Извършваме безжично предаване на енергия. Въведение в безжичния пренос на електрическа енергия Пренос на енергия без кабелна схема

През 1968 г. американският специалист по космически изследвания Питър Е. Глейзър предложи поставянето на големи слънчеви панели в геостационарна орбита и предаването на генерираната от тях енергия (5-10 GW) към повърхността на Земята с добре фокусиран лъч от микровълново лъчение, след което преобразува в енергия на постоянен или променлив ток с техническа честота и я разпределете до потребителите.

Честотата на електромагнитните колебания на микровълновия лъч трябва да съответства на тези диапазони, които са разпределени за използване в промишлеността, научните изследвания и медицината. Ако тази честота е избрана да бъде 2,45 GHz, тогава метеорологичните условия, включително гъсти облаци и интензивни валежи, практически нямат ефект върху ефективността на предаването на енергия. Честотната лента от 5,8 GHz е привлекателна, защото предлага възможност за намаляване на размера на предавателната и приемащата антена. Влиянието на метеорологичните условия тук обаче изисква допълнително проучване.

Сегашното ниво на развитие на микровълновата електроника ни позволява да говорим за доста висока ефективност на преноса на енергия чрез микровълнов лъч от геостационарна орбита към повърхността на Земята - около 70-75%. В този случай диаметърът на предавателната антена обикновено се избира да бъде 1 км, а земната ректена има размери 10 км х 13 км за географска ширина 35 градуса. SCES с ниво на изходна мощност 5 GW има плътност на излъчваната мощност в центъра на предавателната антена 23 kW/кв.м., а в центъра на приемната антена – 230 W/кв.м.

Най-активни и систематични изследвания в областта на SCES са проведени от Япония. През 1981 г. под ръководството на професорите М. Нагатомо и С. Сасаки в Института за космически изследвания на Япония започват изследвания върху разработването на прототип на SCES с ниво на мощност от 10 MW, който може да бъде създаден с помощта на съществуващи ракети-носители. Създаването на такъв прототип позволява да се натрупа технологичен опит и да се подготви основата за формиране на търговски системи.

През 2008 г. Марин Солачич, асистент по физика в Масачузетския технологичен институт (MIT), беше събуден от сладък сън от упоритото бипкане на мобилния му телефон. „Телефонът не спря да говори, изисквайки да го заредя“, казва Солячич. Уморен и без да става, той започна да мечтае, че телефонът, щом се прибере у дома, ще започне да се зарежда сам.

През 2012-2015г Инженери от Вашингтонския университет са разработили технология, която позволява Wi-Fi да се използва като източник на енергия за захранване на преносими устройства и зареждане на джаджи. Технологията вече е призната от списание Popular Science за една от най-добрите иновации за 2015 г. Повсеместното разпространение на технологията за безжично предаване на данни само по себе си доведе до истинска революция. И сега е ред на безжичното предаване на енергия по въздуха, което разработчиците от Вашингтонския университет нарекоха PoWiFi (от Power Over WiFi).

На трудните въпроси защо тези процеси не влияят негативно на качеството на мрежовия комуникационен канал, разработчиците отговориха, че това става възможно поради факта, че обновеният рутер по време на работа изпраща енергийни пакети през канали, които не са заети от предаване на информация. Те стигнаха до това решение, когато откриха, че по време на периоди на тишина енергията просто изтича от системата, но може да се използва за захранване на устройства с ниска мощност.

По време на изследването системата PoWiFi беше поставена в шест къщи и жителите бяха помолени да използват интернет както обикновено. Заредете уеб страници, гледайте поточно видео и след това ни кажете какво се е променило. В резултат на това се оказа, че производителността на мрежата изобщо не се е променила. Тоест интернет работеше както обикновено и наличието на добавената опция не се забелязваше. И това бяха само първите тестове, когато сравнително малко количество енергия беше събрано през Wi-Fi.

В бъдеще технологията PoWiFi може да служи за захранване на сензори, вградени в домакински уреди и военно оборудване, за да ги контролира безжично и да извършва дистанционно зареждане/презареждане.

Актуален е трансферът на енергия за UAV (най-вероятно с помощта на технологията PoWiMax или от радара на самолета носител):

За UAV отрицателният закон на обратния квадрат (изотропно излъчваща антена) е частично „компенсиран“ от ширината на лъча на антената и диаграмата на излъчване:

В края на краищата, радарът на самолета може да произведе 17 kW EMP енергия в един импулс.

Това не е клетъчна комуникация - където клетката трябва да осигури 360-градусова комуникация на крайните елементи.
Да приемем тази вариация:
Самолетът носител (за Perdix) този F-18 има (сега) радар AN/APG-65:


максимална средна излъчена мощност от 12000 W

Или в бъдеще ще има AN/APG-79 AESA:


в един импулс той трябва да произведе 15 kW EMP енергия

Това е напълно достатъчно за удължаване на активния живот на Perdix Micro-Drones от сегашните 20 минути до час, а може би и повече.

