Provádíme bezdrátový přenos energie. Úvod do bezdrátového přenosu elektrické energie Schéma přenosu energie bez drátů

V roce 1968 americký specialista na vesmírný výzkum Peter E. Glaser navrhl umístit velké solární panely na geostacionární dráhu a přenášet energii, kterou generují (5-10 GW) na povrch Země pomocí dobře zaostřeného paprsku mikrovlnného záření, poté převést převést na stejnosměrný nebo střídavý proud o technické frekvenci a distribuovat ji spotřebitelům.

Frekvence elektromagnetických oscilací mikrovlnného paprsku musí odpovídat těm rozsahům, které jsou přiděleny pro použití v průmyslu, vědeckém výzkumu a medicíně. Pokud je tato frekvence zvolena na 2,45 GHz, pak meteorologické podmínky včetně husté oblačnosti a intenzivních srážek nemají prakticky žádný vliv na účinnost přenosu energie. Pásmo 5,8 GHz je atraktivní, protože nabízí možnost zmenšit velikost vysílacích a přijímacích antén. Vliv meteorologických podmínek zde však vyžaduje další studium.

Současná úroveň rozvoje mikrovlnné elektroniky umožňuje hovořit o poměrně vysoké účinnosti přenosu energie mikrovlnným paprskem z geostacionární dráhy na zemský povrch - cca 70-75%. V tomto případě se obvykle volí průměr vysílací antény 1 km a pozemní obdélník má rozměry 10 km x 13 km pro zeměpisnou šířku 35 stupňů. SCES s úrovní výstupního výkonu 5 GW má hustotu vyzařovaného výkonu ve středu vysílací antény 23 kW/m2 a ve středu přijímací antény – 230 W/m2.

Nejaktivnější a nejsystematičtější výzkum v oblasti SCES provedlo Japonsko. V roce 1981 byl pod vedením profesorů M. Nagatomo a S. Sasaki na Space Research Institute of Japan zahájen výzkum vývoje prototypu SCES o výkonu 10 MW, který by bylo možné vytvořit pomocí stávajících nosných raket. Vytvoření takového prototypu umožňuje nashromáždit technologické zkušenosti a připravit základ pro vytvoření komerčních systémů.

V roce 2008 Marin Soljačić, odborný asistent fyziky na Massachusetts Institute of Technology (MIT), byl probuzen ze sladkého spánku vytrvalým pípáním jeho mobilního telefonu. "Telefon nepřestal mluvit a požadoval, abych ho nabil," říká Soljacic. Unavený a nechystal se vstát začal snít o tom, že se telefon, až bude doma, začne sám nabíjet.

V letech 2012-2015 Inženýři z University of Washington vyvinuli technologii, která umožňuje použití Wi-Fi jako zdroje energie pro napájení přenosných zařízení a nabíjení gadgetů. Tato technologie již byla oceněna časopisem Popular Science jako jedna z nejlepších inovací roku 2015. Všudypřítomnost technologie bezdrátového přenosu dat sama o sobě způsobila skutečnou revoluci. A nyní je na řadě bezdrátový přenos energie vzduchem, který vývojáři z Washingtonské univerzity nazvali PoWiFi (z Power Over WiFi).

Na záludné otázky, proč tyto procesy negativně neovlivňují kvalitu síťového komunikačního kanálu, vývojáři odpověděli, že je to možné díky skutečnosti, že přeflashovaný router během svého provozu posílá energetické pakety kanály neobsazenými přenosem informací. K tomuto rozhodnutí dospěli, když zjistili, že během období ticha energie ze systému jednoduše proudí, ale lze ji využít k napájení zařízení s nízkou spotřebou.

Během výzkumu byl systém PoWiFi umístěn v šesti domech a obyvatelé byli požádáni, aby používali internet jako obvykle. Načtěte webové stránky, sledujte streamovaná videa a pak nám řekněte, co se změnilo. Ve výsledku se ukázalo, že výkon sítě se vůbec nezměnil. To znamená, že internet fungoval jako obvykle a přítomnost přidané možnosti nebyla patrná. A to byly jen první testy, kdy se přes Wi-Fi nasbíralo relativně malé množství energie.

Technologie PoWiFi by v budoucnu mohla dobře sloužit k napájení senzorů zabudovaných do domácích spotřebičů a vojenské techniky, aby je bylo možné bezdrátově ovládat a provádět dálkové nabíjení/dobíjení.

Proud je přenos energie pro UAV (s největší pravděpodobností pomocí technologie PoWiMax nebo z radaru nosného letadla):

U UAV je zápor ze zákona inverzní čtverce (izotropně vyzařující anténa) částečně „kompenzován“ šířkou paprsku antény a vyzařovacím diagramem:

Koneckonců, radar letadla může vyrobit 17 kW energie EMP v pulzu.

Nejedná se o celulární komunikaci – kde buňka musí poskytovat 360stupňovou komunikaci koncovým prvkům.
Předpokládejme tuto variaci:
Nosný letoun (pro Perdix) tento F-18 má (nyní) radar AN/APG-65:


maximální průměrný vyzářený výkon 12000W

Nebo v budoucnu bude mít AN/APG-79 AESA:


v pulsu by měl produkovat 15 kW energie EMP

To je docela dost na prodloužení aktivní životnosti mikrodronů Perdix ze současných 20 minut na hodinu a možná i více.

