Bezkontakta elektrība. Elektrības bezvadu pārraide: vēsture, tehnoloģija, aprīkojums

Kopš cilvēks atklāja elektrību, daudzi zinātnieki ir mēģinājuši izpētīt pārsteidzošo strāvu fenomenu un palielināt noderīgo darbības koeficientu, veicot daudzus eksperimentus un izgudrojot modernākus materiālus, kuriem ir uzlabotas īpašības enerģijas pārvadīšanai ar nulles pretestību. Visdaudzsološākais virziens šādā zinātniskajā darbā ir elektroenerģijas bezvadu pārraide lielos attālumos un ar minimālām transportēšanas izmaksām. Šajā rakstā ir apskatīti veidi, kā pārnest enerģiju no attāluma, kā arī ierīču veidi šādām darbībām.

Bezvadu jaudas pārraide ir transportēšanas metode, kurā netiek izmantoti nekādi vadītāji vai kabeļu tīkli, un strāva tiek pārraidīta ievērojamā attālumā patērētājam ar maksimālo efektīvo jaudas koeficientu pa gaisu. Lai to izdarītu, tiek izmantotas ierīces elektroenerģijas ražošanai, kā arī raidītājs, kas sevī akumulē strāvu un izkliedē to visos virzienos, kā arī uztvērējs ar patērētāja ierīci. Uztvērējs uztver elektromagnētiskos viļņus un laukus un, koncentrējot tos uz īsu vadītāja posmu, pārraida enerģiju lampai vai jebkurai citai noteiktas jaudas ierīcei.

Elektroenerģijas bezvadu pārraidei ir daudz veidu, ko strāvu izpētes procesā izgudroja daudzi zinātnieki, taču Nikola Tesla sasniedza vislielākos rezultātus praktiski. Viņam izdevās izveidot raidītāju un uztvērēju, kurus viens no otra šķīra 48 kilometru attālums. Bet tajā laikā nebija tehnoloģiju, kas varētu pārraidīt elektroenerģiju tādā attālumā ar koeficientu, kas lielāks par 50%. Šajā sakarā zinātnieks izteica lielu perspektīvu nevis jau gatavas saražotās enerģijas nodošanai, bet gan strāvas ģenerēšanai no zemes magnētiskā lauka un izmantošanai sadzīves vajadzībām. Šādas elektroenerģijas transportēšana bija jāveic bezvadu režīmā, pārraidot caur magnētiskajiem laukiem.

Elektroenerģijas bezvadu pārraides metodes

Lielākā daļa teorētiķu un praktiķu, kas pēta elektriskās strāvas darbību, ir ierosinājuši savas metodes tās pārraidīšanai no attāluma, neizmantojot vadītājus. Šādu pētījumu sākumā daudzi zinātnieki mēģināja aizgūt praksi no radiouztvērēju darbības principa, ko izmanto Morzes ābeces jeb īsviļņu radio pārraidīšanai. Taču šādas tehnoloģijas sevi neattaisnoja, jo strāvas izkliede bija pārāk maza un nevarēja nobraukt lielus attālumus, turklāt elektrības transportēšana pa radioviļņiem bija iespējama tikai strādājot ar mazām jaudām, kas nespēj vadīt pat visvienkāršāko mehānismu.

Eksperimentu rezultātā tika noskaidrots, ka elektrības pārvadīšanai bez vada vispiemērotākie ir mikroviļņi, kuriem ir stabilāka konfigurācija un spriegums, kā arī tie izkliedēšanas laikā zaudē daudz mazāk enerģijas nekā jebkura cita metode.

Pirmo reizi šo metodi veiksmīgi pielietoja izgudrotājs un dizaineris Viljams Brauns, kurš modelēja lidojošu platformu, kas sastāv no metāla platformas ar dzinēju ar jaudu aptuveni 0,1 zirgspēku. Platforma tika izgatavota uztverošas antenas veidā ar režģi, kas uztver mikroviļņu viļņus, kurus pārraidīja īpaši izstrādāts ģenerators. Jau pēc četrpadsmit gadiem tas pats dizainers prezentēja mazjaudas lidmašīnu, kas saņēma enerģiju no raidītāja 1,6 kilometru attālumā, strāva tika pārraidīta koncentrētā starā caur mikroviļņu viļņiem. Diemžēl šis darbs netika plaši izmantots, jo tajā laikā nebija tehnoloģiju, kas varētu nodrošināt augstsprieguma strāvas transportēšanu ar šo metodi, lai gan uztvērēja un ģeneratora efektivitāte bija vairāk nekā 80%.

1968. gadā amerikāņu zinātnieki izstrādāja projektu, ko atbalstīja zinātnisks darbs, kurā tika ierosināts novietot lielus saules blokus zemā Zemes orbītā. Enerģijas uztvērējiem bija jābūt vērstiem pret sauli, un to pamatnē tika novietotas strāvas uzglabāšanas ierīces. Pēc saules starojuma absorbēšanas un pārveidošanas mikroviļņu vai magnētiskajos viļņos strāva caur īpašu ierīci tika virzīta uz zemi. Uztveršana bija jāveic ar īpašu liela laukuma antenu, kas noregulēta uz noteiktu viļņu un pārvērš viļņus līdzstrāvā vai maiņstrāvā. Šāda sistēma daudzās valstīs ir augstu novērtēta kā daudzsološa alternatīva mūsdienu elektroenerģijas avotiem.

Elektromobiļa barošana bezvadu režīmā

Daudzi ar elektrisko strāvu darbināmu automašīnu ražotāji izstrādā alternatīvu automašīnas uzlādi, nepievienojot to tīklam. Lielus panākumus šajā jomā guvusi transportlīdzekļu uzlādes tehnoloģija no īpaša ceļa seguma, kad automašīna saņēma enerģiju no pārklājuma, kas uzlādēts ar magnētisko lauku vai mikroviļņu viļņiem. Bet šāda uzlāde bija iespējama tikai tad, ja attālums starp ceļu un uztveršanas ierīci nebija lielāks par 15 centimetriem, kas mūsdienu apstākļos ne vienmēr ir iespējams.

Šī sistēma ir izstrādes stadijā, tāpēc var pieņemt, ka šāda veida spēka pārvade bez vadītāja vēl tiks izstrādāta un, iespējams, tiks ieviesta mūsdienu transporta nozarē.

Mūsdienīgie elektroenerģijas pārvades uzlabojumi

Mūsdienu realitātē bezvadu elektrība atkal kļūst par svarīgu virzienu ierīču izpētē un projektēšanā. Ir daudzsološākie veidi, kā attīstīt bezvadu enerģijas pārraidi, tostarp:

1. Elektrības izmantošana kalnu apvidos gadījumos, kad nav iespējams pievilkt nesējkabeļus pie patērētāja. Neskatoties uz elektrības jautājuma izpēti, uz zemes ir vietas, kur nav elektrības, un tur dzīvojošie nevar baudīt šādu civilizācijas svētību. Protams, tur bieži tiek izmantoti autonomi enerģijas avoti, piemēram, saules paneļi vai ģeneratori, taču šis resurss ir ierobežots un nespēj pilnībā apmierināt vajadzības;
2. Daži mūsdienu sadzīves tehnikas ražotāji savos produktos jau ievieš ierīces enerģijas pārvadīšanai bez vadiem. Piemēram, tirgū tiek piedāvāta speciāla iekārta, kas pieslēgta elektrotīklam un, pārvēršot līdzstrāvu mikroviļņu viļņos, pārraida tos uz apkārtējām ierīcēm. Vienīgais nosacījums šīs ierīces lietošanai ir tāds, ka sadzīves tehnikai ir uztvērēja ierīce, kas šos viļņus pārvērš līdzstrāvā. Tirgū ir televizori, kurus pilnībā darbina no raidītāja saņemtā bezvadu enerģija;
3. Militāros nolūkos vairumā gadījumu aizsardzības sektorā tiek izstrādātas sakaru ierīces un citas palīgierīces.

