Juhtmeta vooluedastus. Elektrienergia juhtmevaba ülekande meetodid. Tesla seadme juurutamise etapid

Tarbimise ökoloogia Tehnoloogiad: Ameerika Disney uurimislabori teadlased on välja töötanud juhtmevaba laadimismeetodi, mis muudab juhtmed ja laadijad mittevajalikuks.

Tänapäeva nutitelefonidel, tahvelarvutitel, sülearvutitel ja muudel kaasaskantavatel seadmetel on tohutu võimsus ja jõudlus. Kuid lisaks kõigile mobiilse elektroonika eelistele on sellel ka negatiivne külg - pidev vajadus juhtmete kaudu laadida. Vaatamata kogu uuele akutehnoloogiale vähendab see vajadus seadmete mugavust ja piirab nende liikumist.

Ameerika Disney uurimislabori teadlased on sellele probleemile lahenduse leidnud. Nad töötasid välja juhtmevaba laadimismeetodi, mis muutis juhtmed ja laadijad tarbetuks. Pealegi võimaldab nende meetod laadida üheaegselt mitte ainult vidinaid, vaid ka näiteks kodumasinaid ja valgustust.

"Meie uuenduslik meetod muudab elektrivoolu sama üldlevinud kui Wi-Fi," ütleb labori kaasdirektor ja vanemteadur Alanson Sample. „See avab tee robootika edasisteks arenguteks, mida varem piiras aku mahutavus. Siiani oleme demonstreerinud käitise toimimist väikeses ruumis, kuid takistusi selle võimsuse lao suuruseks kasvatamisel ei ole.“

Elektrienergia juhtmevaba edastamise süsteemi töötas välja kuulus teadlane Nikola Tesla 1890. aastatel, kuid leiutist ei levitatud massiliselt. Tänapäeva juhtmevabad jõuülekandesüsteemid töötavad peamiselt äärmiselt kitsastes ruumides.

Meetod, mida nimetatakse kvaasistaatiliseks õõnsusresonantsiks (QSCR), hõlmab voolu rakendamist ruumi seintele, põrandale ja lakke. Need omakorda tekitavad magnetvälju, mis mõjuvad laetava seadmega ühendatud mähist sisaldavale vastuvõtjale. Sel viisil toodetud elekter kantakse akusse, olles eelnevalt läbinud kondensaatorid, mis välistavad teiste väljade mõju.

Testid on näidanud, et nii saab tavalise elektrivõrgu kaudu edastada kuni 1,9 kilovatti võimsust. Sellest energiast piisab kuni 320 nutitelefoni üheaegseks laadimiseks. Pealegi pole teadlaste sõnul selline tehnoloogia kallis ja selle kaubanduslikku tootmist on lihtne kindlaks teha.

Katsed toimusid spetsiaalselt alumiiniumkonstruktsioonidest loodud ruumis mõõtmetega 5 x 5 meetrit. Sample rõhutas, et metallseinad ei pruugi tulevikus vajalikud olla. Võimalik on kasutada juhtivaid paneele või spetsiaalset värvi.

Arendajad väidavad, et nende meetod energia õhu kaudu edastamiseks ei kujuta endast ohtu inimeste ega ühelegi teisele elusolendile. Nende ohutuse tagavad diskreetsed kondensaatorid, mis toimivad isolaatorina potentsiaalselt ohtlike elektriväljade vastu. avaldatud

See on lihtne vooluahel, mis suudab toita lambipirni ilma juhtmeteta, peaaegu 2,5 cm kauguselt! See ahel toimib nii võimendusmuundurina kui ka juhtmevaba võimsuse saatja ja vastuvõtjana. Seda on väga lihtne valmistada ja kui see on täiuslik, saab seda kasutada mitmel viisil. Nii et alustame!

Samm 1. Vajalikud materjalid ja tööriistad.

1. NPN transistor. Ma kasutasin 2N3904, kuid võite kasutada mis tahes NPN transistorit, näiteks BC337, BC547 jne. (Iga PNP-transistor töötab, lihtsalt jälgige kindlasti ühenduste polaarsust.)
2. Haav või isoleeritud traat. Umbes 3-4 meetrist traadist peaks piisama (mähised juhtmed, lihtsalt väga õhukese emailisolatsiooniga vasktraadid). Töötavad enamiku elektroonikaseadmete juhtmed, nagu trafod, kõlarid, elektrimootorid, releed jne.
3. Takisti takistusega 1 kOhm. Seda takistit kasutatakse transistori kaitsmiseks läbipõlemise eest ülekoormuse või ülekuumenemise korral. Võite kasutada suuremaid takistuse väärtusi kuni 4-5 kOhm. Võite takisti ära jätta, kuid on oht, et aku tühjeneb kiiremini.
4. Valgusdiood. Ma kasutasin 2 mm ülierksat valget LED-i. Võite kasutada mis tahes LED-i. Tegelikult on LED-i eesmärk siin ainult vooluringi funktsionaalsuse näitamine.
5. AA suurusega aku pingega 1,5 V. (Ärge kasutage kõrgepinge patareisid, välja arvatud juhul, kui soovite transistorit kahjustada.)

