Transfer de energie fără fir. Noua tehnologie de transmisie wireless a energiei funcționează ca Wi-Fi. Folosind diferite cuptoare cu microunde

De la descoperirea electricității de către om, mulți oameni de știință au încercat să studieze fenomenul uimitor al curenților și să crească eficiența efectivă, efectuând numeroase experimente și inventând materiale mai moderne cu proprietăți îmbunătățite de transfer de energie cu rezistență zero. Cea mai promițătoare direcție într-o astfel de activitate științifică este transmiterea fără fir a electricității către distante lungi si cu costuri minime de transport. Acest articol discută metode de transmitere a energiei la distanță, precum și tipuri de dispozitive pentru astfel de acțiuni.

Transmisie fără fir energia este o metoda de transport in care nu se folosesc conductori sau retele de cabluri, iar curentul este transmis pe o distanta considerabila catre consumator cu un factor de putere maxim efectiv prin aer. Pentru aceasta se folosesc dispozitive pentru a genera energie electrică, precum și un transmițător care acumulează curent și îl disipează în toate direcțiile, precum și un receptor cu dispozitiv consumator. Receptorul preia undele și câmpurile electromagnetice și, concentrându-le pe o secțiune scurtă de conductor, transmite energie unei lămpi sau oricărui alt dispozitiv de o anumită putere.

Există multe metode de transmitere fără fir a electricității, care au fost inventate de mulți oameni de știință în procesul de studiere a curenților, dar Nikola Tesla a obținut cele mai mari rezultate în termeni practici. A reușit să realizeze un emițător și un receptor care erau despărțiți unul de celălalt pe o distanță de 48 de kilometri. Dar la acea vreme nu existau tehnologii care să poată transmite electricitate pe o asemenea distanță cu un coeficient de peste 50%. În acest sens, omul de știință și-a exprimat perspective mari nu pentru transferul de energie gata generată, ci pentru generarea de curent din câmpul magnetic al pământului și utilizarea acestuia pentru nevoile casnice. Transportul unei astfel de energie electrică trebuia efectuat fără fir, prin transmisie prin câmpuri magnetice.

Metode de transmitere fără fir a energiei electrice

Majoritatea teoreticienilor și practicienilor care studiază funcționarea curentului electric și-au propus propriile metode de transmitere a acestuia la distanță fără utilizarea conductorilor. La începutul unor astfel de cercetări, mulți oameni de știință au încercat să împrumute practici din principiul de funcționare a radiourilor care sunt folosite pentru a transmite codul Morse sau radioul cu unde scurte. Dar astfel de tehnologii nu s-au justificat, deoarece disiparea curentă era prea mică și nu putea acoperi distanțe lungi, în plus, transportul energiei electrice prin unde radio era posibil numai atunci când se lucra cu puteri mici, care nu erau capabile să conducă nici măcar cel mai simplu mecanism. .

În urma experimentelor, s-a dezvăluit că undele cu microunde sunt cele mai potrivite pentru transmiterea energiei electrice fără fir, deoarece au o configurație și o tensiune mai stabile și, de asemenea, pierd mult mai puțină energie atunci când sunt disipate decât orice altă metodă.

Pentru prima dată, inventatorul și designerul William Brown a reușit să aplice cu succes această metodă, care a modelat o platformă zburătoare formată dintr-o platformă metalică cu un motor cu o putere de aproximativ 0,1 cai putere. Platforma a fost realizată sub forma unei antene de recepție cu o rețea care capta undele de microunde, care erau transmise de un generator special conceput. Doar paisprezece ani mai târziu, același designer a prezentat o aeronavă de putere redusă care a primit energie de la un transmițător la o distanță de 1,6 kilometri, curentul fiind transmis într-un fascicul concentrat prin unde de microunde. Din păcate, această lucrare nu a fost utilizată pe scară largă, deoarece la acea vreme nu existau tehnologii care să poată asigura transportul curentului de înaltă tensiune prin această metodă, deși eficiența receptorului și a generatorului era mai mare de 80%.

În 1968, oamenii de știință americani au dezvoltat un proiect, susținut de lucrări științifice, care propunea amplasarea unor panouri solare mari pe orbita joasă a Pământului. Receptoarele de energie trebuiau îndreptate spre soare, iar la baza lor erau amplasate dispozitive de stocare a curentului. După ce a absorbit radiația solară și a transformat-o în microunde sau unde magnetice prin dispozitiv special curentul era îndreptat spre pământ. Recepția trebuia efectuată cu o antenă specială suprafata mare, reglat la o anumită undă și transformând undele în curent continuu sau alternativ. Acest sistem a fost foarte apreciat în multe țări ca o alternativă promițătoare sursele moderne electricitate.