S největší pravděpodobností bude použit prostřední dron Perdix Middle, který bude na dostatečnou vzdálenost ozařován radarem stíhačky a ten bude zase „distribuovat“ energii mladším bratříčkům Perdix Micro-Drones přes PoWiFi/PoWiMax. , přičemž si s nimi zároveň vyměňuje informace (letové, akrobatické, cílové úkoly, koordinace roje).

Možná brzy dojde k nabíjení mobilních telefonů a dalších mobilních zařízení, která jsou v dosahu Wi-Fi, Wi-Max nebo 5G?

Doslov: 10-20 let, po rozsáhlém zavedení četných elektromagnetických mikrovlnných zářičů do každodenního života (mobilní telefony, mikrovlnné trouby, počítače, WiFi, Blu nástroje atd.), se švábi ve velkých městech náhle proměnili ve vzácnost! Nyní je šváb hmyz, který lze nalézt pouze v zoologické zahradě. Najednou zmizeli z domovů, které kdysi tak milovali.

ŠVÁBI CARL!
Tato monstra, vůdci seznamu „radioodolných organismů“, bezostyšně kapitulovala!
Odkaz
LD 50 je průměrná letální dávka, to znamená, že dávka zabije polovinu organismů v experimentu; LD 100 - letální dávka zabije všechny organismy v experimentu.

Kdo je další na řadě?

Přípustné úrovně radiace ze základnových stanic mobilních komunikací (900 a 1800 MHz, celková úroveň ze všech zdrojů) v sanitárních a obytných oblastech se v některých zemích výrazně liší:
Ukrajina: 2,5 µW/cm². (nejpřísnější hygienická norma v Evropě)
Rusko, Maďarsko: 10 µW/cm².
Moskva: 2,0 µW/cm². (norma existovala do konce roku 2009)
USA, skandinávské země: 100 µW/cm².
Dočasná přípustná úroveň (TLA) z mobilních radiotelefonů (MRT) pro uživatele radiotelefonů v Ruské federaci je stanovena na 10 μW/cm² (část IV – Hygienické požadavky na mobilní pozemní radiokomunikační stanice SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 „Hygienické požadavky na umístění a provoz prostředků pozemní mobilní radiokomunikace“).
V USA je certifikát vydáván Federální komisí pro komunikace (FCC) pro celulární zařízení, jejichž maximální úroveň SAR nepřesahuje 1,6 W/kg (a absorbovaný výkon záření je snížen na 1 gram tkáně lidského orgánu).
V Evropě by podle mezinárodní směrnice Komise pro ochranu proti neionizujícímu záření (ICNIRP) neměla hodnota SAR mobilního telefonu překročit 2 W/kg (absorbovaný výkon záření je snížen na 10 gramů tkáně lidského orgánu) .
V nedávné době byla ve Spojeném království za bezpečnou úroveň SAR považována 10 W/kg. Podobný obrázek byl pozorován i v jiných zemích.
Maximální hodnotu SAR přijatou v normě (1,6 W/kg) nelze s jistotou přiřadit ani „tvrdým“ nebo „měkkým“ normám.
Normy přijaté v USA i v Evropě pro stanovení hodnoty SAR (veškerá probíraná regulace mikrovlnného záření z mobilních telefonů je založena pouze na tepelném efektu, tedy spojeném s ohřevem tkání lidských orgánů).
ÚPLNÝ CHAOS.
Medicína zatím nedala jasnou odpověď na otázku: škodí mobil/WiFi a do jaké míry?
Co se stane s bezdrátovým přenosem elektřiny pomocí mikrovlnných technologií?
Zde výkon nejsou watty a míle wattů, ale kW...

Poznámka: Typická základnová stanice WiMAX vyzařuje energii přibližně +43 dBm (20 W) a mobilní stanice obvykle vysílá rychlostí +23 dBm (200 mW).

Štítky: Přidat štítky

V roce 1968 americký specialista na vesmírný výzkum Peter E. Glaser navrhl umístit velké solární panely na geostacionární dráhu a přenášet energii, kterou generují (5-10 GW) na povrch Země pomocí dobře zaostřeného paprsku mikrovlnného záření, poté převést převést na stejnosměrný nebo střídavý proud o technické frekvenci a distribuovat ji spotřebitelům.

Frekvence elektromagnetických oscilací mikrovlnného paprsku musí odpovídat těm rozsahům, které jsou přiděleny pro použití v průmyslu, vědeckém výzkumu a medicíně. Pokud je tato frekvence zvolena na 2,45 GHz, pak meteorologické podmínky včetně husté oblačnosti a intenzivních srážek nemají prakticky žádný vliv na účinnost přenosu energie. Pásmo 5,8 GHz je atraktivní, protože nabízí možnost zmenšit velikost vysílacích a přijímacích antén. Vliv meteorologických podmínek zde však vyžaduje další studium.

Současná úroveň rozvoje mikrovlnné elektroniky umožňuje hovořit o poměrně vysoké účinnosti přenosu energie mikrovlnným paprskem z geostacionární dráhy na zemský povrch - cca 70-75%. V tomto případě se obvykle volí průměr vysílací antény 1 km a pozemní obdélník má rozměry 10 km x 13 km pro zeměpisnou šířku 35 stupňů. SCES s úrovní výstupního výkonu 5 GW má hustotu vyzařovaného výkonu ve středu vysílací antény 23 kW/m2 a ve středu přijímací antény – 230 W/m2.