Най-вероятно ще се използва междинен дрон Perdix Middle, който ще бъде облъчван на достатъчно разстояние от радара на изтребителя, а той от своя страна ще „разпределя“ енергия към по-малките братя на Perdix Micro-Drones чрез PoWiFi/PoWiMax , като едновременно с това обменят информация с тях (полет, пилотаж, целеви задачи, координация на рояк).

Може би скоро ще се стигне до зареждане на мобилни телефони и други мобилни устройства, които са в обхвата на Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послеслов: 10-20 години, след масовото въвеждане на множество електромагнитни микровълнови излъчватели в ежедневието (мобилни телефони, микровълнови печки, компютри, WiFi, Blu tools и т.н.), изведнъж хлебарките в големите градове изведнъж се превърнаха в рядкост! Сега хлебарката е насекомо, което може да се намери само в зоопарка. Те внезапно изчезнаха от домовете, които някога толкова обичаха.

ХЛЕБАРКИ КАРЛ!
Тези чудовища, лидери в списъка на „радиоустойчивите организми“, безсрамно капитулираха!
справка
LD 50 е средната летална доза, т.е. дозата убива половината от организмите в експеримента; LD 100 - смъртоносна доза убива всички организми в експеримента.

Кой е следващият на опашката?

Допустимите нива на радиация от базови станции за мобилни комуникации (900 и 1800 MHz, общо ниво от всички източници) в санитарни и жилищни зони в някои страни се различават значително:
Украйна: 2,5 µW/cm². (най-строгият санитарен стандарт в Европа)
Русия, Унгария: 10 µW/cm².
Москва: 2,0 µW/cm². (нормата съществуваше до края на 2009 г.)
САЩ, скандинавски страни: 100 µW/cm².
Временно допустимото ниво (TLA) от мобилни радиотелефони (MRT) за потребители на радиотелефони в Руската федерация се определя на 10 μW/cm² (Раздел IV - Хигиенни изисквания за мобилни наземни радиокомуникационни станции SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 „Хигиенни изисквания за разполагане и експлоатация на наземни мобилни радиокомуникации“).
В САЩ сертификатът се издава от Федералната комисия по комуникациите (FCC) за клетъчни устройства, чието максимално ниво на SAR не надвишава 1,6 W/kg (и абсорбираната радиационна мощност е намалена до 1 грам тъкан на човешки орган).
В Европа, съгласно международната директива на Комисията за защита от нейонизиращи лъчения (ICNIRP), стойността на SAR на мобилен телефон не трябва да надвишава 2 W/kg (погълнатата радиационна мощност се намалява до 10 грама тъкан на човешки орган) .
Съвсем наскоро в Обединеното кралство се считаше, че безопасно ниво на SAR е 10 W/kg. Подобна картина се наблюдава и в други страни.
Максималната стойност на SAR, приета в стандарта (1,6 W/kg), дори не може да бъде уверено приписана на „твърди“ или „меки“ стандарти.
Стандартите, приети както в САЩ, така и в Европа за определяне на стойността на SAR (цялото регулиране на микровълновото излъчване от мобилни телефони, което се обсъжда, се основава само на топлинния ефект, тоест свързан с нагряването на тъканите на човешките органи).
ПЪЛЕН ХАОС.
Медицината все още не е дала ясен отговор на въпроса вреден ли е мобилният/WiFi и доколко?
Какво ще се случи с безжичния пренос на електроенергия чрез микровълнови технологии?
Тук мощността не е ватове и мили ватове, а kW...

Забележка:Типичната WiMAX базова станция излъчва мощност при приблизително +43 dBm (20 W), а мобилната станция обикновено предава при +23 dBm (200 mW).

Тагове: Добавете тагове

През 1968 г. американският специалист по космически изследвания Питър Е. Глейзър предложи поставянето на големи слънчеви панели в геостационарна орбита и предаването на генерираната от тях енергия (5-10 GW) към повърхността на Земята с добре фокусиран лъч от микровълново лъчение, след което преобразува в енергия на постоянен или променлив ток с техническа честота и я разпределете до потребителите.

Честотата на електромагнитните колебания на микровълновия лъч трябва да съответства на тези диапазони, които са разпределени за използване в промишлеността, научните изследвания и медицината. Ако тази честота е избрана да бъде 2,45 GHz, тогава метеорологичните условия, включително гъсти облаци и интензивни валежи, практически нямат ефект върху ефективността на предаването на енергия. Честотната лента от 5,8 GHz е привлекателна, защото предлага възможност за намаляване на размера на предавателната и приемащата антена. Влиянието на метеорологичните условия тук обаче изисква допълнително проучване.

Сегашното ниво на развитие на микровълновата електроника ни позволява да говорим за доста висока ефективност на преноса на енергия чрез микровълнов лъч от геостационарна орбита към повърхността на Земята - около 70-75%. В този случай диаметърът на предавателната антена обикновено се избира да бъде 1 км, а земната ректена има размери 10 км х 13 км за географска ширина 35 градуса. SCES с ниво на изходна мощност 5 GW има плътност на излъчваната мощност в центъра на предавателната антена 23 kW/кв.м., а в центъра на приемната антена – 230 W/кв.м.

