انتقال بی سیم انرژی الکتریکی. انتقال بی سیم برق بر اساس تئوری تسلا

همه می دانند که نیکولا تسلا مخترع چیزهایی است که همه جا حاضر هستند مانند جریان متناوب و ترانسفورماتور. اما همه دانشمندان با اختراعات دیگر تسلا آشنا نیستند.

ما از جریان متناوب استفاده می کنیم. ما از ترانسفورماتور استفاده می کنیم. در هر آپارتمانی تصور اینکه چگونه می توانید بدون این اختراعات انجام دهید دشوار است. اما چگونه از آنها استفاده کنیم؟ تسلا از این چیزهایی که برای ما شناخته شده است (آنطور که به نظر ما می رسد) به روشی کاملاً متفاوت استفاده کرد. چگونه هر وسیله برقی را به شبکه وصل کنیم؟ چنگال - یعنی دو هادی اگر فقط یک هادی را وصل کنیم، جریانی وجود نخواهد داشت - مدار بسته نیست.

تسلا اثر انتقال نیرو از طریق یک هادی را نشان داد. علاوه بر این، در آزمایش‌های دیگر، او برق را اصلاً بدون سیم منتقل می‌کرد. در پایان قرن نوزدهم، مخترع بزرگ توانست انرژی الکتریکی را بدون سیم در مسافتی بیش از 40 کیلومتر منتقل کند. از آنجایی که این آزمایش معروف تسلا هنوز تکرار نشده است، مطمئناً خوانندگان ما به جزئیات این داستان و همچنین وضعیت فعلی مشکل انتقال انرژی الکتریکی بدون سیم علاقه مند خواهند شد.

بیوگرافی مخترع آمریکایی، یک صرب الاصل، نیکولا تسلا، به خوبی شناخته شده است و ما به آن نمی پردازیم. اما بیایید بلافاصله توضیح دهیم: قبل از نشان دادن آزمایش منحصر به فرد خود، تسلا، ابتدا در سال 1892 در لندن و یک سال بعد در فیلادلفیا، در حضور متخصصان، امکان انتقال انرژی الکتریکی را از طریق یک سیم بدون استفاده از زمین سیم دوم نشان داد. قطب منبع انرژی

و سپس او این ایده را داشت که از این سیم واحد استفاده کند ... زمین! و در همان سال، در کنوانسیون انجمن روشنایی الکتریکی در سنت لوئیس، لامپ های الکتریکی را نشان داد که بدون سیم برق می سوزند و موتور الکتریکی که بدون اتصال به شبکه برق کار می کند. او در مورد این توضیح غیرعادی چنین توضیح داد: «چند کلمه در مورد ایده ای که دائماً افکار من را به خود مشغول می کند و همه ما را نگران می کند. منظور من انتقال سیگنال و همچنین انرژی در هر فاصله ای بدون سیم است. ما قبلاً می دانیم که ارتعاشات الکتریکی را می توان از طریق یک هادی منفرد منتقل کرد. چرا از زمین برای این منظور استفاده نمی کنید؟ اگر بتوانیم دوره نوسان بار الکتریکی زمین را هنگامی که توسط یک مدار دارای بار مخالف مختل می شود تعیین کنیم، این یک واقعیت بسیار مهم خواهد بود که به نفع همه بشریت خواهد بود.

با دیدن چنین تظاهرات تماشایی، الیگارشی های معروفی مانند جی. وستینگهاوس و جی. پی. مورگان، با خرید پتنت های تسلا، بیش از یک میلیون دلار در این تجارت امیدوارکننده سرمایه گذاری کردند (به هر حال، برای آن زمان ها بسیار بزرگ!).با این بودجه، در اواخر دهه 90 قرن نوزدهم، تسلا در حال ساخت آزمایشگاه منحصر به فرد خود در کلرادو اسپرینگز بود. اطلاعات دقیق در مورد آزمایش‌های آزمایشگاه تسلا در کتاب زندگی‌نامه‌نویس جان اونیل «پرومتئوس الکتریکی» آمده است (در کشور ما، ترجمه آن در مجله «مخترع و منطق‌ساز» شماره 11-4 برای سال 1979 منتشر شد). . ما در اینجا تنها گزیده ای کوتاه از آن را نقل می کنیم تا به تجدید چاپ های بعدی اشاره نکنیم: «در کلرادو اسپرینگز، تسلا اولین آزمایش های انتقال بی سیم برق را انجام داد. او توانست جریانی را که از زمین گرفته شده بود در حین کار یک ویبراتور غول پیکر، 200 لامپ برقی رشته ای که در فاصله 42 کیلومتری آزمایشگاهش قرار داشت، تغذیه کند.قدرت هر کدام 50 وات بود، بنابراین کل انرژی مصرفی 10 کیلو وات یا 13 اسب بخار بود. تسلا متقاعد شده بود که با یک ویبراتور قوی تر، می تواند 12 رشته الکتریکی از 200 لامپ را که هر کدام در سراسر جهان پراکنده شده اند روشن کند.

خود تسلا چنان از موفقیت این آزمایشات الهام گرفت که در مطبوعات عمومی اعلام کرد که قصد دارد نمایشگاه جهانی صنعتی پاریس را که قرار بود در سال 1903 برگزار شود با انرژی نیروگاهی واقع در آبشار نیاگارا روشن کند. و بدون سیم به پاریس منتقل شد. از عکس ها و توضیحات متعدد شاهدان عینی و دستیاران مخترع مشخص است که این یک مولد انرژی بود که 42 کیلومتر بدون سیم منتقل می شد (اگرچه این یک اصطلاح کاملاً روزنامه نگاری است: یک سیم که زمین بود در این مدار وجود دارد. و آنها مستقیماً در مورد آن صحبت می کنند، هم خود تسلا و هم زندگی نامه او).

چیزی که تسلا ویبراتور نامید، ترانسفورماتور غول پیکر سیستم خود بود که دارای سیم پیچی اولیه از چندین دور سیم ضخیم بر روی حصاری به قطر 25 متر بود و در داخل آن یک سیم پیچ ثانویه تک لایه چند دور بر روی سیلندر دی الکتریک سیم پیچ اولیه، همراه با یک خازن، یک سیم پیچ القایی و یک شکاف جرقه، یک مدار مبدل فرکانس نوسانی را تشکیل دادند. در بالای ترانسفورماتور، واقع در مرکز آزمایشگاه، یک برج چوبی به ارتفاع 60 متر بلند شد که بالای آن یک توپ مسی بزرگ قرار داشت. یک سر سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور به این توپ متصل شده بود، سر دیگر به زمین متصل شد. کل دستگاه از یک دینام جداگانه 300 اسب بخار نیرو می گرفت. نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس 150 کیلوهرتز (طول موج 2000 متر) را برانگیخت. ولتاژ کار در مدار ولتاژ بالا 30000 ولت بود و پتانسیل تشدید توپ به 100000000 ولت رسید و رعد و برق مصنوعی به طول ده ها متر تولید کرد! زندگی‌نامه‌نویس او کار ارتعاشگر تسلا را در اینجا توضیح می‌دهد: «در اصل، تسلا به زمین «پمپ زد» و جریانی از الکترون‌ها را از آنجا استخراج کرد. فرکانس پمپ 150 کیلوهرتز بود. امواج الکتریکی که در دایره‌های متحدالمرکز دورتر و دورتر از کلرادو اسپرینگز منتشر می‌شوند، سپس در نقطه‌ای کاملاً مخالف روی زمین همگرا می‌شوند. در آنجا، امواجی با دامنه وسیع همگام با امواجی که در کلرادو برخاسته بودند بالا و پایین می‌رفتند. در حال سقوط، چنین موجی یک پژواک الکتریکی به کلرادو فرستاد، جایی که یک لرزاننده الکتریکی موج را تقویت کرد و با عجله به عقب برگشت.

