Přenos elektřiny bez drátů - od počátku až po současnost. Nová technologie bezdrátového přenosu energie funguje jako Wi-Fi

Zákon o vzájemném působení elektrických proudů, který objevil André Marie Ampère v roce 1820, položil základ pro další rozvoj vědy o elektřině a magnetismu. Po 11 letech Michael Faraday experimentálně zjistil, že měnící se magnetické pole generované elektrickým proudem je schopno indukovat elektrický proud v jiném vodiči. Tak to vzniklo.

V roce 1864 James Clerk Maxwell konečně systematizoval Faradayova experimentální data a dal jim podobu přesných matematických rovnic, díky nimž vznikl základ klasické elektrodynamiky, protože tyto rovnice popisovaly vztah elektromagnetického pole s elektrickými proudy a náboji, resp. Důsledkem toho měla být existence elektromagnetických vln.

V roce 1888 Heinrich Hertz experimentálně potvrdil existenci elektromagnetických vln předpovídaných Maxwellem. Jeho vysílač s přerušovanou jiskrou Rumkorffovou cívkou mohl produkovat elektromagnetické vlny o frekvenci až 0,5 gigahertzu, které mohly být přijímány více přijímači naladěnými na rezonanci s vysílačem.

Přijímače mohly být umístěny na vzdálenost až 3 metrů a když se ve vysílači objevila jiskra, objevily se jiskry i v přijímačích. Tak se konaly první experimenty s bezdrátovým přenosem elektrické energie pomocí elektromagnetických vln.

V roce 1891 při studiu střídavých proudů vysokého napětí a vysoké frekvence dospěl k závěru, že pro specifické účely je nesmírně důležité volit jak vlnovou délku, tak provozní napětí vysílače a není vůbec nutné provádět příliš vysoká frekvence.

Vědec poznamenává, že spodní hranice frekvencí a napětí, při kterých se mu v té době podařilo dosáhnout nejlepších výsledků, je od 15 000 do 20 000 kmitů za sekundu při potenciálu 20 000 voltů. Tesla přijal vysokofrekvenční a vysokonapěťový proud aplikací oscilačního výboje kondenzátoru (viz -). Zjistil, že tento druh elektrického vysílače je vhodný jak pro produkci světla, tak pro přenos elektřiny pro produkci světla.

V období od roku 1891 do roku 1894 vědec opakovaně demonstruje bezdrátový přenos a záři elektronek ve vysokofrekvenčním elektrostatickém poli, přičemž poznamenává, že energie elektrostatického pole je absorbována lampou, přeměněna na světlo a energie elektromagnetického pole použitého pro elektromagnetickou indukci za účelem získání podobného. Výsledek se hlavně odráží a jen malá část se přemění na světlo.

I při použití rezonance při přenosu pomocí elektromagnetické vlny nelze přenést značné množství elektrické energie, argumentoval vědec. Jeho cílem během tohoto období práce bylo přenášet přesně velké množství elektrické energie bezdrátově.

Až do roku 1897, souběžně s prací Tesly, výzkum elektromagnetických vln prováděl Jagdish Bose v Indii, Alexander Popov v Rusku a Guglielmo Marconi v Itálii.

Po Teslových veřejných přednáškách promlouvá Jagdish Bose v listopadu 1894 v Kalkatě s ukázkou bezdrátového přenosu elektřiny, kde zapaluje střelný prach, přenášející elektrickou energii na dálku.

Po Boche, konkrétně 25. dubna 1895, Alexander Popov pomocí Morseovy abecedy vyslal první rádiovou zprávu a toto datum (7. května, podle nového stylu) se nyní v Rusku každoročně slaví jako „Den rádia“.

V roce 1896 Marconi, který dorazil do Spojeného království, předvedl svůj přístroj, vysílající signál pomocí Morseovy abecedy na vzdálenost 1,5 kilometru ze střechy budovy pošty v Londýně do jiné budovy. Poté svůj vynález vylepšil a podařilo se mu přenést signál po Salisburské pláni již na vzdálenost 3 kilometrů.

Tesla v roce 1896 úspěšně vysílá a přijímá signály na vzdálenost mezi vysílačem a přijímačem asi 48 kilometrů. Žádnému z výzkumníků se však nepodařilo přenést významné množství elektrické energie na velkou vzdálenost.

Při experimentování v Colorado Springs v roce 1899 Tesla napsal: "Nekonzistentnost metody indukce se zdá být obrovská ve srovnání s metodou buzení náboje země a vzduchu." To bude začátek vědcova výzkumu zaměřeného na přenos elektřiny na velké vzdálenosti bez použití drátů. V lednu 1900 si Tesla zapsal do svého deníku úspěšný přenos energie do cívky „daleko v poli“, ze které byla lampa napájena.

A nejvelkolepějším úspěchem vědce bude spuštění 15. června 1903 věže Wardenclyffe na Long Islandu, určené k přenosu elektrické energie na značnou vzdálenost ve velkém množství bez drátů. Uzemněné sekundární vinutí rezonančního transformátoru, korunované měděnou kulovou kopulí, muselo vybudit náboj země a vodivé vrstvy vzduchu, aby se stalo prvkem velkého rezonančního obvodu.