Vajalikud tööriistad:

1) Käärid või nuga.

2) Jootekolb (valikuline). Jootekolbi puudumisel saate juhtmeid lihtsalt keerata. Tegin seda siis, kui mul jootekolbi polnud. Kui soovite proovida jootevaba vooluringi, on see teretulnud.

3) Tulemasin (valikuline). Põletame traadi isolatsiooni põletamiseks tulemasinaga ja seejärel kraapime kääride või noaga maha ülejäänud isolatsiooni.

2. samm: vaadake videot, et õppida, kuidas seda teha

3. samm: kõigi etappide lühiülevaade.

Nii et kõigepealt tuleb võtta juhtmed ja teha mähis, kerides 30 pööret ümber ümmarguse silindrilise eseme. Nimetagem seda mähist A. Sama ümmarguse objektiga hakkame tegema teist mähist. Pärast 15. pöörde kerimist loo traadist aasakujuline haru ja keera siis veel 15 pööret mähisele. Nii et nüüd on teil kahe otsa ja ühe haruga mähis. Nimetagem seda mähist B. Seo juhtmete otstesse sõlmed, et need ise lahti ei keriks. Põletage isolatsioon juhtmete otstes ja mõlema pooli kraan. Võite kasutada ka kääre või eemaldajat. Veenduge, et mõlema pooli läbimõõt ja keerdude arv oleks võrdsed!

Saatja loomine: võtke transistor ja asetage see nii, et lame pool oleks ülespoole ja teie poole. Vasakpoolne tihvt ühendatakse emitteriga, keskmine on alustihvt ja parempoolne tihvt ühendatakse kollektoriga. Võtke takisti ja ühendage üks selle otstest transistori baasklemmiga. Võtke takisti teine ​​ots ja ühendage see mähise B ühe otsaga (mitte kraaniga). Võtke pooli B teine ​​ots ja ühendage see transistori kollektoriga. Kui soovite, võite ühendada väikese juhtmejupi transistori emitteriga (see töötab emitteri pikendusena.)

Seadistage vastuvõtja. Vastuvõtja loomiseks võtke mähis A ja ühendage selle otsad oma LED-i erinevate tihvtidega.

Olete diagrammi täitnud!

4. samm: elektriskeem.

Siin näeme meie ühenduse skemaatilist diagrammi. Kui te ei tea mõnda diagrammil olevat sümbolit, ärge muretsege. Järgmised pildid näitavad kõike.

5. samm: vooluahela ühenduste joonistamine.

Siin näeme meie vooluahela ühenduste selgitavat joonist.

Samm 6. Diagrammi kasutamine.

Lihtsalt võtke mähis B ja ühendage see aku positiivse otsaga. Ühendage aku negatiivne klemm transistori emitteriga. Nüüd, kui liigutate LED-mähise poolile B lähemale, süttib LED-tuli!

7. samm: kuidas seda teaduslikult seletatakse?

(Püüan lihtsalt seletada selle nähtuse teadust lihtsate sõnade ja analoogiatega ning tean, et võin eksida. Selle nähtuse õigeks selgitamiseks pean ma laskuma kõigisse üksikasjadesse, mida ma ma ei saa seda teha, seega tahan lihtsalt anda üldised analoogid vooluringi selgitamiseks).

Saatja ahel, mille me just lõime, on ostsillaatoriahel. Võib-olla olete kuulnud niinimetatud Joule Thiefi vooluringist, kuid sellel on hämmastav sarnasus meie loodud vooluringiga. Joule Thief vooluahel võtab vastu 1,5 V aku elektrit, väljastab elektrit kõrgema pingega, kuid vahepealsete intervallidega. LED vajab süttimiseks ainult 3 volti, kuid selles vooluringis saab see kergesti süttida 1,5-voldise akuga. Seega tuntakse Joule Thiefi vooluringi nii pinget tõstva muundurina kui ka emitterina. Meie loodud vooluahel on ka emitter ja pinget tõstev muundur. Kuid võib tekkida küsimus: "Kuidas valgustada LED-i eemalt?" See juhtub induktsiooni tõttu. Selleks võite kasutada näiteks trafot. Tavalisel trafol on südamik mõlemal küljel. Oletame, et trafo mõlemal küljel on traat võrdse suurusega. Kui elektrivool läbib ühte mähist, muutuvad trafo mähised elektromagnetiteks. Kui vahelduvvool voolab läbi mähise, siis pinge võngub piki siinusoidi. Seetõttu omandab juhe vahelduvvoolu läbimisel mähise elektromagneti omadused ja kaotab pinge langedes uuesti elektromagnetilisuse. Traadi mähis muutub elektromagnetiks ja kaotab seejärel oma elektromagnetilised omadused samal kiirusel, kui magnet teisest mähist välja liigub. Kui magnet liigub kiiresti läbi traadipooli, tekib elekter, mistõttu ühe trafo pooli võnkepinge indutseerib teises traadipoolis elektrit ja elekter kandub ühelt mähiselt teisele ilma juhtmeteta. Meie vooluringis on mähise südamik õhk ja vahelduvpinge läbib esimest mähist, indutseerides seeläbi pinge teises mähises ja süttib pirnid!!