Nejaktivnější a nejsystematičtější výzkum v oblasti SCES provedlo Japonsko. V roce 1981 byl pod vedením profesorů M. Nagatomo a S. Sasaki na Space Research Institute of Japan zahájen výzkum vývoje prototypu SCES o výkonu 10 MW, který by bylo možné vytvořit pomocí stávajících nosných raket. Vytvoření takového prototypu umožňuje nashromáždit technologické zkušenosti a připravit základ pro vytvoření komerčních systémů.

V roce 2008 Marin Soljačić, odborný asistent fyziky na Massachusetts Institute of Technology (MIT), byl probuzen ze sladkého spánku vytrvalým pípáním jeho mobilního telefonu. "Telefon nepřestal mluvit a požadoval, abych ho nabil," říká Soljacic. Unavený a nechystal se vstát začal snít o tom, že se telefon, až bude doma, začne sám nabíjet.

V letech 2012-2015 Inženýři z University of Washington vyvinuli technologii, která umožňuje použití Wi-Fi jako zdroje energie pro napájení přenosných zařízení a nabíjení gadgetů. Tato technologie již byla oceněna časopisem Popular Science jako jedna z nejlepších inovací roku 2015. Všudypřítomnost technologie bezdrátového přenosu dat sama o sobě způsobila skutečnou revoluci. A nyní je na řadě bezdrátový přenos energie vzduchem, který vývojáři z Washingtonské univerzity nazvali PoWiFi (z Power Over WiFi).

Na záludné otázky, proč tyto procesy negativně neovlivňují kvalitu síťového komunikačního kanálu, vývojáři odpověděli, že je to možné díky skutečnosti, že přeflashovaný router během svého provozu posílá energetické pakety kanály neobsazenými přenosem informací. K tomuto rozhodnutí dospěli, když zjistili, že během období ticha energie ze systému jednoduše proudí, ale lze ji využít k napájení zařízení s nízkou spotřebou.

Během výzkumu byl systém PoWiFi umístěn v šesti domech a obyvatelé byli požádáni, aby používali internet jako obvykle. Načtěte webové stránky, sledujte streamovaná videa a pak nám řekněte, co se změnilo. Ve výsledku se ukázalo, že výkon sítě se vůbec nezměnil. To znamená, že internet fungoval jako obvykle a přítomnost přidané možnosti nebyla patrná. A to byly jen první testy, kdy se přes Wi-Fi nasbíralo relativně malé množství energie.

Technologie PoWiFi by v budoucnu mohla dobře sloužit k napájení senzorů zabudovaných do domácích spotřebičů a vojenské techniky, aby je bylo možné bezdrátově ovládat a provádět dálkové nabíjení/dobíjení.

Proud je přenos energie pro UAV (s největší pravděpodobností pomocí technologie PoWiMax nebo z radaru nosného letadla):

U UAV je zápor ze zákona inverzní čtverce (izotropně vyzařující anténa) částečně „kompenzován“ šířkou paprsku antény a vyzařovacím diagramem:

Koneckonců, radar letadla může vyrobit 17 kW energie EMP v pulzu.

Nejedná se o celulární komunikaci – kde buňka musí poskytovat 360stupňovou komunikaci koncovým prvkům.
Předpokládejme tuto variaci:
Nosný letoun (pro Perdix) tento F-18 má (nyní) radar AN/APG-65:


maximální průměrný vyzářený výkon 12000W

Nebo v budoucnu bude mít AN/APG-79 AESA:


v pulsu by měl produkovat 15 kW energie EMP

To je docela dost na prodloužení aktivní životnosti mikrodronů Perdix ze současných 20 minut na hodinu a možná i více.

S největší pravděpodobností bude použit prostřední dron Perdix Middle, který bude na dostatečnou vzdálenost ozařován radarem stíhačky a ten bude zase „distribuovat“ energii mladším bratříčkům Perdix Micro-Drones přes PoWiFi/PoWiMax. , přičemž si s nimi zároveň vyměňuje informace (letové, akrobatické, cílové úkoly, koordinace roje).

Možná brzy dojde k nabíjení mobilních telefonů a dalších mobilních zařízení, která jsou v dosahu Wi-Fi, Wi-Max nebo 5G?

Doslov: 10-20 let, po rozsáhlém zavedení četných elektromagnetických mikrovlnných zářičů do každodenního života (mobilní telefony, mikrovlnné trouby, počítače, WiFi, Blu nástroje atd.), se švábi ve velkých městech náhle proměnili ve vzácnost! Nyní je šváb hmyz, který lze nalézt pouze v zoologické zahradě. Najednou zmizeli z domovů, které kdysi tak milovali.

ŠVÁBI CARL!
Tato monstra, vůdci seznamu „radioodolných organismů“, bezostyšně kapitulovala!
Odkaz
LD 50 je průměrná letální dávka, to znamená, že dávka zabije polovinu organismů v experimentu; LD 100 - letální dávka zabije všechny organismy v experimentu.

Kdo je další na řadě?

