Draadloze transmissie van elektriciteit. Draadloze krachtoverdracht

Ecologie van consumptie Technologieën: Wetenschappers van het Amerikaanse Disney Research Laboratory hebben een draadloze oplaadmethode ontwikkeld die draden en opladers overbodig maakt.

De hedendaagse smartphones, tablets, laptops en andere draagbare apparaten hebben enorme kracht en prestaties. Maar naast alle voordelen van mobiele elektronica heeft het ook een keerzijde: de constante behoefte om via draden op te laden. Ondanks alle nieuwe batterijtechnologie vermindert deze noodzaak het gemak van apparaten en beperkt hun bewegingsvrijheid.

Wetenschappers van het Amerikaanse Disney Research Laboratory hebben een oplossing voor dit probleem gevonden. Ze ontwikkelden een draadloze oplaadmethode die draden en opladers overbodig maakte. Bovendien kunt u met hun methode tegelijkertijd niet alleen gadgets opladen, maar bijvoorbeeld ook huishoudelijke apparaten en verlichting.

“Onze innovatieve methode maakt elektrische stroom net zo alomtegenwoordig als wifi”, zegt Alanson Sample, mededirecteur en senior wetenschapper bij het laboratorium. “Het opent de weg voor verdere ontwikkelingen in de robotica, die voorheen beperkt waren door de batterijcapaciteit. Tot nu toe hebben we de werking van de installatie in een kleine ruimte gedemonstreerd, maar er zijn geen obstakels om de capaciteit uit te breiden tot de grootte van een magazijn.”

Een systeem voor draadloze transmissie van elektriciteit werd in de jaren 1890 ontwikkeld door de beroemde wetenschapper Nikola Tesla, maar de uitvinding werd niet op grote schaal verspreid. De huidige draadloze energietransmissiesystemen werken voornamelijk in extreem kleine ruimtes.

De methode, die quasistatische holteresonantie (QSCR) wordt genoemd, omvat het aanleggen van stroom op de muren, de vloer en het plafond van een kamer. Ze genereren op hun beurt magnetische velden die inwerken op een ontvanger die een spoel bevat die is verbonden met het apparaat dat wordt opgeladen. De op deze manier opgewekte elektriciteit wordt overgebracht naar de batterij, nadat deze eerder door condensatoren is gegaan die de invloed van andere velden uitsluiten.

Uit tests is gebleken dat op deze manier tot 1,9 kilowatt aan stroom via een regulier elektriciteitsnet kan worden getransporteerd. Deze energie is voldoende om tegelijkertijd tot 320 smartphones op te laden. Bovendien is dergelijke technologie volgens wetenschappers niet duur en kan de commerciële productie ervan gemakkelijk worden gerealiseerd.

De tests vonden plaats in een speciaal uit aluminium constructies vervaardigde ruimte van 5 bij 5 meter. Sample benadrukte dat metalen wanden in de toekomst misschien niet meer nodig zijn. Het is mogelijk om geleidende panelen of speciale verf te gebruiken.

De ontwikkelaars beweren dat hun methode om energie door de lucht te transporteren geen enkele bedreiging vormt voor de menselijke gezondheid of voor andere levende wezens. Hun veiligheid wordt verzekerd door discrete condensatoren die als isolator fungeren tegen potentieel gevaarlijke elektrische velden. gepubliceerd

Het werkingsprincipe zelf wordt duidelijk eenvoudig weergegeven ambachten, waarbij de LED draadloos kan oplichten op een afstand van 2 cm van de energiebron. Het circuit, dat fungeert als een spanningsomvormer en als een draadloze zender en ontvanger van elektrische stroom, kan op veel manieren worden verbeterd en geïmplementeerd. hersenprojecten.

Stap 1: We hebben het nodig

NPN-transistor - Ik heb een 2N3904 gebruikt, maar je kunt elke NPN-transistor gebruiken (337, BC547, enz.), een PNP-transistor zal ook werken, zorg er wel voor dat je de polariteit van de verbindingen behoudt.
wikkelende of geïsoleerde draad - ongeveer 3-4 meter (draden kunnen worden "verkregen" van veel apparaten, transformatoren, luidsprekers, motoren, relais, enz.)
1 kOhm weerstand - wordt gebruikt om de transistor te beschermen tegen doorbranden bij overbelasting, je kunt ook weerstanden gebruiken tot 5 kOhm, je kunt het zelfs zonder weerstand doen, maar dan zal de batterij sneller ontladen.
LED - alles is voldoende, het belangrijkste is om het diagram te volgen.
1,5V batterij - gebruik geen batterijen met een hogere spanning om de transistor niet te beschadigen.
schaar of mes.
soldeerbout (optioneel).
aansteker (optioneel) voor het verwijderen van isolatie van draden.

Stap 2: Bekijk de video van het proces

Stap 3: De video samenvatten

Dus op een cilindrisch voorwerp wikkelen we een spoel van 30 windingen, dit wordt spoel A. Vervolgens wikkelen we een tweede spoel met dezelfde diameter, maar tegelijkertijd wikkelen we eerst 15 windingen en maken een tik, en dan nog eens 15 windingen, dit is spoel B. We beveiligen de spoelen op een passende manier tegen afrollen, we maken bijvoorbeeld eenvoudig knooppunten van de spoeldraden. Belangrijk punt: voor de juiste werking hiervan ambachten De diameters van beide spoelen en het aantal windingen moeten hetzelfde zijn.

