Бездротова передача струму. Методи бездротової передачі електроенергії. Етапи реалізації пристрою Тесла

Екологія споживання. Технології: Вчені в американській Дослідницькій лабораторії Діснея (Disney Research) розробили метод бездротової зарядки, який зробив непотрібними дроти та зарядні пристрої.

Сьогоднішні смартфони, планшети, ноутбуки та інші портативні пристрої мають величезну потужність та продуктивність. Але, крім усіх переваг мобільної електроніки, вона має і зворотний бік – постійну необхідність підзарядки через дроти. Незважаючи на нові технології батарей, ця необхідність зменшує зручність пристроїв і обмежує їх переміщення.

Вчені в американській дослідницькій лабораторії Діснея (Disney Research) знайшли вирішення цієї проблеми. Вони розробили метод бездротової зарядки, який зробив непотрібними дроти та зарядні пристрої. Причому їх метод дозволяє одночасно заряджати як гаджети, а й, наприклад, побутову техніку і освітлення.

«Наш інноваційний метод робить електричний струм таким же всюдисущим, як і Wi-Fi, – каже один із директорів лабораторії та її провідний науковий фахівець Алансон Семпл. – Він відкриває дорогу для подальших розробок у сфері робототехніки, раніше обмежених ємністю батарей. Поки ми продемонстрували роботу установки в невеликій кімнаті, але немає перешкод до того, щоб збільшити її потужність до розмірів складу».

Систему бездротової передачі електроенергії розробив ще у 1890-х роках відомий вчений Нікола Тесла, проте масового поширення винахід не набув. Сьогоднішні системи передачі струму без проводів працюють переважно на вкрай обмежених просторах.

Метод, названий квазістатичним порожнинним резонансом (quasistatic cavity resonance, QSCR), полягає у подачі струму в стіни, підлогу та стелю приміщення. Вони, у свою чергу, генерують магнітні поля, які впливають на приєднаний до пристрою, що заряджається, приймач, що містить котушку. Вироблена таким чином електроенергія передається батареї, попередньо пройшовши через конденсатори, що виключають вплив інших полів.

Випробування показали, що таким чином через звичайну електричну мережу можна передавати до 1,9 кіловат потужності. Цієї енергії вистачає для того, щоб одночасно заряджати до 320 смартфонів. Причому, за словами вчених, така технологія не дорога і може легко налагодити її комерційний випуск.

Випробування проходили у спеціально створеній із алюмінієвих конструкцій кімнаті розміром 5 на 5 метрів. Семпл підкреслив, що у майбутньому наявність металевих стін може бути не обов'язковою. Ви можете використовувати струмопровідні панелі або спеціальну фарбу.

Розробники запевняють, що їхній спосіб передачі енергії повітрям не становить жодної загрози для здоров'я людини та будь-яких інших живих істот. Їхня безпека забезпечується за рахунок дискретних конденсаторів, які виконують роль ізолятора для потенційно небезпечних електричних полів. опубліковано

Це проста схема, яка може забезпечити енергією електролампочки без будь-яких проводів, на відстані майже 2,5 см! Ця схема діє і як підвищує перетворювач напруги, і як бездротовий передавач електроенергії та приймач. Її дуже просто зробити і, якщо вдосконалити, можна використовувати різними способами. Отже, почнемо!

Крок 1. Необхідні матеріали та інструменти.

1. NPN транзистор. Я використовував 2N3904, але можна використовувати будь-який транзистор NPN, наприклад, ВС337, BC547 і т.д. (Будь-який PNP транзистор буде працювати, тільки дотримуйтесь полярності з'єднань.)
2. Обмотковий або ізольований провід. Близько 3-4 метрів дроту має бути достатньо (проводи обмотувальні, просто мідні дроти з дуже тонкою емалевою ізоляцією). Підійдуть дроти від більшості електронних пристроїв, таких як трансформатори, колонки, електродвигуни, реле і т.д.
3. Резистор із опором 1 ком. Цей резистор використовуватиметься для захисту транзистора від перегорання у разі перевантаження або перегріву. Ви можете використовувати вищі значення опору до 4-5 кОм. Можна не використовувати резистор, але існує ризик більш швидкого розряду батареї.
4. Світлодіод. Я використав світлодіод діаметром 2 мм ультра яскравий білий. Ви можете використовувати будь-який світлодіод. Фактично призначення світлодіода тут – лише показувати працездатність схеми.
5. Батарея розміру АА напругою 1,5 Вольт. (Не використовуйте батареї високої напруги, якщо не хочете пошкодити транзистор.)