Přípustné úrovně radiace ze základnových stanic mobilních komunikací (900 a 1800 MHz, celková úroveň ze všech zdrojů) v sanitárních a obytných oblastech se v některých zemích výrazně liší:
Ukrajina: 2,5 µW/cm². (nejpřísnější hygienická norma v Evropě)
Rusko, Maďarsko: 10 µW/cm².
Moskva: 2,0 µW/cm². (norma existovala do konce roku 2009)
USA, skandinávské země: 100 µW/cm².
Dočasná přípustná úroveň (TLA) z mobilních radiotelefonů (MRT) pro uživatele radiotelefonů v Ruské federaci je stanovena na 10 μW/cm² (část IV – Hygienické požadavky na mobilní pozemní radiokomunikační stanice SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 „Hygienické požadavky na umístění a provoz prostředků pozemní mobilní radiokomunikace“).
V USA je certifikát vydáván Federální komisí pro komunikace (FCC) pro celulární zařízení, jejichž maximální úroveň SAR nepřesahuje 1,6 W/kg (a absorbovaný výkon záření je snížen na 1 gram tkáně lidského orgánu).
V Evropě by podle mezinárodní směrnice Komise pro ochranu proti neionizujícímu záření (ICNIRP) neměla hodnota SAR mobilního telefonu překročit 2 W/kg (absorbovaný výkon záření je snížen na 10 gramů tkáně lidského orgánu) .
V nedávné době byla ve Spojeném království za bezpečnou úroveň SAR považována 10 W/kg. Podobný obrázek byl pozorován i v jiných zemích.
Maximální hodnotu SAR přijatou v normě (1,6 W/kg) nelze s jistotou přiřadit ani „tvrdým“ nebo „měkkým“ normám.
Normy přijaté v USA i v Evropě pro stanovení hodnoty SAR (veškerá probíraná regulace mikrovlnného záření z mobilních telefonů je založena pouze na tepelném efektu, tedy spojeném s ohřevem tkání lidských orgánů).
ÚPLNÝ CHAOS.
Medicína zatím nedala jasnou odpověď na otázku: škodí mobil/WiFi a do jaké míry?
Co se stane s bezdrátovým přenosem elektřiny pomocí mikrovlnných technologií?
Zde výkon nejsou watty a míle wattů, ale kW...

Poznámka: Typická základnová stanice WiMAX vyzařuje energii přibližně +43 dBm (20 W) a mobilní stanice obvykle vysílá rychlostí +23 dBm (200 mW).

Štítky:

• Elektřina
• Mikrovlnná trouba
• PoWiFi
• drony
• UAV

Představujeme zařízení pro přenos elektřiny bez drátů s faktorem účinnosti cca 100 %. V budoucnu bude hodnota účinnosti ≈ 100 % opodstatněná a tuto hodnotu samozřejmě demonstrujeme na našem experimentálním zařízení.

Význam problému bezdrátového přenosu elektřiny je nepochybný - překonávání přírodních bariér (řeky, hory a údolí); záložní napájení, elektrická doprava, řešení řady problémů bezdrátového napájení domácích a průmyslových zařízení atd. - to vše jsou prvky jmenovaného problému.

Trochu historie

Problém bezdrátového přenosu energie poprvé identifikoval na úsvitu minulého století N. Tesla. Jeho demonstrační zařízení bylo založeno na metodě vysílání a příjmu elektromagnetických vln otevřeným rezonančním obvodem, který obsahuje anténu - kapacita a cívku drátu - indukčnost. Charakteristické ukazatele Teslova zařízení jsou následující: účinnost = 4 %, dosah přenosu - 42 km, maximální rozměry anténní věže - 60 m, vlnová délka - 2000 m Je příznačné, že v Teslově zařízení je planeta Země považována za jednu drátů při přenosu elektřiny, protože vysílání a příjem tak dlouhých vln bez uzemnění není efektivní.

Po Teslových experimentech v průběhu posledního dvacátého století byly všechny pokusy o bezdrátový přenos elektřiny s přijatelnou účinností neúspěšné.

V současné dekádě je přímo či nepřímo uváděna práce na Massachusetts Institute of Technology pod vedením M. Soljacice. Jejich práce je založena na známé indukci, pomocí magnetického pole, způsobu přenosu elektřiny, který je realizován rezonančními plochými induktory. Tato metoda v ideálním případě poskytuje účinnost = 50 %, s dosahem přenosu úměrným rozměrům cívek antény. Charakteristické ukazatele jejich demonstračního zařízení jsou následující: účinnost ≈ 40 %, dosah přenosu – 2 m, rozměry cívek antény – 0,6 m, vlnová délka – 30 m.

Energeticky uzavřený systém

V našem zařízení, stejně jako v Teslově zařízení, jsou nosičem energie elektromagnetické vlny, tzn. funguje známý Poyntingův vektor.

Teoreticky bylo doloženo a experimentálně potvrzeno: vysílací a přijímací anténa zařízení pro bezdrátový přenos energie tvoří energeticky uzavřený systém, částečně zahrnující energii elektromagnetického pole Země; prostřednictvím buzení (aktivace) elektromagnetického pole Země v tomto systému dochází k přenosu elektřiny z vysílací antény na přijímací anténu s účinností ≈ 100 % (obr. 1).

Obr. 1

Obr. 2

Pomocí této antény je snadné formulovat problém, jehož řešení zajistí přenos elektřiny bez drátů:

1. Vysílací a přijímací anténa musí budit (aktivovat) elektromagnetické pole Země v místní (omezené) oblasti vesmíru;

2. Vybuzené elektromagnetické pole Země musí být také v prostoru lokální a nespotřebovávat energii (musí být stojaté elektromagnetické vlnění mezi vysílací a přijímací anténou).

Řešení tohoto problému je nereálné s anténami vytvořenými na základě prostorových reprezentací Euklidovy geometrie s jejím slavným 5. postulátem - postulátem rovnoběžných čar. Tento postulát ve školních učebnicích zní: Bodem, který neleží na dané přímce, lze vést pouze jednu přímku rovnoběžnou s danou.