Liels izrāviens šajā tehnoloģiju jomā notika 2014. gadā, kad zinātnieku grupa izstrādāja ierīci enerģijas ģenerēšanai un saņemšanai no attāluma bez vadiem, izmantojot lēcu sistēmu, kas novietota starp raidīšanas un uztveršanas spoli. Iepriekš tika uzskatīts, ka strāvas pārvade bez vadītāja ir iespējama attālumā, kas nepārsniedz ierīču izmērus, tāpēc elektrības transportēšanai lielā attālumā bija nepieciešama milzīga konstrukcija. Bet mūsdienu dizaineri ir mainījuši šīs ierīces darbības principu un radījuši raidītāju, kas virza nevis mikroviļņu viļņus, bet gan magnētiskos laukus ar zemām frekvencēm. Šajā gadījumā elektroni nezaudē jaudu un tiek pārraidīti lielā attālumā koncentrētā starā, turklāt enerģijas patēriņš ir iespējams ne tikai pieslēdzoties uztverošajai daļai, bet arī vienkārši atrodoties lauku zonā.

1. Mobilo ierīču uzlāde bez savienojuma ar kabeli;
2. Bezpilota lidaparātu jaudas ieviešana ir virziens, kas būs ļoti pieprasīts gan civilajā, gan militārajā rūpniecībā, jo šādas ierīces pēdējā laikā bieži tiek izmantotas dažādiem mērķiem.

Pati procedūra datu pārraidīšanai attālumā, neizmantojot vadus pirms kāda laika tika uzskatīta par izrāvienu fizikas un enerģētikas pētniecībā, tagad tā vairs nevienu nepārsteidz un kļuvusi pieejama jebkuram cilvēkam. Pateicoties mūsdienu tehnoloģiju attīstībai un attīstībai, elektroenerģijas transportēšana ar šo metodi kļūst par realitāti un var tikt ieviesta.

Video

Elektrības bezvadu pārraide

Elektrības bezvadu pārraide- metode elektriskās enerģijas pārvadīšanai, neizmantojot vadošus elementus elektriskā ķēdē. Līdz gadam ir bijuši veiksmīgi eksperimenti ar enerģijas pārvadi ar jaudu desmitiem kilovatu mikroviļņu diapazonā ar aptuveni 40% efektivitāti - 1975. gadā Goldstounā, Kalifornijā un 1997. gadā Grandbasinā Reinjonas salā (diapazons no kilometra, pētījumi ciemata elektroapgādes jomā bez kabeļa tīkla ievilkšanas). Šādas pārraides tehnoloģiskie principi ietver induktīvo (nelielos attālumos un salīdzinoši mazās jaudas), rezonanses (izmanto bezkontakta viedkartēs un RFID mikroshēmās) un virziena elektromagnētisko relatīvi lielos attālumos un jaudās (diapazonā no ultravioletā līdz mikroviļņiem).

Bezvadu enerģijas pārraides vēsture

• 1820 : André Marie Ampère atklāja likumu (vēlāk nosaukts atklājēja vārdā, Ampēra likums), kas parāda, ka elektriskā strāva rada magnētisko lauku.
• 1831 Stāsts: Maikls Faradejs atklāja indukcijas likumu, svarīgu elektromagnētisma pamatlikumu.
• 1862 : Carlo Matteuchi bija pirmais, kurš veica eksperimentus par elektriskās indukcijas pārraidi un uztveršanu plakanas spirālveida spoles.
• 1864 : Džeimss Maksvels visus iepriekšējos novērojumus, eksperimentus un vienādojumus elektrībā, magnētismā un optikā sistematizēja saskaņotā teorijā un stingrā matemātiskā elektromagnētiskā lauka uzvedības aprakstā.
• 1888 : Heinrihs Hercs apstiprināja elektromagnētiskā lauka esamību. " Aparāti elektromagnētiskā lauka ģenerēšanai» Hertz bija mikroviļņu vai UHF dzirksteles "radioviļņu" raidītājs.
• 1891 : Nikola Tesla savā patentā Nr. 454.622, "Elektriskā apgaismojuma sistēma".
• 1893 : Tesla demonstrē bezvadu dienasgaismas apgaismojumu projektā, kas paredzēts Kolumbijas pasaules izstādei Čikāgā.
• 1894 : Tesla iededzina kvēlspuldzi bezvadu režīmā Fifth Avenue laboratorijā un vēlāk Hjūstonas ielas laboratorijā Ņujorkā, izmantojot "elektrodinamisko indukciju", t.i., ar bezvadu rezonanses savstarpēju indukciju.
• 1894 : Jagdish Chandra Bose attālināti aizdedzina šaujampulveri un sit pa zvanu, izmantojot elektromagnētiskos viļņus, parādot, ka sakaru signālus var nosūtīt bezvadu režīmā.
• 1895 : A. S. Popovs demonstrēja viņa izgudroto radio uztvērēju Krievijas Fizikāli ķīmiskās biedrības Fizikas nodaļas sēdē 25. aprīlī (7. maijā)
• 1895 : Bosche pārraida signālu aptuveni vienas jūdzes attālumā.
• 1896 : Guglielmo Markoni piesakās radio izgudrošanai 1896. gada 2. jūnijā.
• 1896 A: Tesla pārraida signālu aptuveni 48 kilometru attālumā.
• 1897 : Guglielmo Marconi pārraida īsziņu Morzes ābecē aptuveni 6 km attālumā, izmantojot radio raidītāju.
• 1897 : Tesla iesniedz pirmo no saviem bezvadu pārraides patentiem.
• 1899 : Kolorādospringsā Tesla raksta: “Indukcijas metodes neveiksme šķiet milzīga, salīdzinot ar zemes un gaisa lādiņa ierosmes metode».
• 1900 : Guglielmo Markoni nespēja iegūt patentu radio izgudrojumam ASV.
• 1901 : Markoni pārraida signālu pāri Atlantijas okeānam, izmantojot Tesla aparātu.
• 1902 : Tesla pret Reginaldu Fesendenu: ASV patenta Nr. 21.701 "Signālu pārraides sistēma (bezvadu). Kvēlspuldžu selektīva ieslēgšana, elektroniskās loģikas elementi kopumā.
• 1904 : Sentluisas pasaules izstādē tiek piedāvāta balva par veiksmīgu mēģinājumu vadīt 0,1 ZS dirižabļa dzinēju. (75 W) no jaudas, kas tiek pārraidīta attālināti attālumos, kas ir mazāki par 30 m.
• 1917 : Wardenclyffe tornis, ko Nikola Tesla uzcēla, lai veiktu lielas jaudas bezvadu pārraides eksperimentus, tiek iznīcināts.
• 1926 : Shintaro Uda un Hidetsugu Yagi publicē pirmo rakstu " par augsta pastiprinājuma vadāmu virziena saiti”, labi pazīstama kā "Yagi-Uda antena" vai "viļņu kanāla" antena.
• 1961 : Viljams Brauns publicē rakstu par enerģijas pārneses iespēju caur mikroviļņiem.
• 1964 : Viljams Brauns un Valters Kroniks demonstrē kanālā CBS ziņas helikoptera modelis, kas visu nepieciešamo enerģiju saņem no mikroviļņu stara.
• 1968 : Pīters Glasers ierosina saules enerģijas bezvadu pārraidi no kosmosa, izmantojot "Power Beam" tehnoloģiju. Šis tiek uzskatīts par pirmo orbitālās enerģijas sistēmas aprakstu.
• 1973 : Pasaulē pirmā pasīvā RFID sistēma, kas demonstrēta Los Alamos Nacionālajā laboratorijā.
• 1975 : Goldstone Deep Space Communications Complex eksperimentē ar desmitiem kilovatu jaudas pārvadi.
• 2007 : Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta profesora Marina Soljačiha vadītā pētnieku grupa 2 m attālumā bezvadu režīmā pārraidīja jaudu, kas ir pietiekama, lai iedegtu 60 W spuldzi ar 60 W efektivitāti. 40%, izmantojot divas spoles ar diametru 60 cm.
• 2008 : Bombardier piedāvā jaunu bezvadu pārraides produktu PRIMOVE, jaudīgu sistēmu tramvaju un vieglo dzelzceļu vajadzībām.
• 2008 : Intel atkārto Nikola Teslas 1894. gadā un Džona Brauna grupas eksperimentus 1988. gadā par bezvadu enerģijas pārvadi, lai iedegtu efektīvas kvēlspuldzes. 75%.
• 2009 : Ieinteresēto uzņēmumu konsorcijs ar nosaukumu Wireless Power Consortium ir paziņojis, ka drīzumā tiks pabeigts jauns mazjaudas indukcijas lādētāju nozares standarts.
• 2009 : tiek ieviests rūpnieciskais lukturītis, kas var droši darboties un uzlādēties bez kontakta atmosfērā, kas piesātināta ar uzliesmojošu gāzi. Šo produktu izstrādāja Norvēģijas uzņēmums Wireless Power & Communication.
• 2009 : Haier Group iepazīstināja ar pasaulē pirmo pilnībā bezvadu LCD televizoru, pamatojoties uz profesora Marin Soljacic pētījumu par bezvadu enerģijas pārraidi un bezvadu mājas digitālo saskarni (WHDI).

