Prenos energie na diaľku bez drôtov
História vývoja
Vývoj prenosu elektrickej energie bez drôtov na diaľku súvisí s pokrokom v oblasti rádiového inžinierstva, pretože oba procesy sú rovnakej povahy. Vynález v oboch oblastiach súvisí so štúdiom spôsobu elektromagnetickej indukcie a jeho účinkov na tvorbu elektrického prúdu.
V roku 1820 A.M. Ampér objavil zákon vzájomného pôsobenia prúdov, ktorý spočíva v tom, že ak prúd tečie pozdĺž dvoch tesne umiestnených vodičov v jednom smere, potom sú priťahované jeden k druhému, a ak sú odlišné, potom sa odrazia.
V roku 1831 M. Faraday počas experimentov zistil, že striedavé (meniace sa veľkosťou a smerom v čase) magnetické pole generované tokom elektrického prúdu indukuje (indukuje) prúdy v blízkych vodičoch. tj existuje prenos energie bez káblov. Podrobne Faradayov zákon v článku sme uvažovali skôr.
J.K. Maxwell, o 33 rokov neskôr, v roku 1864, preniesol Faradayove experimentálne údaje do matematickej formy a Maxwellove rovnice sú v elektrodynamike zásadné. Opisujú vzťah medzi elektrickým prúdom a elektromagnetickým poľom.
Existenciu elektromagnetických vĺn potvrdil v roku 1888 G. Hertz, počas svojich experimentov s vysielačom iskier so sekačkou na Rumkorfovej cievke. Takto sa vytvorili EM vlny s frekvenciou až pol gigahertzu. Je potrebné poznamenať, že tieto vlny mohli byť prijímané niekoľkými prijímačmi, ale musia byť naladené v rezonancii s vysielačom. Dosah inštalácie bol okolo 3 metrov. Keď sa vo vysielači vyskytla iskra, to isté sa stalo na prijímačoch. V skutočnosti je to prvý pokus o prenose elektriny bez drôtov.
Hĺbkový výskum uskutočnil slávny vedec Nikola Tesla. V roku 1891 študoval striedavý prúd vysokého napätia a frekvencie. Výsledkom bolo vyvodenie záverov:
Pre každý konkrétny účel je potrebné naladiť inštaláciu na príslušnú frekvenciu a napätie. Vysoká frekvencia však nie je predpokladom. Najlepšie výsledky sa dosiahli pri frekvencii 15 - 20 kHz a napätí vysielača 20 kV. Na získanie vysokofrekvenčného prúdu a napätia sa použil výboj oscilačného kondenzátora. Takto je možné prenášať elektrinu a produkovať svetlo.
Vedec vo svojich prejavoch a prednáškach dokázal žiaru lámp (vákuových trubíc) pod vplyvom vysokofrekvenčného elektrostatického poľa.Hlavným záverom Tesly bolo to, že ani v prípade použitia rezonančných systémov nie je možné pomocou elektromagnetickej vlny prenášať veľa energie.
Paralelne bolo do roku 1897 do vedy zapojených niekoľko podobných vedcov: Jagdish Boche v Indii, Alexander Popov v Rusku a Guglielmo Marconi v Taliansku.
Každá z nich prispela k rozvoju bezdrôtového prenosu energie:
- J. Boche v roku 1894 zapálil strelný prach a prenášal elektrinu na diaľku bez drôtov. Urobil to na demonštrácii v Kalkate.
- A. Popov 25. apríla (7. mája) 1895 pomocou Morseovho kódu odoslal prvú správu.
- V roku 1896 G. Marconi vo Veľkej Británii vyslal aj rádiový signál (Morseov kód) na vzdialenosť 1,5 km, neskôr 3 km na Salisbury Plain.
Je potrebné poznamenať, že práca Tesly, ktorá bola podcenená naraz a stratila po celé storočia, presahovala prácu svojich súčasníkov, pokiaľ ide o parametre a schopnosti. Zároveň, konkrétne v roku 1896, jeho zariadenia vysielali signál na veľké vzdialenosti (48 km), žiaľ, išlo o malé množstvo elektriny.
A do roku 1899 dospel Tesla k záveru:
Zlyhanie indukčnej metódy sa zdá byť obrovské v porovnaní s metódou excitácie náboja zeme a vzduchu.