Alimentarea unei mașini electrice fără fir

Mulți producători de mașini care funcționează pe curent electric dezvoltă o reîncărcare alternativă a mașinii fără a o conecta la rețea. Un mare succes în acest domeniu a fost obținut prin tehnologia de încărcare a vehiculelor de pe o suprafață specială a drumului, când mașina primește energie de pe suprafața încărcată. camp magnetic sau undele de microunde. Dar o astfel de reaprovizionare a fost posibilă numai dacă distanța dintre drum și dispozitivul de primire nu era mai mare de 15 centimetri, ceea ce este conditii moderne nu întotdeauna fezabil.

Acest sistem este în stadiu de dezvoltare, astfel încât se poate presupune că acest tip de transmisie de putere fără conductor va fi în continuare dezvoltat și, eventual, va fi introdus în industria modernă de transport.

Evoluții moderne în transportul de energie

ÎN realități moderne Electricitatea wireless devine din nou un domeniu relevant în studiul și proiectarea dispozitivelor. Există cele mai promițătoare modalități de a dezvolta transmisia de energie fără fir, care includ:

Utilizarea energiei electrice în zonele muntoase, în cazurile în care nu este posibilă pozarea cablurilor purtătoare către consumator. În ciuda studiului problemei energiei electrice, există locuri pe pământ unde nu există electricitate, iar oamenii care locuiesc acolo nu se pot bucura de un asemenea beneficiu al civilizației. Desigur, ele sunt adesea folosite acolo surse autonome alimente precum panouri solare sau generatoare, dar această resursă este limitată și nu poate satisface în totalitate nevoile;
Unii producători de aparate electrocasnice moderne introduc deja dispozitive pentru transferul de energie fără fir în produsele lor. De exemplu, piața oferă o unitate specială care se conectează la sursa de alimentareși prin conversia curentului continuu în unde de microunde, le transmite dispozitivelor din jur. Singura condiție pentru utilizarea acestui dispozitiv este ca aparatul de uz casnic să aibă un dispozitiv de recepție care transformă aceste unde în DC.. Există televizoare la vânzare care funcționează în întregime cu energie wireless primită de la un transmițător;
În scopuri militare, în cele mai multe cazuri în sectorul apărării, există dezvoltări de dispozitive de comunicații și alte dispozitive auxiliare.

O mare descoperire în acest domeniu al tehnologiei a avut loc în 2014, când un grup de oameni de știință a dezvoltat un dispozitiv pentru generarea și recepția de energie la distanță fără fir, folosind un sistem de lentile plasate între bobinele de transmisie și cele de recepție. Anterior, se credea că transmiterea curentului fără conductor este posibilă pe o distanță care nu depășește dimensiunea dispozitivelor, prin urmare, pentru a transporta electricitate prin distanta lunga era necesară o structură imensă. Dar designerii moderni au schimbat principiul de funcționare a acestui dispozitivși a creat un transmițător care nu trimite unde cu microunde, ci câmpuri magnetice cu frecvențe joase. În acest caz, electronii nu pierd putere și sunt transmisi pe o distanță într-un fascicul concentrat, în plus, consumul de energie este posibil nu numai prin conectarea la partea de recepție, ci și prin simpla situație în zona de acțiune a câmpului.

Pentru informația dumneavoastră. Primul dispozitiv care va primi energie fără fir, tehnologii plănuiesc să facă telefon mobil sau Tablet PC, dezvoltarea unui astfel de sistem este deja în curs.

Cele mai promițătoare direcții

Electricitate fără fir este studiat constant de mulți fizicieni, cei mai considerați direcții promițătoareîn acest domeniu, care includ:

Reîncarcă dispozitivele mobile fără a fi conectat la un cablu;
Efectuarea de alimentare cu energie pentru vehicule aeriene fără pilot aeronave- aceasta este o zonă care va fi la mare căutare atât în industria civilă, cât și în cea militară, deoarece astfel de dispozitive sunt În ultima vreme a început să fie folosit frecvent în diverse scopuri.

Însuși procedura de transmitere a datelor la distanță fără utilizarea firelor a fost considerată o descoperire în cercetarea în fizică și energie în urmă cu ceva timp, acum acest lucru nu mai surprinde pe nimeni și a devenit accesibil oricui. Mulțumită dezvoltare modernă tehnologiile și evoluțiile, transportul energiei electrice prin această metodă devine o realitate și poate fi adus la viață.

Video

Ecologia consumului Tehnologii: Oamenii de știință de la American Disney Research Laboratory au dezvoltat o metodă de încărcare fără fir care face ca firele și încărcătoarele să nu fie necesare.

Smartphone-urile de astăzi, tablete, laptopuri și altele dispozitive portabile au putere și performanță enormă. Dar pe lângă toate avantajele electronice mobile, ea are și partea din spate– nevoie constantă de reîncărcare prin fire. În ciuda întregii tehnologii noi a bateriei, această necesitate reduce confortul dispozitivelor și limitează mișcarea acestora.