Най-активни и систематични изследвания в областта на SCES са проведени от Япония. През 1981 г. под ръководството на професорите М. Нагатомо и С. Сасаки в Института за космически изследвания на Япония започват изследвания върху разработването на прототип на SCES с ниво на мощност от 10 MW, който може да бъде създаден с помощта на съществуващи ракети-носители. Създаването на такъв прототип позволява да се натрупа технологичен опит и да се подготви основата за формиране на търговски системи.

През 2008 г. Марин Солачич, асистент по физика в Масачузетския технологичен институт (MIT), беше събуден от сладък сън от упоритото бипкане на мобилния му телефон. „Телефонът не спря да говори, изисквайки да го заредя“, казва Солячич. Уморен и без да става, той започна да мечтае, че телефонът, щом се прибере у дома, ще започне да се зарежда сам.

През 2012-2015г Инженери от Вашингтонския университет са разработили технология, която позволява Wi-Fi да се използва като източник на енергия за захранване на преносими устройства и зареждане на джаджи. Технологията вече е призната от списание Popular Science за една от най-добрите иновации за 2015 г. Повсеместното разпространение на технологията за безжично предаване на данни само по себе си доведе до истинска революция. И сега е ред на безжичното предаване на енергия по въздуха, което разработчиците от Вашингтонския университет нарекоха PoWiFi (от Power Over WiFi).

На трудните въпроси защо тези процеси не влияят негативно на качеството на мрежовия комуникационен канал, разработчиците отговориха, че това става възможно поради факта, че обновеният рутер по време на работа изпраща енергийни пакети през канали, които не са заети от предаване на информация. Те стигнаха до това решение, когато откриха, че по време на периоди на тишина енергията просто изтича от системата, но може да се използва за захранване на устройства с ниска мощност.

По време на изследването системата PoWiFi беше поставена в шест къщи и жителите бяха помолени да използват интернет както обикновено. Заредете уеб страници, гледайте поточно видео и след това ни кажете какво се е променило. В резултат на това се оказа, че производителността на мрежата изобщо не се е променила. Тоест интернет работеше както обикновено и наличието на добавената опция не се забелязваше. И това бяха само първите тестове, когато сравнително малко количество енергия беше събрано през Wi-Fi.

В бъдеще технологията PoWiFi може да служи за захранване на сензори, вградени в домакински уреди и военно оборудване, за да ги контролира безжично и да извършва дистанционно зареждане/презареждане.

Актуален е трансферът на енергия за UAV (най-вероятно с помощта на технологията PoWiMax или от радара на самолета носител):

За UAV отрицателният закон на обратния квадрат (изотропно излъчваща антена) е частично „компенсиран“ от ширината на лъча на антената и диаграмата на излъчване:

В края на краищата, радарът на самолета може да произведе 17 kW EMP енергия в един импулс.

Това не е клетъчна комуникация - където клетката трябва да осигури 360-градусова комуникация на крайните елементи.
Да приемем тази вариация:
Самолетът носител (за Perdix) този F-18 има (сега) радар AN/APG-65:


максимална средна излъчена мощност от 12000 W

Или в бъдеще ще има AN/APG-79 AESA:


в един импулс той трябва да произведе 15 kW EMP енергия

Това е напълно достатъчно за удължаване на активния живот на Perdix Micro-Drones от сегашните 20 минути до час, а може би и повече.

Най-вероятно ще се използва междинен дрон Perdix Middle, който ще бъде облъчван на достатъчно разстояние от радара на изтребителя, а той от своя страна ще „разпределя“ енергия към по-малките братя на Perdix Micro-Drones чрез PoWiFi/PoWiMax , като едновременно с това обменят информация с тях (полет, пилотаж, целеви задачи, координация на рояк).

Може би скоро ще се стигне до зареждане на мобилни телефони и други мобилни устройства, които са в обхвата на Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послеслов: 10-20 години, след масовото въвеждане на множество електромагнитни микровълнови излъчватели в ежедневието (мобилни телефони, микровълнови печки, компютри, WiFi, Blu tools и т.н.), изведнъж хлебарките в големите градове изведнъж се превърнаха в рядкост! Сега хлебарката е насекомо, което може да се намери само в зоопарка. Те внезапно изчезнаха от домовете, които някога толкова обичаха.

ХЛЕБАРКИ КАРЛ!
Тези чудовища, лидери в списъка на „радиоустойчивите организми“, безсрамно капитулираха!
справка
LD 50 е средната летална доза, т.е. дозата убива половината от организмите в експеримента; LD 100 - смъртоносна доза убива всички организми в експеримента.

Кой е следващият на опашката?