We maken de draden van beide spoelen schoon en gaan verder met het solderen van het circuit. We bepalen de emitter, basis en collector van onze transistor en solderen een weerstand aan de basis. De andere aansluiting van de weerstand solderen we aan de vrije aansluiting van spoel B, niet aan de aftakklem. Soldeer de tweede vrije aansluiting van spoel B, wederom geen aftakking, aan de collector.

Voor het gemak kun je een klein stukje draad aan de emitter solderen, dit maakt het aansluiten van de batterij eenvoudiger.

Het ontvangercircuit is eenvoudig in elkaar te zetten: soldeer een LED op de klemmen van spoel A. EN hersentruc klaar!

Stap 4: Schakelschema

Stap 5: Visuele tekening

Stap 6: Testen

Om te brengen zelfgemaakte producten In werkende staat verbinden we de uitgang van spoel B met de "plus" van de batterij en de "min" met de emitter van de transistor. Vervolgens brengen we de spoelen evenwijdig aan elkaar en gaat de diode branden!

Stap 7: Uitleg

Ik zal even uitleggen hoe het allemaal werkt.

De zender in onze ambachten Dit is het oscillatorcircuit. Misschien heb je wel eens gehoord van het ‘Joule Stealing Circuit’, dat opvallend veel lijkt op ons zendercircuit. In het ‘Joule Stealing Circuit’ wordt de elektriciteit van een batterij van 1,5 V omgezet in een hogere spanning, maar dan gepulseerd. De LED heeft 3V nodig, maar gloeit dankzij het “Joule-stealing circuit” prachtig vanaf 1,5V.

Het "Joule Stealing Circuit" staat bekend als een converter en oscillator, het circuit dat we hebben gemaakt is ook een oscillator en converter. En energie wordt aan de LED geleverd via inductie die plaatsvindt in de spoelen, wat kan worden uitgelegd in hersenen voorbeeld een gewone transformator.

Laten we aannemen dat de transformator twee identieke spoelen heeft. Wanneer elektriciteit vervolgens door één spoel gaat, wordt deze een magneet, de tweede spoel komt in het magnetische veld van de eerste terecht en als gevolg daarvan begint er ook stroom doorheen te stromen. Als de spanning in de eerste spoel wisselt, verliest deze pulsen zijn magnetische eigenschappen, wat betekent dat de tweede spoel pulseert in het magnetische veld van de eerste, dat wil zeggen dat er een wisselspanning wordt gevormd in de tweede spoel.

In onze zelfgemaakt De zendspoel creëert een magnetisch veld waarin de ontvangerspoel binnenkomt, aangesloten op een LED, die de ontvangen energie omzet in licht!

Ingediend hersentruc zet de ontvangen energie om in licht, maar kan op meer uiteenlopende manieren worden gebruikt. De principes hiervan kun je ook toepassen zelfgemaakte producten voor het maken van goocheltrucs, leuke cadeaus of wetenschappelijke projecten. Als je de diameters en het aantal windingen van de spoelen varieert, kun je maximale waarden bereiken, of kun je de vorm van de spoelen veranderen, enz., de mogelijkheden zijn onbeperkt!

Stap 9: Problemen oplossen

Bij het maken hiervan zelfgemaakte producten De volgende problemen zijn mogelijk:
De transistor wordt te heet. Controleer de weerstandswaarde, deze moet mogelijk worden verhoogd. Ik heb eerst geen weerstand gebruikt en de transistor is doorgebrand. Of gebruik eventueel een radiator voor de transistor, of misschien een andere transistor, met een hogere versterkingswaarde.
De LED brandt niet - daar kunnen vele redenen voor zijn. Controleer de kwaliteit van de verbinding, of de basis en de collector correct zijn gesoldeerd, zorg ervoor dat de spoelen dezelfde diameter hebben en of er kortsluiting in het circuit zit.

Het inductie-experiment van vandaag is voorbij, bedankt voor je aandacht en veel succes met je creativiteit!

Draadloze elektriciteit is al bekend sinds 1831, toen Michael Faraday het fenomeen elektromagnetische inductie ontdekte. Hij stelde experimenteel vast dat een veranderend magnetisch veld, gegenereerd door een elektrische stroom, een elektrische stroom in een andere geleider kan induceren. Er werden talloze experimenten uitgevoerd, waardoor de eerste elektrische transformator verscheen. Alleen Nikola Tesla slaagde er echter in het idee van het overbrengen van elektriciteit over een afstand volledig te vertalen naar praktische toepassing.

Op de Wereldtentoonstelling van Chicago in 1893 demonstreerde hij de draadloze transmissie van elektriciteit door fosforlampen aan te steken die op enige afstand van elkaar stonden. Tesla demonstreerde vele variaties op de transmissie van elektriciteit zonder draden, en droomde dat deze technologie mensen in de toekomst in staat zou stellen energie over lange afstanden in de atmosfeer te transporteren. Maar op dit moment bleek deze uitvinding van de wetenschapper niet geclaimd te zijn. Slechts een eeuw later raakten Intel en Sony, en vervolgens andere bedrijven, geïnteresseerd in de technologieën van Nikola Tesla.

