах технология фокусируется на восстановлении только информации, а не всей энергии, которую вы изначально передали. При работе с транспортом энергии вы хотите быть максимально эффективными, близкими или на 100 процентов.
Беспроводное электричество — относительно новая область технологий, но она быстро развивается.Возможно, вы уже используете эту технологию, не зная об этом, например, беспроводную электрическую зубную щетку, которая заряжается в подставке, или новые зарядные устройства, которые вы можете использовать для зарядки своего мобильного телефона. Однако оба этих примера, хотя технически беспроводные устройства не предполагают значительного расстояния, зубная щетка находится в зарядной подставке, а сотовый телефон лежит на зарядной площадке. Разработка методов эффективной и безопасной передачи энергии на расстояние была сложной задачей.
Как работает беспроводное электричество
Есть два важных термина, которые объясняют, как работает беспроводное электричество, например, в электрической зубной щетке: «индуктивная связь» и «электромагнетизм». Согласно Консорциуму Wireless Power Consortium, «Беспроводная зарядка, также известная как индуктивная зарядка, основана на нескольких простых принципах. Для этой технологии требуются две катушки: передатчик и приемник. Переменный ток проходит через катушку передатчика, создавая магнитное поле. поле.Это, в свою очередь, вызывает напряжение в приемной катушке; его можно использовать для питания мобильного устройства или зарядки аккумулятора «.
Чтобы объяснить далее, всякий раз, когда вы пропускаете электрический ток через провод, возникает естественное явление: вокруг провода создается круговое магнитное поле. И если вы скручиваете / скручиваете этот провод, магнитное поле этого провода становится сильнее. Если вы возьмете вторую катушку с проволокой, через которую не проходит электрический ток, и поместите эту катушку в магнитное поле первой катушки, электрический ток из первой катушки пройдет через магнитное поле и начнет проходить через магнитное поле. вторая катушка, это индуктивная связь.
В электрической зубной щетке зарядное устройство подключено к сетевой розетке, которая посылает электрический ток на спиральный провод внутри зарядного устройства, создавая магнитное поле. Внутри зубной щетки есть вторая катушка, когда вы помещаете зубную щетку в ее подставку для зарядки, электрический ток проходит через магнитное поле и посылает электричество на катушку внутри зубной щетки, эта катушка подключается к аккумулятору, который заряжается. .
История
Беспроводная передача энергии в качестве альтернативы распределению мощности по линиям электропередачи (наша нынешняя система распределения электроэнергии) была впервые предложена и продемонстрирована Никола Тесла.В 1899 году Тесла продемонстрировал беспроводную передачу энергии, запитав поле люминесцентных ламп, расположенных в двадцати пяти милях от источника питания, без использования проводов. Каким бы впечатляющим и дальновидным ни был труд Теслы, в то время на самом деле было дешевле построить медные линии электропередачи, чем строить генераторы того типа, который требовался для экспериментов Теслы. У Tesla закончилось финансирование исследований, и в то время невозможно было разработать практичный и экономичный метод беспроводного распределения энергии.
WiTricity Corporation
В то время как Тесла был первым, кто продемонстрировал практические возможности беспроводной энергии в 1899 году, сегодня коммерчески доступно немного больше, чем электрические зубные щетки и зарядные коврики, и в обеих технологиях зубная щетка, телефон и другие небольшие устройства должны быть чрезвычайно мощными. рядом с их зарядными устройствами.
Однако группа исследователей Массачусетского технологического института во главе с Марином Солячичем изобрела в 2005 году метод беспроводной передачи энергии для домашнего использования, который применим на гораздо больших расстояниях.WiTricity Corp. была основана в 2007 году с целью коммерциализации новой технологии беспроводной связи.
Как далеко мы находимся от беспроводной связи? | Леон Оквотч | Predict
Кто-то может возразить, что беспроводное электричество — одно из тех разрекламированных изобретений, которые нам не обязательно нужны. В конце концов, мы уже передаем электричество, и все работает нормально.
Это далеко не так. Скрытые затраты на традиционный метод передачи электроэнергии чрезвычайно высоки.
Прокладка линий электропередач и их обслуживание обходятся дорого, не говоря уже о географических ограничениях, которые ограничивают распространение электрических сетей в отдаленные районы.
Корабли в море, электромобили или самолеты потенциально могут перезаряжаться во время движения. Это решило бы проблему дальности полета, особенно для предлагаемых коммерческих электрических самолетов.
Но, возможно, самой большой революцией, которую он произведет, станет переход на экологически чистый и дешевый возобновляемый источник энергии для всего мира.
Мы можем реализовать это двумя способами:
1. Дистанционная передача солнечной энергии
Согласно данным Global Energy Statistics, общее потребление энергии в мире в 2019 году составило 13000 миллионов тонн нефтяного эквивалента (MTOE).
Это соответствует 17,3 тераватт мощности.
Теперь, если мы покроем территорию размером 350 на 350 км солнечными батареями, это может обеспечить более 17,4 ТВт энергии. Эта площадь составляет около 43000 квадратных миль. Великая пустыня Сахара — это примерно 3 балла.6 миллионов квадратных миль более 12 часов солнечной энергии в день.
Это означает, что 1,2% площади пустыни достаточно для удовлетворения мировых потребностей в энергии. И нет никакого способа, которым ядерный синтез или любой другой разрабатываемый в настоящее время более чистый источник энергии не может конкурировать с этим.
Что, если беспроводное электричество станет обычным явлением, мы будем использовать небольшую часть Сахары для сбора солнечной энергии и передачи ее по всему миру без необходимости в дорогостоящих медных проводных линиях? Разве это не было бы большим прорывом в решении энергетического кризиса, загрязнения окружающей среды и изменения климата?
2.Солнечная энергия космического базирования
Гигантские солнечные панели, собирающие солнечную энергию в космосе и передающие ее обратно на Землю, звучат как безумная сцена из футуристического научно-фантастического фильма.
Идея космической солнечной энергии (SBSP), задуманная российским ученым Константином Циолковским в 1920-х годах, по большей части оставалась неуловимой.
Все постепенно меняется. Несколько месяцев назад Европейское космическое агентство объявило о своем плане профинансировать SBSP в качестве средства решения проблемы изменения климата за счет развития производства зеленой энергии.
Космическая солнечная энергетическая система обеспечит чистой энергией всех и всех.
SBSP будет использовать концепцию беспроводной связи. План состоит в том, чтобы преобразовать электричество солнечных элементов в энергетические волны и использовать электромагнитные поля для передачи их вниз к антенне на поверхности Земли. Затем антенна преобразует волны обратно в электричество.
SBSP — привлекательное решение для надвигающегося энергетического кризиса благодаря ряду преимуществ, которые позволят ему производить больше энергии:
В космосе всегда солнечный полдень.
No related posts.