Допустимите нива на радиация от базови станции за мобилни комуникации (900 и 1800 MHz, общо ниво от всички източници) в санитарни и жилищни зони в някои страни се различават значително:
Украйна: 2,5 µW/cm². (най-строгият санитарен стандарт в Европа)
Русия, Унгария: 10 µW/cm².
Москва: 2,0 µW/cm². (нормата съществуваше до края на 2009 г.)
САЩ, скандинавски страни: 100 µW/cm².
Временно допустимото ниво (TLA) от мобилни радиотелефони (MRT) за потребители на радиотелефони в Руската федерация се определя на 10 μW/cm² (Раздел IV - Хигиенни изисквания за мобилни наземни радиокомуникационни станции SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 „Хигиенни изисквания за разполагане и експлоатация на наземни мобилни радиокомуникации“).
В САЩ сертификатът се издава от Федералната комисия по комуникациите (FCC) за клетъчни устройства, чието максимално ниво на SAR не надвишава 1,6 W/kg (и абсорбираната радиационна мощност е намалена до 1 грам тъкан на човешки орган).
В Европа, съгласно международната директива на Комисията за защита от нейонизиращи лъчения (ICNIRP), стойността на SAR на мобилен телефон не трябва да надвишава 2 W/kg (погълнатата радиационна мощност се намалява до 10 грама тъкан на човешки орган) .
Съвсем наскоро в Обединеното кралство се считаше, че безопасно ниво на SAR е 10 W/kg. Подобна картина се наблюдава и в други страни.
Максималната стойност на SAR, приета в стандарта (1,6 W/kg), дори не може да бъде уверено приписана на „твърди“ или „меки“ стандарти.
Стандартите, приети както в САЩ, така и в Европа за определяне на стойността на SAR (цялото регулиране на микровълновото излъчване от мобилни телефони, което се обсъжда, се основава само на топлинния ефект, тоест свързан с нагряването на тъканите на човешките органи).
ПЪЛЕН ХАОС.
Медицината все още не е дала ясен отговор на въпроса вреден ли е мобилният/WiFi и доколко?
Какво ще се случи с безжичния пренос на електроенергия чрез микровълнови технологии?
Тук мощността не е ватове и мили ватове, а kW...

Забележка:Типичната WiMAX базова станция излъчва мощност при приблизително +43 dBm (20 W), а мобилната станция обикновено предава при +23 dBm (200 mW).

Тагове:

• Електричество
• Микровълнова печка
• PoWiFi
• Дроновете
• UAV

Представяме ви устройство за пренос на електричество без кабели с коефициент на полезно действие около 100%. В бъдеще стойността на ефективност от ≈ 100% ще бъде оправдана и, разбира се, ние демонстрираме тази стойност с нашето експериментално устройство.

Важността на проблема за безжичното пренасяне на електроенергия е извън съмнение – преодоляване на природни бариери (реки, планини и долини); резервно захранване, електротранспорт, решаване на редица проблеми на безжично захранване на битови и промишлени устройства и др. - всичко това са елементи на посочения проблем.

Малко история

Проблемът с безжичното предаване на енергия е идентифициран за първи път в зората на миналия век от Н. Тесла. Неговото демонстрационно устройство се основава на метода за излъчване и приемане на електромагнитни вълни чрез отворена резонансна верига, която съдържа антена - капацитет и намотка от тел - индуктивност. Характерните показатели на апарата на Тесла са следните: коефициент на полезно действие = 4%, обхват на предаване - 42 км, максимални размери на антенната кула - 60 м, дължина на вълната - 2000 м. Показателно е, че в апарата на Тесла планетата Земя се разглежда като едно цяло на проводниците при преноса на електричество, тъй като излъчването и приемането на такива дълги вълни без заземяване не е ефективно.

След експериментите на Тесла през миналия двадесети век всички опити за безжично предаване на електроенергия с приемлива ефективност бяха неуспешни.

През настоящото десетилетие пряко или косвено се отчита работата в Масачузетския технологичен институт под ръководството на М. Солячич. Тяхната работа се основава на добре познатия индукционен, използващ магнитно поле, метод за предаване на електричество, който се осъществява от резонансни плоски индуктори. Този метод в идеалния случай осигурява ефективност = 50%, с обхват на предаване, съизмерим с размерите на намотките на антената. Характерните показатели на тяхното демонстрационно устройство са следните: ефективност ≈ 40%, обхват на предаване – 2 m, размери на антенните намотки – 0,6 m, дължина на вълната – 30 m.

Енергийно затворена система

В нашето устройство, както и в устройството на Тесла, носителят на енергия са електромагнитни вълни, т.е. работи добре познатият вектор на Пойнтинг.

Теоретично е обосновано и експериментално потвърдено: предавателната и приемната антени на безжично електропреносно устройство образуват енергийно затворена система, частично включваща енергията на електромагнитното поле на Земята; чрез възбуждане (активиране) на електромагнитното поле на Земята в тази система електричеството се прехвърля от предавателната антена към приемната антена с ефективност ≈ 100% (фиг. 1).

Фиг. 1

Фиг. 2

С помощта на тази антена е лесно да се формулира проблем, чието решение ще осигури предаване на електричество без кабели:

1. Предавателната и приемната антени трябва да възбуждат (активират) електромагнитното поле на Земята в локална (ограничена) област на космоса;

2. Възбуденото електромагнитно поле на Земята също трябва да бъде локално в пространството и да не консумира енергия (трябва да бъде стояща електромагнитна вълна между предавателната и приемната антена).