Необхідні інструменти:

1) Ножиці чи ніж.

2) Паяльник (необов'язково). Якщо у вас немає паяльника, можна просто зробити скручування дротів. Я робив це, коли я не мав паяльника. Якщо ви хочете спробувати схему без паяння, це тільки вітається.

3) Запальничка (необов'язково). Ми будемо використовувати запальничку, щоб спалити ізоляцію на дроті, а потім використовуємо ножиці, або ніж, щоб зіскребти залишки ізоляції.

Крок 2: Подивіться відео, щоб дізнатися, як це зробити

Крок 3: Короткий повтор усіх кроків.

Отже, перш за все ви повинні взяти дроти і зробити котушку, намотавши 30 витків навколо круглого циліндричного об'єкта. Назвемо цю котушку А. З тим самим круглим предметом починаємо робити другу котушку. Після намотування 15 витка створити відгалуження у вигляді петлі з дроту і потім намотайте на котушку ще 15 оборотів. Так що тепер у вас є котушка з двома кінцями та одним відгалуженням. Назвемо цю котушку В. Зв'яжіть вузли на кінцях проводів, щоб вони не розкручувалися самі по собі. Обпікніть ізоляцію на кінцях проводів та на відгалуженні на обох котушках. Також ви можете використовувати ножиці або ножі для зняття ізоляції. Переконайтеся, що діаметри та кількість витків обох котушок рівні!

Створіть передавач: Візьміть транзистор і помістіть його так, щоб пласка сторона була звернена вгору і звернена до Вас. Контакт зліва буде приєднано до випромінювача, середній буде базовим, а контакт праворуч буде приєднано до колектора. Візьміть резистор і підключіть один із його кінців до базового контакту транзистора. Візьміть інший кінець резистора і з'єднайте його з одним із кінців (не з відгалуженням) котушки B. Візьміть інший кінець котушки B і підключіть його до колектора транзистора. Якщо хочете, можете підключити невеликий шматок дроту до емітера транзистора (Вона буде працювати як розширення Емітента.)

Налаштуйте приймач. Щоб створити приймач, візьміть котушку А та приєднайте її кінці до різних контактів світлодіоду.

Ви зібрали схему!

Крок 4: Принципова схема.

Тут бачимо принципову схему нашого з'єднання. Якщо ви не знаєте якихось позначень на схемі, не хвилюйтесь. У наведених нижче зображеннях все показано.

Крок 5. Креслення з'єднань схеми.

Тут ми бачимо пояснювальне креслення з'єднань нашого ланцюга.

Крок 6. Використання схеми.

Просто візьміть відгалуження котушки B і приєднайте його до позитивного кінця батареї. Підключіть негативний полюс батареї до емітера транзистора. Тепер, якщо ви наближаєте котушку зі світлодіодом до котушки B, світлодіод спалахує!

Крок 7. Як це пояснюється з наукового погляду?

(Я просто спробую пояснити науку цього явища простими словами та аналогіями, і я знаю, що можу помилитися. Для того, щоб правильно пояснити це явище, мені доведеться заглиблюватись у всі подробиці, що я не в змозі зробити, тому я просто хочу провести спільні аналогії пояснення схеми).

Схема передавача, який ми тільки-но створили це схема Осцилятора. Ви, можливо, чули про так звану схему Злодій джоулів, так от вона має вражаючу схожість з ланцюгом, який ми створили. Схема Злодій Джоулей приймає електроенергію від батареї напругою 1,5 Вольт, виводить електроенергію з вищою напругою, але з тисячами інтервалів між ними. Світлодіод достатньо напруги 3 вольт, щоб спалахнути, але в даній схемі він цілком може спалахнути і з батареєю напругою 1,5 вольт. Так схема Злодій джоулів відома як підвищує напругу конвертер, а також як випромінювач. Схема, яку ми створили, також є випромінювачем і конвертером, що підвищує напругу. Але може виникнути питання: "Як запалити світлодіод на відстані?" Це відбувається через індукцію. І тому можна, наприклад, використовувати трансформатор. Стандартний трансформатор має осердя з обох своїх сторін. Припустимо, що провід кожної стороні трансформатора дорівнює за величиною. Коли електрострум проходить через одну котушку, котушки трансформатора стають електромагнітами. Якщо через котушку протікає змінний струм, то коливання напруги відбувається за синусоїдою. Тому, коли змінний струм протікає через котушку, дріт набуває властивостей електромагніту, а потім знову втрачає електромагнетизм, коли падає напруга. Моток дроту стає електромагнітом, а потім втрачає свої електромагнітні характеристики з такою ж швидкістю, як і магніт рухається з другої котушки. Коли ж магніт швидко рухається через котушку дроту, виробляється електроенергія, таким чином коливальна напруга однієї котушки на трансформаторі, що індукує електрику в іншій котушці дроту, і електрика передається від однієї котушки до іншої без дротів. У нашому ланцюзі, ядром котушки є повітря, і напруга змінного струму проходить через першу котушку, таким чином викликає напругу у другій котушці та запалює лампочки!!