Vědci se tedy podařilo napájet 200 lamp o výkonu 50 wattů ve vzdálenosti asi 40 kilometrů od vysílače. Na základě ekonomické proveditelnosti však financování projektu zastavil Morgan, který od samého počátku investoval do projektu, aby získal bezdrátovou komunikaci, a přenos volné energie v průmyslovém měřítku na dálku mu nevyhovoval. podnikatel. V roce 1917 byla věž, určená pro bezdrátový přenos elektrické energie, zničena.

Mnohem později, v období 1961 až 1964, experimentoval v USA odborník v oboru mikrovlnné elektroniky William Brown s cestami přenosu mikrovlnné energie.

V roce 1964 poprvé otestoval zařízení (model vrtulníku) schopné přijímat a využívat energii mikrovlnného paprsku ve formě stejnosměrného proudu díky anténnímu poli sestávajícím z půlvlnných dipólů, z nichž každý který je zatížen vysoce výkonnými Schottkyho diodami. Již v roce 1976 přenesl William Brown mikrovlnným paprskem výkon 30 kW na vzdálenost 1,6 km s účinností přesahující 80 %.

V roce 2007 se výzkumné skupině na Massachusetts Institute of Technology pod vedením profesora Marina Solyachicha podařilo bezdrátově přenášet energii na vzdálenost 2 metrů. Přenášený výkon stačil na napájení 60 wattové žárovky.

Jejich technologie (nazývaná ) je založena na jevu elektromagnetické rezonance. Vysílač a přijímač jsou dvě měděné cívky rezonující se stejnou frekvencí, každá o průměru 60 cm. Vysílač je připojen ke zdroji energie a přijímač je připojen ke žárovce. Obvody jsou naladěny na frekvenci 10 MHz. Přijímač v tomto případě přijímá pouze 40-45 % přenášené elektřiny.

Zhruba ve stejnou dobu podobnou technologii pro bezdrátový přenos energie předvedl Intel.

V roce 2010 Haier Group, čínský výrobce domácích spotřebičů, na CES 2010 představil svůj unikátní produkt, plně bezdrátový LCD televizor založený na této technologii.

Ekologie spotřeby. Technologie: Vědci z americké výzkumné laboratoře Disney vyvinuli metodu bezdrátového nabíjení, díky níž nejsou nutné kabely a nabíječky.

Dnešní chytré telefony, tablety, notebooky a další přenosná zařízení mají ohromný výkon a výkon. Ale kromě všech výhod mobilní elektroniky má také nevýhodu - neustálou potřebu dobíjení přes dráty. Navzdory všem novým technologiím baterií tato potřeba snižuje pohodlí zařízení a omezuje jejich pohyb.

Vědci z americké Disney Research Laboratory našli řešení tohoto problému. Vyvinuli metodu bezdrátového nabíjení, díky níž nejsou dráty a nabíječky zbytečné. Navíc jejich metoda umožňuje současně nabíjet nejen gadgety, ale také například domácí spotřebiče a osvětlení.

"Naše inovativní metoda dělá elektrický proud stejně všudypřítomným jako Wi-Fi," říká jeden z ředitelů laboratoře a hlavní vědec Alanson Semple. - Otevírá cestu dalšímu vývoji v oblasti robotiky, dříve limitované kapacitou baterií. Provoz závodu jsme zatím předvedli v malé místnosti, ale navýšení kapacity na velikost skladu nic nebrání.“

Systém bezdrátového přenosu energie byl vyvinut již v 90. letech 19. století slavným vědcem Nikolou Teslou, ale vynález se masově nerozšířil. Dnešní bezdrátové systémy přenosu energie fungují především v extrémně stísněných prostorách.

Metoda, nazývaná kvazistatická dutinová rezonance (QSCR), zahrnuje aplikaci proudu na stěny, podlahu a strop místnosti. Ty zase generují magnetická pole, která působí na přijímač připojený k nabíjenému zařízení obsahující cívku. Takto vyrobená elektřina se přenáší do baterie, která předtím prošla kondenzátory, které vylučují vlivy jiných polí.

Testy ukázaly, že tímto způsobem lze běžnou elektrickou sítí přenést až 1,9 kilowattu výkonu. Tato energie vystačí na současné nabití až 320 smartphonů. Tato technologie navíc podle vědců není drahá a její komerční uvedení lze snadno zařídit.

Testy probíhaly v místnosti o velikosti 5 krát 5 metrů, speciálně vytvořené z hliníkových konstrukcí. Semple zdůraznil, že kovové stěny nemusí být v budoucnu nutné. Bude možné použít vodivé panely nebo speciální nátěr.

Vývojáři ujišťují, že jejich způsob přenosu energie vzduchem neohrožuje lidské zdraví ani žádné jiné živé bytosti. O jejich bezpečnost se starají diskrétní kondenzátory, které fungují jako izolant pro potenciálně nebezpečná elektrická pole. zveřejněno

Již mnoho let se vědci potýkají s problémem minimalizace nákladů na elektřinu. Existují různé způsoby a návrhy, ale nejznámější teorií je bezdrátový přenos elektřiny. Navrhujeme zvážit, jak se provádí, kdo je jeho vynálezcem a proč ještě nebyl uveden do života.