Tehnoloģija (ultraskaņas metode)

Pensilvānijas universitātes studentu izgudrojums. Pirmo reizi instalācija plašākai sabiedrībai tika prezentēta The All Things Digital (D9) 2011. gadā. Tāpat kā citās bezvadu pārraides metodēs, tiek izmantots uztvērējs un raidītājs. Raidītājs izstaro ultraskaņu, uztvērējs savukārt dzirdamo pārvērš elektrībā. Prezentācijas laikā pārraides attālums sasniedz 7-10 metrus, ir nepieciešama tieša uztvērēja un raidītāja redzamības līnija. No zināmajiem raksturlielumiem - pārraidītais spriegums sasniedz 8 voltus, bet iegūtais strāvas stiprums netiek ziņots. Izmantotās ultraskaņas frekvences neietekmē cilvēkus. Nav arī pierādījumu par negatīvu ietekmi uz dzīvniekiem.

Elektromagnētiskās indukcijas metode

Elektromagnētiskās indukcijas bezvadu pārraides tehnikā tiek izmantots gandrīz elektromagnētiskais lauks attālumā, kas ir aptuveni viena sestā daļa no viļņa garuma. Pati tuvā lauka enerģija nav izstarojoša, taču daži starojuma zudumi tomēr rodas. Turklāt, kā likums, ir arī pretestības zudumi. Elektrodinamiskās indukcijas dēļ mainīga elektriskā strāva, kas plūst caur primāro tinumu, rada mainīgu magnētisko lauku, kas iedarbojas uz sekundāro tinumu, inducējot tajā elektrisko strāvu. Lai sasniegtu augstu efektivitāti, mijiedarbībai jābūt pietiekami ciešai. Sekundārajam tinumam attālinoties no primārā, arvien vairāk magnētiskā lauka nesasniedz sekundāro tinumu. Pat salīdzinoši nelielos attālumos induktīvā sakabe kļūst ārkārtīgi neefektīva, izšķērdējot lielu daļu pārraidītās enerģijas.

Elektriskais transformators ir vienkāršākā ierīce bezvadu strāvas pārvadei. Transformatora primārie un sekundārie tinumi nav tieši savienoti. Enerģijas pārnešana tiek veikta, izmantojot procesu, kas pazīstams kā savstarpēja indukcija. Transformatora galvenā funkcija ir palielināt vai samazināt primāro spriegumu. Bezkontakta lādētāji mobilajiem tālruņiem un elektriskajām zobu birstēm ir elektrodinamiskās indukcijas principa izmantošanas piemēri. Šo metodi izmanto arī indukcijas plītis. Galvenais bezvadu pārraides metodes trūkums ir tās ārkārtīgi mazais darbības rādiuss. Uztvērējam ir jāatrodas tiešā raidītāja tuvumā, lai ar to varētu efektīvi sazināties.

Rezonanses izmantošana nedaudz palielina pārraides diapazonu. Ar rezonanses indukciju raidītājs un uztvērējs ir noregulēti uz vienu un to pašu frekvenci. Veiktspēju var vēl vairāk uzlabot, mainot piedziņas strāvas viļņu formu no sinusoidālām uz nesinusoidālām pārejošām viļņu formām. Impulsu enerģijas pārnešana notiek vairākos ciklos. Tādējādi ievērojamu jaudu var pārnest starp divām savstarpēji noregulētām LC shēmām ar salīdzinoši zemu savienojuma koeficientu. Raidīšanas un uztveršanas spoles, kā likums, ir viena slāņa solenoīdi vai plakana spole ar kondensatoru komplektu, kas ļauj noregulēt uztverošo elementu raidītāja frekvencei.

Izplatīts rezonanses elektrodinamiskās indukcijas pielietojums ir akumulatoru uzlāde pārnēsājamās ierīcēs, piemēram, klēpjdatoros un mobilajos tālruņos, medicīniskajos implantos un elektriskajos transportlīdzekļos. Lokalizētajā uzlādes paņēmienā tiek izmantota piemērota raidīšanas spoles izvēle daudzslāņu tinumu bloka struktūrā. Rezonanse tiek izmantota gan bezvadu uzlādes paliktnī (raidīšanas cilpa), gan uztvērēja modulī (iebūvēts slodzē), lai nodrošinātu maksimālu jaudas pārsūtīšanas efektivitāti. Šis pārraides paņēmiens ir piemērots universāliem bezvadu uzlādes paliktņiem portatīvās elektronikas, piemēram, mobilo tālruņu, uzlādēšanai. Šī tehnika ir pieņemta kā daļa no Qi bezvadu uzlādes standarta.

Rezonanses elektrodinamisko indukciju izmanto arī, lai darbinātu bezakumulatora ierīces, piemēram, RFID tagus un bezkontakta viedkartes, kā arī lai pārsūtītu elektrisko enerģiju no primārā induktora uz spirālveida Tesla transformatora rezonatoru, kas ir arī bezvadu elektriskās enerģijas raidītājs.

elektrostatiskā indukcija

Maiņstrāvu var pārraidīt caur atmosfēras slāņiem, kuru atmosfēras spiediens ir mazāks par 135 mm Hg. Art. Strāva plūst ar elektrostatisko indukciju caur zemāku atmosfēru aptuveni 2–3 jūdzes virs jūras līmeņa un ar jonu plūsmu, tas ir, elektrisko vadību caur jonizētu reģionu, kas atrodas augstumā virs 5 km. Intensīvus vertikālos ultravioletā starojuma starus var izmantot, lai jonizētu atmosfēras gāzes tieši virs diviem paaugstinātajiem spailēm, kā rezultātā veidojas augstsprieguma plazmas elektropārvades līnijas, kas ved tieši uz vadošajiem atmosfēras slāņiem. Rezultātā starp diviem paaugstinātajiem spailēm veidojas elektriskās strāvas plūsma, kas pāriet uz troposfēru, caur to un atpakaļ uz otru termināli. Elektrovadītspēja caur atmosfēras slāņiem kļūst iespējama, pateicoties kapacitatīvās plazmas izlādei jonizētā atmosfērā.