اگر کل زمین را در حالت ارتعاش الکتریکی قرار دهیم، در هر نقطه از سطح آن انرژی برای ما فراهم خواهد شد. می‌توان آن را از امواجی که بین تیرهای برق هجوم می‌آورد، با دستگاه‌های ساده‌ای مانند مدارهای نوسانی در گیرنده‌های رادیویی، که فقط به زمین متصل شده‌اند و به آنتن‌های کوچکی به ارتفاع یک کلبه روستایی مجهز هستند، دریافت کرد. این انرژی خانه ها را گرم می کند و آنها را با لامپ های لوله ای تسلا که نیازی به سیم ندارند روشن می کند. موتورهای AC فقط به مبدل های فرکانس نیاز دارند.

اطلاعات مربوط به آزمایشات تسلا در مورد انتقال الکتریسیته بدون سیم، محققان دیگر را برای کار در این زمینه ترغیب کرد. گزارش هایی از آزمایش های مشابه اغلب در اوایل قرن گذشته در مطبوعات ظاهر می شد. در این راستا، شایان ذکر است گزیده ای از مقاله A.M. گورکی با عنوان «مکالمات درباره صنایع دستی» که در سال 1930 منتشر شد: «امسال، مارکونی جریان الکتریکی را از جنوا به استرالیا از طریق هوا منتقل کرد و در نمایشگاهی در سیدنی، لامپ های الکتریکی را در آنجا روشن کرد. همین کار را 27 سال پیش در اینجا در روسیه توسط نویسنده و دانشمند M.M. فیلیپوف که چندین سال بر روی انتقال جریان الکتریکی از طریق هوا کار کرد و در نهایت یک لوستر در Tsarskoye Selo از سنت پترزبورگ روشن کرد. یعنی در فاصله 27 کیلومتری. -V.P.). در آن زمان توجه لازم به این واقعیت نشد، اما فیلیپوف چند روز بعد جسدش را در آپارتمانش پیدا کردند و پلیس وسایل و اوراق او را مصادره کرد.

آزمایشات تسلا تأثیر زیادی بر نویسنده دیگری گذاشت - الکسی تولستوی، که با تحصیلات یک مهندس بود. و هنگامی که تسلا و سپس مارکونی در مطبوعات گزارش دادند که دستگاه های آنها سیگنال های عجیبی از خارج از زمین و ظاهراً مریخی دریافت می کنند، این الهام بخش نویسنده برای نوشتن رمان علمی تخیلی Aelita شد. در این رمان، مریخی‌ها از اختراع تسلا استفاده می‌کنند و به‌صورت بی‌سیم انرژی را از نیروگاه‌های واقع در قطب‌های مریخ به هر نقطه از این سیاره منتقل می‌کنند. این انرژی موتور کشتی های پرنده و مکانیسم های دیگر را به حرکت در می آورد. با این حال، تسلا نتوانست «سیستم جهانی» خود را بسازد تا بدون استفاده از سیم برق را برای جمعیت جهان تامین کند.

به محض اینکه در سال 1900 شروع به ساختن یک پردیس آزمایشگاهی تحقیقاتی برای 2000 کارمند و یک برج فلزی عظیم با صفحه مسی غول پیکر در بالای آیلند لانگ آیلند نزدیک نیویورک کرد، الیگارشی های برقی "سیم دار" نیز متوجه شدند: پس از همه، معرفی گسترده سیستم تسلا آنها را تهدید به نابودی کرد.

برج واردنکلیف (1902)

در مورد میلیاردر J.P. مورگان که بودجه ساخت و ساز را تامین می کرد، تحت فشار شدیدی قرار گرفت، از جمله از سوی مقامات دولتی که توسط رقبا رشوه می گرفتند.(یا برعکس بود) وقفه در تامین تجهیزات شروع شد، ساخت و ساز متوقف شد و وقتی مورگان تحت این فشار بودجه را متوقف کرد، به طور کلی متوقف شد. در آغاز جنگ جهانی اول، به تحریک همین رقبا، دولت آمریکا به بهانه دور از ذهنی که می‌توان از آن برای اهداف جاسوسی استفاده کرد، دستور منفجر کردن برج تمام‌شده را صادر کرد.

خب، پس مهندسی برق به راه معمول رفت.

برای مدت طولانی، هیچ‌کس نمی‌توانست آزمایش‌های تسلا را تکرار کند، فقط به این دلیل که لازم بود یک نصب مشابه از نظر اندازه و قدرت ایجاد شود. اما اینکه تسلا موفق شد راهی برای انتقال انرژی الکتریکی از راه دور بدون سیم بیابد، بیش از صد سال پیش کسی شک نداشت. اقتدار تسلا که رتبه دومین مخترع پس از ادیسون را داشت در سراسر جهان بسیار بالا بود و سهم او در توسعه مهندسی برق AC (علی رغم ادیسون که طرفدار جریان مستقیم بود) غیرقابل انکار است. بسیاری از متخصصان، بدون احتساب مطبوعات، در طول آزمایش های او حضور داشتند و هیچ کس هرگز سعی نکرد او را به هیچ ترفند یا شعبده بازی در حقایق محکوم کند. اقتدار بالای تسلا با نام واحد قدرت میدان مغناطیسی پس از او نیز گواه است. اما نتیجه گیری تسلا مبنی بر اینکه در طول آزمایش در کلرادو اسپرینگز انرژی به مسافت 42 کیلومتری با بازدهی حدود 90 درصد منتقل شده است بسیار خوش بینانه است. به یاد بیاورید که قدرت کل لامپ های روشن شده در فاصله 10 کیلو وات یا 13 اسب بخار بود، در حالی که قدرت دینامی که ویبراتور را تغذیه می کرد به 300 اسب بخار می رسید. یعنی می توانیم در مورد کارایی صحبت کنیم. فقط حدود 4-5٪، اگرچه این رقم شگفت انگیز است. اثبات فیزیکی آزمایش‌های تسلا در مورد انتقال بی‌سیم الکتریسیته همچنان مورد توجه بسیاری از متخصصان است.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h tml

متخصصان موسسه فناوری ماساچوست موفق به سوزاندن یک لامپ رشته ای شدند که در فاصله 2 متری از منبع انرژی قرار دارد. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html

شارژرهای بی سیم از اینتل odessabuy.com/news/item-402.html

«استدلال و حقایق» شماره 52، 2008 (24-30 دسامبر):
علم - برق بدون سیم.آنها می گویند دانشمندان آمریکایی توانسته اند 800 وات برق را بدون سیم منتقل کنند.

قانون برهمکنش جریان های الکتریکی که توسط آندره ماری آمپر در سال 1820 کشف شد، پایه و اساس توسعه بیشتر علم الکتریسیته و مغناطیس را ایجاد کرد. پس از 11 سال، مایکل فارادی به طور تجربی دریافت که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ایجاد شده توسط یک جریان الکتریکی قادر به القای جریان الکتریکی در رسانای دیگری است. اینطوری ایجاد شد.

در سال 1864، جیمز کلرک ماکسول سرانجام داده های تجربی فارادی را سیستماتیک کرد و به آنها شکل معادلات ریاضی دقیق داد، که به لطف آنها اساس الکترودینامیک کلاسیک ایجاد شد، زیرا این معادلات رابطه میدان الکترومغناطیسی را با جریان ها و بارهای الکتریکی و وجود امواج الکترومغناطیسی باید نتیجه این امر باشد.

در سال 1888، هاینریش هرتز به طور تجربی وجود امواج الکترومغناطیسی را که توسط ماکسول پیش بینی شده بود تأیید کرد. فرستنده جرقه قطع شده سیم‌پیچ Rumkorff او می‌تواند امواج الکترومغناطیسی تا 0.5 گیگاهرتز تولید کند که می‌تواند توسط گیرنده‌های متعددی که برای رزونانس با فرستنده تنظیم شده‌اند دریافت کنند.

گیرنده ها می توانستند در فاصله 3 متری قرار گیرند و هنگامی که جرقه ای در فرستنده ظاهر می شد، جرقه هایی نیز در گیرنده ها ظاهر می شد. بنابراین برگزار شد اولین آزمایشات در انتقال بی سیم انرژی الکتریکیبا استفاده از امواج الکترومغناطیسی

در سال 1891، هنگام مطالعه جریان های متناوب ولتاژ بالا و فرکانس بالا، او به این نتیجه رسید که برای اهداف خاص انتخاب هر دو طول موج و ولتاژ کاری فرستنده بسیار مهم است و اصلاً لازم نیست که فرکانس خیلی بالاست

این دانشمند خاطرنشان می کند که حد پایین فرکانس ها و ولتاژهایی که در آن زمان توانسته بهترین نتایج را به دست آورد از 15000 تا 20000 نوسان در ثانیه با پتانسیل 20000 ولت است. تسلا یک جریان فرکانس بالا و ولتاژ بالا را با اعمال تخلیه نوسانی یک خازن دریافت کرد (نگاه کنید به -). او مشاهده کرد که این نوع فرستنده الکتریکی هم برای تولید نور و هم برای انتقال برق برای تولید نور مناسب است.

