Vezeték nélküli áramátvitelt végzünk. Bevezetés az elektromos energia vezeték nélküli átvitelébe Energiaátvitel vezeték nélkül diagram

1968-ban Peter E. Glaser amerikai űrkutatási szakértő azt javasolta, hogy nagyméretű napelemeket helyezzenek geostacionárius pályára, és az általuk termelt energiát (5-10 GW) egy jól fókuszált mikrohullámú sugárzással továbbítsák a Föld felszínére, majd átalakítsák. műszaki frekvenciájú egyen- vagy váltóáramú energiává és elosztja a fogyasztókhoz.

Ez a séma lehetővé tette a geostacionárius pályán meglevő intenzív napsugárzás (~ 1,4 kW/nm) felhasználását és a keletkező energia folyamatos továbbítását a Föld felszínére, napszaktól és időjárási viszonyoktól függetlenül. Az egyenlítői sík 23,5 fokos szögű ekliptikai síkhoz való természetes hajlása miatt a geostacionárius pályán lévő műholdat a napsugárzás áramlása szinte folyamatosan megvilágítja, kivéve a napközeli rövid időszakokat. a tavaszi és őszi napéjegyenlőség, amikor ez a műhold a Föld árnyékába esik. Ezek az időszakok pontosan megjósolhatók, és összességében nem haladják meg az év teljes hosszának 1%-át.

A mikrohullámú sugár elektromágneses rezgésének frekvenciájának meg kell felelnie azoknak a tartományoknak, amelyeket az iparban, a tudományos kutatásban és az orvostudományban való használatra szántak. Ha ezt a frekvenciát 2,45 GHz-re választjuk, akkor a meteorológiai viszonyok, beleértve a sűrű felhőket és az intenzív csapadékot, gyakorlatilag nincs hatással az energiaátvitel hatékonyságára. Az 5,8 GHz-es sáv azért vonzó, mert lehetőséget kínál az adó- és vevőantennák méretének csökkentésére. A meteorológiai viszonyok befolyása azonban itt további vizsgálatokat igényel.

A mikrohullámú elektronika jelenlegi fejlettségi szintje lehetővé teszi, hogy a mikrohullámú sugárral a geostacionárius pályáról a Föld felszínére történő energiaátvitel meglehetősen magas hatékonyságáról beszéljünk - körülbelül 70-75%. Ebben az esetben az adóantenna átmérőjét általában 1 km-re választják, és a földi rectenna méretei 10 km x 13 km 35 fokos szélességi körhöz. Az 5 GW kimeneti teljesítményszintű SCES kisugárzott teljesítménysűrűsége az adóantenna közepén 23 kW/nm, a vevőantenna közepén pedig 230 W/nm.

Különféle típusú szilárdtest és vákuum mikrohullámú generátorokat vizsgáltak az SKES adóantennához. William Brown különösen azt mutatta be, hogy az iparban jól kifejlesztett, mikrohullámú sütőbe szánt magnetronok az SKES adóantenna tömbjeiben is használhatók, ha mindegyik fel van szerelve a saját negatív visszacsatoló áramkörével fázisban. külső szinkronizáló jel (ún. Magnetron Directional Amplifier - MDA).

Az SCES területén a legaktívabb és legszisztematikusabb kutatást Japán végezte. 1981-ben M. Nagatomo és S. Sasaki professzorok vezetésével a Japán Űrkutatási Intézetben megkezdődtek a kutatások egy 10 MW teljesítményszintű SCES prototípus kifejlesztésére, amely már meglévő hordozórakétákkal is létrehozható. Egy ilyen prototípus létrehozása lehetővé teszi a technológiai tapasztalatok felhalmozását és a kereskedelmi rendszerek kialakításának alapjait.

A projekt a SKES2000 (SPS2000) nevet kapta, és a világ számos országában elismerést kapott.

2008-ban Marin Soljačićot, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) fizika adjunktusát mobiltelefonja kitartó sípolása ébresztette fel édes álomból. „A telefon nem hagyta abba a beszélgetést, és azt követelte, hogy töltsem fel” – mondja Soljacic. Fáradtan, és nem akart felkelni, arról álmodozott, hogy a telefon, ha otthon van, magától elkezd tölteni..

2012-2015-ben A Washingtoni Egyetem mérnökei olyan technológiát fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi, hogy a Wi-Fi-t energiaforrásként használják hordozható eszközök táplálására és kütyük töltésére. A technológiát a Popular Science magazin már 2015 egyik legjobb innovációjaként értékelte. A vezeték nélküli adatátviteli technológia mindenütt jelenléte önmagában is igazi forradalmat idézett elő. És most a vezeték nélküli, levegőn keresztüli energiaátvitelen a sor, amelyet a Washingtoni Egyetem fejlesztői PoWiFi-nek (a Power Over WiFi-ből) neveztek el.

A tesztelési szakaszban a kutatók sikeresen tölthették fel a kis kapacitású lítium-ion és nikkel-fémhidrid akkumulátorokat. Az Asus RT-AC68U router és számos érzékelő használatával, amelyek 8,5 méter távolságra vannak tőle. Ezek az érzékelők az elektromágneses hullám energiáját 1,8–2,4 V feszültségű egyenárammá alakítják, amely a mikrokontrollerek és érzékelőrendszerek táplálásához szükséges. A technológia sajátossága, hogy a működő jel minősége nem romlik. Csak újra kell töltenie az útválasztót, és a szokásos módon használhatja, plusz tápellátást biztosít az alacsony fogyasztású eszközöknek. Az egyik bemutatón a routertől több mint 5 méterre elhelyezett kisméretű, alacsony felbontású térfigyelő kamerát sikerült áram alá helyezni. Ezután a Jawbone Up24 fitneszkövetőt 41%-ra töltötték fel, ami 2,5 órát vett igénybe.