Oamenii de știință de la Laboratorul american de cercetare Disney au găsit o soluție la această problemă. Ei au dezvoltat o metodă de încărcare fără fir care a făcut ca firele și încărcătoarele să nu fie necesare. Mai mult, metoda lor vă permite să încărcați simultan nu numai gadget-uri, ci și, de exemplu, aparate electrocasnice si iluminare.

„Metoda noastră inovatoare face electricitate la fel de omniprezent precum Wi-Fi-ul, spune unul dintre directorii de laborator și liderul acestuia specialist stiintific Eșantion Alanson. „Deschide calea unor dezvoltări ulterioare în robotică, limitată anterior de capacitatea bateriei. Până acum am demonstrat funcționarea instalației într-o încăpere mică, dar nu există obstacole în calea creșterii capacității acesteia la dimensiunea unui depozit.”

Un sistem de transmisie fără fir a energiei electrice a fost dezvoltat încă din anii 1890 de celebrul om de știință Nikola Tesla, dar invenția nu a primit distribuție în masă. Sistemele de transmisie fără fir de astăzi a energiei funcționează în principal în spații extrem de restrânse.

Metoda, numită rezonanță a cavității quasistatice (QSCR), implică aplicarea curentului pe pereții, podeaua și tavanul unei încăperi. Ele, la rândul lor, generează câmpuri magnetice care acționează asupra unui receptor care conține o bobină conectată la dispozitivul care se încarcă. Electricitatea generată în acest fel este transferată în baterie, trecând anterior prin condensatoare care exclud influența altor câmpuri.

Testele au arătat că în acest fel pot fi transmise până la 1,9 kilowați de putere printr-o rețea electrică obișnuită. Această energie este suficientă pentru a încărca simultan până la 320 de smartphone-uri. În plus, conform oamenilor de știință, o astfel de tehnologie nu este costisitoare și producția sa comercială poate fi ușor stabilită.

Testele au avut loc într-o încăpere special creată din structuri de aluminiu de 5 pe 5 metri. Sample a subliniat că pereții metalici ar putea să nu fie necesari în viitor. Se vor putea folosi panouri conductoare sau vopsea specială.

Dezvoltatorii susțin că metoda lor de transmitere a energiei prin aer nu reprezintă nicio amenințare pentru sănătatea umană sau pentru orice alte ființe vii. Siguranța acestora este asigurată de condensatoare discrete care acționează ca izolator pentru câmpurile electrice potențial periculoase. publicat

Aparate de uz casnic alimentate intangibil eliberate de fire electrice, aceasta nu este prima dată când a entuziasmat mintea inventatorilor. Dar acum experții au ajuns la punctul de a preda aspiratoare în serie, lămpi de podea, televizoare, mașini, implanturi, roboți mobili iar laptopurile primesc curent de la o sursă wireless în mod eficient și în siguranță.

Recent, o echipă de oameni de știință de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT), condusă de Marin Soljačic, a făcut un alt pas spre transformarea tehnologiei electrice fără fir dintr-un „truc” de laborator într-o tehnologie replicabilă. În mod destul de neașteptat, au descoperit un efect care le permite să crească eficiența transmisiei. Dar înainte de a vorbi despre noul experiment, merită să facem o digresiune.

În acest caz, un câmp magnetic apropiat este folosit ca purtător de energie, oscilând cu frecventa inalta câțiva megaherți. Pentru transfer, sunt necesare două bobine magnetice, configurate pentru aceeasi frecventa rezonanţă. Oamenii de știință compară transferul de energie dintre ei cu distrugerea unui sticla rezonantă atunci când „aude” un sunet cu o frecvență strict definită.

Idealizate (în această figură) bobine magnetice ( galben), înconjurate de câmpurile lor (roșu și albastru), își transferă energie unul altuia la o distanță D, de multe ori mai mare decât dimensiunea bobinelor în sine. Aceasta este ceea ce oamenii de știință numesc cuplare magnetică rezonantă (sau cuplare) - Resonant Magnetic Coupling (ilustrare de WiTricity).

Ca rezultat al interacțiunii bobinelor, se obține ceea ce a fost numit „electricitate fără fir” (WiTricity). Apropo, acest cuvânt este... marcă, care aparține corporației cu același nume, fondată de Soljachich și un număr de colegi de la MIT. Corporația arată că acest termen aplicabil numai tehnologiei sale și produselor create pe baza acesteia. Vă rugăm să nu folosiți „whitecity” ca sinonim pentru transmisia de energie fără fir în general.

De asemenea, inventatorii cer să nu confunde WiTricity cu transferul de energie prin intermediul undele electromagnetice: ei spun, noua metoda- „neemițătoare”.

