Опубликовать ОпубликоватьРеферат на тему:
Беспроводна́я переда́ча электри́чества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К настоящему (2011) времени имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети). Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до микроволн).
Суть технологии в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий собой так называемый долгоживущий резонатор, создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, необходимо поместить в радиус приема резонатор, настроенный на ту же частоту, что и передатчик. Схема действия очень похожа на эффект акустического резонанса.
Изобретение студентов университета Пенсильвании. Впервые широкой публике установка была представлена на выставке The All Things Digital (D9) в 2011 году. Как и в других способах беспроводной передачи чего-либо, используется приёмник и передатчик. Передатчик излучает ультразвук, приёмник, в свою очередь, преобразует слышимое в электричество. На момент презентации расстояние передачи достигает 7-10 метров, необходима прямая видимость приёмника и передатчика. Из известных характеристик - передаваемое напряжение достигает 8 вольт, однако не сообщается получаемая сила тока. Используемые ультразвуковые частоты никак не действуют на человека. Также, нет сведений и об отрицательном воздействии на животных.
Категории: Линии электропередачи.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
ОпубликоватьРеферат на тему:
Беспроводна́я переда́ча электри́чества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К настоящему (2011) времени имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 в Goldstone, Калифорния и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети). Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от ультрафиолета до микроволн).
Суть технологии в том, что подключенный к источнику питания передатчик, представляющий собой так называемый долгоживущий резонатор, создает внутри себя электромагнитное поле. Чтобы образовалось электрическое напряжение, необходимо поместить в радиус приема резонатор, настроенный на ту же частоту, что и передатчик. Схема действия очень похожа на эффект акустического резонанса.
Изобретение студентов университета Пенсильвании. Впервые широкой публике установка была представлена на выставке The All Things Digital (D9) в 2011 году. Как и в других способах беспроводной передачи чего-либо, используется приёмник и передатчик. Передатчик излучает ультразвук, приёмник, в свою очередь, преобразует слышимое в электричество. На момент презентации расстояние передачи достигает 7-10 метров, необходима прямая видимость приёмника и передатчика. Из известных характеристик - передаваемое напряжение достигает 8 вольт, однако не сообщается получаемая сила тока. Используемые ультразвуковые частоты никак не действуют на человека. Также, нет сведений и об отрицательном воздействии на животных.
Категории: Линии электропередачи.
Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.wreferat.baza-referat.ru
2
Факультет
Кафедра
РЕФЕРАТ
«Беспроводное электричество»
Выполнил:
Проверил:
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1.История развития беспроводного электричества 5
1.1Таинственный гений 5
1.2 Научные поиски 7
1.3 Вйна токов
2. Современные технологии передачи электричества 10
2.1 Сто лет спустя 10
2.2 Мир без проводов 12
2.3 Стандартизованные умы 14
2.4 Хронология событий 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 18
ВВЕДЕНИЕ
Провода окончательно поработили человечество. Современные города тонут в паутине кабелей — на земле, под землей и в воздухе тянутся бесконечные километры окутанных в резину медных змеек. Стоит выйти на улицу и поднять голову вверх — и вы увидите витиеватые проводные соединения между столбами линий электропередач, а мимо проедет трамвай с поднятым пантографом. Безумство соединительных кабелей только усиливается в офисах крупных организаций — стандартные распределительные щитки здесь становятся похожи на инопланетных существ с вьющимися щупальцами. За примером даже ходить далеко не надо — нужно всего-то заглянуть под компьютерный стол, где лежит сетевой фильтр с подключенными адаптерами колонок, зарядниками для сотовых телефонов и фотоаппаратов, шнурами питания монитора и системного блока…
Тем временем техника-то уже несколько лет идет по пути миниатюризации, отказа от интерфейсных кабелей и перехода на мобильные источники питания вроде аккумуляторов. Причем продвинулись производители в этой области достаточно далеко — беспроводные сети очень популярны в офисах и обычных домах, многочисленная компьютерная периферия перешла на радиочастотные интерфейсы.
В общем, количество проводов с каждым годом уменьшается. Единственное, что остается неизменным, — это назойливый провод питания. Каким бы продвинутым ни был сотовый телефон, его придется заряжать при помощи проводного адаптера. Как долго бы ни проработала мышка от двух пальчиковых батареек, когда-нибудь их придется сменить (и, как правило, они садятся в самый ответственный момент). А более требовательная техника вроде телевизоров пока и вовсе не в состоянии избавиться от проводов питания. Все мы к этому давно привыкли и воспринимаем как данность, но ведь так не может продолжаться вечно! К счастью, ученые понимают проблему и работают не покладая рук над созданием беспроводных технологий передачи энергии.
Правда, если немного покопаться в истории, можно обнаружить занятный факт: «проблемы проводов» уже давно не существовало бы, если бы люди былой эпохи проявили чуть меньше скептицизма и не пожалели денег на исследования одного-единственного человека. Я говорю о величайшем сербско-американском физике, инженере, изобретателе в областях электроники и радиотехники — Николе Тесле. Работу этого ученого в свое время не оценили (а все результаты его трудов и секреты гениальных изобретений пропали после смерти Теслы при необъясненных обстоятельствах), и вот современникам приходится восстанавливать разработанные более ста лет назад технологии по крупицам. Некоторые подвижки и даже работающие устройства уже существуют, но на их популяризацию и внедрение уйдет еще немало времени — слишком уж топорно выглядят современные изобретения для массового рынка... Но давайте начнем с начала.
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БЕСПРОВОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
1.1 Таинственный гений
Жизнь рожденного в Хорватии (ранее входившей в состав Австро-Венгрии) изобретателя Николы Теслы нельзя назвать простой. Как и многим другим ученым-изобретателям, ему пришлось столкнуться с многочисленными трудностями, недофинансированием и недопониманием. Гениальные задатки Теслы впервые проявились в высшем училище в городе Грац, где студент высказал свое недовольство и указал на несовершенства электродвигателей на основе постоянного тока. Идеи молодого ученого сразу раскритиковал профессор Яков Пешль — в своей лекции перед курсом он открыто заявил, что электродвигатели на основе переменного тока невозможны. В тот же день Тесла торжественно поклялся во что бы то ни стало переубедить наставника и посвятить свою жизнь изучению свойств электричества и магнетизма.
После окончания учебы Николе пришлось переехать назад в Госпич и устроиться преподавателем в гимназию — после смерти отца в 1879 году финансовое положение семьи сильно пошатнулось. Дальнейшие попытки поступить в высшее учебное заведение обернулись провалом, не было денег.
Еще несколько лет Тесла работал инженером-электриком в Венгерской правительственной телеграфной компании в Будапеште и даже сумел исправить ряд ошибок и недоработок при постройке электростанции для железнодорожного вокзала в Страсбурге. Трудовые будни, конечно, мешали работе над основной мечтой тех лет — электродвигателем на основе переменного тока: Тесла пытался заниматься своими разработками параллельно, но времени не хватало. Работающий прототип электродвигателя на переменном токе был показан нескольким предпринимателям, но так никого и не заинтересовал. Разочарованный Тесла собирался даже уехать в Петербург, где трудились выдающиеся физики Павел Яблочков, Дмитрий Лачинов и Владимир Чиколев (работы русских изобретателей были известны во всем мире, цитировались в научных журналах на разных языках). И, возможно, судьба ученого сложилась бы иначе, если бы один из администраторов Continental Edison Company, Чарльз Бэтчелор, не уговорил его поехать в США. В своей записке величайшему американскому изобретателю Томасу Эдисону господин Бэтчелор сказал, что отпустить Николу в Россию было бы непростительной ошибкой, назвал его вторым после Эдисона великим человеком.