Teorie

Bezdrátová elektřina je doslova přenos elektrické energie bez drátů. Lidé často přirovnávají bezdrátový přenos elektrické energie k přenosu informací, jako jsou rádia, mobilní telefony nebo Wi-Fi připojení k internetu. Hlavní rozdíl je v tom, že rádiový nebo mikrovlnný přenos je technologie zaměřená na obnovu a přenos přesných informací, nikoli energie, která byla původně vynaložena na přenos.

Bezdrátová elektřina je relativně novou oblastí technologie, která však rychle roste. Nyní se vyvíjejí metody pro efektivní a bezpečný přenos energie na vzdálenost bez přerušení.

Jak funguje bezdrátová elektřina

Hlavní dílo je založeno právě na magnetismu a elektromagnetismu, jako je tomu u rozhlasového vysílání. Bezdrátové nabíjení, známé také jako indukční nabíjení, je založeno na několika jednoduchých principech fungování, zejména technologie vyžaduje dvě cívky. Vysílač a přijímač, které společně generují střídavé magnetické pole s nekonstantním proudem. Toto pole zase způsobí napětí v cívce přijímače; to lze použít k napájení mobilního zařízení nebo nabíjení baterie.

Pokud vedete elektrický proud přes drát, pak se kolem kabelu vytvoří kruhové magnetické pole. Navzdory tomu, že magnetické pole působí jak na smyčku, tak na cívku, nejsilněji se projevuje na kabelu. Když vezmete druhou cívku drátu, kterou neprochází elektrický proud, a umístíte cívku do magnetického pole první cívky, elektrický proud z první cívky bude přenášen přes magnetické pole a přes druhé. cívka, vytvářející indukční vazbu.

Vezměme si jako příklad elektrický zubní kartáček. V něm je nabíječka připojena k zásuvce, která posílá elektrický proud do stočeného drátu uvnitř nabíječky, který vytváří magnetické pole. Uvnitř kartáčku je druhá cívka, kdy začne téct proud a kartáček se díky vytvořenému magnetickému poli začne nabíjet, aniž by byl přímo připojen k napájení 220 V.

Příběh

Bezdrátový přenos energie jako alternativu k přenosu a distribuci elektrického vedení poprvé navrhl a předvedl Nikola Tesla. V roce 1899 představil Tesla bezdrátový přenos pro napájení pole zářivek umístěných dvacet pět mil od zdroje energie bez použití drátů. Ale v té době bylo levnější zapojit 25 mil měděného drátu, než stavět vlastní elektrické generátory, které vyžadují Teslovy zkušenosti. Nikdy mu nebyl udělen patent a vynález zůstal v popelnici vědy.

Zatímco Tesla byla prvním člověkem, který předvedl praktické možnosti bezdrátové komunikace již v roce 1899, dnes je v prodeji jen velmi málo zařízení, jsou to bezdrátové kartáče, sluchátka, nabíječky na telefony a další.

Bezdrátová technologie

Bezdrátový přenos energie zahrnuje přenos elektrické energie nebo energie na vzdálenost bez drátů. Základní technologie tedy spočívá na pojmech elektřiny, magnetismu a elektromagnetismu.

Magnetismus

Je to základní přírodní síla, která způsobuje, že se určité druhy materiálů vzájemně přitahují nebo odpuzují. Zemské póly jsou považovány za jediné permanentní magnety. Proud proudu ve smyčce generuje magnetická pole, která se liší od oscilujících magnetických polí rychlostí a časem potřebným k vytvoření střídavého proudu (AC). Síly, které se v tomto případě objevují, jsou znázorněny na obrázku níže.

Elektromagnetismus je vzájemná závislost střídavých elektrických a magnetických polí.

Magnetická indukce

Pokud je vodivá smyčka připojena ke zdroji střídavého proudu, bude ve smyčce a kolem ní generovat oscilující magnetické pole. Pokud je druhá vodivá smyčka dostatečně blízko, zachytí část tohoto oscilujícího magnetického pole, které zase generuje nebo indukuje elektrický proud ve druhé cívce.

Video: jak probíhá bezdrátový přenos elektřiny

Dochází tedy k elektrickému přenosu energie z jednoho cyklu nebo cívky do druhého, což je známé jako magnetická indukce. Příklady takového jevu se používají v elektrických transformátorech a generátorech. Tento koncept je založen na Faradayových zákonech elektromagnetické indukce. Tam uvádí, že když dojde ke změně magnetického toku připojeného k cívce, EMF indukovaný v cívce se rovná součinu počtu závitů cívky a rychlosti změny toku.

výkonová spojka

Tato část je nezbytná, když jedno zařízení nemůže přenášet energii do jiného zařízení.

Magnetické spojení je generováno, když je magnetické pole objektu schopno indukovat elektrický proud s jinými zařízeními v jeho dosahu.

Říká se, že dvě zařízení jsou vzájemně indukčně nebo magneticky spojená, když jsou navržena tak, že ke změně proudu dochází, když jeden drát indukuje napětí na koncích druhého drátu prostřednictvím elektromagnetické indukce. To je způsobeno vzájemnou indukčností

Technika

Tato dvě zařízení, vzájemně indukčně nebo magneticky spojená, jsou navržena tak, že změna proudu, když jeden vodič indukuje napětí na koncích druhého vodiče, je vytvářena elektromagnetickou indukcí. To je způsobeno vzájemnou indukčností.
Indukční vazba je upřednostňována kvůli její schopnosti pracovat bezdrátově a také odolnosti proti nárazům.