Și încă câteva „nu” importante indicate de creatori. WiTricity nu este un analog al unui transformator cu înfășurări separate de câțiva metri (cel din urmă în acest caz nu mai funcționează). Aceasta nu este o periuță de dinți electrică îmbunătățită: deși poate fi încărcată fără contact electric, dar necesită totuși plasarea într-o „stație de andocare” pentru a aduce bobinele inductive de transmisie și recepție mai aproape de o distanță de un milimetru. „Whitecity” nu este un cuptor cu microunde care poate prăji un obiect viu, deoarece câmpul magnetic pulsatoriu care funcționează în sistemul WiTricity nu afectează o persoană. În cele din urmă, „Wireless Electricity” nu este nici măcar „misterioasa și teribilul” Turn Wardenclyffe al lui Tesla, cu care marele inventator a intenționat să demonstreze transmiterea energiei pe distanțe lungi.

Primul experiment de transfer de energie fără fir folosind metoda WiTricity la un bec de 60 de wați, la mai mult de doi metri distanță de sursă, a fost realizat de Marin și colegii săi în 2007. Eficiența a fost scăzută - aproximativ 40%, dar chiar și atunci inventatorii au indicat un avantaj tangibil al noului produs - siguranța.

Câmpul folosit în sistem este de 10 mii de ori mai slab decât ceea ce domnește în miezul scanerului de imagistică prin rezonanță magnetică. Deci nici organismele vii, nici implanturile medicale, nici stimulatoarele cardiace și alte echipamente sensibile de acest fel, nici electronicele de larg consum nu pot simți efectul acestui câmp.

Principalii autori ai WiTricity: Marin Soljacic (stânga), Aristeidis Karalis și John Joannopoulos. Pe dreapta: schema circuitului WiTricity. Bobina de transmisie (stânga) este conectată la priză. Recepție - conectat la consumator. Liniile de câmp magnetic ale primei bobine (culoare albastră) sunt capabile să se îndoaie în jurul obstacolelor conductoare relativ mici (și nu observă deloc lemn, țesătură, sticlă, beton sau o persoană), transferând cu succes energie (liniile galbene) către inel de primire (foto MIT / Donna Coveney, ilustrație de WiTricity).

Acum Soljachich și asociații săi au descoperit că eficiența sistemului WiTricity este influențată nu numai de dimensiunea, geometria și reglarea bobinelor, precum și de distanța dintre ele, ci și de numărul de consumatori. Paradoxal, la prima vedere, însă, două dispozitive de recepție amplasate la o distanță de 1,6 până la 2,7 metri de fiecare parte a „antenei” de transmisie au prezentat o eficiență cu 10% mai bună decât dacă comunicarea s-ar fi efectuat doar între o sursă și consumator, așa cum era cazul. în experimentele anterioare.

Mai mult, îmbunătățirea a fost observată indiferent de eficiență pentru perechile emițător-receptor separat. Oamenii de știință au sugerat că, odată cu adăugarea suplimentară de noi consumatori, eficiența va crește și mai mult, deși nu este încă pe deplin clar cât de mult. (Detaliile experimentului sunt dezvăluite în Scrisorile de fizică aplicată.)

Bobina de transmisie din noul experiment avea o suprafață de 1 metru patrat, iar camerele de recepție au doar 0,07 m 2 fiecare. Și acest lucru este, de asemenea, interesant: volumul „receptoarelor” din experimentele anterioare a pus sub semnul întrebării dorința producătorilor de echipamente de a-și echipa echipamentele cu astfel de sisteme - cu greu ați dori un laptop cu autoîncărcare, a cărui unitate WiTricity este comparabilă în dimensiunea computerului însuși.

Stânga: 1 – un circuit special convertește curentul alternativ obișnuit în curent de înaltă frecvență, alimentează o bobină de transmisie care creează un câmp magnetic oscilant. 2 – bobina de recepție din dispozitivul de consum trebuie să fie reglată la aceeași frecvență. 3 – legătura rezonantă dintre bobine transformă câmpul magnetic înapoi în curent electric, care alimentează becul.
Dreapta: Potrivit autorilor sistemului, o bobină din tavan poate furniza energie tuturor aparatelor și dispozitivelor din cameră - de la mai multe lămpi și un televizor la un laptop și DVD player (ilustrare WiTricity).

Dar principalul lucru este efectul de îmbunătățire a eficienței generale atunci când munca simultana cu mai mulți consumatori înseamnă undă verde pentru visul albastru al lui Soljačić - o casă plină cu o varietate de aparate care primesc energie de la „emițători neemițători” invizibili ascunși în tavanele sau pereții camerelor.