8. samm. Kasu ja näpunäited parandamiseks.

Seega oleme oma vooluringis kasutanud vooluringi mõju näitamiseks lihtsalt LED-i. Aga me saaksime teha rohkem! Vastuvõtja ahel saab oma elektri vahelduvvoolust, nii et saaksime seda kasutada luminofoorlampide valgustamiseks! Samuti saate meie ringraja abil teha huvitavaid trikke, naljakaid kingitusi jne. Tulemuste maksimeerimiseks võite katsetada poolide läbimõõdu ja mähiste keerdude arvuga. Võite proovida ka rullid lamedaks teha ja vaadata, mis juhtub! Võimalusi on lõputult!!

Samm 9. Põhjused, miks vooluahel ei pruugi töötada.

Millised probleemid võivad tekkida ja kuidas neid lahendada:

1. Transistor läheb liiga kuumaks!

Lahendus: kas kasutasite nõutavate parameetritega takistit? Ma ei kasutanud esimest korda takistit ja mu transistor suitses. Kui see ei aita, proovige kasutada termokahanevat või kõrgema klassi transistorit.

1. LED ei põle!

Lahendus: põhjuseid võib olla palju. Esiteks kontrollige kõiki ühendusi. Vahetasin kogemata oma ühenduses alust ja kollektorit ning see muutus minu jaoks suureks probleemiks. Seetõttu kontrollige kõigepealt kõiki ühendusi. Kui teil on seade, näiteks multimeeter, saate selle abil kontrollida kõiki ühendusi. Samuti veenduge, et mõlemad mähised oleksid sama läbimõõduga. Kontrollige, kas teie võrgus on lühis.

Ma ei ole teadlik muudest probleemidest. Kui aga nendega kokku puutute, andke mulle teada! Püüan aidata nii palju kui saan. Lisaks olen 9-klassiline kooliõpilane ja minu teaduslikud teadmised on äärmiselt piiratud, seega kui leiate minus vigu, siis andke teada. Parendusettepanekud on enam kui teretulnud. Edu teie projektiga!

Kõik teavad, et Nikola Tesla on selliste üldlevinud asjade nagu vahelduvvool ja trafo leiutaja. Kuid mitte kõik teadlased pole Tesla teiste leiutistega tuttavad.

Kasutame vahelduvvoolu. Kasutame trafosid. Igas korteris. Raske on ette kujutada, kuidas saab ilma nende leiutisteta hakkama. Aga KUIDAS me neid kasutame? Tesla kasutas neid meile teadaolevaid asju (nagu meile tundub) hoopis teistmoodi. Kuidas me ühendame mis tahes elektriseadme võrku? Kahvliga - st. kaks juhti. Kui ühendame ainult ühe juhi, siis voolu ei tule - vooluahel pole suletud.

Tesla demonstreeris võimsuse edastamise mõju ühe juhi kaudu. Pealegi edastas see teistes katsetes võimsust ilma juhtmeteta. 19. sajandi lõpus suutis suur leiutaja elektrienergiat juhtmevabalt edastada üle 40 kilomeetri. Kuna seda tuntud Tesla eksperimenti pole veel korratud, siis kindlasti huvitavad meie lugejaid selle loo üksikasjad, aga ka elektrienergia ilma juhtmeteta edastamise probleemi hetkeseis.

Ameerika leiutaja, sünnilt serblase Nikola Tesla elulugu on üsna tuntud ja me ei hakka sellel pikemalt peatuma. Kuid teeme kohe selgeks: enne oma ainulaadse katse demonstreerimist demonstreeris Tesla esmalt 1892. aastal Londonis ja aasta hiljem Philadelphias spetsialistide juuresolekul võimalust edastada elektrienergiat ühe juhtme kaudu ilma teise pooluse maandust kasutamata. energiaallikast.

Ja siis tuli tal idee kasutada Maad selle ainsa juhtmena! Ja samal aastal demonstreeris ta St. Lewise elektrivalgustuse assotsiatsiooni kongressil elektrilampe, mis põlesid ilma juhtmeteta ja elektrimootorit, mis töötas ilma elektrivõrku ühendamata. Ta kommenteeris seda ebatavalist näitust järgmiselt: „Paar sõna ideest, mis pidevalt minu mõtteid hõivab ja meid kõiki puudutab. Pean silmas signaalide ja ka energia edastamist mis tahes vahemaa tagant ilma juhtmeteta. Teame juba, et elektrilisi vibratsioone saab edasi kanda ühe juhi kaudu. Miks mitte kasutada Maad selleks otstarbeks? Kui suudame kindlaks teha Maa elektrilaengu võnkeperioodi, kui seda häirib vastupidise laenguga vooluring, on see äärmiselt oluline fakt, mis on kasulik kogu inimkonnale.