Крок 8. Користь та поради щодо покращення.

Таким чином, у нашій схемі ми просто використали світлодіод, щоб показати ефект схеми. Але ми могли б зробити більше! Схема приймача отримує електрику від змінного струму, тому ми могли б використовувати її, щоб висвітлити люмінесцентні лампи! Також за допомогою нашої схеми можна робити цікаві фокуси, забавні подарунки та ін. Щоб максимізувати результати, ви можете поекспериментувати з діаметром котушок та кількістю обертів на котушках. Також Ви можете спробувати зробити котушки плоскими і подивитися, що вийде! Можливості безмежні!!

Крок 9. Причини, з яких схема може працювати.

З якими проблемами ви можете зіткнутися і як їх можна виправити:

1. Транзистор дуже сильно нагрівається!

Рішення: Ви використовували резистор із потрібними параметрами? Я не використав резистор уперше, і транзистор у мене задимився. Якщо це не допомагає, спробуйте використовувати термоусадку або використовуйте транзистор вищого класу.

1. Світлодіод не горить!

Рішення: Можливо дуже багато причин. Спочатку перевірте всі з'єднання. Я випадково змінив базу та колектор у своєму з'єднанні, і це стало великою проблемою для мене. Отже, перевірте усі зв'язки насамперед. Якщо у вас є такий пристрій, як мультиметр, можете використовувати його, щоб перевірити всі з'єднання. Також переконайтеся, що обидві котушки у вас одного і того ж діаметра. Перевірте, чи раптом у вашій мережі є коротке замикання.

Я не знаю про якісь ще проблеми. Але якщо ви таки з ними зіткнулися, дайте мені знати! Я намагатимусь допомогти, чим зможу. Крім того, я учень 9 класу школи та мої наукові пізнання вкрай обмежені, і тому, якщо ви виявите у мене помилки, повідомте мені про них. Пропозиції щодо покращення більш ніж вітається. Успіхів вам у вашому проекті!

Всім відомо, що Нікола Тесла є винахідником таких речей, що повсюдно використовуються, як змінний струм і трансформатор. Але далеко не всі вчені знайомі з іншими винаходами Тесли.

Ми використовуємо змінний струм. Ми використовуємо трансформатори. У будь-якій квартирі. Важко уявити як можна обходитися без цих винаходів. Але ЯК ми їх використовуємо? Тесла використовував ці відомі нам (як здається) речі зовсім інакше. Як ми підключаємо будь-який електроприлад до мережі? Виделкою - тобто. двома провідниками. Якщо ми підключимо лише один провідник, току не буде – ланцюг не замкнутий.

Тесла демонстрував ефект передачі потужності по одному провіднику. Більше того, в інших експериментах він передавав потужність взагалі без дротів. Великий винахідник зміг наприкінці XIX століття передати без проводів електричну енергію на відстань понад 40 кілометрів. Оскільки цей широко відомий експеримент Тесли досі не повторений, нашим читачам будуть цікаві подробиці цієї історії, а також сучасний стан проблеми передачі електричної енергії без проводів.

Біографія американського винахідника, серба за походженням, Миколи Тесли досить відома, і ми на ній зупинятись не будемо. Але відразу уточнимо: перш ніж продемонструвати свій унікальний експеримент, Тесла, спочатку у 1892 році в Лондоні, а через рік у Філадельфії, у присутності фахівців продемонстрував можливість передачі електричної енергії по одному дроту, не використовуючи при цьому заземлення другого полюса джерела енергії.

І тоді ж у нього виникла ідея використовувати як цей єдиний дроти... Землю! І цього ж року на з'їзді асоціації електричного освітлення в Сант-Льюїсі він продемонстрував електричні лампи, що горять без підводних проводів, і електромотор, що працює без підключення до електричної мережі. Цю незвичайну експозицію він прокоментував таким чином: «Кілька слів про ідею, яка постійно займає мої думки і стосується всіх нас. Я маю на увазі передачу сигналів, а також енергії на будь-яку відстань без проводів. Ми вже знаємо, що електричні коливання можуть передаватися єдиним провідником. Чому ж не скористатися з цією метою Землею? Якщо ми зможемо встановити період коливань електричного заряду Землі при його обуренні, пов'язаному з дією протилежно зарядженого ланцюга, це буде факт надзвичайної важливості, який послужить на благо всього людства».