Rezonanční indukční vazba je kombinací indukční vazby a rezonance. Pomocí konceptu rezonance můžete zajistit, aby dva objekty fungovaly v závislosti na signálech toho druhého.

Jak můžete vidět z výše uvedeného diagramu, rezonance zajišťuje indukčnost cívky. Kondenzátor je připojen paralelně k vinutí. Energie se bude pohybovat tam a zpět mezi magnetickým polem obklopujícím cívku a elektrickým polem kolem kondenzátoru. Zde budou ztráty záření minimální.

Existuje také koncept bezdrátové ionizované komunikace.

Je to také proveditelné, ale zde je třeba vyvinout trochu více úsilí. Tato technika již v přírodě existuje, ale není téměř žádný důvod ji implementovat, protože potřebuje vysoké magnetické pole od 2,11 M/m. Vyvinul ji geniální vědec Richard Volras, vývojář vírového generátoru, který vysílá a přenáší tepelnou energii na velké vzdálenosti, zejména pomocí speciálních kolektorů. Nejjednodušším příkladem takového spojení je blesk.

Výhody a nevýhody

Tento vynález má samozřejmě své výhody oproti drátovým metodám a nevýhody. Zveme vás, abyste je zvážili.

Mezi výhody patří:

1. Úplná absence drátů;
2. Nejsou potřeba žádné napájecí zdroje;
3. Potřeba baterie je eliminována;
4. Energie je přenášena efektivněji;
5. Výrazně menší nároky na údržbu.

Mezi nevýhody patří následující:

• Vzdálenost je omezená;
• magnetická pole nejsou pro člověka tak bezpečná;
• bezdrátový přenos elektřiny pomocí mikrovln nebo jiných teorií je doma a vlastníma rukama prakticky nemožný;
• vysoké náklady na instalaci.

Bezdrátová elektřina je známá od roku 1831, kdy Michael Faraday objevil fenomén elektromagnetické indukce. Experimentálně zjistil, že měnící se magnetické pole generované elektrickým proudem může indukovat elektrický proud v jiném vodiči. Byly provedeny četné experimenty, díky nimž se objevil první elektrický transformátor. Pouze Nikola Tesla však dokázal plně realizovat myšlenku přenosu elektřiny na dálku v praktické aplikaci.

Na světové výstavě v Chicagu v roce 1893 ukázal bezdrátový přenos elektřiny rozsvícením fosforových žárovek, které byly od sebe vzdáleny. Tesla předvedl mnoho variací na přenos elektřiny bez drátů a snil o tom, že v budoucnu tato technologie umožní lidem přenášet energii v atmosféře na velké vzdálenosti. Ale v této době se tento vynález vědce ukázal jako nevyžádaný. Jen o století později se o technologie Nikoly Tesly začaly zajímat Intel a Sony a poté i další společnosti.

Jak to funguje

Bezdrátová elektřina je doslova přenos elektrické energie bez drátů. Často je tato technologie srovnávána s přenosem informací, například s Wi-Fi, mobilními telefony a rádiem. Bezdrátové napájení je relativně nová a dynamicky se rozvíjející technologie. Dnes se vyvíjejí metody, jak bezpečně a efektivně přenášet energii na vzdálenost bez přerušení.

Technologie je založena na magnetismu a elektromagnetismu a je založena na řadě jednoduchých provozních principů. Především se to týká přítomnosti dvou cívek v systému.

• Systém se skládá z vysílače a přijímače, které společně generují střídavé magnetické pole s nekonstantním proudem.
• Toto pole vytváří napětí v cívce přijímače, například pro nabíjení baterie nebo napájení mobilního zařízení.
• Když je elektrický proud veden drátem, kolem kabelu se objeví kruhové magnetické pole.
• Na cívce drátu, která není přímo napájena elektrickým proudem, začne proudit elektrický proud z první cívky přes magnetické pole, včetně druhé cívky, čímž vznikne indukční vazba.

Principy přenosu

Donedávna byl za nejpokročilejší technologii přenosu elektřiny považován systém magnetické rezonance CMRS, vytvořený v roce 2007 na Massachusetts Institute of Technology. Tato technologie zajišťovala přenos proudu na vzdálenost až 2,1 metru. Některá omezení však bránila jeho uvedení do sériové výroby, například vysoká přenosová frekvence, velké rozměry, složitá konfigurace cívek a vysoká citlivost na vnější rušení včetně přítomnosti osoby.

Vědci z Jižní Koreje však vytvořili nový vysílač elektřiny, který umožní přenos energie až na 5 metrů. A všechny spotřebiče v místnosti budou napájeny z jediného rozbočovače. Rezonanční systém DCRS dipólových cívek je schopen provozu až do vzdálenosti 5 metrů. Systém postrádá řadu nevýhod CMRS, včetně použití spíše kompaktních cívek o rozměrech 10x20x300 cm, lze je nenápadně instalovat do stěn bytu.

Experiment umožnil vysílat na frekvenci 20 kHz:

1. 209 W na 5 m;
2. 471 W při 4 m;
3. 1403 W na 3m.