Nii suurejoonelist meeleavaldust nähes investeerisid sellised kuulsad oligarhid nagu J. Westinghouse ja J. P. Morgan sellesse paljulubavasse ärisse üle miljoni dollari, ostes Teslalt tema patendid (muide, tol ajal tohutu raha!). Nende vahenditega ehitas Tesla 19. sajandi 90ndate lõpus Colorado Springsi oma ainulaadse labori. Üksikasjalik teave Tesla laboris tehtud katsete kohta on toodud tema biograafi John O'Neilli raamatus “Electric Prometheus” (meie riigis avaldati selle tõlge ajakirjas “Leiutaja ja uuendaja” nr 4-11 1979. aastaks) . Anname siin sellest ainult lühikese väljavõtte, et mitte viidata hilisematele kordustrükkidele: „Tesla viis Colorado Springsis läbi esimesed elektri juhtmevaba ülekande katsed. Ta suutis hiiglasliku vibraatori töötamise ajal Maast ammutatud vooluga toita 200 hõõglambipirni, mis asusid tema laborist 42 kilomeetri kaugusel. Iga võimsus oli 50 vatti, seega kogu energiatarve oli 10 kW ehk 13 hj. Tesla oli veendunud, et võimsama vibraatori abil suudab ta süüdata kümmekond elektrikübarat, millest igaühes on 200 lambipirni, mis on üle maakera laiali.

Tesla ise oli nende katsete edust nii inspireeritud, et teatas üldajakirjanduses, et kavatseb 1903. aastal peetavat maailma tööstusnäitust Pariisis valgustada Niagara juga juures asuva elektrijaama energiaga. edastatakse juhtmevabalt Pariisi. Arvukate fotode ning pealtnägijate ja leiutaja assistentide kirjelduste põhjal on teada, et tegemist oli 42 kilomeetrit ilma juhtmeteta edastatud energia generaatoriga (see on siiski puhtalt ajakirjanduslik termin: selles on üks juhe, milleks oli Maa). vooluringi ja seda on otseselt öelnud nii Tesla ise kui ka tema biograaf).

See, mida Tesla nimetas vibraatoriks, oli tema süsteemi hiiglaslik trafo, millel oli 25-meetrise läbimõõduga tarale keritud mitme keerd jämedast traadist koosnev primaarmähis ja selle sisse asetatud mitme pöördega ühekihiline sekundaarmähis. dielektriku silinder. Primaarmähis koos kondensaatori, induktsioonpooli ja sädemevahega moodustas võnkeahela-sagedusmuunduri. Labori keskel asuva trafo kohal kerkis 60 meetri kõrgune puidust torn, mille tipus oli suur vaskkuul. Selle kuuliga ühendati trafo sekundaarmähise üks ots, teine ​​maandus. Kogu seade sai jõuallikaks eraldi 300 hj dünamo. Selles ergutati elektromagnetilisi võnkumisi sagedusega 150 kilohertsi (lainepikkus 2000 meetrit). Kõrgepingeahela tööpinge oli 30 000 V ja kuuli resonatsioonipotentsiaal ulatus 100 000 000 V-ni, tekitades kümnete meetrite pikkuse tehisvälgu! Tema biograaf selgitab Tesla vibraatori tööd järgmiselt: "Sisuliselt "pumpas Tesla" Maale elektronide voo ja eraldas sealt. Pumpamissagedus oli 150 kHz. Levides kontsentriliste ringidena Colorado Springsist üha kaugemale, koondusid elektrilained seejärel Maa diametraalselt vastupidises punktis. Suured amplituudilained tõusid ja langesid seal üheskoos Colorados kasvanutega. Kui selline laine langes, saatis see elektrilise kaja Coloradosse tagasi, kus elektrivibraator lainet võimendas ja see tormas tagasi.

Kui me viime kogu Maa elektrilise vibratsiooni seisundisse, siis igas punktis selle pinnal varustatakse meid energiaga. Elektripostide vahel kihutavatest lainetest saab seda püüda lihtsate, raadiovastuvõtjate võnkeahelatega sarnaste seadmetega, mis on ainult maandatud ja varustatud maamaja kõrguste väikeste antennidega. See energia soojendab ja valgustab kodusid, kasutades Tesla torukujulisi lampe, mis ei vaja juhtmeid. Vahelduvvoolumootorid vajaksid ainult sagedusmuundureid.

Teave Tesla katsete kohta elektri edastamisel ilma juhtmeteta inspireeris teisi teadlasi selles valdkonnas töötama. Teateid sarnastest katsetest ilmus ajakirjanduses sageli eelmise sajandi alguses. Sellega seoses tasub tsiteerida katkendit A.M. artiklist. 1930. aastal ilmunud Gorki „Vestlused käsitööst“: „Sel aastal edastas Marconi elektrivoolu õhu kaudu Genovast Austraaliasse ja süütas seal Sydney näitusel elektrilambid. Sama tegi 27 aastat tagasi siin, Venemaal, kirjanik ja teadlane M.M. Filippov, kes töötas mitu aastat elektrivoolu õhu kaudu edastamise kallal ja süütas lõpuks Tsarskoje Selos Peterburist pärit lühtri ( ehk siis 27 kilomeetri kaugusel. -V.P.). Toona sellele asjaolule ei pööratud piisavalt tähelepanu, kuid Filippov leiti paar päeva hiljem oma korterist surnuna ning politsei konfiskeeris tema aparaadid ja paberid.