Побачивши таку ефектну демонстрацію, такі відомі олігархи, як Дж. Вестінгауз і Дж. П. Морган, вклали у цю перспективну справу понад мільйон доларів, купивши у Тесли його патенти (величезні, до речі, на ті часи гроші!).На ці кошти наприкінці 90-х років ХІХ століття Тесла споруджує в Колорадо-Спрінгс свою унікальну лабораторію. Детальні відомості про експерименти в лабораторії Тесли викладено в книзі його біографа Джона О'Нейла «Електричний Прометей» (у нашій країні її переклад було опубліковано в журналі «Винахідник та раціоналізатор» №4-11 за 1979 рік). Наведемо тут лише коротку витримку з неї, щоб не посилатися на пізніші передруки: «У Колорадо-Спрінгс Тесла провів перші випробування бездротової передачі електроенергії. Він зміг живити струмом, що витягується із Землі під час роботи гігантського вібратора, 200 електричних лампочок розжарювання, розташованих на відстані 42 кіломета від його лабораторії.Потужність кожної становила 50 Вт, так що сумарна витрата енергії становила 10 кВт, або 13 к.с. Тесла був переконаний, що за допомогою потужнішого вібратора він зміг би запалити дюжину електричних гірлянд по 200 лампочок у кожній, розкиданих по всій земній кулі».

Самого Теслу настільки надихнули успіхи цих експериментів, що він заявив у широкій пресі, що має намір висвітлити Всесвітню промислову виставку в Парижі, яку передбачалося провести в 1903 році, енергією електростанції, розташованої на Ніагарському водоспаді і переданою до Парижа без проводів. Відомо за численними фотографіями та описами очевидців і помічників винахідника, що являв собою генератор енергії, що передається на 42 кілометри без проводів (правда, це суто журналістський термін: один провід, яким виступала Земля, в цьому ланцюгу присутній, і про це прямо говорять і сам Тесла, та його біограф).

Те, що Тесла називав вібратором, було гігантським трансформатором його системи, що мав первинну обмотку з кількох витків товстого дроту, намотаних на огорожі діаметром 25 метрів, і розміщену всередині неї багатовиткову одношарову вторинну обмотку на циліндрі з діелектрика. Первинна обмотка разом з конденсатором, індукційною котушкою та іскровим проміжком утворювала коливальний контур-перетворювач частоти. Над трансформатором, що розташовувався в центрі лабораторії, височіла дерев'яна вежа висотою 60 метрів, увінчана великою мідною кулею. Один кінець вторинної обмотки трансформатора з'єднувався з цією кулею, інший - заземлювався. Весь пристрій живився від окремої динаміки потужністю 300 к.с. У ньому збуджувалися електромагнітні коливання частотою 150 кілогерців (довжина хвилі 2000 метрів). Робоча напруга у високовольтному ланцюзі становила 30 000 В, а резонуючий потенціал кулі досягав 100 000 000 В, породжуючи штучні блискавки завдовжки десятки метрів! Ось як пояснює роботу вібратора Тесла його біограф: «По суті, Тесла «накачував» у Землю і витягував звідти потік електронів. Частота накачування становила 150 кГц. Поширюючись концентричними колами дедалі далі від Колорадо-Спрінгс, електричні хвилі сходилися потім у діаметрально протилежній точці Землі. Там здіймалися і опадали хвилі великої амплітуди в унісон із піднятими в Колорадо. Опадаючи, така хвиля посилала електричну луну назад у Колорадо, де електричний вібратор посилював хвилю, і вона мчала назад.

Якщо привести всю Землю в стан електричної вібрації, то в кожній точці поверхні ми будемо забезпечені енергією. Її можна буде вловлювати з простих пристроями, що кидаються між електричними полюсами хвиль, на кшталт коливальних контурів в радіоприймачах, тільки заземленими і забезпеченими невеликими антенами висотою з сільський котедж. Ця енергія обігріватиме будинки і освітлюватиме їх за допомогою трубчастих ламп Тесла, що не потребують проводів. Для електромоторів змінного струму знадобилися лише перетворювачі частоти».