در دوره 1891 تا 1894، دانشمند بارها انتقال بی سیم و درخشش لوله های خلاء را در یک میدان الکترواستاتیکی با فرکانس بالا نشان داد، در حالی که اشاره کرد که انرژی میدان الکترواستاتیک توسط لامپ جذب شده، به نور تبدیل می شود و انرژی از میدان الکترومغناطیسی مورد استفاده برای القای الکترومغناطیسی به منظور به دست آوردن یک مشابه نتیجه عمدتا منعکس می شود و تنها بخش کوچکی از آن به نور تبدیل می شود.

این دانشمند استدلال کرد که حتی با استفاده از رزونانس هنگام ارسال با استفاده از یک موج الکترومغناطیسی، مقدار قابل توجهی از انرژی الکتریکی قابل انتقال نیست. هدف او در این دوره از کار این بود که دقیقاً مقدار زیادی از انرژی الکتریکی را به روش بی سیم منتقل کند.

تا سال 1897، به موازات کار تسلا، تحقیقات بر روی امواج الکترومغناطیسی توسط جاگدیش بوز در هند، الکساندر پوپوف در روسیه و گوگلیلمو مارکونی در ایتالیا انجام می شد.

پس از سخنرانی‌های عمومی تسلا، جاگدیش بوز در نوامبر 1894 در کلکته با نمایش انتقال بی‌سیم برق صحبت می‌کند، جایی که باروت را مشتعل می‌کند و انرژی الکتریکی را از راه دور منتقل می‌کند.

پس از بوچه، یعنی 25 آوریل 1895، الکساندر پوپوف با استفاده از کد مورس، اولین پیام رادیویی را مخابره کرد و این تاریخ (به سبک جدید 7 مه) اکنون هر ساله در روسیه به عنوان "روز رادیو" جشن گرفته می شود.

در سال 1896، مارکونی پس از ورود به بریتانیا، دستگاه خود را نشان داد و سیگنالی را با استفاده از کد مورس در فاصله 1.5 کیلومتری از پشت بام ساختمان اداره پست در لندن به ساختمان دیگری ارسال کرد. پس از آن، او اختراع خود را بهبود بخشید و موفق شد سیگنالی را در امتداد دشت سالزبری در فاصله 3 کیلومتری ارسال کند.

تسلا در سال 1896 با موفقیت سیگنال ها را در فاصله 48 کیلومتری بین فرستنده و گیرنده ارسال و دریافت می کند. با این حال، هیچ یک از محققان موفق به انتقال مقدار قابل توجهی انرژی الکتریکی در مسافت طولانی نشده اند.

تسلا در سال 1899 در کلرادو اسپرینگز آزمایش کرد: "به نظر می رسد ناسازگاری روش القاء در مقایسه با روش تحریک بار زمین و هوا بسیار زیاد است." این آغاز تحقیقات این دانشمند با هدف انتقال برق در فواصل طولانی بدون استفاده از سیم خواهد بود. در ژانویه 1900، تسلا در دفتر خاطرات خود انتقال موفقیت آمیز انرژی را به سیم پیچی «در خارج از میدان» که لامپ از آن تغذیه می شد، ثبت کرد.

و بزرگ ترین موفقیت این دانشمند پرتاب برج واردنکلیف در لانگ آیلند در 15 ژوئن 1903 خواهد بود که برای انتقال انرژی الکتریکی در فاصله قابل توجهی در مقادیر زیاد بدون سیم طراحی شده است. سیم پیچ ثانویه زمین شده ترانسفورماتور رزونانس، که با گنبد کروی مسی تاج گذاری شده است، باید بار زمین و لایه های رسانای هوا را تحریک می کرد تا به عنصری از یک مدار تشدید بزرگ تبدیل شود.

بنابراین دانشمند موفق شد 200 لامپ 50 واتی را در فاصله حدود 40 کیلومتری فرستنده برق رسانی کند. با این حال، بر اساس امکان سنجی اقتصادی، تامین مالی این پروژه توسط مورگان متوقف شد و او از همان ابتدا برای دریافت ارتباطات بی سیم در این پروژه سرمایه گذاری کرد و انتقال انرژی رایگان در مقیاس صنعتی از راه دور برای او مناسب نبود. یک تاجر در سال 1917، این برج که برای انتقال بی سیم انرژی الکتریکی طراحی شده بود، تخریب شد.

خیلی بعد، در دوره 1961 تا 1964، یک متخصص در زمینه الکترونیک مایکروویو، ویلیام براون، در ایالات متحده آمریکا مسیرهای انتقال انرژی مایکروویو را آزمایش کرد.

در سال 1964 برای اولین بار دستگاهی (مدل هلیکوپتر) را آزمایش کرد که به لطف آرایه آنتنی متشکل از دوقطبی های نیمه موج، هر یک، قادر به دریافت و استفاده از انرژی پرتو مایکروویو به صورت جریان مستقیم بود. که با دیودهای شاتکی با کارایی بالا بارگذاری شده است. قبلاً در سال 1976، ویلیام براون توان 30 کیلووات را توسط یک پرتو مایکروویو در مسافت 1.6 کیلومتر با راندمان بیش از 80 درصد منتقل کرده بود.

در سال 2007، یک گروه تحقیقاتی در موسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی پروفسور مارین سولیاچیچ، موفق شدند انرژی را به صورت بی سیم در فاصله 2 متری انتقال دهند. توان ارسالی برای روشن کردن یک لامپ 60 واتی کافی بود.

فناوری آنها (به نام ) بر اساس پدیده تشدید الکترومغناطیسی است. فرستنده و گیرنده دو سیم پیچ مسی هستند که با فرکانس یکسان تشدید می شوند و هر کدام 60 سانتی متر قطر دارند. فرستنده به یک منبع تغذیه و گیرنده به یک لامپ رشته ای متصل است. مدارها روی فرکانس 10 مگاهرتز تنظیم شده اند. گیرنده در این حالت تنها 40-45 درصد از برق ارسالی را دریافت می کند.

تقریباً در همان زمان، فناوری مشابهی برای انتقال برق بی سیم توسط اینتل نشان داده شد.

در سال 2010، گروه Haier، تولید کننده لوازم خانگی چینی، محصول منحصر به فرد خود، تلویزیون ال سی دی کاملا بی سیم مبتنی بر این فناوری را در نمایشگاه CES 2010 رونمایی کرد.

قانونی را کشف کرد (که بعداً به نام کاشف قانون آمپر نامگذاری شد) که نشان می دهد جریان الکتریکی میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

• که در 2007 در سال 1999، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور مارین سولجاچیچ از 2 متر انرژی بی سیم برای روشن کردن یک لامپ 60 وات با راندمان 40 درصد با استفاده از دو سیم پیچ به قطر 60 سانتی متر کافی بود.
• که در 2008 در سال 1999، Bombardier سیستمی برای انتقال قدرت بی سیم به نام "primove" برای استفاده در موتورهای تراموا و ریل سبک پیشنهاد کرد.
• که در 2008 در همان سال، کارمندان اینتل آزمایش‌های نیکولا تسلا در سال 1894 و آزمایش‌های گروه جان براون در سال 1988 در مورد انتقال بی‌سیم انرژی به لامپ‌های رشته‌ای نور با بازده 75 درصد را بازتولید کردند.
• که در 2009 در همان سال، کنسرسیومی از شرکت های علاقه مند به نام "کنسرسیوم برق بی سیم" یک استاندارد برق بی سیم با جریان پایین به نام "" را توسعه دادند. Qi شروع به استفاده در فناوری قابل حمل کرد.
• که در 2009 در سال 2009، شرکت نروژی Wireless Power & Communication یک چراغ قوه صنعتی را معرفی کرد که می تواند به طور ایمن کار کند و بدون تماس در یک اتمسفر اشباع شده از گاز قابل اشتعال شارژ شود.
• که در 2009 گروه Haier اولین تلویزیون ال سی دی کاملا بی سیم جهان را بر اساس تحقیقات پروفسور مارین سولیاسیک در مورد انتقال برق بی سیم و رابط دیجیتال خانگی بی سیم (WHDI) معرفی کرد.
• که در 2011 کنسرسیوم برق بی سیم شروع به گسترش مشخصات استاندارد Qi برای جریان های متوسط ​​کرد.
• که در 2012 در همان سال، موزه خصوصی سنت پترزبورگ "Grand Maket Russia" کار خود را آغاز کرد که در آن مدل های مینیاتوری خودروها از طریق یک مدل از جاده برق را به صورت بی سیم دریافت می کردند.
• که در 2015 در سال 1999، دانشمندان دانشگاه واشنگتن دریافتند که الکتریسیته می تواند از طریق فناوری Wi-Fi منتقل شود.

