העברת כוח לאורך מרחק ללא חוטים
תולדות ההתפתחות
פיתוח הולכת חשמל חשמלית ללא חוטים לאורך מרחק קשור להתקדמות בתחום הנדסת הרדיו, מכיוון ששני התהליכים הם מאותו אופי. ההמצאות בשני האזורים קשורות לחקר שיטת ההשראה האלקטרומגנטית והשפעותיה על היווצרות זרם חשמלי.
בשנת 1820 A.M. אמפר גילה את חוק האינטראקציה של זרמים, שהורכב בכך שאם הזרם זורם לאורך שני מוליכים הממוקמים מקרוב בכיוון אחד, אז הם נמשכים זה לזה, ואם הם שונים, אז הם דוחים.
בשנת 1831 קבע מ 'פאראדיי במהלך הניסויים כי שדה מגנטי מתחלף (משתנה בעוצמה ובכיוון בזמן) שנוצר כתוצאה מזרימת זרם חשמלי מעורר (מעורר) זרמים במוליכים סמוכים. אלה. יש העברת חשמל ללא חוטים. בפירוט החוק של פאראדיי שקלנו במאמר קודם.
ובכן, לאחר שג'יי סי מקסוול, 33 שנים לאחר מכן, בשנת 1864, הוא העביר את הנתונים הניסויים של פאראדיי לצורה מתמטית, והמשוואות של מקסוול עצמן הן יסוד באלקטרודינמיקה. הם מתארים כיצד קשורים הזרם החשמלי והשדה האלקטרומגנטי.
קיומם של גלים אלקטרומגנטיים אושר בשנת 1888 על ידי ג 'הרץ, במהלך הניסויים שלו עם משדר ניצוץ עם מסוק על סליל רומקורף. כך נוצרו גלי EM בתדירות של עד חצי גיגה-הרץ. ראוי לציין כי גלים אלה יכולים להתקבל על ידי מספר מקלטים, אך עליהם להיות מכוונים בתהודה עם המשדר. טווח ההתקנה היה סביב 3 מטרים. כאשר התרחש ניצוץ במשדר, אותו הדבר התרחש על המקלטים. למעשה זהו הניסויים הראשונים בנושא העברת חשמל ללא חוטים.
מחקר מעמיק נערך על ידי המדען המפורסם ניקולה טסלה. הוא למד זרם חילופין של מתח גבוה ותדר בשנת 1891. כתוצאה מכך הגיעו המסקנות:
לכל מטרה ספציפית, עליכם לכוונן את ההתקנה לתדר ולמתח המתאימים. יחד עם זאת, תדר גבוה אינו תנאי מוקדם. התוצאות הטובות ביותר הושגו בתדר של 15-20 קילו הרץ ומתח משדר של 20 קילוואט. כדי להשיג זרם ומתח בתדר גבוה, נעשה שימוש בפריקת קבלים מתנדיים. כך ניתן להעביר גם חשמל וגם לייצר אור.
המדען בנאומיו והרצאותיו הדגים את זוהר המנורות (צינורות ואקום) בהשפעת שדה אלקטרוסטטי בתדר גבוה.למעשה, המסקנות העיקריות של טסלה היו שאפילו במקרה של שימוש במערכות תהודה, לא ניתן להעביר אנרגיה רבה באמצעות גל אלקטרומגנטי.
במקביל, מספר מדענים עד שנת 1897 עסקו במחקרים דומים: ג'גדיש בוצ'ה בהודו, אלכסנדר פופוב ברוסיה וגוגלימו מרקוני באיטליה.
כל אחד מהם תרם להתפתחות שידור חשמל אלחוטי:
- ג'יי בוש בשנת 1894, הצית אבק שריפה, והעביר חשמל למרחק ללא חוטים. הוא עשה זאת בהפגנה בכלכותה.
- א. פופוב באפריל 25 (7 במאי), 1895 באמצעות קוד מורס העביר את ההודעה הראשונה.
- בשנת 1896 העביר ג 'מרקוני בבריטניה גם אות רדיו (קוד מורס) על מרחק של 1.5 ק"מ, לימים 3 ק"מ במישור סליסבורי.
ראוי לציין כי עבודתו של טסלה, שהוערכת בבת אחת ואבדה במשך מאות שנים, עלתה על עבודת בני דורו מבחינת פרמטרים ויכולות. במקביל, כלומר בשנת 1896, מכשיריו העבירו אות לאורך מרחקים ארוכים (48 ק"מ), למרבה הצער מדובר היה בכמות קטנה של חשמל.
ועד שנת 1899 הגיעה טסלה למסקנה:
כישלון שיטת האינדוקציה נראה עצום בהשוואה לשיטת עירור מטען של אדמה ואוויר.