Відомості про експерименти Тесла з передачі електроенергії без проводів надихнули та інших дослідників на роботи у цій галузі. Повідомлення про аналогічні експерименти часто з'являлися у пресі на початку минулого століття. Варто навести у зв'язку з цим витяг зі статті A.M. Горького «Бесіди про ремесло», опублікованій у 1930 році: «Цього року Марконі передав повітрям електрострум з Генуї до Австралії і запалив там електричні лампи на виставці в Сіднеї. Це було зроблено 27 років тому ми, у Росії, літератором і вченим М.М. Пилиповим, який кілька років працював над передачею електроструму повітрям і зрештою запалив з Петербурга люстру в Царському Селі ( тобто з відривом 27 кілометрів. -В.П.). Тоді на цей факт не було звернуто належної уваги, але Філіппова за кілька днів знайшли мертвим у своїй квартирі, а апарати та папери його конфіскувала поліція».

Експерименти Тесли справили велике враження і іншого літератора - Олексія Толстого, колишнього інженером з освіти. А коли Тесла, а потім і Марконі повідомили, що їхні апарати приймають дивні сигнали позаземного, мабуть, марсіанського походження, це надихнуло письменника на написання фантастичного роману «Аеліта». У романі марсіани користуються винаходом Тесли і без проводів передають енергію від розташованих на полюсах Марса електростанцій у будь-яку точку планети. Ця енергія приводить у дію двигуни літаючих суден та інші механізми. Однак побудувати свою «світову систему» ​​для забезпечення електроенергією населення земної кулі без використання дротів Тесле не вдалося.

Як тільки в 1900 році він почав зводити на острові Лонг-Айленд під Нью-Йорком науково-дослідну лабораторію-містечко на 2000 співробітників і величезну металеву вежу з гігантською мідною тарілкою на верхівці, схаменулися і «провідні» електричні олігархи: адже повсюдне впровадження системи загрожувало їм руйнуванням.

Вежа «Уорденкліф» (1902)

На мільярдера Дж.П. Моргана, який фінансував будівництво, був жорстокий тиск, у тому числі й від підкуплених конкурентами урядовців.(або було навпаки) Почалися перебої з постачанням обладнання, будівництво застопорилося, а коли Морган під цим тиском припинив фінансування, то й зовсім припинилося. На початку Першої світової війни, за навученням тих же конкурентів, уряд США розпорядився підірвати вже готову вежу під надуманим приводом, що її можуть використовувати з метою шпигунства.

А потім електротехніка пішла звичним шляхом.

Довгий час ніхто не міг повторити експерименти Тесли хоча б тому, що потрібно створити аналогічну за розмірами і потужністю установку. Але в тому, що Теслі вдалося знайти спосіб передачі електричної енергії на відстань без дротів, понад сто років тому ніхто не сумнівався. Авторитет Тесли, що мав рейтинг другого після Едісона винахідника, в усьому світі був досить високий, а його внесок у розвиток електротехніки змінного струму (на пік Едісону, який ратував за постійний струм) безсумнівний. При його експериментах було багато фахівців, не рахуючи преси, і ніхто ніколи не намагався викрити його в будь-яких фокусах або підтасовуванні фактів. Про високий авторитет Тесла свідчить і назва його ім'ям одиниці напруженості магнітного поля. Ось тільки висновок Тесли про те, що під час експерименту в Колорадо-Спрінгс енергія була передана на відстань 42 кілометри з к.п.д., що дорівнює близько 90%, надто оптимістичний. Нагадаємо, що загальна потужність запалених на відстані ламп становила 10 кВт, або 13 к.с., тоді як потужність динамо-машини, що живила вібратор, досягала 300 к.с. Тобто можна говорити про к.п.д. лише близько 4-5%, хоча і ця цифра вражаюча. Фізичне обґрунтування експериментів Тесла з бездротової передачі електроенергії досі хвилює багатьох фахівців.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml

Фахівці Массачусетського технологічного інституту зуміли змусити горіти лампу розжарювання, що знаходиться на відстані 2-х метрів від джерела енергії. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html

Бездротові зарядники від Intel odessabuy.com/news/item-402.html

"Аргументи та факти" №52, 2008 (24-30 грудня):
НАУКА - Електрика без дротів.Говорять, що американські вчені зуміли передати без проводів електроенергію потужністю 800 Вт.

З часів відкриття електрики людиною багато вчених намагаються вивчити дивовижне явище струмів і підвищити корисний коефіцієнт дії, проводячи численні досліди та винаходячи більш сучасні матеріали, що мають покращені властивості передачі енергії з нульовим опором. Найбільш перспективним напрямом у подібній науковій праці є бездротова передача електроенергії на великі відстані та з мінімальними витратами на транспортування. У цій статті розглянуто способи передачі енергії на відстань, а також види пристроїв для таких дій.