فن آوری ها

روش اولتراسونیک

روش اولتراسونیک انتقال انرژی توسط دانشجویان دانشگاه پنسیلوانیا ابداع شد و برای اولین بار در نمایشگاه "همه چیزهای دیجیتال" (D9) در سال 2011 به عموم مردم ارائه شد. مانند سایر روش های انتقال بی سیم چیزی، از گیرنده و فرستنده استفاده می شد. فرستنده اولتراسوند منتشر کرد. گیرنده به نوبه خود آنچه شنیده می شد را به برق تبدیل می کرد. در زمان ارائه، فاصله انتقال به 7-10 متر می رسید و خط دید مستقیم گیرنده و فرستنده ضروری بود. ولتاژ ارسالی به 8 ولت رسید. جریان حاصل گزارش نشده است. فرکانس های اولتراسونیک استفاده شده هیچ تاثیری بر انسان ندارند. همچنین اطلاعاتی در مورد اثرات منفی فرکانس های اولتراسونیک بر روی حیوانات وجود ندارد.

روش القای الکترومغناطیسی

انتقال توان بی سیم توسط القای الکترومغناطیسی از یک میدان الکترومغناطیسی نزدیک در فواصل حدود یک ششم طول موج استفاده می کند. انرژی میدان نزدیک به خودی خود تابشی نیست، اما برخی از تلفات تابشی رخ می دهد. علاوه بر این، به عنوان یک قاعده، تلفات مقاومتی نیز وجود دارد. به دلیل القای الکترودینامیکی، یک جریان الکتریکی متناوب که از سیم پیچ اولیه عبور می کند، یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می کند که بر روی سیم پیچ ثانویه اثر می گذارد و جریان الکتریکی را در آن القا می کند. برای دستیابی به راندمان بالا، تعامل باید به اندازه کافی نزدیک باشد. با دور شدن سیم پیچ ثانویه از سیم پیچ اولیه، میدان مغناطیسی بیشتری به سیم پیچ ثانویه نمی رسد. حتی در فواصل نسبتاً کوتاه، جفت القایی بسیار ناکارآمد می شود و بخش زیادی از انرژی ارسال شده را هدر می دهد.

ترانسفورماتور الکتریکی ساده ترین وسیله برای انتقال برق بی سیم است. سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور مستقیماً به هم متصل نیستند. انتقال انرژی از طریق فرآیندی به نام القای متقابل انجام می شود. وظیفه اصلی ترانسفورماتور افزایش یا کاهش ولتاژ اولیه است. شارژرهای بدون تماس تلفن همراه و مسواک برقی نمونه هایی از استفاده از اصل القایی الکترودینامیکی هستند. اجاق های القایی نیز از این روش استفاده می کنند. عیب اصلی روش انتقال بی سیم برد بسیار کوتاه آن است. گیرنده باید در مجاورت فرستنده باشد تا بتواند به طور موثر با فرستنده ارتباط برقرار کند.

استفاده از رزونانس دامنه انتقال را کمی افزایش می دهد. با القای تشدید، فرستنده و گیرنده بر روی یک فرکانس تنظیم می شوند. با تغییر شکل موج جریان درایو از سینوسی به شکل موج گذرا غیر سینوسی، عملکرد را می توان بیشتر بهبود بخشید. انتقال انرژی پالسی در چندین چرخه اتفاق می افتد. بنابراین، توان قابل توجهی را می توان بین دو مدار LC تنظیم شده متقابل با ضریب کوپلینگ نسبتا کم منتقل کرد. سیم پیچ های فرستنده و گیرنده، به عنوان یک قاعده، سلونوئیدهای تک لایه یا یک سیم پیچ تخت با مجموعه ای از خازن ها هستند که به شما امکان می دهد عنصر گیرنده را با فرکانس فرستنده تنظیم کنید.

یکی از کاربردهای متداول القای الکترودینامیکی تشدید، شارژ باتری‌ها در دستگاه‌های قابل حمل مانند رایانه‌های لپ‌تاپ و تلفن‌های همراه، ایمپلنت‌های پزشکی و وسایل نقلیه الکتریکی است. تکنیک شارژ موضعی از انتخاب یک سیم پیچ انتقال مناسب در ساختار آرایه سیم پیچ چندلایه استفاده می کند. رزونانس هم در پد شارژ بی سیم (حلقه انتقال) و هم در ماژول گیرنده (که در بار تعبیه شده است) برای اطمینان از حداکثر بازده انتقال نیرو استفاده می شود. این تکنیک انتقال برای پدهای شارژ بی سیم جهانی برای شارژ وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن های همراه مناسب است. این تکنیک به عنوان بخشی از استاندارد شارژ بی سیم Qi پذیرفته شده است.

القای الکترودینامیک تشدید کننده همچنین برای تامین انرژی دستگاه های بدون باتری مانند برچسب های RFID و کارت های هوشمند بدون تماس و همچنین برای انتقال انرژی الکتریکی از سلف اولیه به تشدید کننده ترانسفورماتور تسلا که یک فرستنده بی سیم انرژی الکتریکی نیز می باشد، استفاده می شود.

القای الکترواستاتیک

روش لیزری

در صورتی که طول موج تابش الکترومغناطیسی به ناحیه مرئی طیف نزدیک شود (از 10 میکرون تا 10 نانومتر)، انرژی را می توان با تبدیل آن به یک پرتو لیزر منتقل کرد و سپس می تواند به فتوسل گیرنده هدایت شود.

در مقایسه با سایر روش‌های انتقال بی‌سیم، انتقال توان لیزری دارای چندین مزیت است:

• انتقال انرژی در فواصل طولانی (به دلیل زاویه کوچک واگرایی بین پرتوهای باریک یک موج نور تک رنگ)؛
• سهولت استفاده برای محصولات کوچک (به دلیل اندازه کوچک لیزر حالت جامد - دیود نیمه هادی فوتوالکتریک)؛
• عدم تداخل فرکانس رادیویی برای دستگاه های ارتباطی موجود مانند Wi-Fi و تلفن های همراه (لیزر چنین تداخلی ایجاد نمی کند).
• توانایی کنترل دسترسی (فقط گیرنده هایی که با پرتو لیزر روشن می شوند می توانند برق دریافت کنند).

این روش همچنین دارای معایبی است:

• تبدیل تابش الکترومغناطیسی فرکانس پایین به فرکانس بالا که نور است، ناکارآمد است. تبدیل نور به برق نیز ناکارآمد است، زیرا بازده سلول های خورشیدی به 40-50٪ می رسد، اگرچه راندمان تبدیل نور تک رنگ بسیار بیشتر از بازده پانل های خورشیدی است.
• تلفات در جو؛
• نیاز به خط دید بین فرستنده و گیرنده (مانند انتقال مایکروویو).