Nikola Tesla atklāja, ka elektrību var pārraidīt gan caur zemi, gan caur atmosfēru. Pētījuma gaitā viņš panāca lampas aizdegšanos mērenos attālumos un fiksēja elektrības pārvadi lielos attālumos. Wardenclyffe Tower tika iecerēts kā transatlantiskās bezvadu telefonijas komerciāls projekts un kļuva par īstu demonstrāciju elektroenerģijas bezvadu pārraides iespējām globālā mērogā. Instalācija netika pabeigta nepietiekamā finansējuma dēļ.

Zeme ir dabisks vadītājs un veido vienu vadošu ķēdi. Atgriešanās cilpa tiek realizēta caur augšējo troposfēru un zemāko stratosfēru aptuveni 4,5 jūdzes (7,2 km) augstumā.

Globālu sistēmu elektrības pārvadīšanai bez vadiem, tā saukto "Worldwide Wireless System", kas balstīta uz augsto plazmas elektrisko vadītspēju un augsto zemes elektrisko vadītspēju, 1904. gada sākumā ierosināja Nikola Tesla, un tā varēja būt Tunguskas meteorīta cēlonis, kas radās "īssavienojuma" rezultātā starp uzlādētu atmosfēru un zemi.

Vispasaules bezvadu sistēma

Slavenā serbu izgudrotāja Nikola Teslas agrīnie eksperimenti attiecās uz parasto radioviļņu, tas ir, Herca viļņu, elektromagnētisko viļņu izplatīšanos kosmosā.

1919. gadā Nikola Tesla rakstīja: “Darbs pie bezvadu pārraides es it kā sāku 1893. gadā, bet faktiski iepriekšējos divus gadus es pavadīju, pētot un projektējot aparātus. Man jau pašā sākumā bija skaidrs, ka panākumus var gūt ar virkni radikālu lēmumu. Vispirms bija jāizveido augstfrekvences ģeneratori un elektriskie oscilatori. Viņu enerģija bija jāpārvērš efektīvos raidītājos un jāsaņem no attāluma ar atbilstošiem uztvērējiem. Šāda sistēma būtu efektīva, ja tiek izslēgta jebkāda ārēja iejaukšanās un tiek nodrošināta tās pilnīga ekskluzivitāte. Laika gaitā es tomēr sapratu, ka, lai šāda veida ierīces darbotos efektīvi, tās jākonstruē, ņemot vērā mūsu planētas fiziskās īpašības.

Viens no nosacījumiem pasaules mēroga bezvadu sistēmas izveidei ir rezonanses uztvērēju uzbūve. Iezemētu Tesla spoles spirālveida rezonatoru un paaugstinātu spaili var izmantot kā tādu. Tesla personīgi atkārtoti demonstrēja elektriskās enerģijas bezvadu pārraidi no pārraidītās uz uztverošo Tesla spoli. Tas kļuva par daļu no viņa bezvadu pārraides sistēmas (ASV patents Nr. 1 119 732, Apparatus for Transmitting Electrical Power, 1902. gada 18. janvāris). Tesla ierosināja uzstādīt vairāk nekā trīsdesmit uztveršanas un raidīšanas stacijas visā pasaulē. Šajā sistēmā uztveršanas spole darbojas kā pazeminošs transformators ar lielu izejas strāvu. Raidīšanas spoles parametri ir identiski uztveršanas spolei.

Tesla Worldwide Wireless System mērķis bija apvienot elektroenerģijas pārvadi ar apraidi un virziena bezvadu sakariem, kas likvidētu daudzas augstsprieguma elektropārvades līnijas un atvieglotu elektroenerģijas ražošanas iekārtu savstarpēju savienojumu globālā mērogā.

Skatīt arī

• enerģijas stars

Piezīmes

1. Džons Patriks Barets "Elektrība Kolumbijas izstādē". 1894, lpp. 168-169
2. Eksperimenti ar ļoti augstas frekvences maiņstrāvām un to pielietojums mākslīgā apgaismojuma metodēm, AIEE, Kolumbijas koledža, N.Y., 1891. gada 20. maijs
3. Eksperimenti ar augsta potenciāla un augstas frekvences alternatīvām strāvām, IEE adrese, Londona, 1892. gada februāris
4. Par gaismu un citām augstas frekvences parādībām, Franklina institūts, Filadelfija, 1893. gada februāris, un Nacionālā elektriskās gaismas asociācija, St. Luiss, 1893. gada marts
5. Jagdish Chandra Bose darbs: 100 gadu mm viļņu izpēte
6. Jagadish Čandra Bose
7. Nikola Tesla par savu darbu ar maiņstrāvu un to pielietojumu bezvadu telegrāfijā, telefonijā un enerģijas pārvadē, lpp. 26-29. (Angļu)
8. 1899. gada 5. jūnijs, Nikola Tesla Kolorādo pavasara piezīmes 1899-1900, Nolit, 1978 (angļu valodā)
9. Nikola Tesla: vadīti ieroči un datortehnoloģijas
10. Elektriķis(Londona), 1904 (angļu valodā)
11. Pagātnes skenēšana: elektrotehnikas vēsture no pagātnes, Hidetsugu Yagi
12. Spēka pārvades elementu apsekojums ar mikroviļņu staru, 1961. gadā IRE Int. Konf. Rec., 9. sēj., 3. daļa, 93.–105. lpp
13. IEEE mikroviļņu teorija un metodes, Bila Brauna izcilā karjera
14. Saules spēks: tās nākotne, Zinātne, sēj. 162, lpp. 957-961 (1968)
15. Saules enerģijas satelīta patents
16. RFID vēsture
17. Kosmosa saules enerģijas iniciatīva
18. Bezvadu enerģijas pārraide saules enerģijas satelītam (SPS) (otrais projekts, N. Shinohara), Kosmosa saules enerģijas darbnīca, Džordžijas Tehnoloģiju institūts
19. W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on September, 1984, v. 32 (9), lpp. 1230-1242 (angļu valodā)
20. Bezvadu jaudas pārsūtīšana, izmantojot spēcīgi savienotas magnētiskās rezonanses. Zinātne (2007. gada 7. jūnijs). Arhivēts,
    Ieguvis jaunu elektrības bezvadu pārraides metodi (rus.). MEMBRANA.RU (2007. gada 8. jūnijs). Arhivēts no oriģināla 2012. gada 29. februārī. Iegūts 2010. gada 6. septembrī.
21. Bombardier PRIMOVE tehnoloģija
22. Intel iedomājas bezvadu jaudu jūsu klēpjdatoram
23. bezvadu elektrības specifikācija tuvojas pabeigšanai
24. TX40 un CX40, Ex apstiprināts lukturītis un lādētājs
25. Haier bezvadu HDTV trūkst vadu, slaida profila (video) (angļu valodā),
    Bezvadu elektrība pārsteidza tās radītājus (krievu valodā). MEMBRANA.RU (2010. gada 16. februāris). Arhivēts no oriģināla 2012. gada 26. februārī. Iegūts 2010. gada 6. septembrī.
26. Ēriks Gilers demonstrē bezvadu elektrību | Video vietnē TED.com
27. "Nikola Tesla un Zemes diametrs: diskusija par vienu no daudzajiem Wardenclyffe torņa darbības režīmiem," K. L. Corum un J. F. Corum, Ph.D. 1996. gads
28. William Beaty, Yahoo Wireless Energy Transmission Tech Group ziņojums Nr. 787, atkārtoti izdrukāts sadaļā BEZVADU PĀRRAIDES TEORIJA.
29. Pagaidiet, Džeimss R., EM zemes viļņu izplatības senā un mūsdienu vēsture. IEEE antenu un izplatības žurnāls, sēj. 40, Nr. 5, 1998. gada oktobris.
30. ELEKTROENERĢIJAS PĀRRAIDES SISTĒMA, sept. 2, 1897, ASV Patents Nr. 645 576, marts 1900. gada 20. gads.