Sau poate nu numai în camere, ci și în garaj? Desigur, puteți încărca o mașină electrică în mod obișnuit. Dar frumusețea WiTricity este că nu trebuie să conectați nimic nicăieri sau chiar să vă amintiți despre asta - teoretic, mașina în sine poate fi învățată la sosirea în garaj (sau în parcarea companiei) să trimită o „cerere” către sistem. și reîncărcați bateria dintr-o bobină magnetică plasată în podea.

Apropo, în unele experimente, specialiștii WiTricity au crescut puterea de transmisie la trei kilowați (și, amintiți-vă, au început cu un bec de 60 de wați). Eficiența variază în funcție de un întreg set de parametri, însă, conform corporației, cu bobine suficient de apropiate poate depăși 95%.

Nu este greu de ghicit că o metodă promițătoare de transmitere a energiei electrice pe mai mulți metri fără fire și necesitatea de a viza un fel de „fasci de putere” ar trebui să fie de interes pentru o gamă largă de companii. Unii lucrează deja în această direcție pe cont propriu.

De exemplu, pornind de la principiile fundamentate și testate de Soljachich și colegii săi, Intel dezvoltă acum modificarea transmisiei de putere rezonantă - Wireless Resonant Energy Link (WREL). În 2008, compania a obținut rezultate strălucitoare în acest domeniu, demonstrând transmisie de curent „magnetic” cu o eficiență de 75%.

Una dintre instalațiile experimentale ale Intel WREL, care transferă fără fir puterea (împreună cu un semnal audio) de la un player MP3 la un difuzor mic (foto de pe gizmodo.com).

Sony își desfășoară acum propriile experimente, reproducând experimentele fizicienilor de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.

Cu toate acestea, Soljačić este încrezător că inovația sa nu se va pierde printre produsele colegilor săi concurenți. La urma urmei, pionierii tehnologiei au fost cei care au profitat la maximum de ea și sunt pregătiți pentru studiul și îmbunătățirea ei aprofundate. De exemplu, instalarea chiar și a unei perechi de bobine nu este atât de simplă pe cât pare la o privire superficială. Omul de știință a efectuat experimente în laborator timp de câțiva ani la rând înainte de a construi un sistem care funcționează cu adevărat fiabil.

Exemplu demonstrativ de recepție cu ecran LCD alimentare electrică prin primul prototip al trusei de uz casnic WiTricity. Bobina de transmisie se află pe podea, bobina de recepție este pe masă (foto WiTricity).

„Wireless Electricity”, conform autorilor săi, a fost inițial destinat să fie un produs OEM. Prin urmare, în viitor ne putem aștepta la apariția acestei tehnologii în produsele altor companii.

Și un balon de probă către potențialii consumatori a fost deja lansat. În ianuarie, la Las Vegas la CES 2010 companie chineză Haier a prezentat primul televizor HDTV complet wireless din lume. Nu doar semnalul video de la player a fost transmis pe ecranul acestuia prin aer (pentru care a fost folosit standardul Wireless Home Digital Interface, care s-a născut oficial cu doar o lună mai devreme), ci și sursa de alimentare. Acesta din urmă a fost furnizat tocmai de tehnologia WiTricity.

Compania lui Soljachich negociază, de asemenea, cu producătorii de mobilă pentru a instala bobine în mese și pereții dulapurilor. Primul anunț al unui produs în serie de la un partener WiTricity este așteptat până la sfârșitul anului 2010.

În general, experții prevăd apariția unor adevărate bestselleruri pe piață - produse noi cu un receptor WiTricity încorporat. Mai mult, nimeni nu poate spune încă cu încredere ce fel de lucruri vor fi.

Haier este unul dintre cei mai mari producători din lume electronice de consum. Nu este surprinzător faptul că inginerii săi au devenit interesați de posibilitatea combinării celor mai noi tehnologii pentru transmiterea fără fir a unui semnal HDTV și a sursei de alimentare fără fir și chiar au reușit să fie primii care arăta un astfel de dispozitiv în acțiune (fotografii engadget.com, gizmodo). .com).

Interesant este că povestea lui WiTricity a început cu câțiva ani în urmă cu o serie de treziri nefericite pentru Marin. De mai multe ori pe parcursul unei luni, a fost trezit de sunetul unui telefon mort care i-a cerut să „mănânce”. Un om de știință care a uitat să-și conecteze telefonul mobil la priză la timp a fost surprins: nu e amuzant că telefonul este situat la câțiva metri de reteaua electrica, dar nu poate primi această energie. După ce s-a trezit din nou la trei dimineața, Soljachich s-a gândit: ar fi grozav dacă telefonul s-ar putea ocupa singur de încărcare.

Rețineți că nu vorbim imediat despre o nouă versiune de „covorașe” pentru încărcarea dispozitivelor de buzunar. Astfel de sisteme funcționează numai dacă dispozitivul este așezat direct pe „covoraș”, iar pentru oamenii uituci acest lucru nu este mai bun decât a trebui să conectați pur și simplu firul la o priză. Nu, telefonul trebuia să primească electricitate oriunde în cameră, sau chiar în apartament și nu conta dacă îl aruncați pe masă, canapea sau pervaz.