Hoe werkt dit

Draadloze elektriciteit verwijst letterlijk naar de overdracht van elektrische energie zonder draden. Deze technologie wordt vaak vergeleken met de overdracht van informatie, zoals Wi-Fi, mobiele telefoons en radio's. Draadloze elektriciteit is een relatief nieuwe en zich dynamisch ontwikkelende technologie. Tegenwoordig worden er methoden ontwikkeld om energie zonder onderbrekingen veilig en efficiënt over een afstand te transporteren.

De technologie is gebaseerd op magnetisme en elektromagnetisme en is gebaseerd op een aantal eenvoudige werkingsprincipes. Allereerst gaat het om de aanwezigheid van twee spoelen in het systeem.

• Het systeem bestaat uit een zender en een ontvanger, die samen een magnetisch wisselveld met variabele stroom genereren.
• Dit veld creëert spanning in de ontvangerspoel, bijvoorbeeld om een ​​batterij op te laden of een mobiel apparaat van stroom te voorzien.
• Wanneer elektrische stroom door een draad wordt gestuurd, verschijnt er een cirkelvormig magnetisch veld rond de kabel.
• Op een draadspiraal die niet rechtstreeks elektrische stroom ontvangt, zal elektrische stroom van de eerste spoel door het magnetische veld gaan stromen, inclusief de tweede spoel, waardoor inductieve koppeling ontstaat.

Principes van overdracht

Tot voor kort werd het magnetische resonantiesysteem CMRS, gecreëerd in 2007 aan het Massachusetts Institute of Technology, beschouwd als de meest geavanceerde technologie voor het verzenden van elektriciteit. Deze technologie zorgde voor stroomoverdracht over een afstand van maximaal 2,1 meter. Verschillende beperkingen verhinderden echter de lancering ervan in massaproductie, bijvoorbeeld hoge transmissiefrequentie, grote afmetingen, complexe spoelconfiguratie en hoge gevoeligheid voor externe interferentie, inclusief menselijke aanwezigheid.

Wetenschappers uit Zuid-Korea hebben echter een nieuwe elektriciteitszender gemaakt die energie tot wel 5 meter kan overbrengen. En alle apparaten in de kamer worden gevoed door één enkele hub. Het resonantiesysteem van DCRS-dipoolspoelen kan tot 5 meter ver reiken. Het systeem kent niet een aantal nadelen van CMRS, waaronder het gebruik van vrij compacte spoelen van 10x20x300 cm, die discreet in de muren van een appartement kunnen worden geïnstalleerd.

Het experiment maakte het mogelijk om met een frequentie van 20 kHz uit te zenden:

1. 209 W op 5 m;
2. 471 W op 4 m;
3. 1403 W op 3 m.

Met draadloze elektriciteit kunt u moderne grote lcd-tv's, die 40 W nodig hebben, op een afstand van 5 meter van stroom voorzien. Het enige dat uit het elektriciteitsnetwerk wordt “gepompt” is 400 watt, maar er zullen geen draden zijn. Elektromagnetische inductie zorgt voor een hoog rendement, maar over een korte afstand.

Er zijn andere technologieën waarmee je draadloos elektriciteit kunt verzenden. De meest veelbelovende daarvan zijn:

• Laserstraling . Biedt netwerkbeveiliging en een groter bereik. Er is echter een zichtlijn tussen de ontvanger en de zender vereist. Er zijn al werkende installaties gemaakt die gebruik maken van laserstraalkracht. Lockheed Martin, een Amerikaanse fabrikant van militair materieel en vliegtuigen, testte het onbemande luchtvaartuig Stalker, dat wordt aangedreven door een laserstraal en 48 uur in de lucht blijft.
• Microgolfstraling . Biedt een groot bereik, maar heeft hoge apparatuurkosten. Een radioantenne wordt gebruikt als zender van elektriciteit, waardoor microgolfstraling ontstaat. Het ontvangstapparaat heeft een rectenna, die de ontvangen microgolfstraling omzet in elektrische stroom.

Deze technologie maakt het mogelijk om de ontvanger aanzienlijk op afstand te houden van de zender, en er is geen directe zichtlijn nodig. Maar naarmate het bereik groter wordt, nemen de kosten en de omvang van de apparatuur proportioneel toe. Tegelijkertijd kan de door de installatie gegenereerde krachtige microgolfstraling schadelijk zijn voor het milieu.

Eigenaardigheden

• De meest realistische van de technologieën is draadloze elektriciteit op basis van elektromagnetische inductie. Maar er zijn beperkingen. Er wordt gewerkt aan het opschalen van de technologie, maar hier doen zich problemen op het gebied van de veiligheid van de gezondheid voor.
• Technologieën voor het overbrengen van elektriciteit met behulp van ultrageluid, laser- en microgolfstraling zullen zich ook ontwikkelen en hun niche vinden.
• In een baan om de aarde draaiende satellieten met enorme zonnepanelen vereisen een andere aanpak, waarbij gerichte transmissie van elektriciteit vereist is. Laser en magnetron zijn hier geschikt. Er bestaat momenteel geen perfecte oplossing, maar er zijn veel opties met hun voor- en nadelen.
• Momenteel hebben de grootste fabrikanten van telecommunicatieapparatuur zich verenigd in het Wireless Electromagnetic Energy Consortium om een ​​wereldwijde standaard te creëren voor draadloze opladers die werken volgens het principe van elektromagnetische inductie. Onder de grote fabrikanten wordt ondersteuning voor de QI-standaard op een aantal van hun modellen geleverd door Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei en HTC. Binnenkort zal QI een uniforme standaard worden voor al dit soort apparaten. Dankzij dit wordt het mogelijk om draadloze oplaadzones te creëren voor gadgets in cafés, transportknooppunten en andere openbare plaatsen.