31. Šeit man jāsaka, ka tad, kad es iesniedzu 1897. gada 2. septembra pieteikumus par enerģijas pārvadi, kurā šī metode tika atklāta, man jau bija skaidrs, ka man nav vajadzīgi termināļi tik lielā augstumā, bet es nekad neesmu paziņojis neko, ko es nepierādīju virs sava paraksta. Tas ir iemesls, kāpēc neviens mans apgalvojums nekad nav bijis pretrunā, un es nedomāju, ka tas būs, jo ikreiz, kad es kaut ko publicēju, es vispirms izeju cauri eksperimentam, pēc tam no eksperimenta es aprēķināju, un, kad man ir teorija un prakse, es paziņoju rezultātus.

    Toreiz es biju pilnīgi pārliecināts, ka varēšu uzcelt komerciālu rūpnīcu, ja nevarēšu darīt neko citu kā tikai to, ko biju darījis savā laboratorijā Hjūstonstrītā; bet es jau biju aprēķinājis un atklājis, ka man nav vajadzīgi lieli augstumi, lai piemērotu šo metodi. Manā patentā teikts, ka es izjaucu atmosfēru terminālī vai tā tuvumā. Ja mana vadošā atmosfēra ir 2 vai 3 jūdzes virs iekārtas, es uzskatu, ka tas atrodas ļoti tuvu terminālim, salīdzinot ar attālumu no mana uztveršanas termināļa, kas var būt pāri Klusajam okeānam. Tas ir vienkārši izteiciens. . . .

32. Nikola Tesla par savu darbu ar maiņstrāvu un to pielietojumu bezvadu telegrāfijā, telefonijā un enerģijas pārvadē

Zinātnieki jau trešo gadsimtu pēta jautājumu par elektroenerģijas pārraidi bez vadiem. Pēdējā laikā jautājums nav zaudējis savu aktualitāti, bet, tieši otrādi, ir spēris soli uz priekšu, kas tikai priecē. Nolēmām vietnes lasītājiem detalizēti pastāstīt, kā no pirmsākumiem līdz mūsdienām attīstījusies elektrības bezvadu pārraide attālumos, kā arī kādas tehnoloģijas jau tiek praktizētas.

Attīstības vēsture

Elektroenerģijas pārraides attīstība bez vadiem no attāluma ir saistīta ar progresu radiotehnikas jomā, jo abi procesi ir vienādi. Izgudrojumi abās jomās saistīti ar elektromagnētiskās indukcijas metodes un tās ietekmes uz elektriskās strāvas ģenerēšanu izpēti.

1820. gadā p.m.ē. Ampērs atklāja strāvu mijiedarbības likumu, kas bija tāds, ka, ja divi cieši izvietoti vadītāji strāva plūst vienā virzienā, tad tie tiek piesaistīti viens otram, un, ja tie atrodas dažādos virzienos, tie atgrūž viens otru.

M. Faradejs 1831. gadā, veicot eksperimentus, konstatēja, ka mainīgs (laikā mainīgs lielums un virziens) magnētiskais lauks, ko rada elektriskās strāvas plūsma, inducē (inducē) strāvas tuvējos vadītājos. Tie. elektroenerģijas pārvade bez vadiem. Mēs to detalizēti apspriedām iepriekšējā rakstā.

Nu, 33 gadus vēlāk, 1864. gadā, Dž.K. Maksvels pārtulkoja Faradeja eksperimentālos datus matemātiskā formā, paša Maksvela vienādojumi ir būtiski elektrodinamikā. Tie apraksta, kā elektriskā strāva un elektromagnētiskais lauks ir saistīti.

Elektromagnētisko viļņu esamību 1888. gadā apstiprināja G. Hercs, veicot eksperimentus ar dzirksteļu raidītāju ar smalcinātāju uz Ruhmkorff spoles. Tādā veidā tika radīti EM viļņi ar frekvencēm līdz pusei gigahercu. Ir vērts atzīmēt, ka šos viļņus varētu uztvert vairāki uztvērēji, taču tie ir jānoregulē uz rezonansi ar raidītāju. Instalācijas diapazons bija aptuveni 3 metri. Kad raidītājā parādījās dzirkstele, tā pati dzirkstele parādījās uztvērējos. Faktiski šie ir pirmie eksperimenti elektroenerģijas pārvadē bez vadiem.

Dziļus pētījumus veica slavenais zinātnieks Nikola Tesla. 1891. gadā viņš pētīja augstsprieguma un frekvences maiņstrāvu. Rezultātā tika izdarīti šādi secinājumi:

Katram konkrētajam mērķim jums ir jāpielāgo instalācija atbilstošai frekvencei un spriegumam. Šajā gadījumā augsta frekvence nav priekšnoteikums. Labākie rezultāti tika sasniegti ar frekvenci 15-20 kHz un raidītāja spriegumu 20 kV. Lai iegūtu augstfrekvences strāvu un spriegumu, tika izmantota kondensatora svārstību izlāde. Tādējādi ir iespējams pārraidīt gan elektrību, gan ražot gaismu.

Zinātnieks savās runās un lekcijās demonstrēja lampu (vakuuma lampu) spīdumu augstfrekvences elektrostatiskā lauka ietekmē. Faktiski Tesla galvenie secinājumi bija tādi, ka pat rezonanses sistēmu izmantošanas gadījumā nevar pārraidīt daudz enerģijas, izmantojot elektromagnētisko viļņu.

Paralēli līdz 1897. gadam līdzīgos pētījumos nodarbojās vairāki zinātnieki: Jagdish Bose Indijā, Aleksandrs Popovs Krievijā un Guglielmo Markoni Itālijā.

Katrs no tiem veicināja bezvadu enerģijas pārraides attīstību:

1. J. Bose 1894. gadā aizdedzināja šaujampulveri, pārraidot elektrību tālumā bez vadiem. Viņš to izdarīja demonstrācijā Kalkutā.
2. A. Popovs 1895. gada 25. aprīlī (7. maijā), izmantojot Morzes ābeci, pārsūtīja pirmo ziņojumu. Krievijā šī diena, 7. maijs, joprojām ir Radio diena.
3. 1896. gadā G. Markoni Apvienotajā Karalistē arī raidīja radiosignālu (Morzes kodu) 1,5 km, vēlāk 3 km attālumā Solsberijas līdzenumā.

Ir vērts atzīmēt, ka Teslas darbi, kas savā laikā tika novērtēti par zemu un gadsimtiem ilgi zaudēti, parametru un iespēju ziņā pārspēja viņa laikabiedru darbus. Tajā pašā laikā, proti, 1896. gadā, viņa ierīces pārraidīja signālu lielos attālumos (48 km), diemžēl tas bija neliels elektroenerģijas daudzums.

Un līdz 1899. gadam Tesla nonāk pie secinājuma:

Šķiet, ka indukcijas metodes nekonsekvence ir milzīga salīdzinājumā ar zemes un gaisa lādiņa ierosināšanas metodi.