Бездротова передача енергії – це спосіб транспортування, при якому не використовуються провідники або мережі кабелів, а струм передається на значну відстань до споживача з максимальним коефіцієнтом корисної потужності по повітрю. Для цього застосовуються пристрої для генерації електрики, а також передавач, який накопичує в собі струм і розсіює його у всіх напрямках, а також приймач із приладом, що споживає. Приймач вловлює електромагнітні хвилі та поля і шляхом їхньої концентрації на короткій ділянці провідника передає енергію на лампу або будь-який інший прилад певної потужності.

Існує безліч способів для бездротової передачі електрики, які винаходилися в процесі вивчення струмів багатьма вченими, але найбільших результатів у практичному плані досяг Нікола Тесла. Він зумів виготовити передавач і приймач, які були віддалені один від одного на відстань 48 кілометрів. Але на той час не існувало технологій, які б змогли передати електрику на таку дистанцію з коефіцієнтом вище 50%. У зв'язку з цим учений висловлював велику перспективу задля передачі готової згенерованої енергії, а розвитку струму з магнітного поля землі та використання їх у побутових потребах. Транспортування подібної електрики мало здійснюватися бездротовим способом, шляхом передачі магнітними полями.

Способи бездротової передачі електрики

Більшість теоретиків і практиків, які вивчають роботу електричного струму, пропонували свої методи передачі на відстань без використання провідників. На початку подібних досліджень багато вчених намагалися запозичувати практику з принципу роботи радіоприймачів, які використовуються для передачі азбуки Морзе або короткохвильового радіо. Але такі технології не виправдали себе, оскільки розсіювання струму було занадто малим і не могло покрити великі відстані, до того ж транспортування електрики по радіохвилях було можливе тільки при роботі з малими потужностями, не здатними наводити чинності навіть найпростіший механізм.

В результаті експериментів було виявлено, що для передачі електрики без проводу найбільш прийнятні НВЧ хвилі, які мають більш стійку конфігурацію та напругу, а також при розсіюванні втрачають набагато менше енергії, ніж будь-який інший метод.

Вперше успішно застосувати цей спосіб зміг винахідник і конструктор Вільям Браун, який змоделював платформу, що літає, що складається з металевого майданчика з двигуном, потужністю близько 0,1 кінської сили. Платформа була виконана у вигляді приймаючої антени з сіткою, що уловлює НВЧ хвилі, які передавалися спеціально сконструйованим генератором. Через чотирнадцять років той же конструктор представив літальний апарат малої потужності, який приймав енергію від передавача на відстані 1,6 кілометра, струм передавався сконцентрованим пучком по НВЧ хвиль. На жаль, широкого поширення ця праця не набула, тому що на той момент не існувало технологій, які могли б забезпечити транспортування таким методом струму з високою напругою, хоча коефіцієнт корисної дії приймача і генератора дорівнював більше 80%.

1968 року американські вчені розробили проект, підкріплений науковою працею, в якому пропонувалося розміщення великих сонячних батарей на навколоземній орбіті. Приймачі енергії мали бути спрямовані на сонце, а їх основі розміщувалися накопичувачі струму. Після поглинання сонячної радіації та трансформації її у НВЧ або магнітні хвилі через спеціальний пристрій струм прямував на землю. Прийом мав здійснюватися спеціальною антеною великої площі, налаштованої певну хвилю і перетворюючої хвилі в постійний чи змінний струм. Така система була високо оцінена у багатьох країнах як перспективна альтернатива сучасним джерелам електрики.

Живлення електрокара бездротовим способом

Багато автовиробників, що працюють на електричному струмі, проводять розробки альтернативної підзарядки авто без його підключення до мережі. Великих успіхів у цій галузі досягла технологія зарядки транспорту від спеціального дорожнього полотна, коли машина приймала енергію від покриття, зарядженого магнітним полем або НВЧ хвилями. Але подібне підживлення було можливе лише за умови, коли відстань між дорогою та приймальним пристроєм була не більше 15 сантиметрів, що в сучасних умовах не завжди можна здійснити.

Ця система знаходиться на стадії розробок, тому можна припускати, що подібний тип передачі живлення без провідника ще отримає свій розвиток і, можливо, впроваджуватиметься в сучасну транспортну індустрію.