Aici, inducția electromagnetică obișnuită, razele cu microunde direcționate și laserele cu infraroșu „prevăzute” nu erau potrivite. Marin a început să caute alte opțiuni. Cu greu s-ar fi putut gândi atunci că după ceva timp un telefon bip și „fometat” l-ar duce la crearea propriei companii și la apariția unei tehnologii capabile să „facă titluri” și, mai important, de interes pentru partenerii industriali.

Să adăugăm că directorul executiv al corporației, Eric Giler, a vorbit odată în detaliu despre principiile, istoria și viitorul WiTricity.

De mulți ani, oamenii de știință se luptă cu problema minimizării costurilor electrice. Mânca căi diferiteși propuneri, dar totuși, cea mai cunoscută teorie este transmisia fără fir a electricității. Ne propunem să luăm în considerare modul în care se realizează, cine este inventatorul său și de ce nu a fost încă implementat.

Teorie

Electricitatea fără fir este literalmente transmisie energie electrica fără fire. Oamenii compară adesea transmisia fără fir a energiei electrice cu transmiterea de informații, cum ar fi radioul, Celulare, sau Acces Wi-Fiîn internet. Principala diferență este că transmisia radio sau cu microunde este o tehnologie care vizează restabilirea și transportul informațiilor, și nu energia care a fost cheltuită inițial pentru transmisie.

Electricitatea wireless este relativ zona noua tehnologie, dar în curs de dezvoltare destul de dinamic. Acum sunt dezvoltate metode pentru a transmite eficient și în siguranță energie pe o distanță fără întrerupere.

Cum funcționează electricitatea wireless?

Lucrarea principală se bazează în special pe magnetism și electromagnetism, așa cum este cazul radiodifuziunii. Încărcător fără fir, de asemenea cunoscut ca si încărcare inductivă, bazat pe mai multe principii simple lucru, în special tehnologia necesită două bobine. Un emițător și un receptor, care împreună generează un câmp magnetic alternativ de curent nedirect. Acest câmp provoacă, la rândul său, o tensiune în bobina receptorului; poate fi folosit pentru alimentatie dispozitiv mobil sau încărcarea bateriei.

Dacă trimiteți curent electric printr-un fir, se creează un câmp magnetic circular în jurul cablului. În ciuda faptului că câmpul magnetic afectează atât bucla, cât și bobina, acesta este cel mai pronunțat pe cablu. Când luăm o a doua bobină de sârmă care nu primește niciun curent electric care trece prin ea și un loc în care plasăm o bobină în câmpul magnetic al primei bobine, curentul electric din prima bobină va fi transmis prin câmpul magnetic. iar prin a doua bobină, creând un cuplaj inductiv.

Ca exemplu, să luăm electric periuta de dinti. În el, încărcătorul este conectat la o priză, care trimite curent electric către firul răsucit din interior încărcător, creând un câmp magnetic. Există o a doua bobină în interiorul periuței de dinți, când curentul începe să curgă și, datorită MF format, peria începe să se încarce fără a fi conectată direct la o sursă de alimentare de 220 V.

Poveste

Transmisia fără fir de energie ca alternativă de transmisie și distribuție linii electrice, a fost pentru prima dată propus și demonstrat de Nikola Tesla. În 1899, Tesla a prezentat transmisia wireless pentru a alimenta câmpul lampă fluorescentă, situat la douăzeci și cinci de mile de o sursă de alimentare fără a folosi fire. Dar la acea vreme, era mai ieftin să cablați 25 de mile de sârmă de cupru decât să construiești generatoarele speciale de energie pe care le necesita expertiza Tesla. Nu i s-a acordat niciodată un brevet, iar invenția a rămas în adâncurile științei.

În timp ce Tesla a fost prima persoană care a demonstrat posibilitățile practice comunicații fără fir in 1899, astazi sunt foarte putine dispozitive la vanzare, acestea sunt perii wireless, casti, incarcatoare de telefoane etc.

Tehnologia wireless

Transferul de energie fără fir implică transferul de energie electrică sau putere pe o distanță fără fire. Astfel, tehnologia de bază se află pe conceptele de electricitate, magnetism și electromagnetism.

Magnetism

Este o forță fundamentală a naturii care provoacă anumite tipuri materialele se atrag sau se resping reciproc. Singurii magneți permanenți sunt polii Pământului. Curentul de curgere din circuit generează câmpuri magnetice care diferă de câmpurile magnetice oscilante în viteza și timpul necesar pentru a genera curent alternativ(AC). Forțele care apar în acest caz sunt prezentate în diagrama de mai jos.