Эффект записка произвела ровно обратный: отношения Эдисона с Теслой были испорчены еще до их знакомства. Говорят, что американский гений увидел серьезного конкурента своему бизнесу и сделал все возможное, чтобы унизить его труды: холодно отзывался о его работах и даже публично критиковал их. Окончательным разрывом отношений стало «деловое предложение» Эдисона весной 1885 года — изобретатель предложил Николе конструктивно улучшить созданные им машины постоянного тока и пообещал $50 тыс. (порядка $1 млн современных) в случае успеха. Воодушевленный Тесла представил целых 24 значительно доработанных машины, новый коммутатор и регулятор с улучшенными эксплуатационными качествами, но своих денег так и не дождался — Эдисон лишь посмеялся над младшим коллегой и посоветовал ему учиться понимать американский юмор. «Шутка» Эдисона стала началом вражды двух гениев, которая так и не прошла с течением времени.
С именем Николы Теслы связано множество тайн и загадок. Современники не знали многих подробностей биографии великого изобретателя, однако в истории сохранились весьма загадочные упоминания его имени в связи со странными явлениями. Так, эксцентричной натуре Николы Теслы приписывают загадочный Тунгусский метеорит, который якобы взорвался в воздухе над рекой Подкаменная Тунгуска 17 июня 1908 года. Косвенным подтверждением причастности изобретателя к сибирской катастрофе являются эксперименты с мощными погодными установками и запрос карт Сибири, который был сделан Николой примерно в то же время.
Говорят, в 1931 году Никола Тесла продемонстрировал компактный электродвигатель при поддержке компаний General Electric и Pierce-Arrow — на глазах изумленной публики Тесла установил под капот автомобиля странную коробочку с двумя торчащими стержнями, а затем, присоединив все провода, изобретатель сел в машину и поехал. Если верить слухам, сам Тесла утверждал, что энергия в этом случае забиралась из некоего «эфира», так называемого энергетического поля Земли.
Изобретатель нередко говорил, что все идеи и изобретения придумал не он — они приходили ему во время впадения в трансовое состояние и прогулок в парке. В таком случае, чьим же рукам принадлежат гениальные находки ученого? Говорят, после смерти один из дневников Теслы был случайно куплен на книжном базаре — и, к своему большому удивлению, покупатель обнаружил в нем данные о враждебных внеземных цивилизациях… кем же на самом деле был Никола Тесла?
1.2 Научные поиски
Дальнейшая самостоятельная работа над дуговыми лампами для уличного освещения не принесла Тесле ни денег, ни известности. Вместо того чтобы получить финансирование для новых изобретений, Николе приходилось вести нищенский образ жизни и перебиваться на подсобных работах вроде рытья канав. Изобретение дуговой лампы пригодилось чуть позже, когда по удачному стечению обстоятельств Тесла смог открыть собственную конторку Tesla Ark Light Company и начать заниматься уличным освещением. Дела пошли в гору, под офис было снято помещение на Пятой авеню в Нью-Йорке. Расположенная неподалеку компания Эдисона и Tesla Ark Light Company развязали острую борьбу, получившую название «война токов».
Очень плодотворным периодом в жизни Теслы считается промежуток с 1888 года по 1895-й, когда ученый занимался исследованием магнитных полей и высоких частот в своей лаборатории. В 1885 году офис на Пятой авеню сгорел дотла, захватив с собой самые последние наработки изобретателя: механический осциллятор, новый метод электрического освещения, новый метод беспроволочной передачи сообщений на далекие расстояния и метод исследования природы электричества. Впрочем, Тесла беспечно заявил, что в состоянии восстановить свои изобретения по памяти.
Наиболее значимое событие произошло после переезда Теслы в городок Колорадо Спрингс — изобретателя пригласила местная электрическая компания, а владелец отеля «Уолдорф-Астория» профинансировал постройку лаборатории. Результатом работы стал трансформатор, соединенный с металлическим шаром на выдвигающемся стержне при помощи обмотки. Разработка позволила изучить эффект стоячих электромагнитных волн, который обычно вызывают грозовые разряды в атмосфере, — именно на его основе и была придумана технология передачи энергии без проводов. Разумеется, изобретатель тут же начал экспериментировать с созданием искусственных молний: электричество в несколько тысяч вольт, пропускаемое через созданную им конструкцию, преобразовывалось в несколько миллионов вольт, источник энергии получался мощнейшим.
К сожалению, для дальнейшей работы имеющихся в распоряжении ресурсов не хватало. Исследования должны были продолжиться уже в Нью-Йорке, куда изобретателя пригласил промышленник Джон Морган для дальнейшей работы, и Тесла даже спроектировал 47-метровую деревянную башню с медным шаром наверху, конструкция позволила бы продолжить работу. Но строительство затянулось из-за проблем с финансированием: когда Морган узнал, что Тесла намерен заниматься беспроводной передачей энергии вместо того, чтобы развивать электрическое освещение, он разорвал контракт. В итоге проект пришлось закрыть, а землю продать для того, чтобы расплатиться с кредиторами.
В первой половине XX века Тесла предложил метод для радиообнаружения подводных лодок, подумывал о создании супероружия для разрушения целых армий — причиной столь странных мыслей стал конфликт 1914 года, когда его родная Сербия оказалась в центре военных событий, повлекших за собой начало Первой мировой войны. В 1934 году Тесла опубликовал статью, в которой рассмотрел возможность получения сверхвысоких напряжений путем зарядки шарообразных емкостей статическим электричеством. Статья вызвала большой резонанс в научных кругах.
За время своей работы Тесла получил огромное множество патентов на всевозможные технологии, широко используемые в наше время, однако дело всей жизни — эффективная передача энергии по воздуху — так и не получило дальнейшего развития. Ученый добился успехов в экспериментах с переменным током, создал высокочастотный электромеханический генератор и высокочастотный трансформатор, разработал правила техники безопасности при работе с током. Кроме того, Тесла проводил эксперименты и на своем организме: он выяснил, что болевое воздействие тока перестает ощущаться при частоте свыше 700 Гц, и на основе этого открытия разработал электротехнические аппараты для медицинских исследований. К работам Теслы относят и эксперименты с высокочастотными токами большого напряжения, которые позволяют чистить поверхность кожи — убирают мелкую сыпь, очищают поры, уничтожают микробов (в наше время данный метод используется в электротерапии).
В 1888 году Никола Тесла дал строгое определение так называемым вращающимся магнитным полям — через семь лет этот принцип лег в основу проекта крупнейшей в то время Ниагарской ГЭС. Изобретателю удалось получить патент способа беспроводной передачи токов, которые могут быть использованы в радиосвязи. Наконец, контуры Теслы используются для получения искусственных молний… Но, если верить слухам, все самые интересные изобретения гений от мира электротехники унес с собой в могилу
student.zoomru.ru
Ветровые электростанции мира и России
Ветроэнергетика -- отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии...
Исследования по электро- и магнитостатике. Развитие электродинамики.
Вместе с ускорившимся развитием опытного исследования электрических явлений возникают и теории этих явлений. Конечно, еще до середины XVIII в. существовали некоторые соображения о природе электричества. Но они были весьма примитивными...