Решението на този проблем е нереалистично с антени, създадени на базата на пространствени представяния на геометрията на Евклид с нейния известен 5-ти постулат - постулатът за успоредните прави. Този постулат в училищните учебници гласи: През точка, която не лежи на дадена права, може да се прекара само една права, успоредна на дадената.

фиг. 3

Известността на този постулат се крие във факта, че започвайки от 1-ви чл. пр.н.е., в продължение на 2000 години най-добрите умове в света се опитват безуспешно да го докажат като теорема. И през 1826 г. руснакът Лобачевски очертава основите на своята геометрия, в която 5-ият постулат на геометрията на Евклид е формулиран по същество чрез нейното отрицание: През точка, която не лежи на дадена права, е възможно да се начертаят поне две прави, успоредни на дадената.

фиг. 4

И въпреки че този постулат не е много съвместим с нашите пространствени концепции, геометрията на Лобачевски е последователна и служи добре на физиците през последните години. Например, геометрията на Лобачевски участва в описанието на огромен набор от явления от вибрации в механични предавателни линии до взаимодействие на елементарни частици и процеси в мембраната на жива клетка.

Псевдосфера

Вярно е, че до 1863 г., в продължение на почти 40 години, геометрията на Лобачевски се възприема като нещо несвързано с реалността. Но през 1863 г. италианският математик Белтрами установява, че всички свойства на равнината на геометрията на Лобачевски се реализират върху повърхността на псевдосфера - геометрично тяло, чиито свойства съвпадат или са противоположни на свойствата на сферата. На фиг. 5 показва псевдосфера, а ФИГ. 6 неговият генератор е трактриса с асимптота X’X. Ако радиусите на големите кръгове (паралели) на псевдосферата и сферата са равни, може да се сравнят количествено техните обеми и повърхности.

фиг. 5

фиг. 6

Именно под формата на полупсевдосфери са направени антените на нашето устройство; Демонстрираме устройство със следните характеристики: ефективност = 100%, обхват на предаване – 1,8 m, максимален размер на антенните намотки – 0,2 m, дължина на вълната – 500 m, заземяване не е необходимо.

Тук трябва да се отбележи, че съвкупността от посочените характеристики на демонстрационното устройство противоречи на основите на класическата електродинамика - радиотехниката.

Какви свойства на полупсевдосферичните антени осигуряват такива характеристики на нашето устройство?

Сред повече от дузина изключителни свойства на псевдосферата, следните заслужават внимание:

Тялото на псевдосферата, безкрайно разширено в пространството, има краен обем и крайна повърхност.

Именно това свойство на псевдосферата дава възможност с помощта на полупсевдосферни антени да се създаде крайна, пространствено ограничена, енергийно затворена система, което е необходимо условие за пренос на енергия от КПД = 100%.

Вторият основен проблем, който се решава в нашето устройство, се отнася до средата, запълваща споменатата енергийно затворена система. Въпросът е, че само в квантовата електродинамика, чийто плод са лазерите и мазерите, средата се счита за активна. Напротив, в класическата електродинамика средата се отнася до пасивни обекти; тя е свързана със затихване, загуба на електромагнитна енергия по време на разпространение.

Невероятно, но факт, нашето устройство активира електрическите и магнитните полета на Земята. Тези полета са обекти на околната среда в нашето устройство, тъй като те запълват споменатата енергийно затворена система. Активирането на тази среда също е следствие от свойствата на псевдосферата.

Въпросът е, че всички точки на повърхността на псевдосферата според математиците са хиперболични, прекъснати в пространството. По отношение на полупсевдосферичните антени на нашето устройство, това е еквивалентно на прекъсвания и квантуване на електрическите и магнитните полета във всяка точка на проводника, навиващ намотките на полупсевдосферичните антени. Това води до електромагнитни смущения - вълни, чиято дължина е съизмерима с диаметъра на проводника, навиващ намотките на полупсевдосферичните антени, т.е. На практика дължината на такива вълни е от порядъка на 1 mm или по-малко. Такива електромагнитни вълни, както се вижда от теорията и практиката, са способни, чрез поляризацията на въздушните молекули или директно, да активират електромагнитното поле на Земята и по този начин да компенсират загубата на електромагнитна енергия по пътя на нейното предаване в нашето устройство. Това също е необходимо, за да се обясни ефективност = 100%.

Не само това, ние обявихме генератор на излишна електромагнитна енергия, чийто коефициент на преобразуване на енергия (ECE) е повече от 400%; тези. сравними с KPI на известни термопомпи.

И за последния, трети проблем, който е решен в нашето устройство.

Добре известно е, че енергията се пренася в пространството само чрез пътуваща електромагнитна вълна, вълна, в която електрическото и магнитното поле са във фаза. Това условие не може да се осъществи на разстояние 1,8 m при дължина на вълната 500 m, но също така е добре известно, че скоростта на движеща се електромагнитна вълна по прав или извит проводник се забавя и намалява в сравнение със скоростта в свободното пространство. ; Дължината на вълната също намалява. Този ефект се използва широко в електротехниката и радиотехниката в така наречените системи за забавяне. Намаляването на дължината на вълната в тези системи варира от десети от единица с прави проводници до 30 единици с извити (спирални).