Obr. 3

Celebrita tohoto postulátu spočívá v tom, že od 1. čl. př. n. l. se 2000 let nejlepší mozky světa neúspěšně pokoušely dokázat jako teorém. A v roce 1826 Rus Lobačevskij nastínil základy své geometrie, v níž byl 5. postulát Euklidovy geometrie formulován v podstatě její negací: Prostřednictvím bodu, který neleží na dané přímce, je možné nakreslit alespoň dvě přímky rovnoběžné s danou.

Obr. 4

A ačkoli tento postulát není příliš v souladu s našimi prostorovými koncepty, Lobačevského geometrie je konzistentní a v posledních letech dobře slouží fyzikům. Lobačevského geometrie se například podílí na popisu obrovské škály jevů od vibrací v mechanických přenosových vedeních až po interakci elementárních částic a procesů v membráně živé buňky.

Pseudosféra

Je pravda, že až do roku 1863, téměř 40 let, byla Lobačevského geometrie vnímána jako něco, co nesouviselo s realitou. Ale v roce 1863 italský matematik Beltrami zjistil, že všechny vlastnosti Lobačevského geometrické roviny jsou realizovány na povrchu pseudosféry - geometrického tělesa, jehož vlastnosti se shodují nebo jsou opačné než vlastnosti koule. Na Obr. 5 ukazuje pseudosféru a Obr. 6 jeho generátorem je tractrix s asymptotou X’X. Pokud jsou poloměry velkých kružnic (rovnoběžek) pseudosféry a koule stejné, lze kvantitativně porovnat jejich objemy a povrchové plochy.

Obr. 5

Obr. 6

Právě ve formě semi-pseudosféry jsou vyrobeny antény našeho zařízení; Předvádíme zařízení s následujícími charakteristikami: účinnost = 100 %, dosah přenosu – 1,8 m, maximální velikost cívek antény – 0,2 m, vlnová délka – 500 m, není nutné uzemnění.

Zde je třeba poznamenat, že souhrn jmenovaných charakteristik demonstračního zařízení odporuje základům klasické elektrodynamiky - radiotechniky.

Jaké vlastnosti polopseudosférických antén poskytují takové vlastnosti našemu zařízení?

Mezi více než tuctem mimořádných vlastností pseudosféry si zaslouží pozornost následující:

Těleso pseudosféry, nekonečně rozšířené v prostoru, má konečný objem a konečný povrch.

Právě tato vlastnost pseudosféry umožňuje pomocí polopseudosférických antén vytvořit konečný, prostorově omezený, energeticky uzavřený systém, který je nutnou podmínkou pro přenos energie z účinnosti = 100 %.

Druhý zásadní problém, který je v našem zařízení řešen, se týká média plnícího zmíněný energeticky uzavřený systém. Jde o to, že pouze v kvantové elektrodynamice, jejímž plodem jsou lasery a masery, je médium považováno za aktivní. Naopak v klasické elektrodynamice médium označuje pasivní objekty; je spojena s útlumem, ztrátou elektromagnetické energie při šíření.

Neuvěřitelné, ale pravdivé, naše zařízení aktivuje elektrická a magnetická pole Země. Tato pole jsou objekty prostředí v našem zařízení, neboť vyplňují zmíněný energeticky uzavřený systém. Aktivace tohoto prostředí je také důsledkem vlastností pseudosféry.

Jde o to, že všechny body na povrchu pseudosféry jsou podle matematiků hyperbolické, nespojité v prostoru. Ve vztahu k semi-pseudosférickým anténám našeho zařízení je to ekvivalentní nespojitostem a kvantování elektrických a magnetických polí v každém bodě drátu navíjejícího cívky semi-pseudosférických antén. To vede k elektromagnetickým poruchám - vlnění, jehož délka je přiměřená průměru drátu navíjejícího cívky polopseudosférických antén, tzn. V praxi je délka takových vln řádově 1 mm nebo méně. Takové elektromagnetické vlny, jak dokazuje teorie i praxe, jsou schopny prostřednictvím polarizace molekul vzduchu nebo přímo aktivovat elektromagnetické pole Země a tím kompenzovat ztrátu elektromagnetické energie na dráze jejího přenosu v našem zařízení. To je také nutné pro vysvětlení účinnosti = 100 %.

Nejen to, oznámili jsme generátor přebytečné elektromagnetické energie, jehož koeficient přeměny energie (ECE) je více než 400 %; těch. srovnatelné s KPI známých tepelných čerpadel.

A o posledním, třetím problému, který je v našem zařízení vyřešen.

Je dobře známo, že energie se v prostoru přenáší pouze putující elektromagnetickou vlnou, vlnou, ve které jsou elektrické a magnetické pole ve fázi. Tuto podmínku nelze realizovat na vzdálenost 1,8 m při vlnové délce 500 m. Je však také dobře známo, že rychlost postupující elektromagnetické vlny po přímém nebo zakřiveném vodiči se zpomaluje a snižuje ve srovnání s rychlostí ve volném prostoru. ; Zmenšuje se i vlnová délka. Tento efekt je široce využíván v elektrotechnice a radiotechnice v tzv. zpomalovacích systémech. Snížení vlnové délky se u těchto systémů pohybuje od desetin jednotky s přímými vodiči až po 30 jednotek se zakřivenými (spirálovými).

Je to účinek zpomalení a snížení vlnové délky, který nám umožňuje v našem zařízení vytvořit putující vlnu na krátké vzdálenosti.