Bezdrátová elektřina umožňuje napájet moderní velké LCD televizory, které vyžadují 40 wattů ze vzdálenosti 5 metrů. Jediná věc ze sítě bude "vypumpována" 400 wattů, ale nebudou žádné dráty. Elektromagnetická indukce poskytuje vysokou účinnost, ale na krátkou vzdálenost.

Existují další technologie, které umožňují přenášet elektřinu bez drátů. Nejslibnější z nich jsou:

• laserové záření . Poskytuje zabezpečení sítě a také velký dosah. Je však vyžadována přímá viditelnost mezi přijímačem a vysílačem. Již byly vytvořeny pracovní instalace napájené laserovým paprskem. Americký výrobce vojenské techniky a letadel Lockheed Martin otestoval bezpilotní letoun Stalker, který je poháněn laserovým paprskem a ve vzduchu vydrží 48 hodin.
• mikrovlnného záření . Poskytuje velký dosah, ale má vysoké náklady na vybavení. Rádiová anténa se používá jako vysílač elektřiny, která vytváří mikrovlnné záření. Na přijímacím zařízení je rectenna, která přeměňuje přijímané mikrovlnné záření na elektrický proud.

Tato technologie umožňuje výrazně odstranit přijímač od vysílače, včetně absence přímé potřeby přímé viditelnosti. Ale s rostoucím dojezdem úměrně rostou náklady a velikost zařízení. Zároveň může být mikrovlnné záření o vysokém výkonu generované instalací škodlivé pro životní prostředí.

Zvláštnosti

• Nejrealističtější z technologií je bezdrátová elektřina založená na elektromagnetické indukci. Ale existují omezení. Pracuje se na rozšíření technologie, ale existují zdravotní problémy.
• Své místo se budou rozvíjet i technologie pro přenos elektřiny pomocí ultrazvuku, laseru a mikrovlnného záření.
• Družice na oběžné dráze s obrovskými solárními poli potřebují jiný přístup, bude to vyžadovat cílený přenos elektřiny. Laser a mikrovlnná trouba jsou zde vhodné. V tuto chvíli neexistuje ideální řešení, ale existuje mnoho možností se svými klady a zápory.
• V současnosti se největší výrobci telekomunikačních zařízení spojili v konsorcium bezdrátové elektromagnetické energie s cílem vytvořit celosvětový standard pro bezdrátové nabíječky, které fungují na principu elektromagnetické indukce. Z hlavních výrobců poskytují podporu standardu QI na řadě svých modelů Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei, HTC. QI se brzy stane jednotným standardem pro všechna taková zařízení. Díky tomu bude možné vytvářet zóny bezdrátového nabíjení pro gadgety v kavárnách, dopravních uzlech a dalších veřejných místech.

aplikace

• Mikrovlnný vrtulník. Model vrtulníku měl obdélník a zvedal se do výšky 15 m.
• K napájení elektrických zubních kartáčků se používá bezdrátová elektřina. Kartáček má kompletně utěsněné tělo a nemá žádné konektory, což zabraňuje úrazu elektrickým proudem.
• Pohánět letadla laserem.
• V prodeji se objevily bezdrátové nabíjecí systémy pro mobilní zařízení, které lze používat každý den. Fungují na bázi elektromagnetické indukce.
• Univerzální nabíjecí podložka. Umožňují napájet většinu oblíbených modelů chytrých telefonů, které nejsou vybaveny modulem bezdrátového nabíjení, včetně běžných telefonů. Kromě samotné nabíjecí podložky budete muset zakoupit pouzdro na přijímač pro gadget. Ke smartphonu se připojuje přes USB port a nabíjí se přes něj.
• V současnosti se na světovém trhu prodává přes 150 zařízení do 5 wattů, která podporují standard QI. V budoucnu se objeví zařízení se středním výkonem do 120 wattů.

vyhlídky

Dnes se pracuje na velkých projektech, které budou využívat bezdrátovou elektřinu. Jedná se o napájení elektrických vozidel „vzduchem“ a domácí elektrické sítě:

• Hustá síť autodobíjecích bodů umožní snížit počet baterií a výrazně snížit náklady na elektromobily.
• V každé místnosti budou instalovány napájecí zdroje, které budou přenášet elektřinu do audio a video zařízení, gadgetů a domácích spotřebičů vybavených příslušnými adaptéry.

Výhody a nevýhody

Bezdrátová elektřina má následující výhody:

• Nejsou potřeba žádné napájecí zdroje.
• Úplný nedostatek drátů.
• Odstraňte potřebu baterií.
• Menší nároky na údržbu.
• Obrovské vyhlídky.

Mezi nevýhody patří také:

• Nedostatečný rozvoj technologií.
• Vzdálenost omezená.
• Magnetická pole nejsou pro člověka zcela bezpečná.
• Vysoké náklady na vybavení.

Objevil zákon (později pojmenovaný po objeviteli Amperův zákon), který ukazuje, že elektrický proud vytváří magnetické pole.