فناوری انتقال قدرت به کمک لیزر قبلاً عمدتاً در توسعه سیستم‌های تسلیحاتی جدید و در صنعت هوافضا مورد بررسی قرار گرفته است و در حال حاضر برای وسایل الکترونیکی تجاری و مصرفی در دستگاه‌های کم مصرف در حال توسعه است. سیستم‌های انتقال برق بی‌سیم برای کاربردهای مصرف‌کننده باید الزامات ایمنی لیزر IEC 60825 را برآورده کنند. برای درک بهتر سیستم‌های لیزر، باید در نظر گرفت که انتشار یک پرتو لیزر بسیار کمتر به محدودیت‌های پراش وابسته است، زیرا فضایی و تطبیق طیفی لیزرها باعث افزایش قدرت کار و فاصله می شود، زیرا طول موج بر روی تمرکز تأثیر می گذارد.

مرکز تحقیقات پرواز درایدن ناسا، پرواز یک هواپیمای سبک بدون سرنشین را با پرتو لیزر به نمایش گذاشت. این امر امکان شارژ مجدد دوره ای با استفاده از یک سیستم لیزری را بدون نیاز به فرود هواپیما ثابت کرد.

جریان متناوب را می توان از طریق لایه هایی از جو با فشار اتمسفر کمتر از 135 میلی متر جیوه منتقل کرد. هنر جریان از طریق القای الکترواستاتیکی در اتمسفر پایینی در حدود 2-3 مایل (3.2-4.8 کیلومتر) بالاتر از سطح دریا و به دلیل جریان یون ها، یعنی هدایت الکتریکی از طریق یک منطقه یونیزه واقع در ارتفاع بالای 5 کیلومتر، جریان می یابد. پرتوهای عمودی شدید تابش فرابنفش را می توان برای یونیزه کردن گازهای اتمسفر مستقیماً بالای دو پایانه مرتفع استفاده کرد که منجر به تشکیل خطوط برق پلاسما با ولتاژ بالا می شود که مستقیماً به لایه های رسانای جو می رسد. در نتیجه، جریان الکتریکی بین دو پایانه مرتفع تشکیل می‌شود که به تروپوسفر می‌رود، از آن عبور می‌کند و به پایانه دیگر باز می‌گردد. رسانایی الکتریکی از طریق لایه های جو به دلیل تخلیه خازنی پلاسما در یک جو یونیزه امکان پذیر می شود.

نیکولا تسلا کشف کرد که الکتریسیته هم از طریق زمین و هم از طریق جو قابل انتقال است. او در جریان تحقیقات خود به اشتعال لامپ در فواصل متوسط ​​دست یافت و انتقال برق در فواصل طولانی را ثبت کرد. برج Wardenclyffe به عنوان یک پروژه تجاری برای تلفن بی سیم فرا اقیانوس اطلس تصور شد و به نمایشی واقعی از امکان انتقال بی سیم برق در مقیاس جهانی تبدیل شد. نصب به دلیل کمبود بودجه تکمیل نشد.

زمین یک هادی طبیعی است و یک مدار رسانا را تشکیل می دهد. حلقه بازگشت از طریق تروپوسفر فوقانی و استراتوسفر پایینی در ارتفاع حدود 4.5 مایلی (7.2 کیلومتری) تحقق می یابد.

یک سیستم جهانی برای انتقال الکتریسیته بدون سیم، به اصطلاح "سیستم بی سیم در سراسر جهان"، بر اساس رسانایی الکتریکی بالای پلاسما و رسانایی الکتریکی بالای زمین، توسط نیکولا تسلا در اوایل سال 1904 پیشنهاد شد و به خوبی می توانست باعث شهاب سنگ تونگوسکا، ناشی از "اتصال کوتاه" بین جو باردار و زمین.

سیستم بی سیم در سراسر جهان

آزمایشات اولیه مخترع مشهور صرب، نیکولا تسلا، مربوط به انتشار امواج رادیویی معمولی، یعنی امواج هرتزی، امواج الکترومغناطیسی منتشر شده در فضا بود.

در سال 1919، نیکولا تسلا نوشت: «قرار است در سال 1893 کار بر روی انتقال بی سیم را شروع کنم، اما در واقع دو سال قبل را صرف تحقیق و طراحی دستگاه کردم. از همان ابتدا برای من روشن بود که با یک سری تصمیمات رادیکال می توان به موفقیت دست یافت. ابتدا قرار بود ژنراتورهای فرکانس بالا و نوسانگرهای الکتریکی ساخته شوند. انرژی آنها باید به فرستنده های کارآمد تبدیل می شد و در فاصله ای دور توسط گیرنده های مناسب دریافت می شد. چنین سیستمی در صورت حذف هرگونه دخالت خارجی و تضمین انحصار کامل آن مؤثر خواهد بود. با گذشت زمان، اما متوجه شدم که برای اینکه دستگاه هایی از این دست به طور موثر کار کنند، باید با در نظر گرفتن ویژگی های فیزیکی سیاره ما طراحی شوند.

یکی از شرایط ایجاد یک سیستم بی سیم در سراسر جهان، ساخت گیرنده های رزونانسی است. تشدید کننده مارپیچ زمین شده سیم پیچ تسلا و ترمینال مرتفع را می توان به همین ترتیب استفاده کرد. تسلا شخصا بارها و بارها انتقال بی سیم انرژی الکتریکی از فرستنده به سیم پیچ تسلا را نشان داده است. این بخشی از سیستم انتقال بی سیم او شد (اختراع ایالات متحده شماره 1،119،732، 18 ژانویه 1902، "دستگاه برای انتقال نیروی الکتریکی"). تسلا پیشنهاد نصب بیش از 30 ایستگاه گیرنده و فرستنده را در سراسر جهان داد. در این سیستم سیم پیچ پیکاپ به عنوان یک ترانسفورماتور کاهنده با جریان خروجی بالا عمل می کند. پارامترهای سیم پیچ فرستنده با سیم پیچ گیرنده یکسان است.

هدف سیستم بی‌سیم جهانی تسلا ترکیب انتقال نیرو با پخش و ارتباطات بی‌سیم جهت‌دار بود که باعث حذف خطوط برق با ولتاژ بالا و تسهیل اتصال ژنراتورهای الکتریکی در مقیاس جهانی می‌شد.

همچنین ببینید

• WiTricity

یادداشت

1. «الکتریسیته در نمایشگاه کلمبیا» نوشته جان پاتریک بارت. 1894، صص. 168-169
2. آزمایش‌هایی با جریان‌های متناوب با فرکانس بسیار بالا و کاربرد آن‌ها در روش‌های نورپردازی مصنوعی، 1 Columbie، 0، 2.
3. آزمایش‌ها با جریان‌های جایگزین با پتانسیل بالا و فرکانس بالا، آدرس IEE، لندن، فوریه 1892 (انگلیسی)
4. در نور و سایر پدیده های با فرکانس بالا، موسسه فرانکلین، فیلادلفیا، فوریه 1893 و جامعه ملی الکتریک لوئیس،  مارس 1893 (انگلیسی)
5. کار-جاگدیش-چاندرا-بوز:100سال-پژوهش-موج-میلی متر
6. جاگادیش-چاندرا-بوز
7. نیکولا تسلا درباره کارش با جریان های متناوب و کاربرد آنها در تلگراف بی سیم، تلفن و انتقال نیرو، ص. 26-29. (انگلیسی)
8. 5 ژوئن 1899 نت های کلرادو بهار  1899-1900، نولیت، 1978 (انگلیسی)
9. نیکولا تسلا: سلاح های هدایت شده و فناوری رایانه
10. برقکار(لندن)، 1904 (انگلیسی)
11. اسکن گذشته: تاریخچه مهندسی برق از گذشته، هیدتسوگو یاگی
12. Tetelbaum S.I.در مورد انتقال بی سیم برق در فواصل طولانی با استفاده از امواج رادیویی // برق. - 1945. - شماره 5. - ص 43-46.
13. کوستنکو A. A.شبه اپتیک: مقدمات تاریخی و توسعه روندهای مدرن // رادیوفیزیک و رادیو اخترشناسی. - 2000. - V. 5، شماره 3. - S. 231.
14. بررسی عناصر قدرت انتقال با پرتو مایکروویو، در سال 1961 IRE بین‌المللی. Conf. Rec., vol.9, part 3, pp.93-105
15. IEEE مایکروویو تئوری و تکنیک، Bill Brown's Distinguished Career
16. قدرت از خورشید: آینده آن، علم جلد. 162، صص. 957-961 (1968)
17. حق ثبت اختراع انرژی خورشیدی-ماهواره
18. تاریخچه RFID
19. ابتکار عمل فضایی-خورشیدی-انرژی
20. بی سیم برق انتقال برای Solar Power Satellite
21. W. C. Brown: The History Of Power Transmission به وسیله امواج رادیویی: مایکروویو تئوری and Techniques، IEEE Tansactions،49،49،49. 32 (9)، pp. 1230-1242 (انگلیسی)
22. انتقال نیرو بی سیم از طریق تشدیدهای مغناطیسی جفت شده قوی(انگلیسی) . علم (7 ژوئن 2007). بازیابی شده در 6 سپتامبر 2010. بایگانی شده از نسخه اصلی در 29 فوریه 2012.,
    روش جدید انتقال برق بی سیم (روسی). MEMBRANA.RU (8 ژوئن 2007). بازیابی شده در 6 سپتامبر 2010. بایگانی شده از نسخه اصلی در 29 فوریه 2012.
23. فناوری Bombardier PRIMOVE 
24. اینتل قدرت بی‌سیم را برای لپ‌تاپ شما تصور می‌کند
25. مشخصات  الکتریسیته درحال تکمیل
26. شارژ جهانی Qi Standard Powers Up بی سیم- HONG KONG، سپتامبر. 2 /PRNewswire/
27. TX40 و CX40، مشعل و شارژر تایید شده سابق
28. تلویزیون HDTV بی‌سیم Haier فاقد سیم، نمایه‌ی صاف (ویدئو) (انگلیسی)
    برق بی سیم سازندگان خود را شگفت زده کرد (روسی). MEMBRANA.RU (16 فوریه 2010). بازبینی شده در 6 سپتامبر 2010.