Tesla katsed avaldasid suure mulje ka teisele kirjanikule Aleksei Tolstoile, kes oli hariduselt insener. Ja kui Tesla ja seejärel Marconi teatasid trükis, et nende seadmed võtavad vastu kummalisi maavälise, ilmselt Marsi päritolu signaale, inspireeris see kirjanikku kirjutama ulmeromaani “Aelita”. Romaanis kasutavad marslased Tesla leiutist ja edastavad juhtmevabalt energiat Marsi poolustel asuvatest elektrijaamadest kõikjale planeedil. See energia toidab lendavate laevade mootoreid ja muid mehhanisme. Kuid Teslal ei õnnestunud ehitada oma "maailmasüsteemi", mis tagaks maailma elanikkonna elektriga ilma juhtmeid kasutamata.

Niipea kui 1900. aastal asus ta New Yorgi lähedal Long Islandi saarele ehitama 2000 töötajaga uurimislaborilinnakut ja hiiglaslikku metalltorni, mille peal oli hiiglaslik vaskplaat, mõistsid "juhtmega" elektrioligarhid seda: lõppude lõpuks Tesla süsteemi laialdane kasutuselevõtt ähvardas neid hävinguga.

Wardenclyffe'i torn (1902)

Miljardär J.P. Ehitust rahastanud Morganile avaldasid tõsist survet, sealhulgas konkurentide altkäemaksu saanud valitsusametnikud.(või oli vastupidi) Seadmete tarnimisel tekkisid katkestused, ehitus takerdus ja kui Morgan selle surve all rahastamise lõpetas, peatus see üldse. Esimese maailmasõja alguses andis USA valitsus samade konkurentide õhutusel korralduse plahvatada valmistorn, tuues ettekäändeks, et seda saab kasutada spionaaži eesmärgil.

No siis elektrotehnika läks tavalist rada.

Pikka aega ei saanud keegi Tesla katseid korrata, kui ainult seetõttu, et oleks olnud vaja luua sarnase suuruse ja võimsusega installatsioon. Kuid keegi ei kahelnud, et Teslal õnnestus enam kui sada aastat tagasi leida viis, kuidas elektrienergiat ilma juhtmeteta vahemaa tagant edastada. Edisoni järel teiseks leiutajaks hinnatud Tesla autoriteet oli kogu maailmas üsna kõrge ja tema panus vahelduvvooluelektritehnika arendamisse (trotsides alalisvoolu pooldanud Edisoni) on vaieldamatu. Tema katsete ajal oli kohal palju spetsialiste, ajakirjandust arvestamata, ja keegi ei püüdnud teda kunagi süüdi mõista trikkides või faktidega manipuleerimises. Tesla kõrgest autoriteedist annab tunnistust tema järel olev magnetvälja intensiivsuse ühiku nimi. Kuid Tesla järeldus, et Colorado Springsi katse ajal edastati energiat 42 kilomeetri kaugusele umbes 90% efektiivsusega, on liiga optimistlik. Meenutagem, et distantsilt põlevate lampide koguvõimsus oli 10 kW ehk 13 hj, vibraatorit toitava dünamo võimsus aga ulatus 300 hj. See tähendab, et võime rääkida tõhususest. vaid umbes 4-5%, kuigi see näitaja on hämmastav. Tesla elektri juhtmevaba ülekande katsete füüsiline õigustus teeb paljudele spetsialistidele endiselt muret.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml

Massachusettsi tehnoloogiainstituudi spetsialistidel õnnestus põlema panna hõõglamp, mis asus energiaallikast 2 meetri kaugusel. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html

Inteli juhtmeta laadijad saidilt odessabuy.com/news/item-402.html

"Argumendid ja faktid" nr 52, 2008 (24.–30. detsember):
TEADUS – Elekter ilma juhtmeteta. Nad ütlevad, et Ameerika teadlased suutsid ilma juhtmeteta elektrit edastada 800 W võimsusega.

Alates sellest, kui inimene avastas elektri, on paljud teadlased püüdnud uurida hämmastavat voolude fenomeni ja suurendada efektiivset efektiivsust, viinud läbi arvukalt katseid ja leiutanud kaasaegsemaid materjale, millel on paremad nulltakistusega energiaülekande omadused. Kõige lootustandvam suund sellises teadustöös on elektri juhtmevaba edastamine pikkade vahemaade tagant ja minimaalsete transpordikuludega. Selles artiklis käsitletakse energia kauguse edastamise meetodeid ja selliste toimingute jaoks mõeldud seadmete tüüpe.

Juhtmeta jõuülekanne on transpordiviis, mille puhul ei kasutata juhtmeid ega kaablivõrke ning vool edastatakse tarbijani märkimisväärse vahemaa tagant maksimaalse efektiivse võimsusteguriga õhu kaudu. Selleks kasutatakse elektrit tootvaid seadmeid, voolu akumuleerivat ja igas suunas hajutavat saatjat ning tarbiva seadmega vastuvõtjat. Vastuvõtja kogub elektromagnetlaineid ja -välju ning koondab need lühikesele juhilõigule, edastab energiat teatud võimsusega lambile või muule seadmele.