Arra a trükkös kérdésekre, hogy ezek a folyamatok miért nem befolyásolják negatívan a hálózati kommunikációs csatorna minőségét, a fejlesztők azt válaszolták, hogy ez annak köszönhető, hogy a frissített router működése során energiacsomagokat küld az információátvitel által nem foglalt csatornákon. Erre a döntésre akkor jutottak, amikor felfedezték, hogy a csend időszakában az energia egyszerűen kiáramlik a rendszerből, de kis teljesítményű készülékek táplálására használható.

A kutatás során hat házban helyezték el a PoWiFi rendszert, a lakosságot pedig arra kérték, hogy a megszokott módon internetezzenek. Töltsön be weboldalakat, nézzen streaming videókat, majd mondja el, mi változott. Ennek eredményeként kiderült, hogy a hálózati teljesítmény egyáltalán nem változott. Vagyis az internet a szokásos módon működött, és a hozzáadott lehetőség jelenléte nem volt észrevehető. És ezek csak az első tesztek voltak, amikor Wi-Fi-n keresztül viszonylag kis mennyiségű energiát gyűjtöttek össze.

A jövőben a PoWiFi technológia jól szolgálhat a háztartási gépekbe és katonai felszerelésekbe épített szenzorok tápellátására, ezek vezeték nélküli vezérlésére és távoli töltés/újratöltés végrehajtására.

A jelenlegi az UAV-k energiaátvitele (valószínűleg PoWiMax technológiával vagy a hordozó repülőgép radarjával):

Az UAV esetében az inverz négyzettörvényből eredő negatív (izotróp sugárzó antenna) negatívumot részben „kompenzálja” az antenna sugárszélessége és sugárzási mintája:

Hiszen egy repülőgép radarja 17 kW EMP energiát képes előállítani egy impulzusban.

Ez nem cellás kommunikáció – ahol a cellának 360 fokos kommunikációt kell biztosítania a végelemekkel.
Tegyük fel ezt a variációt:
A hordozó repülőgép (a Perdix számára), ez az F-18 (most) AN/APG-65 radarral rendelkezik:

maximális átlagos kisugárzott teljesítmény 12000 W

Vagy a jövőben AN/APG-79 AESA lesz benne:

impulzusban 15 kW EMP energiát kell termelnie

Ez elég ahhoz, hogy a Perdix Micro-Drones aktív élettartamát a jelenlegi 20 percről egy órára meghosszabbítsa, és talán több is.

Valószínűleg egy köztes Perdix Middle drónt használnak majd, amelyet a vadász radarja kellő távolságra besugároz, és ez PoWiFi/PoWiMax-on keresztül „osztja majd” az energiát a Perdix Micro-Drones öccsei között. , miközben velük egyidejűleg információt cserélnek (repülés, műrepülés, célfeladatok, rajkoordináció).

Talán hamarosan a mobiltelefonok és más mobileszközök töltésére is sor kerül, amelyek a Wi-Fi, a Wi-Max vagy az 5G hatókörén belül vannak?

Utószó: 10-20 évvel a számos elektromágneses mikrohullámú sugárzó mindennapi életbe való széleskörű bevezetése után (Mobiltelefonok, Mikrohullámú sütők, Számítógépek, WiFi, Blu-eszközök stb.) a nagyvárosi csótányok hirtelen ritkasággá váltak! Most a csótány egy rovar, amely csak állatkertben található. Hirtelen eltűntek az otthonukból, amelyeket egykor annyira szerettek.

CSÓTÁSOK CARL!
Ezek a szörnyek, a „sugárrezisztens organizmusok” listájának vezetői, szemérmetlenül kapituláltak!
Referencia
Az LD 50 az átlagos halálos dózis, vagyis a dózis a kísérletben részt vevő szervezetek felét elpusztítja; LD 100 – a halálos dózis elpusztítja az összes élőlényt a kísérletben.

Ki a következő a sorban?