Vlnová délka našeho demo zařízení je skutečně zkrácena na délku uvedenou výše , která v našem zařízení tvoří putující, energii přenášející elektromagnetickou vlnu. Koeficient redukce vlny je v tomto případě roven Jednotky. Toto obrovské snížení vlnové délky také vysvětluje experimentální fakt, že naše zařízení funguje efektivně bez uzemnění vysílače a přijímače elektřiny.

Naše zařízení využívá další úžasnou vlastnost pseudosféry:

objem pseudosféry je poloviční než objem koule, přičemž plochy jejich povrchů jsou stejné.

Z této vlastnosti vyplývá, že objem koule, omezený vlastním povrchem, obsahuje dva objemy pseudosféry, ohraničené dvěma kombinovanými vlastními povrchy a třetí plochou zmíněné koule. To nám umožňuje představit si objem koule kolem Země, naplněnou elektrickými a magnetickými poli Země, dvěma objemy pseudosféry a z nichž každý je omezený plochou a obsahuje polovinu elektrických a magnetických polí Země. Země (obr. 7). Vzhledem k této skutečnosti a skutečnosti, že naše zařízení je nevyhnutelně umístěno pouze na jedné straně Země, existuje argument, že antény našeho zařízení interagují pouze s polovinou elektrických a magnetických polí Země. Zároveň bychom neměli předpokládat, že druhé poloviny těchto polí jsou neaktivní. O tom nás přesvědčuje následující.

Obr. 7

Připomeňme, že většina fyzikálních zákonů je formulována pro inerciální vztažné soustavy, ve kterých je čas nerelativní (absolutní), prostor je izotropní, rychlost přímočarého pohybu elektromagnetických vln (světla) je absolutní atd. V rámci inerciálních vztažných soustav je dobře známo, že ve volném prostoru při odrazu postupné elektromagnetické vlny vzniká stojatá vlna, ve které se rozlišuje samostatně stojatá elektrická vlna a samostatně stojící magnetická vlna. Když je délka postupné vlny rovna , jsou délky stojatých elektrických a magnetických vln rovny polovině délky postupné vlny, tzn. . Důležité také je, že perioda těchto stojatých vln je rovna periodě postupné vlny, tzn. , protože perioda stojatého vlnění se skládá ze součtu dvou půlperiod přímé a odražené půlvlny.

Skutečnost výpočtu, a nikoli experimentálního určení hodnoty s přesností závislou na přesnosti určení délky dne na Zemi nám umožňuje zcela nový pohled na řadu problémů ve fyzice.

Od objevu elektřiny člověkem se mnoho vědců pokoušelo studovat úžasný fenomén proudů a zvýšit efektivní účinnost, prováděli četné experimenty a vynalézali modernější materiály se zlepšenými vlastnostmi přenosu energie s nulovým odporem. Nejslibnějším směrem v takové vědecké práci je bezdrátový přenos elektřiny na velké vzdálenosti a s minimálními přepravními náklady. Tento článek pojednává o metodách přenosu energie na dálku a také o typech zařízení pro takové akce.

Bezdrátový přenos energie je způsob dopravy, při kterém se nepoužívají žádné vodiče nebo sítě kabelů a proud je přenášen na značnou vzdálenost ke spotřebiteli s maximálním efektivním účiníkem vzduchem. K tomu slouží zařízení na výrobu elektřiny, dále vysílač, který proud akumuluje a rozptyluje do všech směrů, a také přijímač s odběrným zařízením. Přijímač zachycuje elektromagnetické vlny a pole a jejich soustředěním na krátký úsek vodiče předává energii lampě nebo jinému zařízení určitého výkonu.

Existuje mnoho metod pro bezdrátový přenos elektřiny, které vynalezlo mnoho vědců v procesu studia proudů, ale Nikola Tesla dosáhl největších výsledků v praxi. Podařilo se mu vyrobit vysílač a přijímač, které od sebe dělila vzdálenost 48 kilometrů. Jenže v té době neexistovaly technologie, které by dokázaly přenést elektřinu na takovou vzdálenost s koeficientem nad 50 %. V tomto ohledu vědec vyjádřil velké vyhlídky ne na přenos hotové vyrobené energie, ale na generování proudu z magnetického pole země a jeho použití pro domácí potřeby. Přenos takové elektřiny musel být prováděn bezdrátově, přenosem přes magnetická pole.

Způsoby bezdrátového přenosu elektřiny

Většina teoretiků a praktiků, kteří studují fungování elektrického proudu, navrhla své vlastní metody přenosu na dálku bez použití vodičů. Na počátku takového výzkumu se mnoho vědců snažilo vypůjčit si postupy z principu fungování vysílaček, které se používají k přenosu morseovky nebo krátkovlnného rádia. Takové technologie se však neospravedlňovaly, protože ztráta proudu byla příliš malá a nemohla pokrýt velké vzdálenosti, navíc přenos elektřiny prostřednictvím rádiových vln byl možný pouze při práci s nízkými výkony, které nebyly schopny pohánět ani ten nejjednodušší mechanismus.

V důsledku experimentů bylo zjištěno, že mikrovlnné vlny jsou nejvhodnější pro přenos elektřiny bez drátu, protože mají stabilnější konfiguraci a napětí a také ztrácejí mnohem méně energie, když jsou rozptýleny než jakákoli jiná metoda.