Šie secinājumi novedīs pie citiem pētījumiem, 1900. gadā viņam izdevās darbināt lampu no spoles uz lauka, un 1903. gadā tika palaists Wondercliff tornis Longailendā. Tas sastāvēja no transformatora ar iezemētu sekundāru, un tam virsū stāvēja vara sfērisks kupols. Ar tās palīdzību izrādījās, ka tas iededz 200 50 vatu lampas. Tajā pašā laikā raidītājs atradās 40 km attālumā no tā. Diemžēl šie pētījumi tika pārtraukti, finansējums tika pārtraukts, un bezmaksas elektroenerģijas pārvade bez vadiem uzņēmējiem nebija ekonomiski izdevīga. Tornis tika nopostīts 1917. gadā.

Mūsdienās

Bezvadu enerģijas pārraides tehnoloģijas ir guvušas lielus panākumus, galvenokārt datu pārraides jomā. Tātad ievērojamus panākumus ir guvuši radio sakari, bezvadu tehnoloģijas, piemēram, Bluetooth un Wi-Fi. Īpašu jauninājumu nebija, galvenokārt tika mainītas frekvences, signālu šifrēšanas metodes, signāla attēlojums pārgāja no analogā uz digitālo.

Runājot par elektroenerģijas pārvadi bez vadiem, lai darbinātu elektroiekārtas, ir vērts pieminēt, ka 2007. gadā Masačūsetsas institūta pētnieki pārraidīja enerģiju vairāk nekā 2 metrus un šādā veidā iededza 60 vatu spuldzi. Šo tehnoloģiju sauc par WiTricity, tās pamatā ir uztvērēja un raidītāja elektromagnētiskā rezonanse. Ir vērts atzīmēt, ka uztvērējs saņem aptuveni 40-45% no elektroenerģijas. Ierīces enerģijas pārvadīšanai caur magnētisko lauku vispārināta diagramma ir parādīta zemāk esošajā attēlā:

Video redzams piemērs šīs tehnoloģijas izmantošanai elektromobiļa uzlādei. Būtība ir tāda, ka elektromobiļa apakšā ir piestiprināts uztvērējs, bet garāžā vai citā vietā uz grīdas ir uzstādīts raidītājs.

Automašīna jānovieto tā, lai uztvērējs būtu virs raidītāja. Ierīce bez vadiem pārraida daudz elektroenerģijas – no 3,6 līdz 11 kW stundā.

Nākotnē uzņēmums apsver iespēju nodrošināt elektrību ar šādu tehnoloģiju un sadzīves tehniku, kā arī visu dzīvokli kopumā. 2010. gadā Haier iepazīstināja ar bezvadu televizoru, kas saņem strāvu, izmantojot līdzīgu tehnoloģiju, kā arī video signālu bez vadiem. Līdzīgu attīstību veic arī citi vadošie uzņēmumi, piemēram, Intel un Sony.

Ikdienā bezvadu jaudas pārraides tehnoloģijas ir plaši izplatītas, piemēram, viedtālruņa uzlādēšanai. Princips ir līdzīgs - ir raidītājs, ir uztvērējs, efektivitāte ir aptuveni 50%, t.i. lai uzlādētu ar strāvu 1A, raidītājs patērēs 2A. Parasti šādos komplektos raidītāju sauc par bāzi, bet daļu, kas savienojas ar tālruni, sauc par uztvērēju vai antenu.

Vēl viena niša ir elektroenerģijas bezvadu pārraide, izmantojot mikroviļņus vai lāzerus. Tas nodrošina lielāku diapazonu nekā magnētiskās indukcijas nodrošinātie parametri. Mikroviļņu metodē uz uztverošās ierīces tiek uzstādīta rectenna (nelineāra antena elektromagnētiskā viļņa pārveidošanai līdzstrāvā), un raidītājs virza savu starojumu šajā virzienā. Šajā bezvadu elektroenerģijas pārvades versijā nav nepieciešama objektu tieša redzamības līnija. Negatīvā puse ir tāda, ka mikroviļņu starojums nav drošs videi.

Nobeigumā vēlos atzīmēt, ka elektrības bezvadu pārraide noteikti ir ērta lietošanai ikdienā, taču tai ir savi plusi un mīnusi. Ja mēs runājam par šādu tehnoloģiju izmantošanu, lai uzlādētu sīkrīkus, tad priekšrocība ir tāda, ka jums nav pastāvīgi jāievieto un jāizņem spraudnis no viedtālruņa savienotāja, attiecīgi, savienotājs neizdosies. Mīnuss ir zemā efektivitāte, ja viedtālrunim enerģijas zudumi nav būtiski (vairāki vati), tad elektromobiļa bezvadu uzlādei tā ir ļoti liela problēma. Šīs tehnoloģijas galvenais attīstības mērķis ir paaugstināt instalācijas efektivitāti, jo uz plašās enerģijas taupīšanas sacensību fona zemas efektivitātes tehnoloģiju izmantošana ir ļoti apšaubāma.

Saistīts saturs:

Kad Apple iepazīstināja ar savu pirmo bezvadu lādētāju mobilajiem tālruņiem un sīkrīkiem, daudzi to uzskatīja par revolūciju un milzīgu lēcienu uz priekšu bezvadu enerģijas padevē.

Bet vai tie bija pionieri vai pat pirms viņiem, vai kādam izdevās kaut ko līdzīgu izdarīt, lai gan bez atbilstoša mārketinga un PR? Izrādās, ka bija, turklāt ļoti sen un tādu izgudrotāju bija daudz.

Tātad tālajā 1893. gadā slavenā Nikola Tesla izbrīnītai sabiedrībai demonstrēja dienasgaismas spuldžu mirdzumu. Neskatoties uz to, ka viņi visi bija bez vadiem.

Tagad jebkurš students var atkārtot šādu triku, izejot klajā laukā un stāvot ar dienasgaismas spuldzi zem augstsprieguma līnijas 220 kV un augstāk.

Nedaudz vēlāk Tesla jau paspēja iedegt fosfora kvēlspuldzi tādā pašā bezvadu veidā.

Krievijā 1895. gadā A. Popovs parādīja pasaulē pirmo radio uztvērēju, kas darbojas. Bet kopumā šī ir arī bezvadu enerģijas pārraide.

Vissvarīgākais jautājums un tajā pašā laikā visas bezvadu uzlādes tehnoloģijas un līdzīgu metožu problēma slēpjas divos punktos:

• cik tālu šādā veidā var pārvadīt elektrību

• un cik

Sākumā noskaidrosim, cik daudz jaudas ierīču un sadzīves tehnikas ir mums apkārt. Piemēram, tālrunim, viedpulkstenim vai planšetdatoram ir nepieciešama maksimālā jauda 10–12 W.

Klēpjdatoram ir vairāk pieprasījumu - 60-80W. To var salīdzināt ar vidējo kvēlspuldzi. Bet sadzīves tehnika, īpaši virtuves tehnika, jau patērē vairākus tūkstošus vatu.

Tāpēc ir ļoti svarīgi netaupīt uz virtuves vietu skaitu.

Tātad, kādas ir metodes un metodes elektroenerģijas pārvadei, neizmantojot kabeļus vai citus vadītājus, ko cilvēce ir izdomājusi gadu gaitā. Un pats galvenais, kāpēc tie vēl nav tik aktīvi ieviesti mūsu dzīvē, kā mēs vēlētos.

Paņemiet to pašu virtuves iekārtu. Sapratīsim sīkāk.

Jaudas pārnešana caur spolēm

Visvieglāk īstenojams veids ir izmantot induktorus.