• V 2007 V roce 1999 výzkumný tým vedený profesorem Marinem Soljacicem z 2 m bezdrátově přenesl energii dostatečnou k rozsvícení 60 wattové žárovky s účinností 40 % pomocí dvou cívek o průměru 60 cm.
• V 2008 V roce 1999 Bombardier navrhl systém pro bezdrátový přenos energie nazvaný „primove“ pro použití v tramvajích a motorech lehkých kolejí.
• V 2008 Ve stejném roce zaměstnanci Intelu reprodukovali pokusy Nikoly Tesly z roku 1894 a pokusy skupiny Johna Browna z roku 1988 o bezdrátovém přenosu energie do světelných žárovek s účinností 75 %.
• V 2009 Ve stejném roce konsorcium zainteresovaných společností s názvem „Wireless Power Consortium“ vyvinulo nízkoproudý standard bezdrátového napájení s názvem „“. Qi se začala používat v přenosné technologii.
• V 2009 V roce 2009 norská společnost Wireless Power & Communication představila průmyslovou svítilnu, kterou vyvinula a která může bezpečně fungovat a dobíjet bez kontaktu v atmosféře nasycené hořlavým plynem.
• V 2009 Společnost Haier Group představila první plně bezdrátový LCD televizor na světě na základě výzkumu profesora Marina Soljacica v oblasti bezdrátového přenosu energie a bezdrátového domácího digitálního rozhraní (WHDI).
• V 2011 Wireless Power Consortium začalo rozšiřovat specifikace standardu Qi pro střední proudy.
• V 2012 Ve stejném roce zahájilo svou práci soukromé petrohradské muzeum „Grand Maket Russia“, ve kterém miniaturní modely aut přijímaly energii bezdrátově prostřednictvím modelu vozovky.
• V 2015 V roce 1999 vědci z University of Washington zjistili, že elektřinu lze přenášet prostřednictvím technologie Wi-Fi.

Technologie

ultrazvuková metoda

Ultrazvuková metoda přenosu energie byla vynalezena studenty Pensylvánské univerzity a poprvé byla široké veřejnosti představena na výstavě „The All Things Digital“ (D9) v roce 2011. Stejně jako v jiných způsobech bezdrátového přenosu něčeho byl použit přijímač a vysílač. Vysílač vysílal ultrazvuk; přijímač zase přeměnil slyšené na elektřinu. V době prezentace dosahovala přenosová vzdálenost 7-10 metrů a byla nutná přímá viditelnost přijímače a vysílače. Přenášené napětí dosáhlo 8 voltů; výsledný proud se neuvádí. Použité ultrazvukové frekvence nemají na člověka žádný vliv. Neexistují ani informace o negativních účincích ultrazvukových frekvencí na zvířata.

Metoda elektromagnetické indukce

Bezdrátový přenos energie elektromagnetickou indukcí využívá blízké elektromagnetické pole na vzdálenosti asi jedné šestiny vlnové délky. Energie blízkého pole sama o sobě není zářivá, ale dochází k určitým ztrátám zářením. Kromě toho jsou zpravidla také odporové ztráty. Vlivem elektrodynamické indukce vytváří střídavý elektrický proud protékající primárním vinutím střídavé magnetické pole, které působí na sekundární vinutí a indukuje v něm elektrický proud. Pro dosažení vysoké účinnosti musí být interakce dostatečně těsná. Jak se sekundární vinutí vzdaluje od primárního, stále více magnetického pole nedosahuje sekundární vinutí. I na relativně krátké vzdálenosti se indukční vazba stává extrémně neefektivní a plýtvá velkou částí přenášené energie.

Elektrický transformátor je nejjednodušší zařízení pro bezdrátový přenos energie. Primární a sekundární vinutí transformátoru nejsou přímo spojeny. Přenos energie se provádí procesem známým jako vzájemná indukce. Hlavní funkcí transformátoru je zvýšit nebo snížit primární napětí. Příkladem využití principu elektrodynamické indukce jsou bezkontaktní nabíječky pro mobilní telefony a elektrické zubní kartáčky. Tuto metodu využívají i indukční vařiče. Hlavní nevýhodou bezdrátového způsobu přenosu je extrémně krátký dosah. Přijímač musí být v těsné blízkosti vysílače, aby s ním mohl efektivně komunikovat.

Použití rezonance mírně zvyšuje dosah přenosu. Při rezonanční indukci jsou vysílač a přijímač naladěny na stejnou frekvenci. Výkon lze dále zlepšit změnou průběhu budícího proudu ze sinusového na nesinusový přechodový průběh. Pulzní přenos energie probíhá v několika cyklech. Mezi dvěma vzájemně laděnými LC obvody lze tedy přenášet značný výkon s relativně nízkým vazebním činitelem. Vysílací a přijímací cívka jsou zpravidla jednovrstvé solenoidy nebo plochá cívka se sadou kondenzátorů, které umožňují naladit přijímací prvek na frekvenci vysílače.

Běžnou aplikací rezonanční elektrodynamické indukce je nabíjení baterií v přenosných zařízeních, jako jsou laptopy a mobilní telefony, lékařské implantáty a elektrická vozidla. Technika lokalizovaného nabíjení využívá výběr vhodné vysílací cívky ve vícevrstvé struktuře vinutí pole. Rezonance se používá jak v bezdrátové nabíjecí podložce (vysílací smyčka), tak v přijímacím modulu (vestavěném v zátěži), aby byla zajištěna maximální účinnost přenosu energie. Tato přenosová technika je vhodná pro univerzální bezdrátové nabíjecí podložky pro nabíjení přenosné elektroniky, jako jsou mobilní telefony. Tato technika byla přijata jako součást standardu bezdrátového nabíjení Qi.