Poprvé tuto metodu dokázal úspěšně aplikovat vynálezce a konstruktér William Brown, který vymodeloval létající plošinu tvořenou kovovou plošinou s motorem o výkonu asi 0,1 koňské síly. Platforma byla vyrobena ve formě přijímací antény s mřížkou, která zachycovala mikrovlnné vlny, které byly vysílány speciálně navrženým generátorem. O pouhých čtrnáct let později stejný konstruktér představil letoun s nízkým výkonem, který přijímal energii z vysílače na vzdálenost 1,6 kilometru, proud byl přenášen v koncentrovaném paprsku prostřednictvím mikrovlnných vln. Bohužel tato práce nebyla široce používána, protože v té době neexistovaly žádné technologie, které by mohly zajistit přenos vysokonapěťového proudu touto metodou, ačkoli účinnost přijímače a generátoru byla více než 80%.

V roce 1968 američtí vědci vyvinuli projekt podpořený vědeckou prací, který navrhoval umístění velkých solárních panelů na nízkou oběžnou dráhu Země. Energetické přijímače musely být nasměrovány ke slunci a na jejich základně byla umístěna současná akumulační zařízení. Po pohlcení slunečního záření a jeho přeměně na mikrovlnné nebo magnetické vlny byl proud přes speciální zařízení směrován k zemi. Příjem musel být prováděn speciální velkoplošnou anténou, naladěnou na konkrétní vlnu a převádějící vlny na stejnosměrný nebo střídavý proud. Takový systém byl v mnoha zemích vysoce hodnocen jako slibná alternativa k moderním zdrojům elektřiny.

Bezdrátové napájení elektromobilu

Mnoho výrobců automobilů na elektrický proud vyvíjí alternativní dobíjení vozu bez připojení k síti. Velkého úspěchu v této oblasti dosáhla technologie nabíjení vozidel ze speciálního povrchu vozovky, kdy automobil přijímal energii z povlaku nabitého magnetickým polem nebo mikrovlnnými vlnami. Takové doplnění však bylo možné pouze tehdy, pokud vzdálenost mezi silnicí a přijímacím zařízením nebyla větší než 15 centimetrů, což není v moderních podmínkách vždy možné.

Tento systém je ve fázi vývoje, lze tedy předpokládat, že tento typ přenosu výkonu bez vodiče bude ještě vyvíjen a případně zaveden do moderního dopravního průmyslu.

Moderní vývoj v přenosu energie

V moderní realitě se bezdrátová elektřina opět stává relevantní oblastí při studiu a návrhu zařízení. Existují nejslibnější způsoby rozvoje bezdrátového přenosu energie, které zahrnují:

1. Využití elektřiny v horských oblastech v případech, kdy není možné položit nosné kabely ke spotřebiteli. Navzdory studiu problematiky elektřiny jsou na zemi místa, kde elektřina není, a lidé tam žijící nemohou mít takový přínos civilizace. Samozřejmě se tam často používají autonomní zdroje energie, jako jsou solární panely nebo generátory, ale tento zdroj je omezený a nemůže plně pokrýt potřeby;
2. Někteří výrobci moderních domácích spotřebičů již do svých produktů zavádějí zařízení pro bezdrátový přenos energie. Na trhu se nabízí například speciální jednotka, která se připojí k elektrické síti a přeměnou stejnosměrného proudu na mikrovlnné vlny je přenáší do okolních zařízení. Jedinou podmínkou pro použití tohoto zařízení je, aby domácí spotřebič měl přijímací zařízení, které převádí tyto vlny na stejnosměrný proud. V prodeji jsou televizory, které fungují výhradně na bezdrátové energii přijímané z vysílače;
3. Pro vojenské účely, ve většině případů v obranném sektoru, dochází k vývoji komunikačních zařízení a dalších pomocných zařízení.

Velký průlom v této oblasti technologie nastal v roce 2014, kdy skupina vědců vyvinula zařízení pro generování a přijímání energie na dálku bezdrátově pomocí systému čoček umístěných mezi vysílací a přijímací cívkou. Dříve se věřilo, že přenos proudu bez vodiče je možný na vzdálenost nepřesahující velikost zařízení, takže k přepravě elektřiny na velké vzdálenosti byla zapotřebí obrovská konstrukce. Moderní designéři však změnili princip fungování tohoto zařízení a vytvořili vysílač, který nevysílá mikrovlnné vlny, ale magnetická pole s nízkými frekvencemi. V tomto případě elektrony neztrácejí energii a jsou přenášeny na dálku v koncentrovaném paprsku, navíc spotřeba energie je možná nejen připojením k přijímací části, ale také jednoduše tím, že se nachází v zóně pole.

1. Dobíjí mobilní zařízení bez připojení ke kabelu;
2. Poskytování energie pro bezpilotní letouny je oblastí, která bude velmi žádaná jak v civilním, tak vojenském průmyslu, protože tato zařízení se v poslední době často používají pro různé účely.

Samotný postup přenosu dat na dálku bez použití drátů byl před časem považován za průlom ve fyzice a energetickém výzkumu, dnes už to nikoho nepřekvapuje a stalo se to každému dostupné. Díky modernímu technologickému vývoji a vývoji se přeprava elektřiny tímto způsobem stává realitou a může být dobře uvedena do života.