Šeit princips ir ļoti vienkāršs. Tiek ņemti 2 spoles un novietoti tuvu viens otram. Viens no tiem ir ēdināšana. Otrs spēlē uztvērēja lomu.

Kad strāva tiek regulēta vai mainīta barošanas avotā, automātiski mainās arī otrās spoles magnētiskā plūsma. Kā saka fizikas likumi, šajā gadījumā radīsies EML, un tas būs tieši atkarīgs no šīs plūsmas izmaiņu ātruma.

Šķiet, ka viss ir vienkārši. Taču trūkumi sabojā visu rožaino ainu. Trīs mīnusi:

• maz jaudas

Tādā veidā jūs nepārsūtīsit lielus apjomus un nevarēsit pieslēgt jaudīgas ierīces. Un, ja jūs mēģināt to izdarīt, tad vienkārši izkausējiet visus tinumus.

• neliels attālums

Šeit pat nedomājiet par elektrības nodošanu desmitiem vai simtiem metru. Šai metodei ir ierobežots efekts.

Lai fiziski saprastu, cik lietas ir sliktas, paņemiet divus magnētus un noskaidrojiet, cik tālu tie ir jāatdala, lai tie pārstātu viens otru piesaistīt vai atbaidīt. Tā ir aptuveni tāda pati efektivitāte spolēm.

Protams, jūs varat izdomāt un nodrošināt, lai šie divi elementi vienmēr būtu tuvu viens otram. Piemēram, elektromobilis un īpašs uzlādes ceļš.

Bet cik maksās šādu maģistrāļu būvniecība?

• zema efektivitāte

Vēl viena problēma ir zemā efektivitāte. Tas nepārsniedz 40%. Izrādās, ka šādā veidā neizdosies pārvadīt daudz elektrības lielos attālumos.

Tas pats N. Tesla uz to norādīja tālajā 1899. gadā. Vēlāk viņš pārgāja uz eksperimentiem ar atmosfēras elektrību, cerot tajā atrast pavedienu un problēmas risinājumu.

Tomēr, lai cik bezjēdzīgi visas šīs lietas šķistu, ar tām tik un tā var sarīkot skaistus gaismas un mūzikas priekšnesumus.

Vai arī uzlādējiet iekārtas, kas ir daudz lielākas nekā tālruņi. Piemēram, elektriskie velosipēdi.

Lāzera enerģijas pārnešana

Bet kā pārnest vairāk enerģijas lielākā attālumā? Padomājiet par filmām, kurās mēs ļoti bieži redzam šo tehnoloģiju.

Pirmā lieta, kas nāk prātā pat skolēnam, ir Zvaigžņu kari, lāzeri un gaismas zobeni.

Protams, ar viņu palīdzību jūs varat pārsūtīt lielu daudzumu elektrības ļoti pieklājīgos attālumos. Bet atkal neliela problēma visu sabojā.

Par laimi mums, bet diemžēl lāzeram, Zemei ir atmosfēra. Un tas vienkārši labi slāpē un patērē lielāko daļu visas lāzera starojuma enerģijas. Tāpēc, izmantojot šo tehnoloģiju, jums jāiet kosmosā.

Uz Zemes bija arī mēģinājumi un eksperimenti, lai pārbaudītu metodes veiktspēju. NASA pat rīkoja lāzera bezvadu jaudas pārraides sacensības, kuru balvu fonds bija nedaudz mazāks par 1 miljonu USD.

Galu galā uzvarēja Laser Motive. Viņu uzvarošais rezultāts ir 1 km un 0,5 kW nepārtrauktas pārraides jaudas. Tiesa, pārraides procesā zinātnieki zaudēja 90% no visas sākotnējās enerģijas.

Bet tomēr pat ar desmit procentu efektivitāti rezultāts tika uzskatīts par veiksmīgu.

Atcerieties, ka vienkāršai spuldzei ir noderīga enerģija, kas nonāk tieši gaismā un vēl mazāk. Tāpēc no tiem ir izdevīgi izgatavot infrasarkanos sildītājus.

Mikroviļņu krāsns

Vai tiešām nav cita reāli efektīva veida, kā pārvadīt elektrību bez vadiem. Ir, un tas tika izgudrots pirms mēģinājumiem un bērnu spēlēm zvaigžņu karos.

Izrādās, ka speciālie mikroviļņi, kuru garums ir 12 cm (frekvence 2,45 GHz), ir it kā caurspīdīgi pret atmosfēru un tas netraucē to izplatīšanos.

Lai cik slikti būtu laikapstākļi, pārraidot, izmantojot mikroviļņu krāsnis, jūs zaudēsiet tikai piecus procentus! Bet šim nolūkam vispirms ir jāpārvērš elektriskā strāva mikroviļņu krāsnīs, pēc tam tās jānoķer un jāatgriež sākotnējā stāvoklī.

Zinātnieki pirmo problēmu atrisināja ļoti sen. Viņi tam izgudroja īpašu ierīci un nosauca to par magnetronu.

Turklāt tas tika darīts tik profesionāli un droši, ka šodien katram no jums mājās ir šāda ierīce. Ieejiet virtuvē un apskatiet savu mikroviļņu krāsni.

Viņai iekšā ir tas pats magnetrons ar efektivitāti 95%.

Bet lūk, kā veikt apgriezto transformāciju? Un šeit ir izstrādātas divas pieejas:

• Amerikānis

• padomju

Vēl sešdesmitajos gados zinātnieks V. Brauns ASV izgudroja antenu, kas veica vajadzīgo uzdevumu. Tas ir, tas pārveidoja uz to krītošo starojumu atpakaļ elektriskā strāvā.

Viņš pat deva viņai savu vārdu - rectenna.

Pēc izgudrojuma sekoja eksperimenti. Un 1975. gadā ar retennas palīdzību tika pārraidīta un saņemta pat 30 kW jauda vairāk nekā viena kilometra attālumā. Pārraides zudums bija tikai 18%.

Gandrīz pusgadsimtu vēlāk šo pieredzi neviens līdz šim nav spējis pārspēt. Šķiet, ka metode ir atrasta, tad kāpēc šīs taisnās līnijas netika ielaistas masās?

Un šeit atkal parādās trūkumi. Rektenas tika montētas, pamatojoties uz miniatūriem pusvadītājiem. Viņu parastais uzdevums ir pārraidīt tikai dažus vatus jaudas.

Un, ja vēlaties pārsūtīt desmitiem vai simtiem kilovatu, tad gatavojieties montēt milzu paneļus.

Un šeit parādās neatrisināmās grūtības. Pirmkārt, tā ir atkārtota emisija.

Tā dēļ jūs ne tikai zaudēsit daļu savas enerģijas, bet arī nevarēsit pietuvoties paneļiem, nezaudējot savu veselību.

Otrās galvassāpes ir paneļu pusvadītāju nestabilitāte. Pietiek nelielas pārslodzes dēļ izdegt vienu, un pārējie izgāžas kā lavīna, kā sērkociņi.

PSRS viss bija nedaudz savādāk. Ne velti mūsu militārpersonas bija pārliecinātas, ka pat ar kodolsprādzienu visa ārzemju tehnika uzreiz sabojāsies, bet padomju – nē. Viss noslēpums ir lampās.

Maskavas Valsts universitātē divi mūsu zinātnieki V. Savins un V. Vanke izstrādāja tā saukto ciklotronu enerģijas pārveidotāju. Tam ir pienācīgs izmērs, jo tas ir salikts, pamatojoties uz lampu tehnoloģiju.

Ārēji tas ir kaut kas līdzīgs caurulei 40 cm garumā un 15 cm diametrā. Šīs lampas vienības efektivitāte ir nedaudz mazāka nekā amerikāņu pusvadītāju lietai - līdz 85%.