A mobilkommunikációs bázisállomások megengedett sugárzási szintjei (900 és 1800 MHz, teljes szint minden forrásból) egészségügyi és lakóövezetekben egyes országokban jelentősen eltérnek:
Ukrajna: 2,5 µW/cm². (Európa legszigorúbb egészségügyi szabványa)
Oroszország, Magyarország: 10 µW/cm².
Moszkva: 2,0 µW/cm². (a norma 2009 végéig létezett)
USA, skandináv országok: 100 µW/cm².
Az Orosz Föderációban a rádiótelefon-felhasználók számára a mobil rádiótelefonok (MRT) ideiglenes megengedett szintje (TLA) 10 μW/cm² (IV. szakasz – A mobil földi rádiókommunikációs állomások higiéniai követelményei SanPiN 2.1.8/2.2.4.1190-03 „A szárazföldi mobil rádiókommunikációs eszközök elhelyezésére és működtetésére vonatkozó higiéniai követelmények”.
Az USA-ban a tanúsítványt a Szövetségi Kommunikációs Bizottság (FCC) állítja ki olyan cellás eszközökre, amelyek maximális SAR-szintje nem haladja meg az 1,6 W/kg-ot (és az elnyelt sugárzási teljesítmény az emberi szervszövet 1 grammjára csökken).
Európában a nem ionizáló sugárzás elleni védelemről szóló bizottság (ICNIRP) nemzetközi irányelve szerint a mobiltelefonok SAR-értéke nem haladhatja meg a 2 W/kg-ot (az elnyelt sugárzási teljesítmény 10 grammra csökken az emberi szervszövetből). .
Újabban az Egyesült Királyságban a biztonságos SAR-szintet 10 W/kg-nak tekintették. Hasonló képet figyeltek meg más országokban is.
A szabványban elfogadott maximális SAR-érték (1,6 W/kg) még a „kemény” vagy „lágy” szabványokhoz sem köthető bizalommal.
Az Egyesült Államokban és Európában egyaránt elfogadott szabványok a SAR értékének meghatározására (a mobiltelefonok mikrohullámú sugárzásának minden szabályozása, amelyről szó van, csak a hőhatáson alapul, vagyis az emberi szervek szöveteinek felmelegítéséhez kapcsolódik).
TELJES KÁOSZ.
Az orvostudomány még nem adott egyértelmű választ arra a kérdésre: káros-e a mobil/WiFi és milyen mértékben?
Mi lesz a mikrohullámú technológiát alkalmazó vezeték nélküli villamosenergia-átvitellel?
Itt a teljesítmény nem watt és mérföld watt, hanem kW...

Jegyzet: Egy tipikus WiMAX bázisállomás körülbelül +43 dBm (20 W), a mobil állomás pedig általában +23 dBm (200 mW) ad ki.

Címkék: Címkék hozzáadása

A projekt a SKES2000 (SPS2000) nevet kapta, és a világ számos országában elismerést kapott.

A jelenlegi az UAV-k energiaátvitele (valószínűleg PoWiMax technológiával vagy a hordozó repülőgép radarjával):

Az UAV esetében az inverz négyzettörvényből eredő negatív (izotróp sugárzó antenna) negatívumot részben „kompenzálja” az antenna sugárszélessége és sugárzási mintája:

Hiszen egy repülőgép radarja 17 kW EMP energiát képes előállítani egy impulzusban.

Vagy a jövőben AN/APG-79 AESA lesz benne:

impulzusban 15 kW EMP energiát kell termelnie

Ez elég ahhoz, hogy a Perdix Micro-Drones aktív élettartamát a jelenlegi 20 percről egy órára meghosszabbítsa, és talán több is.

Talán hamarosan a mobiltelefonok és más mobileszközök töltésére is sor kerül, amelyek a Wi-Fi, a Wi-Max vagy az 5G hatókörén belül vannak?

Ki a következő a sorban?

Jegyzet: Egy tipikus WiMAX bázisállomás körülbelül +43 dBm (20 W), a mobil állomás pedig általában +23 dBm (200 mW) ad ki.

Címkék:

Elektromosság
mikrohullámú sütő
PoWiFi
drónok
UAV

Címkék hozzáadása

Bemutatunk egy elektromos áram vezeték nélküli átvitelére szolgáló eszközt, amelynek hatásfoka körülbelül 100%. A jövőben a ≈ 100%-os hatékonysági érték indokolt lesz, és természetesen ezt az értéket is demonstráljuk kísérleti készülékünkkel.

A vezeték nélküli villamosenergia-átvitel problémájának fontossága kétségtelen – a természetes akadályok (folyók, hegyek és völgyek) leküzdése; tartalék tápellátás, elektromos szállítás, számos vezeték nélküli tápellátási probléma megoldása háztartási és ipari eszközökhöz stb. - mindezek a nevezett probléma elemei.

Egy kis történelem

A vezeték nélküli energiaátvitel problémáját először a múlt század hajnalán azonosította N. Tesla. Bemutatókészüléke az elektromágneses hullámok nyílt rezonáns áramkör általi kibocsátásának és vételének módszerén alapult, amely antennát - kapacitást és huzaltekercset - induktivitást tartalmaz. A Tesla készülék jellemző mutatói a következők: hatásfok = 4%, átviteli hatótáv - 42 km, az antennatorony maximális méretei - 60 m, hullámhossz - 2000 m Lényeges, hogy a Tesla készülékében a Föld bolygót egynek tekintik az elektromos áram átvitelében használt vezetékek , mivel az ilyen hosszú hullámok kibocsátása és vétele földelés nélkül nem hatékony.

A Tesla kísérletei után az elmúlt huszadik században minden kísérlet, amely elfogadható hatékonyságú vezeték nélküli villamosenergia-átvitelre irányult, sikertelen volt.

A jelenlegi évtizedben a Massachusetts Institute of Technology M. Soljacic irányítása alatt végzett munkájáról számolnak be közvetlenül vagy közvetve. Munkájuk a jól ismert, mágneses mezőt alkalmazó indukción, az elektromosság átvitelének módszerén alapul, amelyet rezonáns lapos induktorok valósítanak meg. Ez a módszer ideális esetben 50%-os hatékonyságot biztosít az antennatekercsek méretével arányos átviteli tartomány mellett. Bemutató berendezésük jellemző mutatói a következők: hatásfok ≈ 40%, átviteli hatótáv – 2 m, antennatekercsek méretei – 0,6 m, hullámhossz – 30 m.