Video

V roce 1891 Nikola Tesla zkonstruoval rezonanční transformátor (Tesla transformátor), umožňující vysokofrekvenční kolísání napětí s amplitudou až milion voltů a jako první poukázal na fyziologické účinky vysokofrekvenčních proudů. Stojaté vlny elektrického pole pozorované během bouřky přivedly Teslu k myšlence na možnost vytvoření systému pro poskytování elektřiny spotřebitelům energie vzdáleným od generátoru bez použití drátů. Zpočátku byla Teslova cívka používána k přenosu energie na velké vzdálenosti bez drátů, ale brzy tato myšlenka ustoupila do pozadí, protože je téměř nemožné přenášet energii na vzdálenost tímto způsobem, důvodem je nízká účinnost Tesla cívka.

Teslův transformátor neboli Teslova cívka je jediný z vynálezů Nikoly Tesly, který dnes nese jeho jméno. Jedná se o klasický rezonanční transformátor, produkující vysoké napětí o vysoké frekvenci. Toto zařízení používal vědec pro své experimenty v několika velikostech a variantách. Zařízení bylo deklarováno patentem č. 568176 ze dne 22. září 1896 jako „Přístroj pro výrobu elektrických proudů o vysoké frekvenci a potenciálu“.

Existují 3 typy Teslových cívek:

SGTC-spark gap Tesla coil - Tesla cívka na jiskřišti.
VTTC-vakuová elektronka Tesla cívka - Tesla cívka na rádiové elektronce.
SSTC-solid state Tesla coil - Tesla cívka na složitějších částech.

Popis konstrukce transformátoru. Ve své elementární podobě se skládá ze dvou cívek - primární a sekundární, a také svazku sestávajícího z jiskřiště (přerušovač, často se vyskytuje anglická verze Spark Gap), kondenzátoru a terminálu (zobrazeno jako „výstup“ ve schématu). Na rozdíl od mnoha jiných transformátorů zde není ferimagnetické jádro. Vzájemná indukčnost mezi oběma cívkami je tedy mnohem menší než u běžných transformátorů s ferimagnetickým jádrem. Tento transformátor také nemá prakticky žádnou magnetickou hysterezi, jev zpoždění změn magnetické indukce vzhledem ke změnám proudu a další nevýhody zavedené přítomností feromagnetu v poli transformátoru. Primární cívka tvoří spolu s kondenzátorem oscilační obvod, jehož součástí je nelineární prvek - jiskřiště (jiskřiště). Svodič je v nejjednodušším případě obyčejný plynový; obvykle z masivních elektrod.

Sekundární cívka tvoří rovněž oscilační obvod, kde roli kondenzátoru plní kapacitní spojení mezi toroidem, koncovým zařízením, závity samotné cívky a dalšími elektricky vodivými prvky obvodu se Zemí. Konečné zařízení (terminál) může být vyrobeno ve formě disku, nabroušeného kolíku nebo koule. Terminál je navržen tak, aby produkoval předvídatelné jiskrové výboje dlouhé délky. Geometrie a vzájemná poloha částí Teslova transformátoru značně ovlivňuje jeho výkon, což je podobné problémům při navrhování jakýchkoliv vysokonapěťových a vysokofrekvenčních zařízení.

Dalším zajímavým zařízením je Van de Graaffův generátor. Jedná se o vysokonapěťový generátor, jehož princip činnosti je založen na elektrifikaci pohyblivé dielektrické pásky. První generátor vyvinul americký fyzik Robert Van de Graaff v roce 1929 a umožnil získat rozdíl potenciálů až 80 kilovoltů. V letech 1931 a 1933 byly postaveny výkonnější generátory umožňující dosáhnout napětí až 7 milionů voltů. Obvod Van de Graaffova generátoru:

Velká dutá kovová elektroda ve tvaru polokoule je namontována na vysokonapěťovém izolačním sloupu. Horní konec dopravního pásu elektrických nábojů vstupuje do dutiny elektrody, což je nekonečný pryžový pás na textilní bázi, natažený přes dvě kovové kladky a pohybující se obvykle rychlostí 20 - 40 m/s. Spodní kladka, upevněná na kovové desce, je otáčena elektromotorem. Horní kladka je umístěna pod vysokonapěťovou kupolovou elektrodou a je pod plným napětím stroje. Nechybí ani systém napájení iontového zdroje a samotného zdroje. Spodní konec pásky prochází elektrodou nesenou konvenčním vysokonapěťovým zdrojem při vysokém napětí vzhledem k zemi až do 100 kV. V důsledku koronového výboje dochází k přenosu elektronů z pásky na elektrodu. Kladný náboj pásu zvednutého dopravníkem je nahoře kompenzován elektrony kopule, která dostává kladný náboj. Maximální dosažitelný potenciál je omezen izolačními vlastnostmi sloupu a vzduchu kolem něj. Čím větší elektroda, tím vyšší potenciál může odolat. Pokud je instalace hermeticky uzavřena a vnitřní prostor je vyplněn suchým stlačeným plynem, lze rozměry elektrody pro daný potenciál zmenšit. Nabité částice jsou urychlovány ve vakuové trubici umístěné mezi vysokonapěťovou elektrodou a zemí nebo mezi elektrodami, pokud jsou dvě. Pomocí Van de Graaffova generátoru lze získat velmi vysoký potenciál, který umožňuje urychlit elektrony, protony a deuterony na energii 10 MeV a částice alfa nesoucí dvojnásobný náboj na 20 MeV. Energii nabitých částic na výstupu generátoru lze snadno řídit s velkou přesností, což umožňuje přesná měření. Proud protonového svazku v konstantním režimu je 50 μA a v pulzním režimu jej lze zvýšit na 5 mA.