Elektri juhtmevabaks edastamiseks on palju meetodeid, mille leiutasid paljud teadlased voolude uurimise käigus, kuid Nikola Tesla saavutas praktilises mõttes suurimad tulemused. Tal õnnestus teha saatja ja vastuvõtja, mida eraldas üksteisest 48 kilomeetrit. Kuid sel ajal polnud veel tehnoloogiaid, mis suudaksid elektrit sellisel kaugusel edastada koefitsiendiga üle 50%. Sellega seoses avaldas teadlane suuri väljavaateid mitte valmis toodetud energia ülekandmiseks, vaid Maa magnetväljast voolu genereerimiseks ja selle kasutamiseks kodumajapidamistes. Sellise elektri transportimine pidi toimuma juhtmevabalt, magnetväljade kaudu.

Elektrienergia juhtmevaba ülekande meetodid

Enamik teoreetikuid ja praktikuid, kes uurivad elektrivoolu tööd, on välja pakkunud oma meetodid selle edastamiseks vahemaa tagant ilma juhte kasutamata. Sellise uurimistöö alguses püüdsid paljud teadlased laenata morsekoodi või lühilaineraadio edastamiseks kasutatavate raadiote tööpõhimõtteid. Kuid sellised tehnoloogiad ei õigustanud ennast, kuna voolu hajumine oli liiga väike ega suutnud pikki vahemaid läbida, pealegi oli elektri edastamine raadiolainete kaudu võimalik ainult väikese võimsusega töötamisel, mis ei olnud võimeline juhtima isegi kõige lihtsamat mehhanismi. .

Katsete tulemusena selgus, et mikrolainelained on kõige sobivamad elektri edastamiseks ilma juhtmeta, kuna neil on stabiilsem konfiguratsioon ja pinge ning nad kaotavad hajumisel palju vähem energiat kui ükski teine ​​​​meetod.

Esmakordselt suutis seda meetodit edukalt rakendada leiutaja ja disainer William Brown, kes modelleeris metallplatvormist koosneva lendplatvormi, mille mootori võimsus on umbes 0,1 hobujõudu. Platvorm valmistati vastuvõtva antennina, millel oli võre, mis püüdis mikrolainelaineid, mida edastas spetsiaalselt loodud generaator. Vaid neliteist aastat hiljem esitles sama disainer väikese võimsusega lennukit, mis sai energiat saatjalt 1,6 kilomeetri kauguselt, vool edastati kontsentreeritud kiirena mikrolaine lainete kaudu. Kahjuks seda tööd laialdaselt ei kasutatud, kuna sel ajal puudusid tehnoloogiad, mis tagaksid selle meetodi abil kõrgepingevoolu edastamise, kuigi vastuvõtja ja generaatori efektiivsus oli üle 80%.

1968. aastal töötasid Ameerika teadlased välja teadustööga toetatud projekti, mis tegi ettepaneku paigutada madalale Maa orbiidile suured päikesepaneelid. Energia vastuvõtjad pidid olema suunatud päikese poole ja nende aluses asusid voolusalvestusseadmed. Pärast päikesekiirguse neelamist ja mikrolaine- või magnetlaineteks muutmist suunati vool spetsiaalse seadme kaudu maapinnale. Vastuvõtt tuli läbi viia spetsiaalse suure pindalaga antenniga, mis oli häälestatud kindlale lainele ja muundades lained alalis- või vahelduvvooluks. Sellist süsteemi on paljudes riikides kõrgelt hinnatud kui paljulubavat alternatiivi kaasaegsetele elektriallikatele.

Elektriauto toide juhtmevabalt

Paljud elektrivoolul töötavate autode tootjad töötavad välja alternatiivset auto laadimist ilma seda võrku ühendamata. Selles vallas on suure edu saavutanud sõidukite laadimise tehnoloogia spetsiaalselt teekattelt, kui auto sai energiat magnetvälja või mikrolainekiirgusega laetud kattest. Kuid selline täiendamine oli võimalik ainult siis, kui tee ja vastuvõtuseadme vaheline kaugus ei olnud suurem kui 15 sentimeetrit, mis pole tänapäevastes tingimustes alati teostatav.

See süsteem on väljatöötamise staadiumis, seega võib eeldada, et seda tüüpi ilma juhita jõuülekannet arendatakse veel välja ja võib-olla võetakse see kasutusele ka kaasaegses transporditööstuses.