Именно ефектът от забавянето и намаляването на дължината на вълната ни позволява да формираме пътуваща вълна на къси разстояния в нашето устройство.

Наистина, дължината на вълната на нашето демонстрационно устройство е намалена до споменатата по-горе дължина , който образува пътуваща, пренасяща енергия електромагнитна вълна в нашето устройство. Коефициентът на намаляване на вълната в този случай е равен на единици. Това огромно намаляване на дължината на вълната обяснява и експерименталния факт, че нашето устройство работи ефективно без заземяване на предавателя и приемника на електричество.

Нашето устройство използва друго невероятно свойство на псевдосферата:

обемът на псевдосферата е половината от обема на сферата, докато площите на техните повърхности са равни.

От това свойство следва, че обемът на сферата, ограничен от нейната собствена повърхност, съдържа два обема на псевдосферата, ограничени от двете комбинирани собствени повърхности и третата област на споменатата сфера. Това ни позволява да си представим обема на сфера около Земята, изпълнена с електрическите и магнитните полета на Земята, два обема на псевдосферата и всеки от които е ограничен по площ и съдържа половината от електрическите и магнитните полета на Земя (фиг. 7). Имайки предвид този факт и факта, че нашето устройство неизбежно се намира само от едната страна на земята, се твърди, че антените на нашето устройство взаимодействат само с половината електрически и магнитни полета на Земята. В същото време не трябва да се предполага, че вторите половини на тези полета са неактивни. В това ни убеждава следното.

фиг. 7

Нека припомним, че повечето от законите на физиката са формулирани за инерциални отправни системи, в които времето е неотносително (абсолютно), пространството е изотропно, скоростта на праволинейното движение на електромагнитните вълни (светлината) е абсолютна и т.н. В рамките на инерциалните отправни системи е добре известно, че в свободното пространство при отразяване на движеща се електромагнитна вълна се образува стояща вълна, в която се разграничават отделно стояща електрическа вълна и отделно стояща магнитна вълна. Когато дължината на бягащата вълна е равна на , дължините на стоящите електрически и магнитни вълни са равни на половината от дължината на бягащата вълна, т.е. . Също така е важно периодът на тези стоящи вълни да е равен на периода на пътуващата вълна, т.е. , тъй като периодът на стояща вълна се състои от сумата от два полупериода на директните и отразените полувълни.

Фактът на изчисляване, а не експериментално определяне на стойност с точност, зависеща от точността на определяне на продължителността на един ден на Земята ни позволява да хвърлим напълно нов поглед върху редица проблеми във физиката.

След откриването на електричеството от човека много учени се опитват да изследват удивителното явление на токовете и да увеличат ефективната ефективност, провеждайки множество експерименти и изобретявайки по-модерни материали с подобрени свойства на пренос на енергия с нулево съпротивление. Най-обещаващата посока в такава научна работа е безжичното предаване на електроенергия на големи разстояния и с минимални транспортни разходи. Тази статия разглежда методите за предаване на енергия на разстояние, както и видовете устройства за такива действия.

Безжичното предаване на енергия е метод за транспортиране, при който не се използват проводници или мрежи от кабели, а токът се предава на значително разстояние до потребителя с максимален ефективен фактор на мощността по въздуха. За това се използват устройства за генериране на електричество, както и предавател, който акумулира ток и го разсейва във всички посоки, както и приемник с консумиращо устройство. Приемникът улавя електромагнитни вълни и полета и, като ги концентрира върху къс участък от проводник, предава енергия на лампа или друго устройство с определена мощност.

Има много методи за безжично предаване на електричество, които са изобретени от много учени в процеса на изучаване на токовете, но Никола Тесла постига най-големи резултати в практическо отношение. Той успя да направи предавател и приемник, които бяха разделени един от друг на разстояние от 48 километра. Но по това време не е имало технологии, които да могат да предават електричество на такова разстояние с коефициент над 50%. В тази връзка ученият изрази големи перспективи не за пренос на готова генерирана енергия, а за генериране на ток от магнитното поле на земята и използването му за битови нужди. Транспортирането на такава електроенергия трябваше да се извършва безжично, чрез предаване през магнитни полета.

Методи за безжичен пренос на електроенергия

Повечето теоретици и практици, които изучават работата на електрическия ток, са предложили свои собствени методи за предаването му на разстояние без използването на проводници. В началото на подобни изследвания много учени се опитаха да заимстват практики от принципа на работа на радиостанции, които се използват за предаване на морзова азбука или късовълново радио. Но такива технологии не се оправдаха, тъй като разсейването на тока беше твърде малко и не можеше да покрие големи разстояния; освен това преносът на електричество чрез радиовълни беше възможен само при работа с ниски мощности, които не бяха в състояние да управляват дори най-простия механизъм.