ما دستگاهی برای انتقال برق بدون سیم با ضریب عملکرد (COP) حدود 100 درصد ارائه می دهیم. در آینده، مقدار کارایی ≈ 100% اثبات می شود و البته ما این مقدار را با دستگاه آزمایشی خود نشان می دهیم.

اهمیت مشکل انتقال بی سیم برق بدون شک - غلبه بر موانع طبیعی (رودخانه ها، کوه ها و دره ها) است. منبع تغذیه پشتیبان، حمل و نقل الکتریکی، حل تعدادی از مشکلات تامین برق بی سیم دستگاه های خانگی و صنعتی و ... - همه اینها عناصر مشکل ذکر شده هستند.

کمی تاریخ

برای اولین بار، مشکل انتقال بی سیم برق در سپیده دم قرن گذشته توسط N. Tesla شناسایی شد. دستگاه نمایش او بر اساس روش انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی توسط یک مدار رزونانس باز بود که حاوی یک آنتن - یک ظرفیت و یک سیم پیچ - یک اندوکتانس است. شاخص های مشخصه دستگاه تسلا به شرح زیر است: راندمان = 4٪، برد انتقال - 42 کیلومتر، حداکثر ابعاد برج آنتن - 60 متر، طول موج - 2000 متر، قابل توجه است که در دستگاه تسلا سیاره زمین به عنوان یکی در نظر گرفته شده است. از سیم ها در انتقال برق، از آنجایی که انتشار و دریافت چنین امواج طولانی بدون اتصال به زمین موثر نیست.

پس از آزمایش‌های تسلا، در طول قرن بیستم گذشته، همه تلاش‌ها برای انتقال بی‌سیم برق با کارایی قابل قبول بی‌ثمر بود.

در دهه جاری، کار به طور مستقیم یا غیرمستقیم در موسسه فناوری ماساچوست به سرپرستی M. Solya-chich گزارش شده است. کار آنها بر اساس القای شناخته شده، با کمک یک میدان مغناطیسی، روش انتقال الکتریسیته است که توسط سلف های مسطح تشدید اجرا می شود. این روش به طور ایده آل بازده = 50٪ را با محدوده انتقال متناسب با ابعاد سیم پیچ آنتن فراهم می کند. شاخص های مشخصه دستگاه نمایش آنها به شرح زیر است: راندمان ≈ 40٪، محدوده انتقال - 2 متر، اندازه سیم پیچ آنتن - 0.6 متر، طول موج - 30 متر.

سیستم بسته انرژی

در دستگاه ما، مانند دستگاه تسلا، حامل انرژی امواج الکترومغناطیسی است، یعنی. بردار معروف Poynting عمل می کند.

موارد زیر از نظر تئوری اثبات شده و از نظر تجربی تأیید می‌شوند: آنتن‌های فرستنده و گیرنده دستگاه انتقال برق بی‌سیم یک سیستم بسته انرژی را تشکیل می‌دهند که تا حدی شامل انرژی میدان الکترومغناطیسی زمین است. از طریق تحریک (فعال سازی) میدان الکترومغناطیسی زمین در این سیستم، الکتریسیته از آنتن فرستنده به آنتن گیرنده با بازده ≈ 100% منتقل می شود (شکل 1).

شکل. 1

شکل. 2

با استفاده از این آنتن می توان مشکلی را فرموله کرد که راه حل آن انتقال برق بدون سیم را تضمین می کند:

1. آنتن های فرستنده و گیرنده باید میدان الکترومغناطیسی زمین را در یک ناحیه محلی (محدود) از فضا تحریک (فعال) کنند.

2. میدان الکترومغناطیسی برانگیخته زمین نیز باید در فضا محلی باشد و انرژی مصرف نکند (باید یک موج الکترومغناطیسی ایستاده بین آنتن های فرستنده و گیرنده باشد).

راه‌حل این مشکل با آنتن‌هایی که بر اساس بازنمایی‌های فضایی هندسه اقلیدس با اصل پنجم معروف آن - اصل خطوط موازی - ایجاد شده‌اند، غیرواقعی است. این اصل در کتاب های درسی مدرسه می گوید: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، فقط یک خط را می توان به موازات خط داده شده رسم کرد.

شکل. 3

شهرت این اصل در این واقعیت نهفته است که از قرن اول شروع شده است. قبل از میلاد، به مدت 2000 سال بهترین ذهن های جهان تلاش کردند تا آن را به عنوان یک قضیه اثبات کنند. و در سال 1826، لوباچفسکی روسی مبانی هندسه خود را ترسیم کرد، که در آن اصل پنجم هندسه اقلیدس در واقع با نفی آن فرمول بندی شد: از طریق نقطه ای که روی یک خط معین نیست، حداقل دو خط موازی با خط داده شده می توان رسم کرد.

شکل. 4

و اگرچه این فرض با ایده‌های فضایی ما سازگار نیست، هندسه لوباچفسکی سازگار است و در زمان‌های اخیر مرتباً در خدمت فیزیکدانان بوده است. به عنوان مثال، هندسه لوباچفسکی در توصیف تعداد زیادی از پدیده ها از ارتعاشات در خطوط انتقال مکانیکی تا تعامل ذرات بنیادی و فرآیندهای غشای یک سلول زنده نقش دارد.

شبه کره

درست است، تا سال 1863، تقریباً به مدت 40 سال، هندسه لوباچفسکی به عنوان چیزی تلقی می شد که هیچ ربطی به واقعیت نداشت. اما، در سال 1863، بلترامی ریاضیدان ایتالیایی ثابت کرد که تمام ویژگی های صفحه هندسه لوباچفسکی بر روی سطح شبه کره - یک جسم هندسی، که ویژگی های آن با خواص کره منطبق یا مخالف است، تحقق می یابد. در شکل. 5 یک شبه کره را نشان می دهد و شکل. 6 ژنراتیکس آن یک تراتریکس با مجانب X'X است. با برابری شعاع دایره های بزرگ (موازی) شبه کره و کره، می توان حجم و مساحت سطوح آنها را به صورت کمی مقایسه کرد.

شکل. 5

شکل. 6

آنتن های دستگاه ما به شکل نیمه شبه کره است. ما دستگاهی را با ویژگی های زیر نشان می دهیم: راندمان = 100٪، محدوده انتقال - 1.8 متر، حداکثر اندازه سیم پیچ آنتن - 0.2 متر، طول موج - 500 متر، زمین لازم نیست.

در اینجا لازم به ذکر است که مجموع ویژگی های نام برده شده دستگاه نمایشی با اصول الکترودینامیک کلاسیک - مهندسی رادیو در تضاد است.