Rezonanční elektrodynamická indukce se také používá k napájení nebateriových zařízení, jako jsou RFID štítky a bezkontaktní čipové karty, a také k přenosu elektrické energie z primárního induktoru do spirálového transformátorového rezonátoru Tesla, který je také bezdrátovým vysílačem elektrické energie.

elektrostatická indukce

laserová metoda

V případě, že se vlnová délka elektromagnetického záření přiblíží k viditelné oblasti spektra (od 10 mikronů do 10 nm), lze energii převést její přeměnou na laserový paprsek, který lze následně nasměrovat do fotobuňky přijímače.

Ve srovnání s jinými metodami bezdrátového přenosu má laserový přenos energie řadu výhod:

• přenos energie na velké vzdálenosti (v důsledku malého úhlu divergence mezi úzkými paprsky monochromatické světelné vlny);
• snadné použití pro malé výrobky (vzhledem k malé velikosti pevnolátkového laseru - fotoelektrické polovodičové diody);
• žádné vysokofrekvenční rušení stávajících komunikačních zařízení, jako jsou Wi-Fi a mobilní telefony (laser takové rušení nevytváří);
• možnost kontroly přístupu (elektrickou energii mohou přijímat pouze přijímače osvětlené laserovým paprskem).

Tato metoda má také řadu nevýhod:

• přeměna nízkofrekvenčního elektromagnetického záření na vysokofrekvenční, což je světlo, je neefektivní. Přeměna světla zpět na elektřinu je také neefektivní, protože účinnost solárních článků dosahuje 40-50 %, ačkoli účinnost přeměny monochromatického světla je mnohem vyšší než účinnost solárních panelů;
• ztráty v atmosféře;
• potřeba přímé viditelnosti mezi vysílačem a přijímačem (jako u mikrovlnného přenosu).

Technologie přenosu energie pomocí laseru byla dříve zkoumána hlavně při vývoji nových zbraňových systémů a v leteckém průmyslu a v současnosti se vyvíjí pro komerční a spotřební elektroniku v zařízeních s nízkou spotřebou. Systémy bezdrátového přenosu energie pro spotřebitelské aplikace musí splňovat požadavky na bezpečnost laseru IEC 60825. Pro lepší pochopení laserových systémů je třeba vzít v úvahu, že šíření laserového paprsku je mnohem méně závislé na omezeních difrakce, protože prostorové a spektrální přizpůsobení laserů umožňuje zvýšit pracovní výkon a vzdálenost, protože vlnová délka ovlivňuje ohnisko.

Dryden Flight Research Center NASA předvedlo let lehkého bezpilotního modelu letadla poháněného laserovým paprskem. Tím se prokázala možnost periodického dobíjení pomocí laserového systému bez nutnosti přistání letadla.

Střídavý proud může být přenášen vrstvami atmosféry s atmosférickým tlakem nižším než 135 mm Hg. Umění. Proud teče elektrostatickou indukcí spodní atmosférou ve výšce asi 3,2 až 4,8 kilometrů nad mořem a díky toku iontů, tj. elektrickému vedení ionizovanou oblastí umístěnou ve výšce nad 5 km. Intenzivní vertikální paprsky ultrafialového záření lze použít k ionizaci atmosférických plynů přímo nad dvěma vyvýšenými terminály, což má za následek vytvoření vysokonapěťových plazmových elektrických vedení vedoucích přímo do vodivých vrstev atmosféry. V důsledku toho se mezi dvěma vyvýšenými terminály vytvoří tok elektrického proudu, který prochází do troposféry, přes ni a zpět na druhý terminál. Elektrická vodivost vrstvami atmosféry je možná díky kapacitnímu výboji plazmatu v ionizované atmosféře.

Nikola Tesla objevil, že elektřina může být přenášena jak zemí, tak atmosférou. V průběhu svého výzkumu dosáhl zapálení lampy na střední vzdálenosti a zaznamenal přenos elektřiny na velké vzdálenosti. Wardenclyffe Tower byla koncipována jako komerční projekt pro transatlantickou bezdrátovou telefonii a stala se skutečnou ukázkou možnosti bezdrátového přenosu elektřiny v celosvětovém měřítku. Instalace nebyla dokončena z důvodu nedostatku finančních prostředků.

Země je přirozený vodič a tvoří jeden vodivý obvod. Zpětná smyčka je realizována přes horní troposféru a spodní stratosféru ve výšce asi 4,5 míle (7,2 km).

Globální systém pro přenos elektřiny bez drátů, takzvaný „Worldwide Wireless System“, založený na vysoké elektrické vodivosti plazmatu a vysoké elektrické vodivosti země, navrhl Nikola Tesla na začátku roku 1904 a mohl dobře způsobit tzv. Tunguzský meteorit vzniklý „zkratem“ mezi nabitou atmosférou a zemí.

Celosvětový bezdrátový systém

Rané experimenty slavného srbského vynálezce Nikoly Tesly se týkaly šíření obyčejných rádiových vln, tedy Hertzových vln, elektromagnetických vln šířících se vesmírem.