В резултат на експерименти беше разкрито, че микровълновите вълни са най-подходящи за предаване на електричество без проводник, тъй като имат по-стабилна конфигурация и напрежение, а също така губят много по-малко енергия, когато се разсейват, отколкото всеки друг метод.

За първи път изобретателят и дизайнер Уилям Браун успя да приложи успешно този метод, който моделира летяща платформа, състояща се от метална платформа с двигател с мощност около 0,1 конски сили. Платформата е направена под формата на приемна антена с решетка, която улавя микровълнови вълни, които се предават от специално проектиран генератор. Само четиринадесет години по-късно същият дизайнер представя самолет с ниска мощност, който получава енергия от предавател на разстояние 1,6 километра, като токът се предава в концентриран лъч чрез микровълнови вълни. За съжаление, тази работа не беше широко използвана, тъй като по това време нямаше технологии, които да осигурят транспортирането на ток с високо напрежение по този метод, въпреки че ефективността на приемника и генератора беше повече от 80%.

През 1968 г. американски учени разработват проект, подкрепен от научна работа, който предлага поставянето на големи слънчеви панели в ниска околоземна орбита. Приемниците на енергия трябваше да бъдат насочени към слънцето, а в основата им бяха разположени устройства за съхранение на ток. След поглъщане на слънчевата радиация и трансформирането й в микровълнови или магнитни вълни, токът се насочваше към земята чрез специално устройство. Приемането трябваше да се извършва от специална широкоплощна антена, настроена на определена вълна и преобразуваща вълните в постоянен или променлив ток. Такава система е високо оценена в много страни като обещаваща алтернатива на съвременните източници на електроенергия.

Безжично захранване на електрически автомобил

Много производители на автомобили, работещи с електрически ток, разработват алтернативно презареждане на автомобила, без да го свързват към мрежата. Голям успех в тази област е постигнат от технологията за зареждане на превозни средства от специална пътна настилка, когато автомобилът получава енергия от покритие, заредено с магнитно поле или микровълнови вълни. Но такова попълване беше възможно само ако разстоянието между пътя и приемното устройство беше не повече от 15 сантиметра, което не винаги е възможно в съвременни условия.

Тази система е в етап на разработка, така че може да се предположи, че този тип предаване на енергия без проводник ще бъде разработен и вероятно ще бъде въведен в съвременната транспортна индустрия.

Съвременни разработки в преноса на енергия

В съвременните реалности безжичното електричество отново се превръща в актуална област в изследването и проектирането на устройства. Има най-обещаващите начини за развитие на безжично предаване на енергия, които включват:

1. Използването на електроенергия в планинските райони, в случаите, когато не е възможно да се прокарат носещи кабели до потребителя. Въпреки изучаването на въпроса за електричеството, има места на земята, където няма електричество и хората, живеещи там, не могат да се насладят на такова благо на цивилизацията. Разбира се, там често се използват автономни източници на енергия, като слънчеви панели или генератори, но този ресурс е ограничен и не може да отговори напълно на нуждите;
2. Някои производители на съвременни домакински уреди вече въвеждат устройства за безжичен пренос на енергия в своите продукти. Например, на пазара се предлага специално устройство, което се свързва към електрическата мрежа и чрез преобразуване на постоянен ток в микровълнови вълни ги предава на околните устройства. Единственото условие за използване на този уред е домакинският уред да има приемно устройство, което преобразува тези вълни в постоянен ток. В продажба има телевизори, които работят изцяло с безжична енергия, получена от предавател;
3. За военни цели, в повечето случаи в сектора на отбраната, има разработки на комуникационни устройства и други спомагателни устройства.

Голям пробив в тази област на технологиите се случи през 2014 г., когато група учени разработиха устройство за генериране и получаване на енергия на разстояние безжично, използвайки система от лещи, поставени между предавателната и приемащата намотки. Преди това се смяташе, че предаването на ток без проводник е възможно на разстояние, което не надвишава размера на устройствата, така че е необходима огромна конструкция за транспортиране на електричество на дълги разстояния. Но съвременните дизайнери промениха принципа на работа на това устройство и създадоха предавател, който изпраща не микровълнови вълни, а магнитни полета с ниски честоти. В този случай електроните не губят мощност и се предават на разстояние в концентриран лъч; освен това консумацията на енергия е възможна не само чрез свързване към приемащата част, но и просто като се намира в зоната на действие на полето.

1. Зарежда мобилни устройства без свързване с кабел;
2. Осигуряването на енергия за безпилотни летателни апарати е област, която ще бъде много търсена както в гражданската, така и във военната индустрия, тъй като напоследък подобни устройства често се използват за различни цели.

Самата процедура за предаване на данни на разстояние без използване на кабели беше смятана за пробив във физиката и енергийните изследвания преди време, сега това вече не изненадва никого и е станало достъпно за всеки. Благодарение на съвременните технологични разработки и разработки, преносът на електроенергия по този метод се превръща в реалност и може да бъде оживен.