Sollicitatie

• Magnetron helikopter. Het helikoptermodel had een rectenna en reikte tot een hoogte van 15 meter.
• Draadloze elektriciteit wordt gebruikt om elektrische tandenborstels van stroom te voorzien. De tandenborstel heeft een volledig afgesloten behuizing en heeft geen connectoren, waardoor elektrische schokken worden vermeden.
• Vliegtuigen aandrijven met behulp van lasers.
• Er zijn draadloze oplaadsystemen voor mobiele apparaten die dagelijks kunnen worden gebruikt in de handel verkrijgbaar. Ze werken op basis van elektromagnetische inductie.
• Universeel oplaadpad. Hiermee kunt u de meeste populaire smartphonemodellen van stroom voorzien die niet zijn uitgerust met een draadloze oplaadmodule, inclusief gewone telefoons. Naast het oplaadpad zelf moet je een ontvangerhoesje voor de gadget kopen. Hij wordt via een USB-poort op een smartphone aangesloten en wordt daardoor opgeladen.
• Momenteel worden er ruim 150 apparaten tot 5 Watt op de wereldmarkt verkocht die de QI-standaard ondersteunen. In de toekomst zullen er apparaten verschijnen met een gemiddeld vermogen tot 120 Watt.

Vooruitzichten

Tegenwoordig wordt er gewerkt aan grote projecten waarbij gebruik wordt gemaakt van draadloze elektriciteit. Dit is de stroomvoorziening voor elektrische voertuigen ‘over the air’ en elektrische netwerken voor huishoudens:

• Een dicht netwerk van oplaadpunten voor auto’s zal het mogelijk maken om het aantal batterijen te verminderen en de kosten van elektrische voertuigen aanzienlijk te verlagen.
• In elke kamer zullen stroomvoorzieningen worden geïnstalleerd, die elektriciteit zullen overbrengen naar audio- en videoapparatuur, gadgets en huishoudelijke apparaten die zijn uitgerust met de juiste adapters.

Voor- en nadelen

Draadloze elektriciteit heeft de volgende voordelen:

• Geen voedingen nodig.
• Volledige afwezigheid van draden.
• Elimineer de noodzaak voor batterijen.
• Minder onderhoud nodig.
• Enorme vooruitzichten.

Nadelen zijn ook:

• Onvoldoende technologische ontwikkeling.
• Beperkt door afstand.
• Magnetische velden zijn niet geheel veilig voor de mens.
• Hoge kosten van apparatuur.

Toen Apple zijn eerste draadloze oplader voor mobiele telefoons en gadgets introduceerde, beschouwden velen dit als een revolutie en een enorme sprong voorwaarts op het gebied van draadloze energieoverdrachtsmethoden.

Maar waren zij pioniers, of is iemand vóór hen erin geslaagd iets soortgelijks te doen, zij het zonder de juiste marketing en PR? Het blijkt dat er, en heel lang geleden, veel van dergelijke uitvinders waren.

Dus in 1893 demonstreerde de beroemde Nikola Tesla de gloed van fluorescentielampen aan het verbaasde publiek. Ondanks het feit dat ze allemaal draadloos waren.

Nu kan deze truc door elk schoolkind worden herhaald door naar een open veld te gaan en met een fluorescentielamp onder een hoogspanningslijn van 220 kV en hoger te gaan staan.

Even later slaagde Tesla erin om op dezelfde draadloze manier een fosforgloeilamp aan te steken.

In 1895 toonde A. Popov in Rusland de eerste radio-ontvanger ter wereld in bedrijf. Maar over het algemeen is dit ook een draadloze overdracht van energie.

De belangrijkste vraag en tegelijkertijd het probleem van de hele technologie van draadloos opladen en soortgelijke methoden ligt in twee punten:

• Hoe ver kan elektriciteit op deze manier worden getransporteerd?

• en welke hoeveelheid

Laten we eerst eens kijken welke kracht de apparaten en huishoudelijke apparaten om ons heen hebben. Een telefoon, smartwatch of tablet heeft bijvoorbeeld maximaal 10-12W nodig.

De laptop stelt al hogere eisen: 60-80W. Dit is te vergelijken met de gemiddelde gloeilamp. Maar huishoudelijke apparaten, vooral keukenapparatuur, verbruiken al enkele duizenden watts.

Daarom is het erg belangrijk om niet te bezuinigen op het aantal stopcontacten in de keuken.

Dus welke methoden en methoden voor het overbrengen van elektrische energie zonder het gebruik van kabels of andere geleiders heeft de mensheid al die jaren bedacht? En het allerbelangrijkste: waarom worden ze nog steeds niet zo actief in ons leven geïmplementeerd als we zouden willen?

Neem dezelfde keukenapparatuur. Laten we het eens nader bekijken.