Мираж
Мираж (фр. mirage -- букв, видимость) -- оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между слоями воздуха разными по плотности. Для наблюдателя такое отражение заключается в том...
Молекулярный спектральный анализ в ультрафиолетовой и видимой области спектра
Данный вид анализа основан на исследовании спектров поглощения электромагнитного излучения молекулами различных веществ. Излучение источника света в виде пучка с определенными волновыми характеристиками направляется на газообразное...
Молния и статическое электричество
При правильном использовании статическое электричество может приносить немало пользы. Положительно действует на организм так называемый статический душ, а органы дыхания лечат с помощью специальных электроаэрозолей...
Наледи
Под физической сущностью наледеобразования следует иметь в виду совокупность всех сторон развития и связей процессов намораживания воды на поверхности твердого тела. Чтобы представить содержание этого понятия в полном объеме...
Освоение метода вызванной поляризации
Метод вызванной поляризации (метод ВП) основан на наблюдении в полевых условиях вызванной поляризации, под которой понимается электрохимический процесс...
Преобразование солнечной энергии
1) Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. 2) Гелиотермальная энергетика - нагревание поверхности...
Развитие представлений о электричестве
В средние века изучение магнитных явлений приобретает практическое значение. Это происходит в связи с изобретением компаса. Уже в XII в. в Европе стал известен компас как прибор, с помощью которого можно определить направление на части света...
Солнечные электростанции
- Получение электроэнергии с помощью фотоэлементов. - Преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: - паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан...
Средства учета количества электричества и электрической энергии
...
Средства учета количества электричества и электрической энергии
В любой отрасли промышленности всегда имеется потребность либо в продуктах электрохимии, либо непосредственно в самом электрохимическом производстве...
Средства учета количества электричества и электрической энергии
Из курса электрохимии известно, что во время процесса электролиза из расплавов металлов или растворов солей на одном из электродов, опущенных в ванну...
Физик-ядерщик. Укротитель ядра
3.1 Кто такой физик-ядерщик? Физик-ядерщик -- специалист, эксплуатирующий и контролирующий работу оборудования АЭС, ядерных и термоядерных установок различного назначения...
Электромагнитная совместимость технических средств
Оценку электростатического потенциала тела человека проводят путем непосредственных измерений. При этом измеряют характеристики диэлектрического покрытия пола в помещении, где работает оператор...
fis.bobrodobro.ru
1.3 Война токов
Об этом редко пишут в учебниках истории, но на заре эры электричества произошла самая настоящая «война токов» с участием лучших умов своего времени и немалых финансовых вложений. Так называемый «король изобретателей» Томас Эдисон вступил в противостояние с Николой Теслой по поводу использования постоянного или переменного тока.
С самого начала своей деятельности Никола Тесла ратовал за использование переменного тока в генераторах и электродвигателях. Изобретатель обладал достаточными математическими знаниями и мог подтвердить все преимущества от использования переменного тока. Однако теоретик и экспериментатор Томас Эдисон к тому времени уже успел «захватить Америку» при помощи генераторов и ламп на основе постоянного тока — его технологии работали при малой нагрузке и в общем-то всех устраивали. Разумеется, американскому изобретателю не хотелось остаться в стороне и потерять свою славу — тем более что вызов ему бросил «какой-то сербский иммигрант». Эдисон сделал все возможное, чтобы опорочить имя Николы Теслы и унизить его изобретения: распространял информацию о частых фатальных экспериментах с переменным током, выступал с резкими заявлениями, публично убивал животных при помощи тока и даже тайно заплатил Гарольду Брауну за создание первого в истории электрического стула.
Судя по всему, Никола Тесла с его спокойным характером не обращал особого внимания на выходки Эдисона. Быть может, именно это привело к тому, что создатели огромной гидроэлектростанции Ниагара-Фоллс выбрали переменный ток Теслы в качестве единственного генерируемого и передаваемого типа энергии. Когда в ноябре 1896 года Ниагара-Фоллс успешно передала электричество от гидроэлектрических генераторов в индустриальный район Буффало, Томас Эдисон окончательно осознал свой провал. Однако два изобретателя так и остались кровными врагами до конца жизни — они отказались разделить на двоих Нобелевскую премию, предложенную им за совместный вклад в развитие электричества, а позднее Никола Тесла отказался и от медали Эдисона за вклад в науку.
2. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
2.1 Сто лет спустя
На заре эпохи электричества мир оказался не готов к продвинутым идеям Николы Теслы. Вполне естественно, что людей интересовали куда более приземленные вещи вроде радиосвязи и продвинутого уличного освещения — все это нужно было разработать и популяризовать в самый короткий срок. Да и в том, чтобы подвести лишний питающий провод к электроприборам, никто не видел ничего плохого — одним больше, одним меньше... С течением времени ошибочность подобных взглядов стала более явной: общество развивалось, электричество стало основой основ. Ну а сегодня мы так запутались в проводах, что самое время отказаться от парочки старых идеалов: беспроводная передача энергии значительно упростила бы нам жизнь, полностью избавив от проводов. Представьте только, что вмиг исчезнут все интерфейсные кабели, а ноутбуки обретут настоящую мобильность, научившись подзаряжаться от специальных точек в общественных местах. И это не фантастика!
Современные ученые знают целых три способа для беспроводной передачи энергии на разные расстояния. Первый из них использует направленные радиоволны — прием передаваемых волн и конвертацию в электричество в этом случае осуществляет так называемая ректенна (от английского «rectifying antenna»), специальная решетка, восприимчивая к микроволновому излучению. Ректенна в состоянии передать энергию на очень большие расстояния — например, с орбиты на поверхность Земли, — но для правильной работы технологии требуется очень большой приемник. В 1987 году ученые NASA проводили большой эксперимент, их орбитальный спутник диаметром в 1 км передавал микроволны на ректенну, находящуюся на земле, — так вот, диаметр этой ректенны превышал 10 км. Теоретически с помощью ректенн можно передавать и энергию, но ее создатель, Хидетсугу Яги, пока предпочитает работать с телекоммуникациями.
Второй способ «имени Теслы» заключается в использовании лазерного луча: энергия трансформируется в концентрированный пучок света и передается на приемник (солнечная ячейка) для перевода обратно в электричество. Метод подходит для питания удаленных объектов — на его основе в Китае даже был разработан проект обеспечения энергией космической станции на Луне. А три года назад NASA продемонстрировали беспилотный самолет с безлимитным временем полета — батареи устройства подзаряжал лазер, расположенный на земле. К сожалению, известные недостатки сводят пользу лазера на нет: несовершенство существующих технологий приводит к потерям большей части энергии, и, прежде чем сделать метод эффективным, ученым придется сначала придумать солнечную ячейку с высоким КПД. Еще один ощутимый недостаток лазера — опасность попадания какого-либо объекта в зону действия луча (в этом случае объекту придется очень несладко). Поэтому, увы, лазерная передача не подходит даже для зарядки домашней техники — конечно, если вы не желаете нанести фигурную татуировку в районе талии.
Наиболее пригодный метод для передачи энергии в домашних условиях и на предприятиях зовется страшными словами «индукционно-резонансное связывание» (resonant inductive coupling) — по сути, это просто более продвинутая форма простого индукционного связывания (inductive coupling). Для того чтобы ток потек без проводов, необходимы две катушки — одна для приема, вторая для передачи энергии. Катушки создают магнитное поле, и энергия переходит с одной на другую благодаря электромагнитной индукции. Дешево и сердито. Более того, если заставить катушки резонировать на одной и той же частоте, расстояние для беспроводной передачи можно будет увеличить до нескольких метров. И при этом направленное магнитное поле полностью безвредно для человека и животных — ведь оно даже меньше, чем магнитное поле Земли.