Сучасні розробки передачі енергії

У сучасних реаліях бездротова електрика знову стає актуальним напрямом вивчення та конструювання приладів. Існують найбільш перспективні шляхи розвитку бездротової передачі енергії, до яких належать:

1. Використання електрики в гірській місцевості, у випадках, коли немає можливості прокласти несучі кабелі до споживача. Незважаючи на вивченість питання електрики, на землі є місця, в яких немає електроенергії, і люди, які там проживають, не можуть користуватися таким благом цивілізації. Звичайно, часто там застосовуються автономні джерела живлення, такі як сонячні батареї чи генератори, але цей ресурс обмежений і не може заповнити потреби в повному обсязі;
2. Деякі виробники сучасної побутової техніки вже впроваджують у свою продукцію пристрої передачі енергії без проводів. Наприклад, на ринку пропонується спеціальний блок, який підключається до мережного живлення та шляхом перетворення постійного струму на НВЧ хвилі передає їх навколишнім приладам. Єдина умова використання даного приладу - це наявність у побутової техніки пристрою, що перетворює дані хвилі в постійний струм. У продажу є телевізори, які повністю працюють від бездротової енергії, що приймається від передавача;
3. У військових цілях, як правило, в оборонній сфері, існують розробки приладів зв'язку та інших допоміжних пристроїв.

Великий прорив у даній сфері технологій стався у 2014 році, коли група вчених розробила пристрій для генерації та прийому енергії на відстань без проводів, використовуючи при цьому систему лінз, розміщених між передавальною та приймальною котушками. Раніше вважалося, що передача струму без провідника можлива на дистанцію, що не перевищує розміру приладів, тому для транспортування електрики на велику відстань була потрібна величезна споруда. Але сучасні конструктори змінили принцип роботи даного пристрою та створили передавач, що спрямовує не НВЧ хвилі, а магнітні поля з низькими частотами. Електрони в даному випадку не втрачають потужність і передаються на відстань сконцентрованим пучком, до того ж споживання енергії можливе, не тільки підключившись до приймальної деталі, але просто перебуваючи в зоні дії полів.

1. Підзаряджання мобільних пристроїв без підключення до кабелю;
2. Здійснення живлення для безпілотних літальних апаратів – це напрямок, який матиме великий попит і в цивільній, і у військовій індустрії, оскільки подібні пристрої останнім часом стали часто використовуватися для різних цілей.

Сама процедура передачі даних на відстань без використання проводів якийсь час тому вважалася проривом у дослідженнях фізики та енергетики, зараз це вже нікого не дивує та стало доступним для будь-якої людини. Завдяки сучасному розвитку технологій та розробок, транспортування електроенергії таким методом стає реальністю і цілком може бути втілено в життя.

Відео

Відкритий Андре Марі Ампером у 1820 році закон взаємодії електричних струмів, започаткував подальший розвиток науки про електрику та магнетизм. Через 11 років, Майкл Фарадей експериментально встановив, що магнітне поле, що породжується електричним струмом, здатне індукувати електричний струм в іншому провіднику. Так було створено.

У 1864 році Джеймс Клерк Максвелл остаточно систематизував експериментальні дані Фарадея, надавши їм форму точних математичних рівнянь, завдяки яким була створена основа класичної електродинаміки, адже ці рівняння описували зв'язок електромагнітного поля з електричними струмами та зарядами, а наслідком цього мало бути існування електромагніт.

В 1888 Генріх Герц експериментально підтвердив існування електромагнітних хвиль, передбачених Максвеллом. Його іскровий передавач з переривником на основі котушки Румкорфа міг виробляти електромагнітні хвилі частотою до 0,5 гігагерц, які були прийняті кількома приймачами, налаштованими в резонанс з передавачем.

Приймачі могли розташовуватися з відривом до 3 метрів, і за виникненні іскри в передавачі, іскри виникали у приймачах. Так було проведено перші досліди з бездротової передачі електричної енергіїза допомогою електромагнітних хвиль.

У 1891 році, займаючись дослідженням змінних струмів високої напруги та високої частоти, приходить до висновку, що вкрай важливо для конкретних цілей підбирати як довжину хвилі, так і робочу напругу передавача, і зовсім не обов'язково робити частоту занадто високою.

Вчений зазначає, що нижня межа частот і напруг, при яких йому на той момент вдалося досягти найкращих результатів, - від 15000 до 20000 коливань за секунду при потенціалі від 20000 вольт. Тесла отримував струм високої частоти та високої напруги, застосовуючи коливальний розряд конденсатора (див. ). Він зазначив, що цей вид електричного передавача придатний як для виробництва світла, так і для передачі електроенергії для виробництва світла.

У період з 1891 по 1894 роки вчений багаторазово демонструє бездротову передачу, і світіння вакуумних трубок у високочастотному електростатичному полі, при цьому відзначаючи, що енергія електростатичного поля поглинається лампою, перетворюючись на світло, а енергія електромагнітного поля, що використовується для електромагнітної індукції результату, переважно відбивається, і лише мала її частка перетворюється на світло.