Energie overbrengen via spoelen

De meest eenvoudig te implementeren methode is het gebruik van inductoren.

Het principe hier is heel eenvoudig. Neem 2 spoelen en plaats ze dicht bij elkaar. Eén ervan wordt voorzien van stroom. De ander speelt de rol van ontvanger.

Wanneer de stroom in de stroombron wordt aangepast of gewijzigd, verandert de magnetische flux in de tweede spoel automatisch ook. Zoals de wetten van de natuurkunde zeggen, zal er in dit geval een EMF ontstaan, die rechtstreeks afhangt van de snelheid waarmee deze stroom verandert.

Het lijkt erop dat alles eenvoudig is. Maar de tekortkomingen bederven het hele rooskleurige beeld. Drie nadelen:

• laag vermogen

Met deze methode brengt u geen grote volumes over en kunt u geen krachtige apparaten aansluiten. Als je dit probeert, smelt je eenvoudig alle wikkelingen.

• korte afstand

Denk er niet eens aan om hier elektriciteit over tientallen of honderden meters te transporteren. Deze methode heeft een beperkt effect.

Om fysiek te begrijpen hoe slecht de dingen zijn, neem je twee magneten en bedenk je hoe ver ze uit elkaar moeten zijn voordat ze elkaar niet langer aantrekken of afstoten. Het rendement van spoelen is ongeveer hetzelfde.

Je kunt natuurlijk creatief aan de slag en ervoor zorgen dat deze twee elementen altijd dicht bij elkaar liggen. Bijvoorbeeld een elektrische auto en een speciale laadweg.

Maar hoeveel gaat de aanleg van zulke snelwegen kosten?

• lage efficiëntie

Een ander probleem is de lage efficiëntie. Het bedraagt ​​niet meer dan 40%. Het blijkt dat je op deze manier niet veel elektrische energie over lange afstanden kunt overbrengen.

Dezelfde N. Tesla wees hier al in 1899 op. Later schakelde hij over op experimenten met atmosferische elektriciteit, in de hoop daarin een aanwijzing en oplossing voor het probleem te vinden.

Maar hoe nutteloos al deze dingen ook lijken, met hun hulp kun je toch prachtige licht- en muziekuitvoeringen organiseren.

Of laad apparatuur op die veel groter is dan telefoons. Bijvoorbeeld elektrische fietsen.

Laser-energieoverdracht

Maar hoe kan meer energie over een grotere afstand worden overgedragen? Bedenk eens in welke films we dergelijke technologie heel vaak zien.

Het eerste dat zelfs bij een schoolkind in je opkomt zijn Star Wars, lasers en lichtzwaarden.

Met hun hulp is het natuurlijk mogelijk om een ​​grote hoeveelheid elektrische energie over zeer lange afstanden te verzenden. Maar nogmaals, alles wordt bedorven door een klein probleem.

Gelukkig voor ons, maar helaas voor de laser, heeft de aarde een atmosfeer. En het werkt gewoon goed door het grootste deel van de totale energie van laserstraling te blokkeren en op te eten. Daarom moeten we met deze technologie de ruimte in.

Er zijn ook pogingen en experimenten op aarde geweest om de functionaliteit van de methode te testen. NASA hield zelfs een wedstrijd over draadloze laserenergieoverdracht met een prijzengeld van iets minder dan $ 1 miljoen.

Uiteindelijk won Laser Motive. Hun winnende resultaat is 1 km en 0,5 kW continu uitgezonden vermogen. Tijdens het overdrachtsproces verloren wetenschappers echter 90% van alle oorspronkelijke energie.

Maar toch werd het resultaat, zelfs met een efficiëntie van tien procent, als succesvol beschouwd.

Laten we niet vergeten dat een eenvoudige gloeilamp nog minder bruikbare energie heeft die rechtstreeks in het licht terechtkomt. Daarom is het winstgevend om er infraroodstralers van te maken.

Magnetron

Is er echt geen andere echt werkende manier om elektriciteit zonder draden te verzenden? Dat is zo, en het werd al vóór pogingen en kinderspellen in Star Wars uitgevonden.

Het blijkt dat speciale microgolven met een lengte van 12 cm (frequentie 2,45 GHz) transparant zijn voor de atmosfeer en hun voortplanting niet verstoren.

Hoe slecht het weer ook is, bij het zenden met behulp van microgolven verliest u slechts vijf procent! Maar om dit te doen, moet je eerst elektrische stroom omzetten in microgolven, deze vervolgens opvangen en terugbrengen naar hun oorspronkelijke staat.

Wetenschappers hebben het eerste probleem al lang geleden opgelost. Ze bedachten hiervoor een speciaal apparaat en noemden het een magnetron.

Bovendien gebeurde dit zo professioneel en veilig dat ieder van jullie vandaag zo'n apparaat in huis heeft. Ga naar de keuken en kijk naar je magnetron.

Het heeft dezelfde magnetron aan de binnenkant met een efficiëntie van 95%.

Maar hoe voer je de omgekeerde transformatie uit? En hier werden twee benaderingen ontwikkeld:

• Amerikaans

• Sovjet

In de VS bedacht wetenschapper W. Brown in de jaren zestig een antenne die de vereiste taak vervulde. Dat wil zeggen, het zette de straling die erop viel weer om in elektrische stroom.