2.2 Мир без проводов
Беспроводная передача энергии уже получила применение в некоторых областях. Так, большинство электрических зубных щеток давно используют метод индукционного связывания по вполне понятным причинам — любые контакты с водой могут привести к короткому замыканию, а сгоревшая по вине зубной щетки квартира вряд ли добавит популярности производителям. Конструкция в меру проста, как и все гениальное: в нижней части щетки размещается одна магнитная катушка, в подставке — вторая. При установке щетки в подставку магнитные поля катушек начинают взаимодействовать и заряжать встроенные аккумуляторы.
Выставка CES 2009 в начале 2009 года пестрила решениями на основе индукционного связывания. Многочисленные производители решили упростить процесс подключения к зарядным устройствам — то есть мы постепенно все же переходим в беспроводную эпоху. Отличным примером новой концепции можно считать наработки компании Powermat, которая представила целую линейку устройств для беспроводной зарядки различной техники. Powermat предлагает всем желающим купить индукционный коврик и приемники для самых популярных устройств — док-станцию дляApple iPod, корпуса для смартфонов, заглушки для ноутбуков и цифровых камер. После подключения приемника остается положить заряжаемое устройство сверху коврика — и все, зарядка началась. Конечно, от подключения самих ковриков Powermat к розеткам питания избавиться не удастся, но по крайней мере количество проводов сократится втрое.
Еще одним открытием выставки CES 2009 стала технология eCoupled, созданная компанией Fulton Innovation. Уже в этом году на рынке появятся различные рабочие инструменты (дрели, отвертки и даже фонарики) с бесконтактными док-станциями. Все это, конечно, хорошо и здорово, но назвать индукционное связывание идеальной технологией для ближайшего будущего не получится. Да, пользователи самой разной мобильной техники избавятся от необходимости подключать провод к самим девайсам, смогут положить сразу все плееры и фотоаппараты на один-единственный коврик и начать зарядку, избавившись от охапки проводов, — но до рая на Земле все равно еще далеко. Хотелось бы заходить в квартиру, кидать телефон на диван, ставить сумку с камерой на пол и раскрывать ноутбук на столе, автоматически начиная зарядку — безо всяких там проводов и дополнительных устройств. Но, увы, пока нам остается лишь ждать пришествия более продвинутой технологии, способной увеличить радиус действия беспроводных зарядников.
Если верить команде из Массачусетского технологического университета (MIT), состоится это совсем скоро. Над исследованиями в области индукционно-резонансного связывания там работает группа ученых под управлением профессора физики Марина Солячича. Говорят, как-то раз господин Солячич проснулся ночью из-за того, что его сотовый телефон разрядился и начал подавать назойливые сигналы, и одолела его бессонница. Всю ночь Марин с раздражением думал о беспроводном зарядном устройстве, которое бы приступало к зарядке телефона, как только он бы заходил домой, — и на следующее же утро приступил к разработке такого устройства. На основе метода индукционно-резонансного связывания, разумеется.
«Проще всего объяснить этот метод так, — рассказывает господин Солячич. — Представьте себе ряд бокалов с вином, наполненных до разного уровня (таким образом, все они вибрируют на разной частоте). Если певец задает ноту, которая совпадает с частотой одного из бокалов, он поглощает звук и начинает вибрировать. Все остальные при этом остаются неподвижными. Точно так же и магнитное поле связывается и начинает передавать энергию лишь магнитному полю на такой же частоте».
Используя метод резонанса, команда Солячича собрала установку с двумя настроенными на одинаковую частоту катушками на расстоянии двух метров друг от друга. Одну из катушек подключили к источнику энергии, она начала передавать энергию на вторую и легко «подожгла» 60-ваттную лампу без использования проводов! Ученые уже предложили самую эффективную комбинацию в рамках используемого метода: две медные катушки диаметром 60 см и магнитное поле на частоте 10 МГц смогут обеспечить беспроводную передачу энергии на расстояние до 2 метров. Технологию назвали WiTricity (от двух английских слов — «Wireless» и «Electricity»). Что ж, остается только довести технологию до ума — в данный момент команда уже ищет пригодный материал для уменьшения диаметра катушек и повышения эффективности.
2.3 Стандартизованные умы
Великие мира сего понимают важность технологии и не хотят допустить перемешивания стандартов разных производителей (как это было во время зарождения компьютерной индустрии). В числе первых за стандарты беспроводной передачи энергии решило взяться Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии. Свои варианты предложила компания Toshiba, которая уже ведет работы над разработкой, исследованиями и стандартизацией беспроводных стандартов питания для домашней техники. Инициативные группы надеются представить готовую технологию на рынке в период с 2015 года по 2020-й. Стандартизация будет разделена на три ступени: первая из них подразумевает разработку стандартов индукционного связывания — технология сможет заряжать объекты на расстоянии нескольких миллиметров при частоте нескольких сотен кГц, вторая стандартизирует разработанный в MIT метод индукционно-резонансного связывания для зарядки объектов, удаленных на несколько метров от источника. Третья же ступень стандартизирует приемники для высокоэффективного получения передаваемой энергии — и на основе этого стандарта производители самой разной техники смогут разрабатывать новые устройства.
2.4 Хронология событий
* 1820: Андре Мари Ампер описывает закон Ампера, показывающий, что электрический ток создает магнитное поле
* 1831: Майкл Фарадей описывает закон Фарадея, базовый закон электромагнетизма
* 1864: Джеймс Максвелл математически моделирует поведение электромагнитного излучения
* 1888: Генрих Герц подтверждает существование электромагнитной радиации, создает первый радиопередатчик
* 1893: Никола Тесла демонстрирует беспроводное питание лампочек на выставке World Columbian Exposition в Чикаго
* 1894: Хатин и Леблан выдвигают теорию о возможности индукционной передачи энергии, регистрируют патент на передачу энергии на частоте 3 кГц
* 1895: Джагдиш Чандра передал радиосигналы на расстояние 6 км
* 1897: Гильермо Маркони передал сигнал Морзе на расстояние 6 км
* 1901: Гильермо Маркони передает сигнал Морзе через Атлантический океан
* 1926: Шинтаро Уда и Хидетсугу Яги опубликовали первый материал об антенне Яги
* 1961: Вильям Браун публикует статью о возможности передачи энергии при помощи микроволн
* 1964: Вильям Браун демонстрирует вертолет на микроволновом питании, который получал всю необходимую энергию через микроволновый луч. С 1969 года по 1975-й Браун проработал техническим директором JPL Raython, где ему удалось переправить 30 кВт на расстояние 1 мили при 84-процентной эффективности передачи
* 1968: Питер Глэйсер обещает беспроводную передачу энергии из космоса при помощи лазера
* 1971: Профессор Дон Отто показывает небольшую тележку на беспроводном индукционном питании в Университете Окленда, Новая Зеландия
* 1988: Университет Окленда патентует технологию индукционной передачи энергии и производит первый беспроводной блок питания
* 1990: Профессор Джон Бойс разрабатывает технологию, которая позволяет нескольким транспортным средствам передвигаться от одного индукционного источника энергии
* 1996: Университет Окленда создает систему питания Electric Bus при помощи индукционной передачи энергии, реализует ее в Новой Зеландии
* 2004: Индукционная передача энергии, разработанная в Университете Окленда и запатентованная Auckland UniServices Ltd., используется в 90% индустрии чистых комнат (например, при создании полупроводников)
* 2005: Команда профессора Бойса создает трехфазный IPT Highway, система позволяет передавать питание двигающимся транспортным средствам в лаборатории
* 2007: Группа профессора Марина Солячича в Массачусетском технологическом институте (MIT) передает беспроводное питание 60-ваттной лампе при 40-процентной эффективности
student.zoomru.ru
Научно-практическая конференция учащихся и педагогов
«Первые шаги в науку».