מסקנות אלה יובילו למחקרים אחרים, בשנת 1900 הוא הצליח להניע מנורה מסליל שבוצעה בשדה, ובשנת 1903 הושק מגדל הפלאקלף בלונג איילנד. זה כלל שנאי עם סלילה משנית מקורקעת, ועל ראשו ניצב כיפה כדורית נחושת. בעזרתו התברר כי מדובר במנורות של 200 וואט 50 וואט. במקביל, המשדר היה 40 ק"מ ממנו. למרבה הצער, מחקרים אלה הופרעו, הופסק המימון והעברת חשמל בחינם ללא חוטים לא הייתה קיימא מבחינה כלכלית עבור אנשי עסקים. המגדל נהרס בשנת 1917.
בימינו
טכנולוגיות העברת חשמל אלחוטית עברו צעד גדול קדימה, בעיקר בתחום העברת נתונים. הצלחה כה משמעותית הושגה באמצעות תקשורת רדיו, טכנולוגיות אלחוטיות כמו Bluetooth ו- Wi-Fi. לא היו חידושים מיוחדים, בעיקר התדרים השתנו, שיטות הצפנת האות, ייצוג האות עבר מ אנלוגי לדיגיטלי.
אם מדברים על העברת חשמל ללא חוטים לציוד חשמלי חשמל, ראוי להזכיר שבשנת 2007 העבירו חוקרים ממכון מסצ'וסטס 2 מטר אנרגיה והציתו נורה של 60 וואט בצורה זו. טכנולוגיה זו נקראת WiTricity, היא מבוססת על התהודה האלקטרומגנטית של המקלט והמשדר. ראוי לציין כי המקלט מקבל כ- 40-45% מהחשמל. דיאגרמה כללית של התקן להעברת אנרגיה דרך שדה מגנטי מוצג באיור שלהלן:
הסרטון מציג דוגמה ליישום של טכנולוגיה זו לטעינת רכב חשמלי. בשורה התחתונה, מקלט מחובר לקרקעית המכונית החשמלית, ומשדר מותקן על הרצפה במוסך או במקום אחר.
עליך להחנות את המכונה כך שהמקלט ימוקם מעל המשדר. המכשיר מעביר הרבה חשמל ללא חוטים - מ -3.6 ל -11 קילוואט לשעה.
החברה שוקלת בעתיד לספק חשמל בטכנולוגיה ומכשירים ביתיים כאלה, כמו גם את הדירה כולה. בשנת 2010 הציג הייר טלוויזיה אלחוטית המקבלת חשמל בטכנולוגיה דומה, כמו גם אות וידאו אלחוטי. חברות מובילות אחרות, כמו אינטל וסוני, מבצעות גם הן פיתוחים כאלה.
בחיי היומיום נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיות העברת חשמל אלחוטית, למשל לצורך טעינת סמארטפון. העיקרון דומה - יש משדר, יש מקלט, היעילות היא בערך 50%, כלומר בתשלום של 1A, המשדר יצרוך 2A. המשדר נקרא בדרך כלל בסיס בערכות כאלה, והחלק שמתחבר לטלפון הוא המקלט או האנטנה.
נישה נוספת היא העברת אלחוטית של חשמל באמצעות מיקרוגלים או לייזר.זה מספק רדיוס פעולה גדול יותר מכמה מטרים, המספק אינדוקציה מגנטית. בשיטת המיקרוגל מותקן מכשיר רקטנה (אנטנה לא ליניארית להמרת גל אלקטרומגנטי לזרם ישר) על מכשיר הקליטה, והמשדר מכוון את קרינתו לכיוון זה. בגירסה זו של העברת החשמל האלחוטית אין צורך בראות ישירה של חפצים. החיסרון הוא שקרינת מיקרוגל אינה בטוחה לסביבה.
אנו ממליצים לצפות בסרטון בו הנושא נחשב ביתר פירוט:
לסיכום, אני רוצה לציין שהעברת חשמל אלחוטית של חשמל בהחלט נוחה לשימוש בחיי היומיום, אך יש לה היתרונות והחסרונות שלה. אם אנו מדברים על שימוש בטכנולוגיות כאלה לצורך טעינת גאדג'טים, היתרון הוא שאתה לא צריך להכניס ולהסיר כל הזמן את התקע מהמחבר של הסמארטפון, בהתאמה, המחבר לא ייכשל. החיסרון הוא היעילות הנמוכה, אם עבור סמארטפון אובדן האנרגיה אינו משמעותי (כמה וואט), אז לטעינה אלחוטית של מכונית חשמלית - זו בעיה גדולה מאוד. המטרה העיקרית של פיתוח בטכנולוגיה זו היא להגביר את היעילות של ההתקנה, מכיוון שעל רקע מרוץ נרחב לשימור אנרגיה, השימוש בטכנולוגיות בעלות יעילות נמוכה ספק רב.
חומרים דומים:
טוען ...