Hij gaf het zelfs zijn eigen naam: rectenna.

Na de uitvinding volgden experimenten. En in 1975 werd met behulp van een rectenna maar liefst 30 kW aan vermogen verzonden en ontvangen op een afstand van meer dan een kilometer. De transmissieverliezen bedroegen slechts 18%.

Bijna een halve eeuw later heeft niemand deze ervaring kunnen overtreffen. Het lijkt erop dat de methode is gevonden, dus waarom werden deze rectenna’s niet aan de massa vrijgegeven?

En hier komen opnieuw de tekortkomingen naar voren. Rectenna's werden geassembleerd met behulp van miniatuurhalfgeleiders. Normale werking voor hen is de overdracht van slechts een paar watt aan vermogen.

En als u tientallen of honderden kW wilt overbrengen, bereid u dan voor op het monteren van gigantische panelen.

En dit is waar onoplosbare problemen ontstaan. Ten eerste is dit heruitstoot.

Je verliest hierdoor niet alleen wat energie, maar je kunt ook niet dichter bij de panelen komen zonder je gezondheid te verliezen.

De tweede hoofdpijn is de instabiliteit van halfgeleiders in de panelen. Het is genoeg dat iemand opbrandt door een kleine overbelasting, en de rest faalt als een lawine, zoals lucifers.

In de USSR was alles enigszins anders. Het was niet voor niets dat ons leger er vertrouwen in had dat zelfs in het geval van een kernexplosie alle buitenlandse uitrusting onmiddellijk zou falen, maar de Sovjet-uitrusting niet. Het hele geheim zit in de lampen.

Aan de Staatsuniversiteit van Moskou ontwierpen twee van onze wetenschappers, V. Savin en V. Vanke, de zogenaamde cyclotron-energieomzetter. Het heeft behoorlijke afmetingen, omdat het wordt geassembleerd op basis van lamptechnologie.

Uiterlijk is het zoiets als een buis van 40 cm lang en 15 cm in diameter. Het rendement van deze lampeenheid is iets minder dan dat van het Amerikaanse halfgeleider ding - tot 85%.

Maar in tegenstelling tot halfgeleiderdetectoren heeft een cyclotron-energieomzetter een aantal belangrijke voordelen:

• betrouwbaarheid

• hoog vermogen

• weerstand tegen overbelasting

• geen heruitstoot

• lage productiekosten

Ondanks al het bovenstaande worden halfgeleidermethoden voor projectimplementatie echter over de hele wereld als geavanceerd beschouwd. Er zit ook een mode-element in.

Na de eerste verschijning van halfgeleiders begon iedereen abrupt de buistechnologieën te verlaten. Maar praktijktesten wijzen uit dat dit vaak de verkeerde aanpak is.

Natuurlijk is niemand geïnteresseerd in mobiele telefoons van 20 kg of computers die hele kamers in beslag nemen.

Maar soms kunnen alleen beproefde oude methoden ons in hopeloze situaties helpen.

Als gevolg hiervan hebben we vandaag de dag drie mogelijkheden om energie draadloos te verzenden. De allereerste die besproken wordt, wordt beperkt door zowel afstand als macht.

Maar dit is ruim voldoende om de batterij van een smartphone, tablet of iets groters op te laden. De efficiëntie, hoewel klein, is nog steeds een werkwijze.

De eerste begon zeer bemoedigend. In de jaren 2000 ontstond op het eiland Réunion behoefte aan de constante transmissie van 10 kW vermogen over een afstand van 1 km.

Het bergachtige terrein en de plaatselijke vegetatie maakten het niet mogelijk om daar bovengrondse elektriciteitsleidingen of kabels aan te leggen.

Alle bewegingen op het eiland tot nu toe werden uitsluitend door helikopters uitgevoerd.

Om het probleem op te lossen, werden de beste geesten uit verschillende landen in één team verzameld. Inclusief degenen die eerder in het artikel werden genoemd, onze wetenschappers van de Staatsuniversiteit van Moskou, V. Vanke en V. Savin.

Op het moment dat de praktische implementatie en constructie van energiezenders en -ontvangers had moeten beginnen, werd het project echter bevroren en stopgezet. En met het uitbreken van de crisis in 2008 hebben ze deze volledig verlaten.

In feite is dit zeer teleurstellend, omdat het theoretische werk dat daar werd verricht kolossaal was en de moeite waard was om te implementeren.

Het tweede project ziet er gekker uit dan het eerste. Er worden echter echte middelen voor uitgetrokken. Het idee zelf werd in 1968 naar voren gebracht door de Amerikaanse natuurkundige P. Glaser.

Destijds stelde hij een niet geheel normaal idee voor: een enorme satelliet in een geostationaire baan op 36.000 km boven de aarde lanceren. Plaats er zonnepanelen op die gratis energie van de zon opvangen.

Vervolgens moet dit alles worden omgezet in een straal microgolfgolven en naar de grond worden verzonden.

Een soort ‘doodsster’ in onze aardse realiteit.

Op de grond moet de straal worden opgevangen door gigantische antennes en worden omgezet in elektriciteit.

Hoe groot moeten deze antennes zijn? Stel je voor dat als de satelliet een diameter van 1 km heeft, de ontvanger op de grond 5 keer groter zou moeten zijn - 5 km (de grootte van de tuinring).