Предметная область – физика.
Исследовательская работа на тему:
«Беспроводное электричество»
Выполнила: ученица 9 класса
МБОУ СОШ №18
им. братьев Могилевцевых г. Брянска
Малашенко Анастасия
Научный руководитель:
учитель математики и физики
МБОУ СОШ №18
Степанова Ольга Николаевна
Брянск - 2012
Cодержание
Введение1. Возможность передачи электричества по воздуху
1.1. Открытие Тесла
1.2. Электричество в Древнем Египте
2. Беспроводное электричество в 21 веке – реальность?!
3. Экспериментальная часть работы
3.1. Разработка простейшей модели устройства для передачи электричества по воздуху
3.2. Описание модели устройства
3.3. Результаты опытов
Заключение
Cписок информационных ресурсов
Приложения
1
2
4
5
6
8
8
8
9
9
10
11
Введение
Трудно сейчас представить нашу жизнь без электричества. Электричество повысило коммуникабельность, позволило ускорить и автоматизировать многие процессы в нашей жизни. С использованием электричества осуществляется обустройство жилищ, на электричестве работают некоторые виды транспорта, в больницах от электричества зависят многие аппараты, поддерживающие жизни пациентов, от электричества зависит любое производство (а на опасных производствах и работа систем безопасности). Но с появлением электричества и сама наша жизнь чрезвычайно усложнилась. Чрезвычайные ситуации и природные катаклизмы на нашей планете происходят настолько часто, что не обращать на это внимание просто невозможно. Не смотря на то, что в наше время линии передачи электричества имеют резервирование, все чаще население планеты становится заложником слишком серьезной зависимости от электричества. Главный недостаток электричества – использование для его передачи проводов и различных линий электропередач. Если бы была возможность передачи электричества по воздуху, то многие бы проблемы были решены. В наше время Массачусетский технологический институт (MIT) первым провел эксперименты в области беспроводной передачи электричества. Эксперты утверждают, что через некоторое время беспроводная передача электроэнергии прочно войдет в нашу жизнь. Беспроводная зарядка телефона или ноутбука станет обычной вещью.
Поэтому, я в своей работе хочу изучить актуальную тему: возможность передачи электричества без использования проводов и линий электропередач.
Цель работы: исследовать явление передачи электричества без использования линий электропередач.
Задачи исследования:
Изучить информацию по заявленной теме.
Подобрать и использовать для исследования данные в сети Интернет.
Разработать схему устойства для беспроводной передачи электричества.
Собрать устройство для беспроводной передачи электричества и провести эксперименты.
Гипотеза: передача электричества возможна беспроводным путем.
Объект исследования: процесс беспроводной передачи электричества.
Предмет исследования: беспроводное электричество.
В ходе исследования беспроводного электричества я познакомлюсь с опытами, которые проводил в данной области Никола Тесла, изучу гипотезу использования пирамид в Древнем Египте, попытаюсь разработать и собрать простейшую схему генератора Тесла (доказать себе и одноклассникам возможность передачи электричества по воздуху) и рассмотрю решение этой проблемы в современных условиях.
Возможность передачи электричества по воздуху
Когда речь заходит о беспроводной передаче энергии, необходимо сделать важную оговорку: с точки зрения физики, выпущенный из орудия снаряд, тоже переносит энергию на расстояние — кинетическую и химическую. И, заметьте, совсем без проводов! Так что, когда говорят о проблеме беспроводной передачи энергии, имеют в виду только передачу электроэнергии.
Причем передача эта должна осуществляться достаточно эффективно, чтобы энергию имело смысл использовать в повседневных целях. Человечество уже сотню лет успешно передает электроэнергию на расстояние при помощи радиоволн. Передатчик их излучает, приемник снова переводит в электричество, и мы слушаем, к примеру, джаз. Другое дело, что КПД этой передачи ничтожно мал. Энергия радиоволн способна донести информацию с границ Солнечной системы, от летящего там зонда «Вояджер», но ей не под силу зажечь даже обыкновенную лампочку.
И, наконец, в разговоре о беспроводной передаче энергии выделяются две существенно различные задачи: 1)избавиться от надоевших проводов, которые путаются под ногами; 2) передать энергию туда, куда тянуть кабель крайне накладно, а то и просто невозможно.
Беспроводная передача электричества — способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи. К 2009 году имели место успешные опыты с передачей энергии мощностью порядка десятков киловатт в микроволновом диапазоне с КПД около 40 % — в 1975 в Goldstone, Калифорния, и в 1997 в Grand Bassin на острове Реюньон (дальность порядка километра, исследования в области энергоснабжения посёлка без прокладки кабельной электросети). Технологические принципы такой передачи включают в себя индукционный (на малых расстояниях и относительно малых мощностях), резонансный (используется в бесконтактных смарт-картах и чипах RFID) и направленный электромагнитный для относительно больших расстояний и мощностей (в диапазоне от лазерного до микроволнового радиочастотного) (приложения таблица 1).
1.1. Открытие Теслы
Одним из первых о беспроводной передаче электричества задумался гениальный изобретатель-электротехник Никола Тесла. Еще в 1900 году он описывал в своих дневниках принципы беспроводной передачи электричества на расстоянии. В 1889 году Никола Тесла пытался повторить эксперимент Генриха Герца, в результате которого им были открыты электромагнитные волны. Тесла обратил внимание, что, при выключении высоковольтного генератора постоянного тока, образовывались ударные волны. При замыкании же выключателя образовывалась цепочка голубоватых искр, направленных под прямым углом к кабелю, подключенному к генератору. Было предположено, что данный эффект был вызван «совокупным» действием, возникшим в результате того, что ЭДС не может достаточно быстро перемещать заряд через систему, словно проволока, вместо проводящего действия, оказывала противодействие электронам, когда они перемещались из зажимов генератора. Электростатическое поле двигалось быстрее, чем реальные заряды. Тесла понял, что разряды обычного конденсатора являлись колебательными или «искровыми» токами, которые «метались» между обкладками конденсатора до тех пор, пока запас их энергии не истощался. Так был открыт новый вид электричества, обладающего особыми свойствами. Это были продольные волны, состоящие из последовательных ударных волн, которые вызывали эффекты, видимые и ощутимые на расстоянии. Тесла, после проведения многих экспериментов обнаружил, что продольные волны «свободной энергии» способны проникать через все материальные объекты и вызывать «ответную электронную реакцию» у металлов, таких, как медь и серебро. Импульсы, превышающие по продолжительности 0,1 миллисекунды, вызывали такие эффекты, как боль, механическое давление, взрыв проволоки и вибрацию объектов. Более короткие импульсы вызывали ощущение тепла. Еще более короткие импульсы приводили к освещению комнаты белым светом. А импульсы короче 100 микросекунд представлялись безопасными, поэтому Тесла планировал использовать их в своей системе передачи энергии, поскольку они были способны проникать через любое вещество.