چه خصوصیاتی از آنتن های نیمه شبه کره چنین ویژگی هایی را برای دستگاه ما فراهم می کند؟

در میان بیش از دوازده ویژگی خارق‌العاده شبه کره، موارد زیر قبل از هر چیز شایسته توجه هستند:

بدنه شبه کره، بی نهایت در فضا گسترش یافته است، دارای حجم محدود و سطح محدود است.

این خاصیت شبه کره است که به کمک آنتن های نیمه شبه کره، امکان ایجاد یک سیستم محدود، با فضا محدود و از نظر انرژی بسته را ممکن می کند، که شرط لازم برای انتقال انرژی از بازده = 100٪ است.

دومین مشکل اساسی که در دستگاه ما حل شده است مربوط به محیطی است که سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کند. نکته اصلی این است که فقط در الکترودینامیک کوانتومی که ثمره آن لیزرها و میزرها هستند، رسانه فعال در نظر گرفته می شود. برعکس، در الکترودینامیک کلاسیک، رسانه به اجسام غیرفعال اشاره دارد. این با تضعیف، از دست دادن انرژی الکترومغناطیسی در طول انتشار همراه است.

غیر قابل باور، اما واقعی، در دستگاه ما فعال شدن میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین است. این فیلدها اشیای محیط در دستگاه ما هستند، زیرا آنها سیستم بسته انرژی ذکر شده را پر می کنند. فعال شدن این محیط نیز نتیجه خواص شبه کره است.

نکته اصلی این است که تمام نقاط روی سطح شبه کره، به گفته ریاضیدانان، هذلولی و در فضا ناپیوسته هستند. با توجه به آنتن های نیمه شبه کره دستگاه ما، این مساوی است با ناپیوستگی، کمی سازی میدان های الکتریکی و مغناطیسی در هر نقطه از سیم سیم پیچ سیم پیچ آنتن های نیمه شبه کره. این منجر به اختلالات الکترومغناطیسی - امواجی می شود که طول آنها متناسب با قطر سیم سیم پیچ سیم پیچ های آنتن های نیمه شبه کره است، یعنی. در عمل، طول چنین امواجی در حدود 1 میلی متر یا کمتر است. چنین امواج الکترومغناطیسی، همانطور که در تئوری و عمل به اثبات رسیده است، می توانند از طریق قطبش مولکول های هوا یا مستقیماً، میدان الکترومغناطیسی زمین را فعال کرده و در نتیجه اتلاف انرژی الکترومغناطیسی در مسیر انتقال آن را در دستگاه ما جبران کنند. این نیز برای توضیح بازده = 100٪ ضروری است.

علاوه بر این، ما یک مولد انرژی الکترومغناطیسی اضافی را اعلام کرده ایم که ضریب تبدیل انرژی (KPI) آن بیش از 400٪ است. آن ها قابل مقایسه با KPI پمپ های حرارتی شناخته شده است.

و در مورد آخرین کار سوم که در دستگاه ما حل شده است.

به خوبی شناخته شده است که انرژی در فضا فقط توسط یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت منتقل می شود، موجی که در آن میدان های الکتریکی و مغناطیسی در فاز هستند. این شرایط را نمی توان در فاصله 1.8 متری در طول موج 500 متر تحقق بخشید. اما همچنین به خوبی شناخته شده است که سرعت یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت در امتداد یک هادی مستقیم یا منحنی در مقایسه با سرعت در فضای آزاد کاهش می یابد. ; طول موج نیز کاهش می یابد. این اثر به طور گسترده در مهندسی برق و رادیو در سیستم های به اصطلاح عقب نشینی استفاده می شود. کاهش طول موج در این سیستم ها از دهم واحد با سیم های مستقیم تا 30 واحد با سیم های منحنی (مارپیچ) متغیر است.

این اثر کاهش سرعت و کاهش طول موج است که به ما امکان می دهد در فواصل کوتاه در دستگاه خود موجی را تشکیل دهیم.

در واقع، طول موج دستگاه آزمایشی ما به طول موج ذکر شده در بالا کاهش می یابد ، که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت و حامل انرژی را در دستگاه ما تشکیل می دهد. در این حالت ضریب کاهش موج برابر است با واحدها چنین کاهش عظیمی در طول موج همچنین این واقعیت تجربی را توضیح می دهد که دستگاه ما حتی بدون اتصال به فرستنده و گیرنده برق به طور موثر کار می کند.

یکی دیگر از ویژگی های شگفت انگیز شبه کره در عملکرد دستگاه ما نقش دارد:

حجم شبه کره نصف حجم کره است، در حالی که مساحت سطوح آنها برابر است.

از این ویژگی نتیجه می شود که حجم یک کره محدود به مساحت سطح خود شامل دو حجم از شبه کره است که توسط دو سطح ترکیبی سطح خود و یک ناحیه سوم از کره مذکور محدود شده است. این به ما اجازه می دهد تا حجم کره اطراف زمین پر از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین، دو حجم از شبه کره و 2 حجم کره ی اطراف زمین را نشان دهیم که هر کدام محدود به مناطق هستند و حاوی نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین هستند. (شکل 7). با توجه به این واقعیت و اینکه دستگاه ما به ناچار فقط در یک طرف زمین قرار دارد، این بحث وجود دارد که آنتن های دستگاه ما تنها با نیمی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی زمین تعامل دارند. در عین حال، نباید تصور کرد که نیمه دوم این فیلدها غیرفعال هستند. این امر با موارد زیر تأیید می شود.

شکل. 7

به یاد بیاورید که اکثر قوانین فیزیک برای قاب های مرجع اینرسی فرموله شده اند که در آنها زمان نامربوط (مطلق) است، فضا همسانگرد است، سرعت حرکت مستقیم امواج الکترومغناطیسی (نور) مطلق است و غیره. در چارچوب سیستم های مرجع اینرسی، به خوبی شناخته شده است که در فضای آزاد، هنگامی که یک موج الکترومغناطیسی در حال حرکت بازتاب می شود، یک موج ایستاده تشکیل می شود که در آن یک موج الکتریکی ایستاده جداگانه و یک موج مغناطیسی ایستاده جداگانه متمایز می شود. با طول موج سیار برابر است، طول موج های الکتریکی و مغناطیسی ایستاده برابر با نصف طول موج سیر است، یعنی. . همچنین ضروری است که دوره این امواج ایستاده برابر با دوره موج سیر باشد، یعنی. ، از آنجایی که دوره یک موج ایستاده از مجموع دو نیم دوره نیمه موج مستقیم و منعکس شده تشکیل شده است.

واقعیت محاسبه، و نه تعیین تجربی، کمیتی با دقتی که به دقت تعیین مدت یک روز روی زمین بستگی دارد، اجازه می دهد نگاهی کاملاً جدید به تعدادی از مسائل در فیزیک داشته باشیم.

سال هاست که دانشمندان با موضوع به حداقل رساندن هزینه های برق دست و پنجه نرم می کنند. راه ها و پیشنهادات مختلفی وجود دارد، اما مشهورترین نظریه انتقال بی سیم برق است. ما پیشنهاد می کنیم در نظر بگیریم که چگونه انجام می شود، مخترع آن کیست و چرا هنوز زنده نشده است.

تئوری

برق بی سیم به معنای واقعی کلمه انتقال انرژی الکتریکی بدون سیم است. مردم اغلب انتقال بی سیم انرژی الکتریکی را با انتقال اطلاعاتی مانند رادیو، تلفن های همراه یا دسترسی به اینترنت Wi-Fi مقایسه می کنند. تفاوت اصلی این است که انتقال رادیویی یا مایکروویو یک فناوری با هدف بازیابی و انتقال دقیقاً اطلاعات است و نه انرژی که در ابتدا صرف انتقال شده است.

برق بی سیم یک حوزه نسبتاً جدید از فناوری است، اما حوزه ای که به سرعت در حال رشد است. اکنون روش هایی برای انتقال کارآمد و ایمن انرژی در فاصله ای بدون وقفه در حال توسعه است.