Maar de omvang is slechts een klein deel van het probleem. Na alle berekeningen bleek dat zo’n satelliet elektriciteit zou opwekken met een capaciteit van 5 GW. Bij het bereiken van de grond zou er nog maar 2GW over zijn. De waterkrachtcentrale van Krasnojarsk produceert bijvoorbeeld 6 GW.

Daarom werd zijn idee overwogen, berekend en terzijde gelegd, omdat alles aanvankelijk op de prijs neerkwam. De kosten van het ruimtevaartproject bedroegen in die tijd $ 1 biljoen.

Maar de wetenschap staat gelukkig niet stil. Technologieën worden steeds beter en goedkoper. Verschillende landen zijn al bezig met de ontwikkeling van een dergelijk ruimtestation op zonne-energie. Hoewel aan het begin van de twintigste eeuw slechts één briljant persoon voldoende was voor draadloze transmissie van elektriciteit.

De totale prijs van het project daalde van het origineel naar $ 25 miljard. De vraag blijft: zullen we de implementatie ervan in de nabije toekomst zien?

Helaas zal niemand u een duidelijk antwoord geven. Weddenschappen worden alleen geplaatst op de tweede helft van deze eeuw. Laten we daarom voorlopig tevreden zijn met draadloze opladers voor smartphones en hopen dat wetenschappers hun efficiëntie zullen kunnen vergroten. Nou ja, of uiteindelijk zal er een tweede Nikola Tesla op aarde worden geboren.

Toen het voor het eerst verscheen, leek wisselstroom een ​​fantasie. De uitvinder ervan, de briljante natuurkundige Nikola Tesla, bestudeerde het probleem van de draadloze transmissie van elektriciteit over lange afstanden aan het begin van de 19e en 20e eeuw. Tot nu toe is dit probleem nog niet volledig opgelost, maar de verkregen resultaten zijn bemoedigend.

Echografie voor energieoverdracht

Elke golf draagt ​​energie, inclusief hoogfrequente geluidsgolven. Er zijn drie benaderingen voor draadloze transmissie van elektriciteit:

• overdracht van elektrische energie door conversie naar een ander type energie bij de bron en omgekeerde conversie naar elektriciteit bij het ontvangende apparaat;
• creatie en gebruik van alternatieve elektriciteitsgeleiders (plasmakanalen, kolommen van geïoniseerde lucht, enz.);
• gebruik van de geleidende eigenschappen van de lithosfeer van de aarde.

De methode voor het gebruik van echografie behoort tot de eerste benadering. In een speciaal type ultrasone bron verschijnt, wanneer er stroom wordt toegepast, een gerichte straal van hoogfrequente geluidsgolven. Wanneer ze de ontvanger raken, wordt de energie van geluidsgolven omgezet in elektrische stroom.

De maximale afstand voor het draadloos verzenden van elektriciteit is 10 meter. Het resultaat werd in 2011 verkregen door vertegenwoordigers van de Universiteit van Pennsylvania tijdens een presentatie op de tentoonstelling “The All Things Digital”. Deze methode wordt niet als veelbelovend beschouwd vanwege een aantal nadelen: laag rendement, lage ontvangen spanning en beperkingen op de sterkte van ultrasone straling volgens hygiënische normen.

Toepassing van elektromagnetische inductie

Hoewel de meeste mensen het zich niet eens realiseren, wordt deze methode al heel lang gebruikt, bijna sinds het begin van de wisselstroom. De meest voorkomende AC-transformator is het eenvoudigste apparaat voor draadloze transmissie van elektriciteit, maar de transmissieafstand is erg kort.

De primaire en secundaire wikkelingen van de transformator zijn niet in één circuit verbonden en wanneer er wisselstroom in de primaire wikkeling vloeit, verschijnt er een elektrische stroom in de secundaire. Energieoverdracht vindt plaats via een elektromagnetisch veld. Daarom maakt deze methode van draadloze energieoverdracht gebruik van de omzetting van energie van het ene type naar het andere.

Een aantal apparaten waarvan de werking op deze methode is gebaseerd, zijn al ontwikkeld en worden met succes in het dagelijks leven gebruikt. Hiertoe behoren draadloze opladers voor mobiele telefoons en andere gadgets, en huishoudelijke elektrische apparaten met een laag stroomverbruik tijdens gebruik (compacte CCTV-camera's, allerlei sensoren en zelfs tv's met LCD-schermen).

Veel experts beweren dat elektrische voertuigen van de toekomst draadloze technologieën zullen gebruiken om batterijen op te laden of elektriciteit op te wekken voor beweging. In de wegen zullen inductiespoelen (analogen van de primaire wikkeling van een transformator) worden geïnstalleerd. Ze creëren een elektromagnetisch wisselveld, dat, wanneer er een voertuig overheen rijdt, een elektrische stroom in de ingebouwde ontvangstspoel veroorzaakt. De eerste experimenten zijn al uitgevoerd en de verkregen resultaten geven aanleiding tot voorzichtig optimisme.

De voordelen van deze methode zijn onder meer:

• hoog rendement voor korte afstanden (in de orde van enkele meters);
• eenvoud van ontwerp en beheerste applicatietechnologie;
• relatieve veiligheid voor de menselijke gezondheid.