Energetikailag zárt rendszer

A mi készülékünkben, akárcsak a Tesla készülékében, az energiahordozó az elektromágneses hullámok, azaz. a jól ismert Poynting-vektor működik.

Elméletileg alátámasztott és kísérletileg alátámasztott: a vezeték nélküli erőátviteli eszköz adó- és vevőantennái energetikailag zárt rendszert alkotnak, amely részben a Föld elektromágneses mezőjének energiáját is magában foglalja; A Föld elektromágneses mezőjének gerjesztése (aktiválása) révén ebben a rendszerben az elektromosság az adóantennáról a vevőantennára ≈ 100%-os hatásfokkal kerül át (1. ábra).

Ábra. 1

Ábra. 2

Ezzel az antennával könnyen megfogalmazható egy probléma, amelynek megoldása biztosítja az elektromosság vezeték nélküli átvitelét:

1. Az adó- és vevőantennáknak gerjeszteni (aktiválniuk) kell a Föld elektromágneses terét a tér lokális (korlátozott) területén;

2. A Föld gerjesztett elektromágneses mezejének térben is lokálisnak kell lennie, és nem fogyaszthat energiát (az adó- és vevőantenna között álló elektromágneses hullámnak kell lennie).

Ennek a problémának a megoldása irreális az antennákkal, amelyeket Euklidész geometriájának térbeli ábrázolásai alapján hoztak létre a híres 5. posztulátummal - a párhuzamos vonalak posztulátumával. Ez a posztulátum az iskolai tankönyvekben így hangzik: Egy adott egyenesen nem fekvő ponton keresztül csak egy, az adott egyenessel párhuzamos egyenes húzható.

ábra. 3

E posztulátum híressége abban rejlik, hogy az 1. sz. Kr.e. 2000 évig a világ legjobb elméi sikertelenül próbálták tételként bizonyítani. 1826-ban pedig az orosz Lobacsevszkij felvázolta geometriájának alapjait, amelyben Euklidész geometriájának 5. posztulátuma lényegében annak tagadásával fogalmazódott meg: Egy adott egyenesen nem fekvő ponton keresztül legalább két, az adott egyenessel párhuzamos egyenest lehet húzni.

ábra. 4

És bár ez a posztulátum nem nagyon konzisztens térfelfogásunkkal, Lobacsevszkij geometriája konzisztens, és az elmúlt években jól szolgálta a fizikusokat. Például Lobacsevszkij geometriája a jelenségek hatalmas skálájának leírásában szerepel, a mechanikai átviteli vonalak rezgéseitől az elemi részecskék kölcsönhatásáig és az élő sejt membránjában zajló folyamatokig.

Pszeudo-gömb

Igaz, 1863-ig, majdnem 40 éven át, Lobacsevszkij geometriáját a valósággal nem összefüggő dolognak tekintették. De 1863-ban az olasz matematikus, Beltrami megállapította, hogy a Lobacsevszkij-geometriai sík összes tulajdonsága egy pszeudoszféra - egy geometriai test - felületén valósul meg, amelynek tulajdonságai egybeesnek vagy ellentétesek a gömb tulajdonságaival. ábrán. Az 5. ábra egy pszeudoszférát mutat, és a 3. ábra. 6 generátora egy tractrix X’X aszimptotával. Ha a pszeudoszféra és a gömb nagyköreinek (párhuzamainak) sugara egyenlő, akkor mennyiségileg összehasonlítható a térfogatuk és a felületük.

ábra. 5

ábra. 6

Készülékünk antennái félig pszeudoszférák formájában készülnek; A következő jellemzőkkel rendelkező eszközt mutatunk be: hatásfok = 100%, átviteli tartomány – 1,8 m, antennatekercsek maximális mérete – 0,2 m, hullámhossz – 500 m, földelés nem szükséges.

Itt meg kell jegyezni, hogy a demonstrációs eszköz megnevezett jellemzőinek összessége ellentmond a klasszikus elektrodinamika - rádiótechnika - alapjainak.

A félig pszeudoszférikus antennák milyen tulajdonságai biztosítják készülékünk ilyen jellemzőit?

A pszeudoszféra több mint tucatnyi rendkívüli tulajdonsága közül a következők érdemelnek figyelmet:

A térben végtelenül kiterjedt pszeudoszféra testének véges térfogata és véges felülete van.

A pszeudoszférának ez a tulajdonsága az, ami lehetővé teszi, hogy a félig pszeudoszférikus antennák segítségével véges, térben korlátozott, energetikailag zárt rendszert hozzunk létre, amely a hatásfok = 100%-os energiatranszfer szükséges feltétele.

A készülékünkben megoldott második alapvető probléma az említett energetikailag zárt rendszert kitöltő közeg. A lényeg az, hogy csak a kvantumelektrodinamikában, aminek a gyümölcse a lézerek és a maserek, tekinthető aktívnak a közeg. Ellenkezőleg, a klasszikus elektrodinamikában a közeg passzív tárgyakra utal; ez a csillapítással, az elektromágneses energia elvesztésével jár a terjedés során.

Hihetetlen, de igaz, hogy készülékünk aktiválja a Föld elektromos és mágneses mezőit. Ezek a mezők a készülékünkben a környezet tárgyai, hiszen kitöltik az említett energetikailag zárt rendszert. Ennek a környezetnek az aktiválása is a pszeudoszféra tulajdonságainak következménye.