Никола Тесла обнаружил, что электроэнергия может передаваться и через землю, и через атмосферу. В ходе своих исследований он добился возгорания лампы на умеренных расстояниях и зафиксировал передачу электроэнергии на больших дистанциях. (Приложения рис.1 , рис.2, рис.3).
1.2. Электричество в Древнем Египте
Использовал ли кто-нибудь до Тесла данный вид энергии и способы его передачи? Рассмотрим некоторые гипотезы, связанные с созданием пирамид в Древнем Египте. Сирано де Бержерак драматург Франции в 17 веке в книге «Путешествие на Солнце» описывая усыпальницы в Древнем Египте знаменитых лиц, а также самые почитаемые храмы, говорил о том, что там имелись источники искусственного освещения. Различные древние письменные источники тоже сообщают, что в Египте были в ходу светильники, которые горели сотни лет. Писатель Лукиан (190-120 гг. до н. э.), например, лично побывал в Гелиополисе и видел странный «камень», который в ночное время освещал весь храм. Древнегреческий философ Плутарх рассказывал, что над входом в храм Юпитера-Амона он видел древний горящий светильник, дававший свет несколько сотен лет и при этом не требовавший никакого ухода. На некоторых фресках попадаются изображения необычных «колб», «лотосов», «кувшинов», от которых исходит свет.
Одно из самых знаменитых изображений батарей и ламп находится в небольшом египетском городке Дендере, в храме богини Хатор. На фресках храма можно увидеть людей, которые держат в руках большие колбы с извилистыми линиями внутри (приложения рис. 4, 5). Все «лампочки» снабжены «патроном» в виде лотоса, от которого идут толстые шнуры. Специалисты предполагают, что таким образом жрецы «законспектировали» устройство мини-электростанции, некогда работавшей в храме (приложения рис.6).
Столь долгому горению некоторых светильников может быть и другое объяснение. Одна из гипотез создания пирамид раскрывает возможность использования их как генераторов особого вида энергии. Пирамиды строились из гранита, который имеет природную повышенную радиоактивность, а сверху облицовывали песчаником, который значительно менее прочный, чем гранит, но имеет лучшие характеристики как изолятор. (Тесла строил свои вышки на особых местах пересечения энергетических линий Земли). Считается, что пирамиды расположены в определенных энергетических центрах. Под вышками Тесла в земле располагались определенные водоносные слои, изменение которых приводило к изменению энергетических полей. Есть предположение, что во времена создания пирамид в земле под ними располагались подобные водоносные слои. Однако, если предположить, что пирамиды генерировали определенный вид энергии, то значит, должны были быть и устройства использования этой энергии, которыми могли быть светящиеся сферы и камни.
Беспроводное электричество в 21 веке – реальность?!
Мечта Теслы стала реализовываться лишь век спустя. История беспроводной передачи энергии насчитывает многие годы. (Приложения таблица 2). В 2007 году удалось послать направленный электрический пучок как радиоволну, от одной точки к другой, и зажечь с его помощью 60-ваттную лампочку. Она загорелась от источника питания, расположенного на расстоянии более 2 м от нее, без какого-либо физического соединения. Этот проект получил название «WiTricity» («беспроводное электричество»).
Мобильный компьютер с поддержкой WiTricity в комнате с передающим устройством будет заряжаться автоматически. Его не нужно подключать непосредственно к источнику, и он может работать без аккумулятора. Принцип действия «беспроводного электричества» чем-то схож с явлением магнитной индукции. Сотрудник компании Intel, Джошуа Смит ,работающий в команде с физиком Массачусетского Технологического Института Марином Сольячичем, разработали уникальную на сегодняшний день систему передачи электроэнергии, основанную на резонансной электромагнитной индукции. Теоретическая база разработана сотрудниками MIT, а совместно с исследователями Intel проект, получивший обозначение WiTricity (Wireless Electricity – беспроводное электричество), доведен до воплощения в «железе».
Установка представляет собой две антенны (диаметр основной антенны составляет чуть более полуметра), выполненные, по всей видимости, из меди, одна из которых создает в пространстве около себя электромагнитное поле, индуцирующее переменный электрический ток в контуре второй антенны. В ходе демонстрации исследователи передавали электроэнергию, которой хватало для работы 60-ваттной лампочки, на расстояние от 0,6 до 1,0 метра. Довольно высок и КПД– около 75%. В случае беспроводной передачи электроэнергии на расстояние до нескольких метров КПД установки заметно падает – до 50%. Но даже в этом случае установку WiTricity можно использовать, например, для подзарядки аккумуляторов ноутбука, мобильного телефона, плеера и пр. В 2009 году американская компания WiTricity заявила о готовности одноименной технологии передачи энергии «по воздуху» для коммерческого использования. Технология WiTricity обеспечивает беспроводное питание мобильных устройств, бытовой техники и даже электромобилей на расстоянии от десяти сантиметров до нескольких метров. Потребляемая мощность питаемых устройств может составлять от сотен милливатт до нескольких киловатт. В октябре 2009 года Sony продемонстрировала 22-дюймовый ЖК-телевизор, который питается беспроводным способом на расстоянии 50 сантиметров от передатчика. . Создан «Консорциум беспроводной энергии», в котором предлагают участвовать всем желающим (www.wirelesspowerconsortium.com), и он уже готовит к выпуску стандарт технологии WiTricity. В ближайшем будущем обещают расширение радиуса действия до 5 м , если разместить «катушку-передатчик» на потолке или под полом в центре комнаты, то в радиусе действия зарядки окажется все помещение. Долговременное воздействие на здоровье такого рода систем предстоит еще тщательно изучить.
3. Экспериментальная часть работы
3.1. Разработка простейшей модели устройства для передачи электричества по воздуху
Изучив схему генератора Тесла и его опыты, я решила провести практический эксперимент по созданию прибора, способного передавать электрическую энергию по воздуху. Основная часть работы представляла собой создание специальной катушки из малого числа витков толстого медного кабеля снаружи и многовитковой катушки, находящейся внутри, состоящей из тонкого кабеля. На внешнюю обмотку необходимо подавать импульсы постоянного тока, которые во внутренней обмотке будут генерировать импульсы ударных волн. В результате действия этих импульсов возможно будет увидеть свечение на одном из проводов внутренней обмотки в виде голубоватых искр, а поднесенные к внутренней обмотке неоновые или газонаполненные лампы должны светиться. Для создания импульсов во внешней обмотке используем простейшее устройство в виде стандартного блока питания на 12 В, а также схемы электронного ключа на транзисторе в режиме автоколебаний. Необходимо помнить, что данный опыт проводится не с электричеством, а с радиантными ударными волнами, которые используются для получения «чистого напряжения». При этом будет практически невозможно определить силу тока.
3.2. Описание модели устройства
Для облегчения работы и повышения безопасности я выбрала наиболее простую схему катушки Тесла на транзисторе, она работает в непрерывном режиме, работает всегда на строго резонансной частоте, не имеет лишних блоков преобразования, имеет небольшое напряжение на выходе.
Для работы понадобились: один транзистор на радиаторе, два резистора, блок питания с выпрямителем и конденсаторами и, собственно, сама катушка. Схема очень неприхотлива к параметрам катушки и номиналам резисторов (приложения рис.7), модель (приложения рис.8,9).