Așa apare magnetismul

Electromagnetismul este interdependența câmpurilor electrice și magnetice alternative.

Inductie magnetica

Dacă bucla conductivă este conectată la o sursă de curent alternativ, va genera un câmp magnetic oscilant în și în jurul buclei. Dacă al doilea circuit conductor este suficient de aproape, acesta va capta o parte din acest câmp magnetic oscilant, care la rândul său generează sau induce un curent electric în a doua bobină.

Video: cum are loc transmisia wireless a electricității

Așa se întâmplă transmisie electrica putere de la un ciclu sau bobină la alta, care este cunoscută sub numele de inducție magnetică. Exemple ale acestui fenomen sunt folosite la transformatoarele și generatoarele electrice. Acest concept se bazează pe legile lui Faraday ale inducției electromagnetice. Acolo, el afirmă că atunci când există o schimbare a fluxului magnetic care se conectează la bobină EMF indusă în bobină, atunci valoarea este egală cu produsul dintre numărul de spire ale bobinei și viteza de schimbare a fluxului.

Cuplaj de putere

Această componentă este necesară atunci când un dispozitiv nu poate transmite energie către alt dispozitiv.

Cuplarea magnetică este generată atunci când câmpul magnetic al unui obiect este capabil să inducă un curent electric către alte dispozitive din raza sa.

Se spune că două dispozitive sunt cuplate inductiv reciproc sau cuplate magnetic atunci când sunt aranjate astfel încât o schimbare a curentului, deoarece un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir prin intermediul inducției electromagnetice. Acest lucru se datorează inductanței reciproce

Tehnologie

Principiul cuplajului inductiv

Două dispozitive cuplate reciproc inductiv sau cuplate magnetic sunt proiectate astfel încât schimbarea curentului atunci când un fir induce o tensiune la capetele celuilalt fir să fie produsă prin inducție electromagnetică. Acest lucru se datorează inductanței reciproce.
Cuplajul inductiv este preferat datorită capacității sale de a funcționa fără fir, precum și rezistenței sale la șocuri.

Cuplarea inductivă rezonantă este o combinație de cuplare inductivă și rezonanță. Folosind conceptul de rezonanță, puteți face ca două obiecte să funcționeze în funcție de semnalele celuilalt.

După cum se poate vedea din diagrama de mai sus, rezonanța este asigurată de inductanța bobinei. Condensatorul este conectat în paralel cu înfășurarea. Energia se va mișca înainte și înapoi între câmpul magnetic din jurul bobinei și câmp electricîn jurul condensatorului. Aici, pierderile de radiații vor fi minime.

Există, de asemenea, conceptul de comunicare ionizată wireless.

Poate fi și implementat, dar necesită puțin efort. mai mult efort. Această tehnică există deja în natură, dar nu este fezabilă implementarea ei, deoarece necesită un câmp magnetic ridicat, de la 2,11 M/m. A fost dezvoltat de genialul om de știință Richard Walras, dezvoltatorul unui generator de vortex care trimite și transmite energie termică pe distanțe mari, în special cu ajutorul unor colectoare speciali. Cel mai simplu exemplu de astfel de conexiune este fulgerul.

Avantaje și dezavantaje

Desigur, această invenție are avantajele și dezavantajele ei față de metodele cu fir. Vă invităm să le luați în considerare.

Avantajele includ:

Absența totală a firelor;
Nu sunt necesare surse de alimentare;
Este eliminată necesitatea unei baterii;
Energia este transferată mai eficient;
Necesită mult mai puțină întreținere.

Dezavantajele includ următoarele:

Distanța este limitată;
câmpurile magnetice nu sunt atât de sigure pentru oameni;
transmiterea fără fir a energiei electrice folosind microunde sau alte teorii este practic imposibilă acasă și cu propriile mâini;
cost ridicat de instalare.

Principiul de funcționare în sine este arătat clar într-un simplu meşteşuguri, in care LED-ul se poate aprinde wireless la o distanta de 2 cm de sursa de energie. Circuitul, care acționează ca un convertor de tensiune crescător, precum și ca transmițător și receptor fără fir de energie electrică, poate fi îmbunătățit și implementat în multe proiecte ale creierului.

Pasul 1: Vom avea nevoie

tranzistor NPN- Am luat 2N3904, dar puteți folosi orice tranzistor NPN (337, BC547, etc.), tranzistor PNP va funcționa și, doar asigurați-vă că respectați polaritatea conexiunilor.
înfășurare sau fir izolat - aproximativ 3-4 metri (firele pot fi „obținute” de la multe dispozitive, transformatoare, difuzoare, motoare, relee etc.)
Rezistor de 1 kOhm - va fi folosit pentru a proteja tranzistorul de ardere în caz de suprasarcină, puteți folosi și rezistențe de până la 5 kOhm, puteți chiar să o faceți fără rezistor, dar apoi bateria se va descărca mai repede.
LED - orice va face, principalul lucru este să urmați diagrama.
Baterie de 1,5V - nu folosiți baterii cu o tensiune mai mare pentru a nu deteriora tranzistorul.
foarfece sau cuțit.
fier de lipit (optional).
brichetă (opțional) pentru îndepărtarea izolației de pe fire.