A lényeg az, hogy a pszeudoszféra felületének minden pontja a matematikusok szerint hiperbolikus, nem folytonos a térben. Készülékünk félig pszeudoszférikus antennáihoz képest ez egyenértékű a félig pszeudoszférikus antennák tekercseit tekercselő huzal minden pontján az elektromos és mágneses mezők folytonossági hiányával és kvantálásával. Ez elektromágneses zavarokhoz - hullámokhoz - vezet, amelyek hossza arányos a félig pszeudoszférikus antennák tekercseit tekercselő huzal átmérőjével, pl. A gyakorlatban az ilyen hullámok hossza 1 mm vagy annál kisebb. Az ilyen elektromágneses hullámok, amint azt az elmélet és a gyakorlat is bizonyítja, képesek a levegőmolekulák polarizációján keresztül vagy közvetlenül aktiválni a Föld elektromágneses terét, és ezáltal kompenzálni az elektromágneses energia veszteségét az átviteli útvonalon a készülékünkben. Ez a hatékonyság = 100% magyarázatához is szükséges.

Nemcsak az, hogy bejelentettünk egy többlet elektromágneses energia generátort, melynek energiakonverziós együtthatója (ECE) több mint 400%; azok. összehasonlítható az ismert hőszivattyúk KPI-ivel.

És az utolsó, harmadik problémáról, ami a készülékünkben megoldódik.

Köztudott, hogy az energiát a térben csak egy haladó elektromágneses hullám továbbítja, olyan hullám, amelyben az elektromos és a mágneses mező fázisban van. Ez a feltétel nem valósítható meg 1,8 m távolságban 500 m hullámhosszon, de az is jól ismert, hogy az egyenes vagy íves vezető mentén haladó elektromágneses hullám sebessége lelassul és csökken a szabad tér sebességéhez képest. ; A hullámhossz is csökken. Ezt a hatást széles körben használják az elektro- és rádiótechnikában az úgynevezett lassító rendszerekben. A hullámhossz-csökkenés ezekben a rendszerekben az egy tized egységtől az egyenes vezetékekkel a 30 egységig terjed ívelt (spirális) vezetékekkel.

A hullámhossz lassítása és csökkentése az, ami lehetővé teszi, hogy készülékünkben rövid távolságon haladó hullámot képezzünk.

Valóban, demókészülékünk hullámhossza a fent említett hosszra csökken , mely utazó, energiát átadó elektromágneses hullámot képez készülékünkben. A hullámcsökkentési együttható ebben az esetben egyenlő egységek. A hullámhossznak ez az óriási csökkenése magyarázza azt a kísérleti tényt is, hogy készülékünk hatékonyan működik anélkül, hogy az adót és a vevőt földelnénk.

Készülékünk a pszeudoszféra egy másik csodálatos tulajdonságát használja:

a pszeudoszféra térfogata a gömb térfogatának fele, míg felületük területe egyenlő.

Ebből a tulajdonságból következik, hogy a gömb térfogata, amelyet saját felülete korlátoz, két pszeudoszféra térfogatot tartalmaz, amelyet a két kombinált megfelelő felület és az említett gömb harmadik területe korlátoz. Ez lehetővé teszi, hogy elképzeljük a Földet körülvevő gömb térfogatát, amely tele van a Föld elektromos és mágneses mezőivel, két térfogatnyi pszeudoszféra, és amelyek mindegyikét terület korlátozza, és tartalmazza a Föld elektromos és mágneses mezőinek felét. Föld (7. ábra). Figyelembe véve ezt a tényt és azt a tényt, hogy készülékünk elkerülhetetlenül a Földnek csak az egyik oldalán található, azt állítják, hogy készülékünk antennái csak a Föld elektromos és mágneses tereinek felével lépnek kölcsönhatásba. Ugyanakkor nem szabad azt feltételezni, hogy ezeknek a mezőknek a második fele inaktív. Erről a következő meggyőz bennünket.

ábra. 7

Emlékezzünk vissza, hogy a fizika törvényeinek nagy része inerciális vonatkoztatási rendszerekre van megfogalmazva, amelyekben az idő nem relatív (abszolút), a tér izotróp, az elektromágneses hullámok (fény) egyenes vonalú mozgásának sebessége abszolút stb. Az inerciális vonatkoztatási rendszerek keretein belül köztudott, hogy szabad térben egy utazó elektromágneses hullám visszaverődésekor állóhullám képződik, amelyben külön álló elektromos hullámot és külön álló mágneses hullámot különböztetnek meg. Ha a haladó hullám hossza egyenlő -vel, akkor az álló elektromos és mágneses hullámok hossza megegyezik a haladó hullám hosszának felével, azaz. . Az is fontos, hogy ezen állóhullámok periódusa megegyezzen a haladó hullám periódusával, azaz. , mivel az állóhullám periódusa a közvetlen és a visszavert félhullámok két félperiódusának összegéből áll.

Egy érték kiszámításának ténye, és nem kísérleti meghatározása, a Földön egy nap hosszának meghatározásának pontosságától függő pontosság lehetővé teszi számunkra, hogy teljesen új pillantást vetjünk a fizika számos problémájára.