برق بی سیم چگونه کار می کند

کار اصلی دقیقاً بر اساس مغناطیس و الکترومغناطیس است، همانطور که در مورد پخش رادیویی وجود دارد. شارژ بی سیم که به عنوان شارژ القایی نیز شناخته می شود، بر اساس چند اصل ساده کار است، به ویژه، این فناوری به دو سیم پیچ نیاز دارد. فرستنده و گیرنده ای که با هم میدان مغناطیسی متناوب و غیر ثابتی را ایجاد می کنند. به نوبه خود، این میدان باعث ایجاد ولتاژ در سیم پیچ گیرنده می شود. این می تواند برای تغذیه یک دستگاه تلفن همراه یا شارژ باتری استفاده شود.

اگر جریان الکتریکی را از طریق سیم هدایت کنید، میدان مغناطیسی دایره ای در اطراف کابل ایجاد می شود. علیرغم این واقعیت که میدان مغناطیسی بر روی حلقه و سیم پیچ تأثیر می گذارد، اما خود را به شدت روی کابل نشان می دهد. وقتی سیم پیچ دومی را که جریان الکتریکی از آن عبور نمی کند، بردارید و سیم پیچ را در میدان مغناطیسی سیم پیچ اول قرار دهید، جریان الکتریکی سیم پیچ اول از طریق میدان مغناطیسی و از طریق میدان دوم منتقل می شود. سیم پیچ، ایجاد یک جفت القایی.

بیایید یک مسواک برقی را به عنوان مثال در نظر بگیریم. در آن، شارژر به یک پریز متصل است که جریان الکتریکی را به سیم سیم پیچی داخل شارژر می فرستد که میدان مغناطیسی ایجاد می کند. یک سیم پیچ دوم در داخل مسواک وجود دارد که وقتی جریان شروع به جریان می کند و به لطف میدان مغناطیسی تشکیل شده، مسواک بدون اتصال مستقیم به منبع تغذیه 220 ولت شروع به شارژ می کند.

داستان

انتقال برق بی سیم به عنوان جایگزینی برای انتقال و توزیع خطوط برق اولین بار توسط نیکولا تسلا پیشنهاد و نشان داده شد. در سال 1899، تسلا یک انتقال بی‌سیم ارائه کرد تا میدانی از لامپ‌های فلورسنت را که در 25 مایلی منبع برق بدون استفاده از سیم قرار دارد، تامین کند. اما در آن زمان، سیم‌کشی 25 مایلی سیم مسی به جای ساخت ژنراتورهای الکتریکی سفارشی که تجربه تسلا نیاز دارد، ارزان‌تر بود. او هرگز حق ثبت اختراع نگرفت و این اختراع در سطل های علم باقی ماند.

در حالی که تسلا اولین کسی بود که در سال 1899 امکانات عملی ارتباطات بی‌سیم را نشان داد، امروزه دستگاه‌های بسیار کمی در فروش وجود دارد، از جمله برس‌های بی‌سیم، هدفون، شارژر تلفن و موارد دیگر.

فناوری بی سیم

انتقال برق بی سیم شامل انتقال انرژی الکتریکی یا توان در مسافت بدون سیم است. بنابراین، فناوری اصلی بر روی مفاهیم الکتریسیته، مغناطیس و الکترومغناطیس نهفته است.

مغناطیس

این یک نیروی اساسی طبیعت است که باعث می شود انواع خاصی از مواد یکدیگر را جذب یا دفع کنند. قطب های زمین تنها آهنرباهای دائمی در نظر گرفته می شوند. جریان جریان در حلقه میدان های مغناطیسی ایجاد می کند که از نظر سرعت و زمان لازم برای تولید جریان متناوب (AC) با میدان های مغناطیسی نوسانی متفاوت است. نیروهایی که در این حالت ظاهر می شوند در نمودار زیر نشان داده شده است.

الکترومغناطیس وابستگی متقابل میدان های الکتریکی و مغناطیسی متناوب است.

القای مغناطیسی

اگر یک حلقه رسانا به یک منبع برق AC متصل شود، یک میدان مغناطیسی نوسانی در داخل و اطراف حلقه ایجاد می کند. اگر حلقه رسانای دوم به اندازه کافی نزدیک باشد، مقداری از این میدان مغناطیسی نوسانی را می گیرد که به نوبه خود جریان الکتریکی را در سیم پیچ دوم ایجاد یا القا می کند.

ویدئو: انتقال بی سیم برق چگونه است

بنابراین، انتقال الکتریکی توان از یک سیکل یا سیم پیچ به سیکل دیگر وجود دارد که به عنوان القای مغناطیسی شناخته می شود. نمونه هایی از چنین پدیده ای در ترانسفورماتورها و ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود. این مفهوم بر اساس قوانین القای الکترومغناطیسی فارادی است. او در آنجا بیان می کند که وقتی تغییری در شار مغناطیسی متصل به سیم پیچ وجود دارد، EMF القا شده در سیم پیچ برابر است با حاصل ضرب تعداد چرخش سیم پیچ و نرخ تغییر شار.

کلاچ قدرت

این قسمت زمانی ضروری است که یک دستگاه قادر به انتقال برق به دستگاه دیگر نباشد.

یک پیوند مغناطیسی زمانی ایجاد می شود که میدان مغناطیسی یک جسم قادر به القای جریان الکتریکی با وسایل دیگر در دسترس خود باشد.

به دو وسیله گفته می شود که به صورت القایی یا مغناطیسی با یکدیگر جفت می شوند که طوری طراحی شوند که وقتی یک سیم از طریق القای الکترومغناطیسی ولتاژی را در انتهای سیم دیگر القا می کند، تغییر در جریان رخ می دهد. این به دلیل اندوکتانس متقابل است

فن آوری

این دو دستگاه که به صورت القایی یا مغناطیسی جفت شده اند، به گونه ای طراحی شده اند که تغییر در جریان زمانی که یک سیم در انتهای سیم دیگر ولتاژ القا می کند، توسط القای الکترومغناطیسی ایجاد می شود. این به دلیل اندوکتانسیون متقابل است.
کوپلینگ القایی به دلیل توانایی آن در عملکرد بی سیم و همچنین مقاومت در برابر ضربه ترجیح داده می شود.

کوپلینگ القایی تشدید ترکیبی از جفت القایی و رزونانس است. با استفاده از مفهوم تشدید، می توانید کاری کنید که دو جسم بسته به سیگنال های یکدیگر کار کنند.

همانطور که از نمودار بالا می بینید، رزونانس اندوکتانس سیم پیچ را فراهم می کند. خازن به صورت موازی به سیم پیچ متصل می شود. انرژی بین میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ و میدان الکتریکی اطراف خازن به عقب و جلو حرکت می کند. در اینجا، تلفات تشعشع حداقل خواهد بود.

مفهوم ارتباط یونیزه بی سیم نیز وجود دارد.

این نیز امکان پذیر است، اما در اینجا شما باید کمی تلاش کنید. این تکنیک قبلاً در طبیعت وجود دارد، اما به سختی دلیلی برای اجرای آن وجود دارد، زیرا به میدان مغناطیسی بالا، از 2.11 M/m نیاز دارد. این توسط دانشمند باهوش ریچارد ولراس، توسعه دهنده مولد گرداب، که انرژی گرمایی را در فواصل بسیار دور، به ویژه با کمک جمع کننده های ویژه، ارسال و انتقال می دهد، توسعه داده شد. ساده ترین مثال از چنین اتصالی رعد و برق است.

مزایا و معایب

البته این اختراع نسبت به روش های سیمی مزایا و معایبی دارد. از شما دعوت می کنیم تا آنها را در نظر بگیرید.

مزایا عبارتند از:

1. عدم وجود کامل سیم؛
2. بدون نیاز به منبع تغذیه؛
3. نیاز به باتری حذف شده است.
4. انرژی با کارایی بیشتری منتقل می شود.
5. به طور قابل توجهی تعمیر و نگهداری کمتر مورد نیاز است.

معایب شامل موارد زیر است:

• فاصله محدود است؛
• میدان های مغناطیسی برای انسان چندان ایمن نیستند.
• انتقال بی سیم برق با استفاده از امواج مایکروویو یا تئوری های دیگر، عملاً در خانه و با دستان خود غیرممکن است.
• هزینه نصب بالا