Het nadeel van de methode – de korte afstand waarover energieoverdracht effectief is – verkleint de toepassingsmogelijkheden van draadloze elektriciteit op basis van elektromagnetische inductie aanzienlijk.

Verschillende magnetrons gebruiken

Ook deze methode is gebaseerd op de omzetting van verschillende soorten energie. Elektromagnetische golven met ultrahoge frequentie dienen als energiedragers. Deze methode werd voor het eerst beschreven en in zijn installatie praktisch geïmplementeerd door de Japanse natuurkundige en radio-ingenieur Hidetsugu Yagi in de jaren twintig van de vorige eeuw. De frequentie van radiogolven voor draadloze transmissie van elektriciteit ligt in het bereik van 2,4 tot 5,8 GHz. Er is al een experimentele installatie getest en positieve feedback ontvangen, die tegelijkertijd Wi-Fi distribueert en huishoudelijke elektrische apparaten met een laag vermogen van stroom voorziet.

Een laserstraal is ook elektromagnetische straling, maar met een bijzondere eigenschap: coherentie. Het vermindert energieverliezen tijdens de transmissie en verhoogt daardoor de efficiëntie. De voordelen omvatten het volgende:

• mogelijkheid van transmissie over lange afstanden (tientallen kilometers in de atmosfeer van de aarde);
• gemak en installatiegemak voor apparaten met een laag vermogen;
• beschikbaarheid van visuele controle van het transmissieproces - de laserstraal is zichtbaar voor het blote oog.

De lasermethode heeft ook nadelen, namelijk: relatief laag rendement (45−50%), energieverliezen als gevolg van atmosferische verschijnselen (regen, mist, stofwolken) en de noodzaak om de zender en ontvanger in het gezichtsveld te plaatsen.

De intensiteit van het zonlicht buiten de atmosfeer van de aarde is enkele tientallen keren hoger dan op het aardoppervlak. Daarom zullen zonne-energiecentrales volgens futurologen in de toekomst in een lage baan om de aarde worden geplaatst. En de overdracht van geaccumuleerde elektriciteit zal naar hun mening plaatsvinden zonder stroomdraden. Er zal een transmissiemethode worden ontwikkeld en toegepast die bliksemontladingen kopieert; het is de bedoeling dat de lucht op de een of andere manier wordt geïoniseerd. En de eerste experimenten in deze richting zijn al uitgevoerd. Deze methode is gebaseerd op het creëren van alternatieve draadloze geleiders van elektrische stroom.

Draadloze elektriciteit die op deze manier vanuit een baan nabij de aarde wordt verkregen, is impulsief van aard. Daarom zijn voor de praktische toepassing ervan krachtige en goedkope condensatoren nodig, en het zal ook nodig zijn om een ​​methode te ontwikkelen om deze geleidelijk te ontladen.

Meest effectieve methode

Planeet Aarde is een enorme condensator. De lithosfeer geleidt voornamelijk elektriciteit, met uitzondering van kleine gebieden. Er is een theorie dat draadloze energieoverdracht via de aardkorst kan plaatsvinden. De essentie is dit: de stroombron staat in betrouwbaar contact met het aardoppervlak, wisselstroom met een bepaalde frequentie vloeit van de bron naar de korst en verspreidt zich in alle richtingen, en op bepaalde afstanden in de grond worden elektrische stroomontvangers geplaatst, van waaruit deze wordt wordt doorgegeven aan consumenten.

De essentie van de theorie is het accepteren en gebruiken van stroom van slechts één gegeven frequentie. Net zoals bij een radio-ontvanger de frequentie van het ontvangen van radiogolven wordt aangepast, zo zal bij dergelijke elektrische ontvangers de frequentie van de ontvangen stroom worden aangepast. Theoretisch zal deze methode in staat zijn elektriciteit over zeer lange afstanden te transporteren als de frequentie van de wisselstroom laag is, in de orde van enkele Hz.

Vooruitzichten voor draadloze transmissie van elektriciteit

In de nabije toekomst wordt een massale introductie in het dagelijks leven van een PoWiFi-systeem verwacht, bestaande uit routers met de functie om elektriciteit over enkele tientallen meters te verzenden, en huishoudelijke apparaten, die worden aangedreven door elektriciteit uit radiogolven te ontvangen. Dit systeem wordt momenteel actief getest en gereedgemaakt voor wijdverbreid gebruik. Details zijn niet bekendgemaakt, maar volgens de beschikbare informatie is het “leuke” dat er gebruik wordt gemaakt van synchronisatie van de elektromagnetische velden van de bron en ontvanger van draadloze elektriciteit.

Op de zeer lange termijn wordt de mogelijkheid overwogen om het gebruik van traditionele energiecentrales op wereldschaal achterwege te laten. zonnestations zullen worden gebruikt in een lage baan om de aarde, waarbij de energie van zonlicht wordt omgezet in elektrische energie. Elektriciteit zal vermoedelijk via geïoniseerde lucht- of plasmakanalen naar het oppervlak van de planeet worden overgebracht. En op het aardoppervlak zelf zullen conventionele elektriciteitsleidingen verdwijnen; hun plaats zal worden ingenomen door compactere en efficiëntere systemen voor het transporteren van elektriciteit door de lithosfeer.