Az elektromos áram ember általi felfedezése óta sok tudós próbálja tanulmányozni az áramok csodálatos jelenségét és növelni a hatékony hatékonyságot, számos kísérletet végzett és modernebb anyagokat talált fel, amelyek javított energiaátviteli tulajdonságokkal rendelkeznek nulla ellenállás mellett. Az ilyen tudományos munka legígéretesebb iránya az elektromosság vezeték nélküli átvitele nagy távolságokra és minimális szállítási költségekkel. Ez a cikk az energia távolsági átvitelének módszereit, valamint az ilyen műveletekhez szükséges eszközök típusait tárgyalja.

A vezeték nélküli energiaátvitel olyan szállítási mód, amelyben nem használnak vezetőket vagy kábelhálózatokat, és az áramot jelentős távolságra továbbítják a fogyasztóhoz, maximális effektív teljesítménytényezővel a levegőn keresztül. Ehhez elektromos áramot termelõ eszközöket, valamint áramot felhalmozó és azt minden irányban elvezetõ adót, valamint fogyasztó készülékkel ellátott vevõt használnak. A vevő felveszi az elektromágneses hullámokat és mezőket, és egy rövid vezetőszakaszra koncentrálva energiát továbbít egy lámpának vagy bármely más, meghatározott teljesítményű eszköznek.

Számos módszer létezik az elektromosság vezeték nélküli átvitelére, amelyeket sok tudós talált fel az áramok tanulmányozása során, de Nikola Tesla a gyakorlatban érte el a legnagyobb eredményeket. Sikerült egy adót és vevőt készítenie, amelyeket 48 kilométeres távolság választott el egymástól. De akkoriban nem voltak olyan technológiák, amelyek 50% feletti együtthatóval ilyen távolságra képesek voltak az elektromosságot továbbítani. Ezzel kapcsolatban a tudós nem a készen előállított energia átvitelére, hanem a föld mágneses mezőjéből áram előállítására és háztartási szükségletekre való felhasználására mutatott ki nagy kilátásokat. Az ilyen villamos energia szállítását vezeték nélkül, mágneses mezőkön keresztül kellett továbbítani.

A villamos energia vezeték nélküli átvitelének módszerei

A legtöbb teoretikus és gyakorló, aki az elektromos áram működését tanulmányozza, saját módszert javasolt az áram távoli továbbítására, vezetékek használata nélkül. Az ilyen kutatások kezdetén sok tudós próbált gyakorlatokat kölcsönözni a Morse-kód vagy a rövidhullámú rádiók továbbítására használt rádiók működési elvéből. De az ilyen technológiák nem igazolták magukat, mivel az áram disszipációja túl kicsi volt, és nem tudott nagy távolságokat megtenni, sőt, az elektromos áram rádióhullámokkal történő szállítása csak kis teljesítmény mellett volt lehetséges, amely még a legegyszerűbb mechanizmust sem volt képes meghajtani.

A kísérletek eredményeként kiderült, hogy a mikrohullámú hullámok a legalkalmasabbak az elektromosság vezeték nélküli átvitelére, mivel stabilabb konfigurációval és feszültséggel rendelkeznek, és sokkal kevesebb energiát veszítenek disszipáció során, mint bármely más módszer.

Első alkalommal William Brown feltaláló és tervező alkalmazhatta sikeresen ezt a módszert, aki egy körülbelül 0,1 lóerős motorral rendelkező fém platformból álló repülő platformot modellezett. A platform egy vevőantenna formájában készült, ráccsal, amely rögzítette a mikrohullámú hullámokat, amelyeket egy speciálisan kialakított generátor továbbított. Alig tizennégy évvel később ugyanez a tervező bemutatott egy kis teljesítményű repülőgépet, amely 1,6 kilométer távolságra lévő adótól kapott energiát, az áramot koncentrált sugárban továbbították mikrohullámú hullámokon keresztül. Sajnos ez a munka nem terjedt el széles körben, mivel akkoriban még nem voltak olyan technológiák, amelyek ezzel a módszerrel biztosíthatták volna a nagyfeszültségű áram szállítását, bár a vevő és a generátor hatásfoka több mint 80%.

1968-ban amerikai tudósok tudományos munkával alátámasztott projektet dolgoztak ki, amely nagy napelemek elhelyezését javasolta alacsony Föld körüli pályán. Az energiavevőket a nap felé kellett irányítani, bázisukon áramtárolókat helyeztek el. A napsugárzás elnyelése és mikrohullámú vagy mágneses hullámokká alakítása után az áramot egy speciális eszközön keresztül a földre irányították. A vételt egy speciális nagy felületű antennával kellett végrehajtani, amelyet egy meghatározott hullámra hangoltak, és a hullámokat egyenárammá vagy váltakozó árammá alakították át. Egy ilyen rendszert sok országban nagyra értékeltek a modern villamosenergia-források ígéretes alternatívájaként.

Elektromos autó vezeték nélküli meghajtása

Sok elektromos árammal működő autógyártó fejleszti az autók alternatív feltöltését anélkül, hogy csatlakoztatná a hálózathoz. Ezen a területen nagy sikert aratott a járművek speciális útfelületről történő feltöltésének technológiája, amikor az autó mágneses mezővel vagy mikrohullámú hullámokkal feltöltött bevonatból kapott energiát. De az ilyen feltöltés csak akkor volt lehetséges, ha az út és a fogadó eszköz közötti távolság nem haladja meg a 15 centimétert, ami modern körülmények között nem mindig kivitelezhető.