T1 - трансформатор, VD1-VD5 – диоды для выпрямления переменного тока, C1- конденсатор для сглаживания пульсаций (блок питания на 12В 1А),
C2 конденсатор- 100nF 250В, R1 резистор - 33К, R2 - резистор переменный на 10К в положении приблизительно 3К, VT1 - КТ817Г транзистор (100В 3А 20Вт) на радиаторе, L1-катушка 7 витков, виток к витку, проводом диаметром 6 мм, L2 - катушка~900 витков проводом диаметром 0,28 мм, 30 см в длину, 5 см диаметр катушки. Фазировка катушек обратная (L2 относительно L1 повёрнута на 180 градусов).
3.3. Результаты опытов
Количество витков в катушках подберем экспериментальным путем. После намотки 900 витковой катушки L2 и слоя изоляции проведем намотку катушки L1. Опыт №1. После намотки 3-х витков L1 в рабочем режиме, поднесем к катушке L2 неоновую и энергосберегающую газонаполненную лампу. Лампы в опытах не светятся. Опыт №2. После намотки 5-ти витков L1 лампы начали светиться на малом расстоянии. Опыт №3. После намотки 7-ми витков L1 неоновая лампа и энергосберегающая газонаполненная лампа начали светиться на расстоянии 20 см от катушки L2. Опыт №4. В рабочем режиме, поднесем к выводу обмотки катушки L2 метталический предмет (цоколь энергосберегающей лампы). В результате опыта было получено голубоватое свечение в виде искр 3 мм длиной, которое легко поджигает бумагу. (приложения рис.12).
В результате опытов собранное устройство генерирует энергию, которая волновым методом передается на расстояние.
Заключение
Данное исследование и собранная работающая модель показали, что возможность передачи электричества по воздуху существует. Проведенный анализ опытов Тесла, доказывает возможность передачи электричества по воздуху. Гипотезы о назначении египетских пирамид в качестве генераторов для передачи электричества по воздуху, после завершения исследований в данной работе, представляются очень правдоподобными. Таким образом, цель работы достигнута, теоретическими исследованиями и практическим опытом доказана возможность использования альтернативных методов передачи электричества. Учитывая, что в данном практическом опыте использовалась наиболее простая и маломощная модель генератора Тесла, есть возможность совершенствования данной модели с использованием более мощного транзистора для увеличения расстояния передачи энергии холодного электричества. Но уже данный опыт и анализ информации из Интернет показывает возможность и необходимость изучения данного явления, для создания различных систем передачи электрической энергии.
Cписок информационных ресурсов
1. В.А. Ацюковский.Трансформатор Тесла. Энергия из эфира. Изд-во «Петит», 2004.
2. В.А. Ацюковский. Энергия вокруг нас. Жуковский. Изд-во «Петит», 2003.
3. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А., Очерки по истории электротехники. - МЭИ, 1993.
4. Шнейберг Я.А. (соавтор), Академия электротехнических наук РФ, История электротехники. - М., МЭИ, 1999.
5. Цверава Г.К. Никола Тесла, 1856–1943. Л., 1974.
6. http://www.electrificator.ru. Беспроводное электричество — будущее наступило!
7. http://www.pravda.ru.Наука и техника. «Эврика» Открытия.
8. http://www.eti.su/press/news/news_32.html
9. http://ru.wikipedia.org/wik
10. www.genon.ru
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица №1
Длина волны ЭМ излучения приближается к видимой области спектра (от 10 мкм до 10 нм), энергию можно передать путем ее преобразования в луч лазера, который затем может быть направлен на фотоэлемент приемника.Монохроматическая световая волна, обладающая малым углом расходимости, позволяет узкому пучку эффективно передавать энергию на большие расстояния. Компактный размер твердотельного лазера — фотоэлектрического полупроводникового диода удобен для небольших изделий. Лазер не создает радиочастотных помех для существующих средств связи. Недостатки: преобразование низкочастотного ЭМ излучения в высокочастотное, которым является свет, неэффективно. Преобразование света обратно в электричество также неэффективно, так как КПД фотоэлементов достигает 40-50 %. Потери в атмосфере. Требует прямой видимости между передатчиком и приемником.
Иллюстрация из патента Тесла под названием "Искусство передачи электрической энергии через естественные среды", нарисована схема устройства и его внешний
вид.
рис. 1
Схема Усиливающего Передатчика Тесла
Источник "В", питает двухвитковую первичную обмотку, и спиральную катушку в его середине. Этот аппарат был спроектирован для передачи энергии на большие расстояния, так что он также включает соединения с землёй и небом. Элемент "Е*" соединялся с землёй, а элемент "Е" Тесла называл "поднятой ёмкостью", и он должен был располагаться на аэростате. Это и было сердцем усиливающей передающей системы, которую Тесла попытался построить в Ворденклиффе (рис.3), для того, чтобы передавать энергию в любую точку планеты.
рис.2
рис. 3 Башня «Уорденклиф» (1902) — символ неудачной попытки Николы Тесла подступиться к проблеме беспроводной передачи энергии.
рис.4
рис. 5
рис.6
T1- трансформатор, VD1-VD5 – диоды, C1- конденсатор (блок питания на 12В 1А),
C2 конденсатор- 100nF 250В, R1 резистор - 33К, R2 - резистор переменный на 10К, VT1 - КТ817Г транзистор (100В 3А 20Вт) на радиаторе, L1-катушка 7 витков (диаметр 6 мм), L2 - катушка~900 витков (диаметр 0,28 мм).
рис.7
Таблица №2 История беспроводной передачи энергии
1820: Андре Мари Ампер открыл закон Ампера, показывающий, что электрический ток производит магнитное поле.
1831: Майкл Фарадей открыл закон индукции, важный базовый закон электромагнетизма.
1862: Карло Маттеучи впервые провел опыты по передаче и приёму электрической индукции с помощью плоско спиральных катушек
1864: Джеймс Максвелл систематизировал все предыдущие наблюдения, эксперименты и уравнения по электричеству, магнетизму и оптике в последовательную теорию и строгое математическое описание поведения электромагнитного поля.
1888: Генрих Герц подтвердил существование электромагнитного поля.
1891: Никола Тесла улучшил передатчик волн Герца радиочастотного энергоснабжения в своём патенте No. 454,622, «Система электрического освещения».
1893: Тесла демонстрирует беспроводное освещение люминесцентными лампами в проекте для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго.
1894: Тесла зажигает без проводов лампу накаливания в лаборатории на Пятой авеню, а позже в лаборатории на Хьюстон стрит в Нью-Йорке, с помощью «электродинамической индукции», то есть посредством беспроводной резонансной взаимоиндукции.
1894: Джагдиш Чандра Боше дистанционно воспламеняет порох и ударяет в колокол с использованием электромагнитных волн, показывая, что сигналы связи можно посылать без проводов.
1895: А. С. Попов продемонстрировал изобретённый им радиоприёмник на заседании физического отделения Русского физико-химического общества 25 апреля (7 мая) 1895 года
1895: Боше передаёт сигнал на расстояние около одной мили.
1896: Гульельмо Маркони подает заявку на изобретение радио 2 июня 1896 года.
1896: Тесла передаёт сигнал на расстояние около 48 километров.
1897: Гульельмо Маркони передает текстовое сообщение азбукой Морзе на расстояние около 6 км, используя для этого радиопередатчик.
1897: Тесла регистрирует первый из своих патентов по применению беспроводной передачи.
1901: Маркони передаёт сигнал через Атлантический океан, используя аппарат Тесла.
1917: Разрушена Башня Ворденклифа, построенная Никола Тесла для проведения опытов по беспроводной передаче больших мощностей.