V roce 1919 Nikola Tesla napsal: „Předpokládá se, že jsem začal pracovat na bezdrátovém přenosu v roce 1893, ale ve skutečnosti jsem předchozí dva roky strávil výzkumem a navrhováním přístrojů. Od samého začátku mi bylo jasné, že úspěchu lze dosáhnout řadou radikálních rozhodnutí. Nejprve měly být vytvořeny vysokofrekvenční generátory a elektrické oscilátory. Jejich energie musela být přeměněna na účinné vysílače a přijímána na dálku správnými přijímači. Takový systém by byl účinný, pokud by byl vyloučen jakýkoli vnější zásah a zajištěna jeho úplná exkluzivita. Postupem času jsem si ale uvědomil, že aby zařízení tohoto druhu fungovala efektivně, musí být navržena s ohledem na fyzikální vlastnosti naší planety.

Jednou z podmínek pro vytvoření celosvětového bezdrátového systému je konstrukce rezonančních přijímačů. Jako takový lze použít uzemněný spirálový rezonátor Teslovy cívky a zvýšený terminál. Tesla osobně opakovaně předváděl bezdrátový přenos elektrické energie z vysílací do přijímací Teslovy cívky. To se stalo součástí jeho bezdrátového přenosového systému (patent USA č. 1 119 732, 18. ledna 1902, „Přístroj pro přenos elektrické energie“). Tesla navrhla instalovat více než třicet přijímacích a vysílacích stanic po celém světě. V tomto systému působí snímací cívka jako snižující transformátor s vysokým výstupním proudem. Parametry vysílací cívky jsou shodné s přijímací cívkou.

Cílem celosvětového bezdrátového systému společnosti Tesla bylo spojit přenos energie s vysíláním a směrovou bezdrátovou komunikací, což by odstranilo četné vysokonapěťové elektrické vedení a usnadnilo propojení elektrických generátorů v celosvětovém měřítku.

viz také

• WiTricity

Poznámky

1. „Elektřina na kolumbijské výstavě“, od Johna Patricka Barretta. 1894, str. 168-169
2. Experimenty se střídavými proudy velmi vysoké frekvence a jejich aplikací na metody umělého osvětlení, .Y. , . , . Columbia, . 1891 (anglicky)
3. Experimenty s Střídavé proudy vysokého potenciálu a vysoké frekvence, IEE Adresa, Londýn, únor 1892 (anglicky)
4. On Světlo a Jiné Vysokofrekvenční jevy, Franklin Institut, Philadelphia, únor 1893 a Národní Elektrická sdružení As Louis, březen 1893 (anglicky)
5. The Work Jagdish Chandra Bose: 100 let výzkum na vlně mm
6. Jagadish Chandra Bose
7. Nikola Tesla o práci se střídavými proudy a jejich aplikaci v bezdrátové telegrafii, telefonii a přenosu energie, str. 26-29. (Angličtina)
8. 5. června 1899 Colorado Jarní Poznámky 1899-1900, Nolit, 1978 (anglicky)
9. Nikola Tesla: Naváděné zbraně a výpočetní technika
10. Elektrikář(Londýn), 1904 (anglicky)
11. Skenování minulosti: Historie elektrického inženýrství z minulosti, Hidetsugu Yagi
12. Tetelbaum S.I. O bezdrátovém přenosu elektřiny na velké vzdálenosti pomocí rádiových vln // Elektřina. - 1945. - č. 5. - str. 43-46.
13. Kostenko A.A. Kvazioptika: historické předpoklady a moderní trendy vývoj // Radiofyzika a radioastronomie. - 2000. - V. 5, č. 3. - S. 231.
14. A průzkum prvků přenosu výkonu mikrovlnným paprskem, v 1961 IRE Int. Conf. Rec., vol.9, část 3, str.93-105
15. IEEE Mikrovlnná Teorie a techniky, Významná kariéra Billa Browna
16. Power from the Sun: Its Future, Science Vol. 162, str. 957-961 (1968)
17. Patent Solar Power Satellite 
18. Historie RFID
19. Iniciativa Space Solar Energy 
20. Bezdrátový Napájení Přenos pro Solární Napájení Satelit (SPS) (Druhý Návrh N. Shinohara), Space Solární Power Workshop, Technologický institut Georgia
21. W. C. Brown: Historie přenosu výkonu rádiovými vlnami: Mikrovlnná teorie a techniky, 8.9. IEEE Transakce 1. září 32 (9), str. 1230-1242 (anglicky)
22. Bezdrátový přenos napájení přes silně spojené magnetické rezonance(Angličtina) . Věda (7. června 2007). Získáno 6. září 2010. Archivováno z originálu 29. února 2012.,
    „Nový“ způsob bezdrátového přenosu elektřiny (Ruština). MEMBRANA.RU (8. června 2007). Získáno 6. září 2010. Archivováno z originálu 29. února 2012.
23. Technologie Bombardier PRIMOVE 
24. Intel představuje bezdrátové napájení pro váš laptop
25. bezdrátové elektřina specifikace blíží se dokončení
26. Global Qi Standard Powers Up Bezdrátové Nabíjení - HONG KONG, Sept. 2 /PRNewswire/
27. TX40 a CX40, Ex schválené Svítilna a nabíječka
28. Haier's bezdrátový HDTV postrádá vodiče, svelte profile (video) (anglicky),
    Bezdrátová elektřina ohromila své tvůrce (Ruština). MEMBRANA.RU (16. února 2010). Staženo 6. září 2010.