Ez a rendszer fejlesztési stádiumban van, így feltételezhető, hogy ezt a típusú, vezeték nélküli erőátvitelt még fejlesztik, és esetleg bevezetik a modern közlekedési ágazatba.

Az energiaátvitel modern fejlesztései

A modern valóságban a vezeték nélküli elektromosság ismét releváns területté válik az eszközök tanulmányozásában és tervezésében. A vezeték nélküli energiaátvitel fejlesztésének legígéretesebb módjai vannak, amelyek a következők:

Villamosenergia felhasználása hegyvidéki területeken, olyan esetekben, amikor nem lehet hordozókábelt fektetni a fogyasztóhoz. Az elektromosság kérdésének tanulmányozása ellenére vannak helyek a földön, ahol nincs áram, és az ott élők nem élvezhetik a civilizáció ilyen előnyeit. Természetesen ott gyakran alkalmaznak autonóm áramforrásokat, például napelemeket vagy generátorokat, de ez az erőforrás korlátozott, és nem tudja maradéktalanul kielégíteni az igényeket;
A modern háztartási készülékek egyes gyártói már bevezetik termékeikbe a vezeték nélküli energiaátvitelre szolgáló eszközöket. Például egy speciális egységet kínálnak a piacon, amely a hálózati áramhoz csatlakozik, és az egyenáramot mikrohullámú hullámokká alakítva továbbítja azokat a környező eszközöknek. A készülék használatának egyetlen feltétele, hogy a háztartási készüléknek legyen olyan vevőkészüléke, amely ezeket a hullámokat egyenárammá alakítja. Vannak olyan televíziók eladók, amelyek teljes egészében egy adóról kapott vezeték nélküli energiával működnek;
Katonai célokra a legtöbb esetben a védelmi szektorban kommunikációs eszközök és egyéb segédeszközök fejlesztése történik.

A nagy áttörés ezen a technológiai területen 2014-ben következett be, amikor a tudósok egy csoportja kifejlesztett egy olyan eszközt, amely az adó- és vevőtekercsek közé helyezett lencserendszert használva, vezeték nélkül távolról állít elő és fogad energiát. Korábban úgy vélték, hogy az áram átvitele vezető nélkül olyan távolságon keresztül lehetséges, amely nem haladja meg az eszközök méretét, ezért hatalmas szerkezetre volt szükség a villamos energia nagy távolságokra történő szállításához. A modern tervezők azonban megváltoztatták ennek az eszköznek a működési elvét, és olyan adót hoztak létre, amely nem mikrohullámú hullámokat, hanem alacsony frekvenciájú mágneses mezőket küld. Ebben az esetben az elektronok nem veszítenek teljesítményből, és koncentrált sugárban továbbítják az energiát, ráadásul az energiafelhasználás nem csak a fogadó részhez való csatlakozással lehetséges, hanem egyszerűen a térhatászónában is.

Kábel csatlakoztatása nélkül tölti fel a mobileszközöket;
A pilóta nélküli légi járművek áramellátása olyan terület, amelyre mind a polgári, mind a katonai iparban nagy szükség lesz, mivel az ilyen eszközöket az utóbbi időben gyakran használják különféle célokra.

A fizika és az energiakutatásban már régen áttörésnek számított a vezetékek nélküli, távolságról történő adattovábbítás. A modern technológiai fejlesztéseknek és fejlesztéseknek köszönhetően a villamos energia szállítása ezzel a módszerrel valósággá válik, és jól életre kelthető.

Videó

A távolsági energiaátvitel problémája még nem megoldott. Bár a századfordulón rendezték. Az első, aki ezt az álmot megvalósíthatta, Nikola Tesla volt: „Az energia vezetékek nélküli átvitele nem elmélet, és nem csak egy valószínűség, ahogy a legtöbben gondolják, hanem egy jelenség, amelyet évek óta kísérletileg demonstráltam maga nem tűnt fel nekem azonnal, és hosszú és fokozatos fejlődés eredményeként ez lett a kutatásom logikus következménye, amit 1893-ban meggyőzően bebizonyítottam, amikor először mutattam be a világnak vezeték nélküli átviteli rendszerem sémáját. A nagyfrekvenciás áramokkal végzett kísérleteim az elsők voltak nyilvánosan, és nagy érdeklődést váltottak ki az általuk megnyíló lehetőségek, valamint maguk a jelenségek elképesztő természete miatt. modern felszereléssel értékelni fogja a feladat nehézségét, amikor primitív eszközök álltak a rendelkezésemre.

Nikola Tesla 1891-ben tervezett egy rezonáns transzformátort (Tesla transzformátor), amely akár egymillió voltos amplitúdójú nagyfrekvenciás feszültségingadozást tesz lehetővé, és elsőként mutatott rá a nagyfrekvenciás áramok élettani hatásaira. A zivatar során megfigyelt elektromos mező állóhullámai vezették Teslát arra az ötletre, hogy létrejöjjön egy olyan rendszer, amely a generátortól távol eső energiafogyasztókat vezetékek használata nélkül biztosítja a villamos energiát. Kezdetben a Tesla tekercset használták az energia nagy távolságra, vezetékek nélkül történő továbbítására, de hamarosan ez a gondolat háttérbe szorult, mivel szinte lehetetlen ilyen módon energiát továbbítani, ennek oka a készülék alacsony hatékonysága. Tesla tekercs.