Видео

През 1891 г. Никола Тесла конструира резонансен трансформатор (трансформатор на Тесла), позволяващ високочестотни колебания на напрежението с амплитуда до един милион волта, и пръв посочва физиологичните ефекти на високочестотните токове. Стоящите вълни на електрическото поле, наблюдавани по време на гръмотевична буря, доведоха Тесла до идеята за възможността за създаване на система за осигуряване на електричество на консуматори на енергия, отдалечени от генератора, без използването на проводници. Първоначално бобината на Tesla се използва за предаване на енергия на дълги разстояния без кабели, но скоро тази идея избледня на заден план, тъй като е почти невъзможно да се предава енергия на разстояние по този начин, причината за това е ниската ефективност на Бобина на Тесла.

Трансформаторът на Тесла или намотката на Тесла е единственото изобретение на Никола Тесла, което днес носи неговото име. Това е класически резонансен трансформатор, произвеждащ високо напрежение при висока честота. Това устройство е използвано от учения в няколко размера и вариации за неговите експерименти. Устройството е обявено с патент № 568176 от 22 септември 1896 г. като „Апарат за производство на електрически токове с висока честота и потенциал“.

Има 3 вида бобини Tesla:

SGTC-искрова междина Бобина на Тесла - бобина на Тесла върху искрова междина.
VTTC-вакуумна тръба Tesla coil - Тесла намотка на радио тръба.
SSTC-solid state Tesla coil - намотка на Tesla върху по-сложни части.

Описание на конструкцията на трансформатора. В елементарната си форма той се състои от две бобини - първична и вторична, както и сноп, състоящ се от искрова междина (прекъсвач, английската версия на Spark Gap често се среща), кондензатор и клема (показана като "изход" в диаграмата). За разлика от много други трансформатори, няма феримагнитна сърцевина. По този начин взаимната индуктивност между двете намотки е много по-малка от тази на конвенционалните трансформатори с феримагнитна сърцевина. Този трансформатор също така практически няма магнитен хистерезис, феноменът на забавяне на промените в магнитната индукция спрямо промените в тока и други недостатъци, въведени от присъствието на феромагнетик в полето на трансформатора. Първичната намотка, заедно с кондензатора, образува осцилаторна верига, която включва нелинеен елемент - искрова междина (искрова междина). Отводът в най-простия случай е обикновен газов; обикновено направени от масивни електроди.

Вторичната намотка също образува осцилаторна верига, където ролята на кондензатор играе капацитивната връзка между тороида, крайното устройство, навивките на самата намотка и други електропроводими елементи на веригата със земята. Крайното устройство (терминал) може да бъде направено под формата на диск, заострен щифт или сфера. Терминалът е проектиран да произвежда предвидими искрови разряди с голяма дължина. Геометрията и относителната позиция на частите на трансформатора на Tesla значително влияят върху неговата работа, което е подобно на проблемите при проектирането на всякакви високоволтови и високочестотни устройства.

Друго интересно устройство е генераторът на Van de Graaff. Това е генератор с високо напрежение, чийто принцип на работа се основава на електрифицирането на движеща се диелектрична лента. Първият генератор е разработен от американския физик Робърт Ван де Грааф през 1929 г. и дава възможност да се получи потенциална разлика до 80 киловолта. През 1931 и 1933 г. са построени по-мощни генератори, позволяващи достигане на напрежение до 7 милиона волта. Верига на генератора на Van de Graaff:

Голям кух метален електрод, оформен като полусферичен купол, е монтиран върху високоволтова изолационна колона. Горният край на транспортната лента от електрически заряди навлиза в електродната кухина, която представлява безкрайна гумена лента на текстилна основа, опъната върху две метални макари и обикновено движеща се със скорост 20 - 40 m/sec. Долната шайба, монтирана върху метална плоча, се завърта от електрически двигател. Горната макара е разположена под куполния електрод с високо напрежение и е под пълно напрежение на машината. Има и система за захранване на източника на йони и самия източник. Долният край на лентата преминава през електрод, поддържан от конвенционален източник на високо напрежение при високо напрежение спрямо земята до 100 kV. В резултат на коронния разряд електроните се прехвърлят от лентата към електрода. Положителният заряд на лентата, повдигната от конвейера, се компенсира отгоре от електроните на купола, който получава положителен заряд. Максимално постижимият потенциал е ограничен от изолационните свойства на колоната и въздуха около нея. Колкото по-голям е електродът, толкова по-висок потенциал може да издържи. Ако инсталацията е херметично затворена и вътрешното пространство е запълнено със сух сгъстен газ, размерите на електродите за даден потенциал могат да бъдат намалени. Заредените частици се ускоряват в вакуумна тръба, разположена между високоволтовия електрод и земята или между електродите, ако има два. С помощта на генератор на Van de Graaff може да се получи много висок потенциал, който позволява електрони, протони и дейтрони да бъдат ускорени до енергия от 10 MeV, а алфа частици, носещи двоен заряд, до 20 MeV. Енергията на заредените частици на изхода на генератора може лесно да се контролира с голяма прецизност, което прави възможни прецизни измервания. Токът на протонния лъч в постоянен режим е 50 μA, а в импулсен режим може да се увеличи до 5 mA.