Kaasaegsed arengud energiaülekandes

Kaasaegses reaalsuses on traadita elekter taas muutumas seadmete uurimise ja disaini asjakohaseks valdkonnaks. Traadita energiaülekande arendamiseks on kõige paljutõotavamad viisid, sealhulgas:

1. Elektri kasutamine mägistes piirkondades, kui tarbijani ei ole võimalik vedada kaableid. Vaatamata elektriteema uurimisele on maakeral kohti, kus elektrit pole ja seal elavad inimesed ei saa nautida sellist tsivilisatsiooni hüve. Loomulikult kasutatakse seal sageli autonoomseid toiteallikaid, näiteks päikesepaneele või generaatoreid, kuid see ressurss on piiratud ega suuda vajadusi täielikult rahuldada;
2. Mõned kaasaegsete kodumasinate tootjad toovad juba oma toodetesse juhtmevaba energiaülekande seadmeid. Näiteks pakutakse turul spetsiaalset seadet, mis ühendub vooluvõrku ja muundades alalisvoolu mikrolaineteks, edastab need ümbritsevatele seadmetele. Ainus tingimus selle seadme kasutamiseks on, et kodumasinal oleks vastuvõtuseade, mis muudab need lained alalisvooluks. Müügil on televiisorid, mis töötavad täielikult saatjalt saadud juhtmevaba energiaga;
3. Sõjalistel eesmärkidel on kaitsesektoris enamasti sidevahendite ja muude abiseadmete arendused.

Suur läbimurre selles tehnoloogiavaldkonnas toimus 2014. aastal, kui teadlaste rühm töötas välja seadme juhtmevaba vahemaa tagant energia genereerimiseks ja vastuvõtmiseks, kasutades saate- ja vastuvõtupoolide vahele paigutatud läätsede süsteemi. Varem arvati, et voolu edastamine ilma juhita on võimalik vahemaa tagant, mis ei ületa seadmete suurust, mistõttu oli elektrienergia transportimiseks pikkade vahemaade taha vaja tohutut konstruktsiooni. Kuid kaasaegsed disainerid on muutnud selle seadme tööpõhimõtet ja loonud saatja, mis saadab mitte mikrolaine, vaid madala sagedusega magnetvälju. Sellisel juhul ei kaota elektronid võimsust ja edastatakse kontsentreeritud kiires vahemaa tagant, pealegi on energiatarbimine võimalik mitte ainult vastuvõtva osaga ühendamisel, vaid ka lihtsalt väljategevuse tsoonis viibides.

1. Laadib mobiilseadmeid ilma kaabliga ühendamata;
2. Mehitamata õhusõidukite võimsusega varustamine on valdkond, mille järele on suur nõudlus nii tsiviil- kui ka sõjatööstuses, kuna selliseid seadmeid on viimasel ajal erinevatel eesmärkidel sageli kasutatud.

Juba mõnda aega tagasi läbimurdeks füüsikas ja energeetikas peeti läbimurdeks ilma juhtmeid kasutamata vahemaa tagant andmete edastamise protseduuri, nüüd ei üllata see enam kedagi ja on muutunud kõigile kättesaadavaks. Tänu kaasaegsele tehnoloogilisele arengule ja arengule on elektri transport selle meetodi abil saamas reaalsuseks ja seda saab hästi ellu äratada.

Video

André Marie Ampère’i 1820. aastal avastatud elektrivoolude vastastikmõju seadus pani aluse elektri ja magnetismi teaduse edasisele arengule. 11 aastat hiljem tegi Michael Faraday eksperimentaalselt kindlaks, et elektrivoolu tekitatud muutuv magnetväli võib indutseerida elektrivoolu teises juhis. Nii see loodi.

1864. aastal süstematiseeris James Clerk Maxwell lõpuks Faraday katseandmed, andes neile täpsete matemaatiliste võrrandite vormi, tänu millele loodi klassikalise elektrodünaamika alus, sest need võrrandid kirjeldasid elektromagnetvälja seost elektrivoolude ja laengutega ning Selle tagajärjeks oleks pidanud olema elektromagnetlainete olemasolu.

1888. aastal kinnitas Heinrich Hertz eksperimentaalselt Maxwelli ennustatud elektromagnetlainete olemasolu. Tema Ruhmkorffi mähishakkuriga sädemesaatja võis tekitada kuni 0,5 gigahertsi elektromagnetlaineid, mida saaksid vastu võtta mitmed saatjaga resonantsi häälestatud vastuvõtjad.

Vastuvõtjad võisid asuda kuni 3 meetri kaugusel ja kui saatjas tekkis säde, tekkisid sädemed vastuvõtjates. Nii need läbi viidi esimesed katsed elektrienergia juhtmevaba edastamise vallas kasutades elektromagnetlaineid.

1891. aastal jõudis ta kõrgepinge ja kõrge sagedusega vahelduvvoolusid uurides järeldusele, et spetsiifilistel eesmärkidel on äärmiselt oluline valida nii saatja lainepikkus kui ka tööpinge ning seda pole üldse vaja teha. sagedus liiga kõrge.

Teadlane märgib, et sageduste ja pingete alumine piir, mille juures ta suutis sel ajal parimaid tulemusi saavutada, oli 15 000–20 000 vibratsiooni sekundis potentsiaaliga 20 000 volti. Tesla sai kõrge sagedusega ja kõrgepinge voolu, kasutades kondensaatori võnkelahendust (vt -). Ta märkis, et seda tüüpi elektrisaatja sobib nii valguse tootmiseks kui ka elektri edastamiseks valguse tootmiseks.

Ajavahemikul 1891–1894 demonstreeris teadlane korduvalt traadita edastust ja vaakumtorude hõõgumist kõrgsageduslikus elektrostaatilises väljas, märkides samas, et elektrostaatilise välja energia neeldub lamp, muundatakse valguseks ja energiaks. elektromagnetväljast kasutatakse elektromagnetilise induktsiooni saamiseks, et saada samalaadne Tulemus enamasti peegeldub ja valguseks muundatakse vaid väike osa.