A Tesla transzformátor vagy Tesla tekercs Nikola Tesla egyetlen találmánya, amely ma az ő nevét viseli. Ez egy klasszikus rezonáns transzformátor, amely nagy feszültséget állít elő nagy frekvencián. Ezt az eszközt a tudós többféle méretben és változatban használta kísérleteihez. Az eszközt az 1896. szeptember 22-i 568176 számú szabadalom „nagyfrekvenciás és potenciális elektromos áramok előállítására szolgáló készülékként” nyilvánította.

3 féle Tesla tekercs létezik:

SGTC-szikraköz Tesla tekercs - Tesla tekercs szikraközön.
VTTC-vákuumcső Tesla tekercs - Tesla tekercs rádiócsövön.
SSTC szilárdtest Tesla tekercs - Tesla tekercs bonyolultabb alkatrészeken.

A transzformátor kialakításának leírása. Elemi formájában két tekercsből áll - elsődleges és szekunder, valamint egy szikraközből (megszakító, a Spark Gap angol változata gyakran megtalálható), egy kondenzátorból és egy terminálból (kimenetként látható) álló kábelkötegből áll. az ábrán). Sok más transzformátorral ellentétben nincs ferrimágneses mag. Így a két tekercs közötti kölcsönös induktivitás sokkal kisebb, mint a hagyományos, ferrimágneses maggal rendelkező transzformátoroké. Ez a transzformátor gyakorlatilag nem rendelkezik mágneses hiszterézissel, a mágneses indukció változásának késleltetésével az áram változásaihoz képest, és egyéb hátrányokkal, amelyeket a transzformátor mezőjében ferromágnes jelenléte okoz. A primer tekercs a kondenzátorral együtt oszcillációs áramkört képez, amely egy nemlineáris elemet - egy szikraközt (szikraköz) tartalmaz. A levezető a legegyszerűbb esetben egy közönséges gáz; általában masszív elektródákból készülnek.

A szekunder tekercs egy oszcillációs áramkört is képez, ahol a kondenzátor szerepét a toroid, a végberendezés, a tekercs menetei és az áramkör egyéb elektromosan vezető elemei közötti kapacitív kapcsolat tölti be a Földdel. A végső eszköz (terminál) készülhet tárcsa, kihegyezett tű vagy gömb formájában. A terminált úgy tervezték, hogy kiszámítható, hosszú hosszúságú szikrakisüléseket hozzon létre. A Tesla transzformátor alkatrészeinek geometriája és egymáshoz viszonyított helyzete nagymértékben befolyásolja a teljesítményét, ami hasonló minden nagyfeszültségű és nagyfrekvenciás készülék tervezési problémáihoz.

Egy másik érdekes eszköz a Van de Graaff generátor. Ez egy nagyfeszültségű generátor, amelynek működési elve egy mozgó dielektromos szalag villamosításán alapul. Az első generátort Robert Van de Graaff amerikai fizikus fejlesztette ki 1929-ben, és lehetővé tette akár 80 kilovolt potenciálkülönbség elérését. 1931-ben és 1933-ban erősebb generátorokat építettek, amelyek akár 7 millió voltos feszültség elérését is lehetővé tették. Van de Graaff generátor áramkör:

Egy nagy üreges fémelektróda, félgömb alakú kupola alakú, egy nagyfeszültségű szigetelőoszlopra van felszerelve. Az elektromos töltések szállítószalagjának felső vége belép az elektróda üregébe, amely egy textil alapú, végtelenített gumiszalag, két fém tárcsára feszítve, és általában 20-40 m/sec sebességgel mozog. A fémlemezre szerelt alsó szíjtárcsát egy villanymotor forgatja. A felső szíjtárcsa a nagyfeszültségű kupolaelektróda alatt található, és teljes gépfeszültség alatt van. Az ionforráshoz és magának a forrásnak is van tápegysége. A szalag alsó vége egy hagyományos nagyfeszültségű forrás által megtámasztott elektródán halad át, amely a földhöz képest 100 kV-ig magas feszültségű. A koronakisülés hatására az elektronok a szalagról az elektródára kerülnek. A szállítószalag által megemelt szalag pozitív töltését felül a kupola elektronjai kompenzálják, amely pozitív töltést kap. A maximálisan elérhető potenciált az oszlop és a körülötte lévő levegő szigetelő tulajdonságai korlátozzák. Minél nagyobb az elektróda, annál nagyobb potenciált tud ellenállni. Ha a berendezés hermetikusan zárt, és a belső teret száraz sűrített gázzal töltik ki, az elektróda méretei adott potenciálon csökkenthetők. A feltöltött részecskéket a nagyfeszültségű elektróda és a „föld” között, vagy ha kettő van, az elektródák között felgyorsítják. Van de Graaff generátor segítségével nagyon nagy potenciál érhető el, ami lehetővé teszi az elektronok, protonok és deuteronok 10 MeV energiára, a kettős töltést hordozó alfa részecskék 20 MeV energiára gyorsítását. A generátor kimenetén lévő feltöltött részecskék energiája könnyen, nagy pontossággal szabályozható, így pontos mérések végezhetők. A protonnyaláb áram állandó üzemmódban 50 μA, impulzus üzemmódban pedig 5 mA-re növelhető.