1926: Шинтаро Уда и Хидецугу Яги публикуют первую статью «о регулируемом направленном канале связи с высоким усилением», хорошо известном как «антенна Яги-Уда» или антенна «волновой канал».
1961: Уильям Браун публикует статью по исследованию возможности передачи энергии посредством микроволн.
1968: Питер Глейзер предлагает беспроводную передачу солнечной энергии из космоса с помощью технологии «Энергетический луч». Это считается первым описанием орбитальной энергетической системы.
1975: Комплекс дальней космической связи Голдстоун проводит эксперименты по передаче мощности в десятки киловатт.
2007: Исследовательская группа под руководством профессора Марина Солячича из Массачусетского технологического института передала беспроводным способом на расстояние 2 м мощность, достаточную для свечения лампочки 60 вт, с к.п.д. 40 %, с помощью двух катушек диаметром 60 см.
2008: Фирма Bombardier предлагает новый продукт для беспроводной передачи PRIMOVE, мощная система для применения в трамваях и двигателях малотоннажной железной дороги.
2008: Корпорация Intel воспроизводит опыты Никола Тесла 1894 года и группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче энергии для свечения ламп накаливания с к.п.д. 75 %.
2009: Представлен промышленный фонарь, способный безопасно работать и перезаряжаться бесконтактным способом в атмосфере, насыщенной огнеопасным газом. Это изделие было разработано норвежской компанией Wireless Power & Communication.
2009: Haier Group представила первый в мире полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).
рис.9
рис.10
рис.11
рис.12
infourok.ru
Из длинного перечня фантастических технических идей, реализованных сегодня, только мечта о беспроводной передаче электрической энергии продолжает оставаться неприступной. Подробные описания энергетических лучей в фантастических романах дразнят инженеров своей очевидной потребностью, и при этом практической невозможностью реализации. Но ситуация постепенно меняется к лучшему.
С самого начала открытия электричества возникла проблема его передачи конечному потребителю. Развитие промышленного производства привело к резкому увеличению спроса на электроэнергию. Провода и столбы линий электрических передач стали неотъемлемым элементом пейзажей. Но только специалисты знают, сколько средств и усилий тратится на поддержание этих линий в работоспособном состоянии, и сколько энергии в них теряется.
Ископаемые ресурсы постепенно иссякают, и проблемы энергообеспечения настойчиво стучатся в двери энергетики. Современное человеческое общество вошло в эру освоения космоса, поэтому наши взгляды обращаются к очевидному источнику неисчерпаемой энергии – Солнцу. Этот термоядерный реактор миллиардами лет излучает фантастические количества энергии, малой части которой хватило бы человечеству на долгие годы. Но одна «маленькая» проблема: как передать полученную энергию потребителю на Землю?
С этого момента и начинается серьезный разговор о возможностях осчастливить человечество неограниченными ресурсами. Пока в перечне средств современных космических технологий есть два пути решения проблемы. Один связан с передачей энергии лазерными лучами на наземные приемные терминалы. Второй - с передачей энергии СВЧ-излучением.
Передача энергии лазерным излучением сталкивается с несколькими принципиальными трудностями. Первая связана с эффективностью первичного преобразования излучения Солнца в когерентное лазерное излучение. А вторая упирается в КПД передачи энергии из космоса на Землю. По первой проблеме наметился прогресс: ученые из Японии сообщили о преобразовании энергии Солнца в излучение лазера с КПД, равным 42%. Но передача энергии на поверхность сопряжена с рядом задач, которые с трудом поддаются решению.
Ослабление лазерного луча, диаметр которого у поверхности Земли может составлять сотни метров. Его интенсивность зависит от погодных условий, точности наведения на приемный терминал и еще массы параметров. Пролетающие самолеты или стаи птиц, попавших в силовой луч, исказят или ослабят его мощность. Если для самолета подобный инцидент пройдет незаметно, то птицы пострадают значительно: интенсивность излучения вблизи поверхности Земли будет в десятки раз мощнее полуденного Солнца.
Второй путь передачи энергии – это радиоволны СВЧ диапазона с частотами от 2,4 до 5,8ГГц. Здесь существует атмосферное «окно», в котором ослабление энергии минимально. Но приемная часть энергии очень сложна и требует разработки современных компонент антенны. По оценкам ученых, для передачи с высоты 36000 км (геостационарная орбита) мощности 5 МВт, потребуется передающая антенна размером 1 км и приемная в поперечнике 10 км. Такие сооружения в ближайшее время для человечества не по карману.
В этой ситуации прогресс начался с другой стороны. Развитие современных средств связи и мобильных вычислительных устройств потребовал частой подзарядки их аккумуляторов. В принципе, особой проблемы это не представляет, особенно когда у вас одно или два таких устройства. Но если в семье или офисе их десятки, то непрерывный поиск зарядных блоков, совместимых с изделиями, отвлекает и раздражает.
По слухам, именно это обстоятельство натолкнуло Марина Солячича, сотрудника Массачусетского университета, на идею способа передачи энергии без проводов. После того, как его среди ночи несколько раз разбудил сигнал разряженного мобильного телефона, он решил серьезно заняться проблемой беспроводной зарядки своих мобильных устройств.
В результате появилась совершенно новая технология передачи энергии из сети в мобильные устройства. Метод заключается в резонансном связывании с помощью магнитного поля приемника и передатчика. За непонятным названием и не менее неясным механизмом (метод запатентован и держится в секрете), скрывается способ передачи энергии без проводников с эффективностью более 40%. Технология получила название «WiTricity».
Принцип действия технологии передачи энергии без проводов «WiTricity»
По заявлению авторов изобретения, это не «чистый» резонанс связанных контуров и не трансформатор Теслы, с индуктивной связью. Радиус передачи энергии на сегодня составляет чуть больше двух метров, в перспективе – до 5-7 метров. Сходные технологии лихорадочно разрабатываются и другими фирмами: компания Intel демонстрировала свою технологию WREL с КПД передачи энергии до 75%. В 2009 году фирма Sony продемонстрировала работу телевизора без сетевого подключения.
Настораживает только одно обстоятельство: независимо от способа передачи и технических ухищрений, плотность энергии и напряженность поля в помещениях должна быть достаточно высокой, чтоб питать устройства мощностью несколько десятков ватт.
По признанию самих разработчиков, информации о биологическом воздействии на человека подобных систем пока нет. Учитывая недавнее появление, и разный подход к реализации устройств передачи энергии, подобные исследования еще только предстоят, а результаты появятся не скоро. А мы сможем судить об их негативном воздействии только косвенно. Что-то опять исчезнет из наших жилищ, как, например, тараканы.
Не пытаясь вникнуть в тонкости технологий передачи энергии, можно сказать, что на уровне расстояний до 10 метров уже в ближайшее время беспроводные устройства передачи энергии станут реальностью. Можно будет смотреть телевизор, использовать компьютер и заряжать мобильные устройства, не заботясь о наличии шнуров и розеток.
Но начинали мы с проблем передачи не десятков и сотен ватт, а более серьезных мощностей. К сожалению, на сегодняшний день лучшее достижение в этом направлении – это опытная передача 30 киловатт мощности на расстояние до 2 километров (1 миля). Произошло это событие в далеком 1975 году и с тех пор серьезного прогресса не достигнуто. Поэтому в ближайшие десятилетия ожидать прорыва в области беспроводной передачи энергии не стоит ожидать. Фантасты пока могут спать спокойно.
superbotanik.net