Pasul 2: Urmăriți videoclipul procesului

Pasul 3: Rezumarea videoclipului

Deci, pe un obiect cilindric înfășurăm o bobină de 30 de spire, aceasta va fi bobina A. În continuare bobinăm o a doua bobină de același diametru, dar în același timp înfășurăm mai întâi 15 spire și facem un robinet, apoi încă 15. se rotește, aceasta este bobina B. Asigurăm bobinele împotriva derulării cu oricare într-un mod adecvat, de exemplu, facem pur și simplu noduri din cablurile bobinei. Punct important: pentru buna functionare a acestuia meşteşuguri Diametrele ambelor bobine și numărul de spire trebuie să fie aceleași.

Curățăm cablurile ambelor bobine și trecem la lipirea circuitului. Ne decidem asupra emițătorului, bazei și colectorului tranzistorului nostru și lipim o rezistență la bază. Lipim cealaltă bornă a rezistenței la borna liberă a bobinei B, nu la borna de la robinet. Lipiți cel de-al doilea terminal liber al bobinei B, din nou nu un robinet, la colector.

Pentru comoditate, puteți lipi o mică bucată de sârmă la emițător, acest lucru va ușura conectarea bateriei.

Circuitul receptor este ușor de asamblat: lipiți un LED la bornele bobinei A. ȘI trucul creierului gata!

Pasul 4: Diagrama circuitului

Pasul 5: Desen vizual

Pasul 6: Testare

A aduce produse de casăÎntr-o stare de funcționare, conectăm ieșirea bobinei B la „plus” al bateriei, iar „minus” la emițătorul tranzistorului. Apoi aducem bobinele paralele între ele și dioda se aprinde!

Pasul 7: Explicație

Lasă-mă să explic puțin cum funcționează totul.

Emițătorul din nostru meşteşuguri Acesta este circuitul oscilator. Este posibil să fi auzit de „Circuitul de furt Joule”, care este izbitor de similar cu circuitul transmițătorului nostru. În „Circuitul de furt Joule”, electricitatea de la o baterie de 1,5 V este convertită într-o tensiune mai mare, dar în impulsuri. LED-ul necesită 3V, dar datorită „circuitului de furt de Joule” strălucește frumos de la 1,5V.

„Circuitul de furt de Joule” este cunoscut sub numele de convertor și oscilator, circuitul creat de noi este și un oscilator și convertor. Și energia este furnizată LED-ului prin inducție care are loc în bobine, ceea ce poate fi explicat în exemplu de creier un transformator obișnuit.

Să presupunem că transformatorul are două bobine identice. Apoi, pe măsură ce electricitatea trece printr-o bobină, aceasta devine un magnet, a doua bobină intră în câmpul magnetic al primei și, ca urmare, curentul începe să curgă prin ea. Dacă tensiunea din prima bobină este alternativă, prin urmare, impulsurile își pierde proprietățile magnetice, ceea ce înseamnă că a doua bobină impulsează în câmpul magnetic al primei, adică se formează o tensiune alternativă în a doua bobină.

În a noastră de casă Bobina emițător creează un câmp magnetic în care intră bobina receptor, conectată la un LED, care transformă energia primită în lumină!

Trimis trucul creierului convertește energia primită în lumină, dar poate fi folosită în moduri mai diverse. De asemenea, puteți aplica principiile acestui lucru produse de casă pentru a crea trucuri de magie, cadouri distractive sau proiecte științifice. Dacă variați diametrele și numărul de spire ale bobinelor, puteți obține valori maxime, sau puteți modifica forma bobinelor etc., posibilitățile sunt nelimitate!

Pasul 9: Depanarea

Când creați acest lucru produse de casă posibil următoarele probleme:
Tranzistorul devine prea fierbinte - verificați valoarea rezistorului, poate fi necesar să fie mărită. Nu am folosit o rezistență la început, iar tranzistorul s-a ars. Sau, opțional, folosiți un radiator pentru tranzistor, sau poate un alt tranzistor, cu o valoare a câștigului mai mare.
LED-ul nu se aprinde - pot fi multe motive. Verificați calitatea conexiunii, dacă baza și colectorul sunt lipite corect, asigurați-vă că bobinele sunt de diametru egal, dacă scurt circuitîn lanț.

Experimentul de inducție de astăzi s-a încheiat, vă mulțumesc pentru atenție și mult succes în creativitate!