Tieto závery povedú k ďalším štúdiám, v roku 1900 sa mu podarilo napájať lampu z cievky vykonávanej v teréne a v roku 1903 bola spustená veža Wondercliff na Long Islande. Pozostávala z transformátora s uzemneným sekundárnym vinutím a na jeho vrchole stál medený guľový dóm. S jeho pomocou sa ukázalo, že svieti 200 50-wattových žiaroviek. Zároveň bol vysielač vzdialený 40 km. Tieto štúdie boli, žiaľ, prerušené, financovanie bolo prerušené a voľný prenos elektriny bez káblov nebol pre podnikateľov ekonomicky životaschopný. Veža bola zničená v roku 1917.
V týchto dňoch
Technológie bezdrôtového prenosu energie urobili veľký krok vpred, najmä v oblasti prenosu údajov. Tak výrazný úspech sa dosiahol prostredníctvom rádiových komunikácií, bezdrôtových technológií, ako sú Bluetooth a Wi-fi. Nevyskytli sa nijaké konkrétne inovácie, hlavne zmenené frekvencie, metódy šifrovania signálu, zobrazenie signálu prepnuté z analógového na digitálne.
Ak hovoríme o prenose elektriny bez drôtov na napájanie elektrických zariadení, stojí za zmienku, že v roku 2007 vedci z Massachusettsovho inštitútu preniesli 2 metre energie a týmto spôsobom rozsvietili 60-wattovú žiarovku. Táto technológia sa nazýva WiTricity, je založená na elektromagnetickej rezonancii prijímača a vysielača. Je potrebné poznamenať, že prijímač prijíma asi 40 - 45% elektriny. Zovšeobecnená schéma zariadenia na prenos energie cez magnetické pole je znázornená na obrázku nižšie:
Video ukazuje príklad použitia tejto technológie na nabíjanie elektrického vozidla. Pointa je, že prijímač je pripevnený k spodnej časti elektromobilu a vysielač je inštalovaný na podlahe v garáži alebo kdekoľvek inde.
Stroj musíte zaparkovať tak, aby bol prijímač umiestnený nad vysielačom. Prístroj prenáša veľa elektriny bez drôtov - z 3,6 na 11 kW za hodinu.
Spoločnosť v budúcnosti uvažuje o dodávke elektriny s takouto technológiou a domácimi spotrebičmi, ako aj celého bytu ako celku. V roku 2010 spoločnosť Haier predstavila bezdrôtovú televíziu, ktorá prijíma energiu pomocou podobnej technológie, ako aj bezdrôtové video. Takýto vývoj realizujú aj ďalšie popredné spoločnosti, ako napríklad Intel a Sony.
V každodennom živote sa technológie bezdrôtového prenosu energie často používajú napríklad na nabíjanie smartfónu. Princíp je podobný - existuje vysielač, prijímač, účinnosť je asi 50%, t.j. pre poplatok 1A bude vysielač spotrebovávať 2A. Vysielač sa v takýchto súpravách obvykle nazýva základňou a časťou, ktorá sa pripája k telefónu, je prijímač alebo anténa.
Ďalším výklenkom je bezdrôtový prenos elektriny pomocou mikrovĺn alebo lasera.Toto poskytuje väčší polomer pôsobenia ako pár metrov, čo poskytuje magnetickú indukciu. V mikrovlnnej metóde je na prijímači nainštalovaná rekténa (nelineárna anténa na konverziu elektromagnetickej vlny na jednosmerný prúd) a vysielač usmerňuje svoje žiarenie týmto smerom. V tomto uskutočnení bezdrôtového prenosu elektriny nie je potrebné priame videnie predmetov. Nevýhodou je, že mikrovlnné žiarenie nie je bezpečné pre životné prostredie.
Odporúčame vám pozrieť si video, o ktorom sa problém podrobnejšie zaoberá:
Na záver by som chcel poznamenať, že bezdrôtový prenos elektriny je určite vhodný na použitie v každodennom živote, má však svoje výhody a nevýhody. Ak hovoríme o používaní takýchto technológií na nabíjanie modulov gadget, výhodou je, že nemusíte neustále vkladať a odstraňovať zástrčku z konektora vášho smartfónu, konektor sa tým nepodarí. Nevýhodou je nízka účinnosť, ak v prípade smartfónu strata energie nie je výrazná (niekoľko wattov), potom pri bezdrôtovom nabíjaní elektrického vozidla - to je veľmi veľký problém. Hlavným cieľom vývoja tejto technológie je zvýšenie účinnosti zariadenia, pretože na pozadí rozsiahleho závodu na úsporu energie je použitie technológií s nízkou účinnosťou veľmi pochybné.
Podobné materiály:
Načítava sa ...