Teadlane väitis, et isegi resonantsi kasutamisel elektromagnetlaine abil edastamisel ei ole võimalik edastada märkimisväärset kogust elektrienergiat. Tema eesmärk sellel tööperioodil oli täpselt suurtes kogustes elektrienergiat juhtmevabalt edastada.

Kuni 1897. aastani tegelesid elektromagnetlainete uurimisega paralleelselt Tesla tööga: Indias Jagdish Bose, Venemaal Aleksandr Popov ja Itaalias Guglielmo Marconi.

Pärast Tesla avalikke loenguid demonstreeris Jagdish Bose 1894. aasta novembris Calcuttas elektrienergia juhtmevaba edastamist, kus ta süütas püssirohu, edastades elektrienergiat kaugelt.

Pärast Bochet, nimelt 25. aprillil 1895, edastas Aleksander Popov morsekoodi kasutades esimese raadiosõnumi ja seda kuupäeva (7. mai, uus stiil) tähistatakse nüüd Venemaal igal aastal "raadiopäevana".

1896. aastal demonstreeris Suurbritanniasse saabunud Marconi oma aparaati, kasutades morsekoodi, et edastada 1,5 kilomeetri kaugusel Londoni postkontori hoone katuselt signaal teise hoonesse. Pärast seda täiustas ta oma leiutist ja suutis edastada signaali üle Salisbury tasandiku 3 kilomeetri kaugusel.

Tesla 1896. aastal edastab ja võtab edukalt vastu signaale saatja ja vastuvõtja vahelisel kaugusel umbes 48 kilomeetrit. Ühelgi teadlasel pole aga veel õnnestunud märkimisväärsel hulgal elektrienergiat pika vahemaa tagant üle kanda.

Colorado Springsis eksperimenteerides kirjutas Tesla 1899. aastal: "Induktsioonimeetodi ebaõnnestumine tundub tohutu, võrreldes maa ja õhu laengu ergutamise meetodiga." See on teadlase uurimistöö algus, mille eesmärk on edastada elektrit märkimisväärsetel vahemaadel ilma juhtmeid kasutamata. Jaanuaris 1900 kirjutas Tesla oma päevikusse energia edukast ülekandmisest "kaugele väljale sirutatud" mähisele, millest lamp toideti.

Ja teadlase suurim õnnestumine oleks Wardenclyffe Toweri käivitamine Long Islandil 15. juunil 1903, mis oli mõeldud elektrienergia edastamiseks suures koguses suures koguses ilma juhtmeteta. Resonantstrafo maandatud sekundaarmähis, mille peal on vasest sfääriline kuppel, pidi ergastama maanduslaengu ja juhtivaid õhukihte, et saada suure resonantsahela elemendiks.

Nii õnnestus teadlasel saatjast umbes 40 kilomeetri kaugusel toita 200 50-vatist lampi. Majanduslikust otstarbekusest lähtuvalt peatas aga projekti rahastamise Morgan, kes algusest peale investeeris projekti raha selleks, et saada traadita side ning vaba energia tööstuslikus mastaabis kaugülekanne ei sobinud kategooriliselt. tema kui ärimehe jaoks. 1917. aastal hävis torn, mis oli mõeldud elektrienergia juhtmevabaks edastamiseks.

Palju hiljem, aastatel 1961–1964, katsetas mikrolaineelektroonika valdkonna ekspert William Brown USA-s mikrolainekiirguse energia ülekandeteid.

1964. aastal katsetas ta esimesena seadet (helikopteri mudelit), mis on võimeline vastu võtma ja kasutama mikrolainekiirguse energiat alalisvoolu kujul tänu poollaine dipoolidest koosnevale antenni massiivile, millest igaüks on koormatud tugevalt. tõhusad Schottky dioodid. Juba 1976. aastaks edastas William Brown 30 kW võimsusega mikrolainekiirgust 1,6 km kaugusele efektiivsusega üle 80%.

2007. aastal suutis Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi uurimisrühm professor Marin Soljacici juhtimisel juhtmevabalt edastada energiat 2 meetri kaugusele. Edastatud võimsusest piisas 60-vatise lambipirni toiteks.

Nende tehnoloogia (nn ) põhineb elektromagnetilise resonantsi nähtusel. Saatja ja vastuvõtja on kaks 60 cm läbimõõduga vaskpooli, mis resoneerivad samal sagedusel. Saatja on ühendatud toiteallikaga ja vastuvõtja on ühendatud hõõglambiga. Ahelad on häälestatud 10 MHz peale. Vastuvõtja saab sel juhul ainult 40-45% edastatud elektrienergiast.

Umbes samal ajal demonstreeris Intel sarnast tehnoloogiat traadita jõuülekande jaoks.

Hiina kodumasinate tootja Haier Group esitles 2010. aastal CES 2010 avalikkusele oma ainulaadset toodet – sellel tehnoloogial põhinevat täiesti juhtmevaba LCD-telerit.