Навіть застосовуючи резонанс під час передачі за допомогою електромагнітної хвилі, значної кількості електричної енергії передати не вдасться, стверджував учений. Його метою у період роботи була передача саме великої кількості електричної енергії бездротовим способом.

Аж до 1897 року, паралельно з роботою Тесла, дослідження електромагнітних хвиль ведуть: Джагдіш Боше в Індії, Олександр Попов у Росії та Гульельмо Марконі в Італії.

Слідом за публічними лекціями Тесла, Джагдіш Боше виступає в листопаді 1894 року в Калькутті з демонстрацією бездротової передачі електрики, там він запалює порох, передавши електричну енергію на відстань.

Після Боше, а саме 25 квітня 1895 року Олександр Попов, використовуючи абетку Морзе, передав перше радіоповідомлення, і ця дата (7 травня за новим стилем) відзначається тепер щороку в Росії як «День Радіо».

1896 року Марконі, приїхавши до Великобританії, продемонстрував свій апарат, передавши за допомогою азбуки Морзе сигнал на відстань 1,5 кілометра з даху будівлі поштамту в Лондоні на іншу будівлю. Після цього він удосконалив свій винахід і зумів передати сигнал Солсберійською рівниною вже на відстань 3 кілометри.

Тесла в 1896 вдало передає і приймає сигнали на відстані між передавачем і приймачем приблизно в 48 кілометрів. Проте значної кількості електричної енергії передати на велику відстань поки що нікому з дослідників не вдалося.

Експериментуючи в Колорадо-Спрінгс, в 1899 Тесла напише: «Неспроможність методу індукції представляється величезною в порівнянні з методом збудження заряду землі і повітря». Це стане початком досліджень вченого, спрямованих на передачу електроенергії на значні відстані без використання дротів. У січні 1900 року Тесла зробить у своєму щоденнику запис про успішну передачу енергії на котушку, «винесену далеко в поле», від якої була запитана лампа.

А найграндіознішим успіхом вченого стане запуск 15 червня 1903 вежі Ворденкліфф на Лонг-Айленді, призначеної для передачі електричної енергії на значну відстань у великих кількостях без проводів. Заземлена вторинна обмотка резонансного трансформатора, увінчана мідним сферичним куполом, повинна була порушити заряд землі та шари повітря, що ведуть, щоб стати елементом великого резонансного ланцюга.

Так вченому вдалося запитати 200 ламп по 50 Ват на відстані близько 40 кілометрів від передавача. Однак, виходячи з економічної доцільності, фінансування проекту було припинено Морганом, який від початку вкладав гроші в проект з метою отримати бездротовий зв'язок, а передача безкоштовної енергії в промислових масштабах на відстань його, як бізнесмена, категорично не влаштовувала. 1917 року вежа, призначена для бездротової передачі електричної енергії, була зруйнована.

Вже набагато пізніше, у період з 1961 по 1964 роки, експерт у галузі НВЧ-електроніки Вільям Браун експериментував у США з трактами передачі енергії НВЧ-пучком.

У 1964 році їм було вперше випробувано пристрій (модель вертольота) здатне приймати та використовувати енергію НВЧ пучка у вигляді постійного струму, завдяки антеній решітці, що складається з напівхвильових диполів, кожен з яких навантажений на високоефективні діоди Шоттки. Вже до 1976 Вільям Браун здійснив передачу НВЧ-пучком потужності в 30 кВт на відстань в 1,6 км з ККД перевищує 80%.

У 2007 році дослідницька група Массачусетського технологічного інституту під керівництвом професора Марина Солячича зуміла передати бездротовим способом енергію на відстань 2 метри. Потужності, що передається, було достатньо для живлення 60 ватної лампочки.

В основі їх технології (названої) лежить явище електромагнітного резонансу. Передавач і приймач - це дві мідні котушки діаметром 60 см кожна, що резонують з однаковою частотою. Передавач підключений до джерела енергії, а приймач - лампи розжарювання. Контури настроєно на частоту 10 МГц. Приймач в даному випадку отримує тільки 40-45% електроенергії, що передається.

Приблизно в той же час схожу технологію бездротової передачі електроенергії продемонструвала компанія Intel.

У 2010 році Haier Group, китайський виробник побутової техніки, представила на загальний огляд на виставці CES 2010 свій унікальний продукт - повністю бездротовий LCD-телевізор, заснований на даній технології.