Bet atšķirībā no pusvadītāju detektoriem ciklotronu enerģijas pārveidotājam ir vairākas būtiskas priekšrocības:

• uzticamība

• liels spēks

• pārslodzes pretestība

• nav reemisijas

• zemas ražošanas izmaksas

Tomēr, neskatoties uz visu iepriekš minēto, visā pasaulē par progresīvām tiek uzskatītas pusvadītāju metodes projektu īstenošanai. Šeit ir arī modes elements.

Pēc pirmā pusvadītāju parādīšanās visi pēkšņi sāka atteikties no cauruļu tehnoloģijas. Taču praktiskā pieredze liecina, ka tā bieži vien ir nepareiza pieeja.

Protams, cauruļu mobilie tālruņi, katrs sver 20 kg, vai datori, kas aizņem visas telpas, nevienu neinteresē.

Bet dažreiz tikai pārbaudītas vecās metodes var mums palīdzēt bezcerīgās situācijās.

Rezultātā šodien mums ir trīs iespējas nodot enerģiju bez vadiem. Pats pirmais no aplūkotajiem ir ierobežots gan ar attālumu, gan ar spēku.

Bet ar to pilnīgi pietiek, lai uzlādētu viedtālruņa, planšetdatora vai kaut kā lielāka akumulatoru. Lai gan efektivitāte ir maza, metode joprojām darbojas.

Pirmais sākās ļoti daudzsološi. 2000. gados Reinjonas salā bija nepieciešama pastāvīga 10 kW jaudas pārraide 1 km attālumā.

Kalnainais reljefs un vietējais augājs neļāva tur ierīkot ne gaisvadu elektrolīnijas, ne kabeļu līnijas.

Visas kustības salā līdz šim tika veiktas tikai ar helikopteriem.

Problēmas risināšanai vienā komandā tika apkopoti dažādu valstu labākie prāti. Ieskaitot rakstā iepriekš minētos, mūsu zinātnieki no Maskavas Valsts universitātes V. Vanke un V. Savins.

Taču brīdī, kad vajadzēja uzsākt enerģijas raidītāju un uztvērēju praktisko ieviešanu un izbūvi, projekts tika iesaldēts un apturēts. Un, sākoties krīzei 2008. gadā, viņi to pilnībā atteicās.

Patiesībā tas ir ļoti neapmierinoši, jo tur paveiktais teorētiskais darbs bija kolosāls un īstenošanas vērts.

Otrais projekts izskatās trakāks par pirmo. Taču tam tiek atvēlēti reāli līdzekļi. Pašu ideju jau 1968. gadā izteica fiziķis no ASV P. Glāzers.

Viņš ierosināja tajā laikā ne visai normālu ideju - novietot milzīgu satelītu ģeostacionārā orbītā 36 000 km virs zemes. Uz tā novietojiet saules paneļus, kas savāks bezmaksas enerģiju no saules.

Tad tas viss jāpārvērš mikroviļņu starā un jānosūta uz zemi.

Sava veida "nāves zvaigzne" mūsu zemes realitātē.

Uz zemes stars ir jānoķer milzu antenām un jāpārvērš elektrībā.

Cik lielām jābūt šīm antenām? Iedomājieties, ja satelīta diametrs ir 1 km, tad uz zemes uztvērējam jābūt 5 reizes lielākam - 5 km (Dārza gredzena izmērs).

Bet izmērs ir tikai neliela daļa no problēmas. Pēc visiem aprēķiniem izrādījās, ka šāds satelīts ražotu elektroenerģiju ar jaudu 5 GW. Sasniedzot zemi, paliktu tikai 2 GW. Piemēram, Krasnojarskas HES nodrošina 6GW.

Tāpēc viņa ideja tika apsvērta, saskaitīta un nolikta malā, jo sākotnēji viss balstījās uz cenu. Kosmosa projekta izmaksas tajos laikos pārsniedza 1 triljonu USD.

Bet zinātne, par laimi, nestāv uz vietas. Tehnoloģijas kļūst labākas un lētākas. Vairākas valstis jau izstrādā šādu saules kosmosa staciju. Lai gan divdesmitā gadsimta sākumā elektrības bezvadu pārraidei pietika tikai ar vienu izcilu cilvēku.

Projekta kopējās izmaksas no sākotnējām ir samazinājušās līdz 25 miljardiem dolāru. Atklāts paliek jautājums – vai tuvākajā laikā redzēsim tā ieviešanu?

Diemžēl neviens nevar sniegt skaidru atbildi. Likmes tiek veiktas tikai uz šī gadsimta otro pusi. Tāpēc pagaidām apmierināsimies ar viedtālruņu bezvadu lādētājiem un cerēsim, ka zinātniekiem izdosies palielināt to efektivitāti. Nu, vai galu galā uz Zemes piedzims otrā Nikola Tesla.

Cilvēce tiecas pēc pilnīgas vadu noraidīšanas, jo, pēc daudzu domām, tie ierobežo iespējas un neļauj rīkoties pilnīgi brīvi. Un kā būtu, ja to būtu iespējams izdarīt jaudas pārvades gadījumā? Atbildi uz šo jautājumu varat uzzināt šajā pārskatā, kas ir veltīts video par pašmāju dizaina izveidi, kas mazos izmēros atspoguļo iespēju pārsūtīt elektrību bez tieša vadu savienojuma.

Mums būs nepieciešams:
- vara stieple maza diametra, 7 m garumā;
- cilindrs ar diametru 4 cm;
- pirkstu akumulators;
- akumulatora kaste
- 10 omu rezistors;
- tranzistors C2482;
- Gaismas diode.

Ņemam 4 metrus garu vadu un saliecam uz pusēm tā, lai vienā galā paliktu divi vadi, bet otrā galā saliektā daļa.

Mēs ņemam vienu stiepli, saliecam to jebkurā virzienā un sākam tīt uz cilindra.

Sasnieguši vidu, atstājam arī dubultposteni jebkurā virzienā un turpinām tīt, līdz paliek mazs gabaliņš, kas arī jāatstāj.

Iegūtais gredzens ar trim galiem ir jānoņem no cilindra un jānostiprina ar izolācijas lenti.

Tagad mēs ņemam otro elektroinstalācijas gabalu 3 m garumā un aptinam to parastajā veidā. Tas ir, šajā gadījumā mums ir jāiegūst nevis trīs gali, kā pēdējā tinuma gadījumā, bet divi.

Iegūtais gredzens atkal tiek fiksēts ar elektrisko lenti.

Stieples gali ir jānotīra, jo tas ir pārklāts ar aizsarglakas slāni.

Lai vienkāršotu pašdarināto montāžas procesu, mēs piedāvājam jūsu uzmanībai autora savienojuma shēmu.

Diagrammā redzams, ka spole ar trim izejām ir paredzēta rezistora un tranzistora barošanas avota savienošanai, un uz otrās spoles, kurai ir divi gali, ir jāpievieno LED.

Tādējādi jūs varat iegūt pilnīgi iespaidīgu un interesantu mājās gatavotu produktu, kuru, ja vēlaties, var uzlabot un padarīt jaudīgāku, pievienojot apgriezienu skaitu un eksperimentējot. Tāpat vēršam uzmanību uz to, ka LED spuldzes, kas kalpo arī kā testeris, apgaismojums ir atkarīgs no tā, kādā pusē spoles tiek pievilktas viena pie otras. Tas nozīmē, ka, ja gaisma neiedegās pirmās prezentācijas laikā, jums vajadzētu mēģināt apgriezt spoli un darīt to vēlreiz.