Métodos de transmisión de energía inalámbrica

La ley de la interacción de las corrientes eléctricas, descubierta por Andre Marie Ampere en 1820, sentó las bases para un mayor desarrollo de la ciencia de la electricidad y el magnetismo. Después de 11 años, Michael Faraday estableció experimentalmente que un campo magnético cambiante generado por una corriente eléctrica es capaz de inducir una corriente eléctrica en otro conductor. Entonces fue creado primer transformador eléctrico.

En 1864, James Clerk Maxwell finalmente sistematizó los datos experimentales de Faraday, dándoles la forma de ecuaciones matemáticas exactas, gracias a las cuales se creó la base de la electrodinámica clásica, porque estas ecuaciones describían la relación del campo electromagnético con las corrientes y cargas eléctricas, y la consecuencia de esto debería ser la existencia de ondas electromagnéticas.

En 1888, Heinrich Hertz confirmó experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas predichas por Maxwell. Su transmisor de chispa con un chopper basado en una bobina Rumkorff podría producir ondas electromagnéticas con una frecuencia de hasta 0,5 gigahercios, que podrían ser recibidas por varios receptores sintonizados en resonancia con el transmisor.

Los receptores pueden ubicarse a una distancia de hasta 3 metros, y cuando se produce una chispa en el transmisor, también aparecen chispas en los receptores. Así se llevaron a cabo primeros experimentos sobre transmisión inalámbrica de energía eléctrica utilizando ondas electromagnéticas

En 1891 Nikola Tesla, mientras estudia las corrientes alternas de alto voltaje y alta frecuencia, llega a la conclusión de que es extremadamente importante seleccionar tanto la longitud de onda como el voltaje de funcionamiento del transmisor para fines específicos, y no es necesario que la frecuencia sea demasiado alta.

El científico señala que el límite inferior de frecuencias y voltajes en el que en ese momento pudo lograr los mejores resultados es de 15,000 a 20,000 fluctuaciones por segundo con un potencial de 20,000 voltios. Tesla recibió una corriente de alta frecuencia y alto voltaje utilizando una descarga oscilatoria de un condensador (ver - Transformador Tesla) Señaló que este tipo de transmisor eléctrico es adecuado tanto para la producción de luz como para la transmisión de electricidad para la producción de luz.

En el período de 1891 a 1894, el científico demostró repetidamente la transmisión inalámbrica y el resplandor de los tubos de vacío en un campo electrostático de alta frecuencia, al tiempo que observó que la energía del campo electrostático es absorbida por la lámpara, convertida en luz, y la energía del campo electromagnético utilizada para la inducción electromagnética con el fin de obtener un efecto similar. El resultado se refleja principalmente, y solo una pequeña fracción se convierte en luz.

Incluso utilizando resonancia en la transmisión utilizando una onda electromagnética, no se puede transmitir una cantidad significativa de energía eléctrica, afirmó el científico. Su objetivo durante este período de trabajo fue transferir con precisión una gran cantidad de energía eléctrica de forma inalámbrica.

Hasta 1897, en paralelo con el trabajo de Tesla, Jagdish Boche en India, Alexander Popov en Rusia y Guglielmo Marconi en Italia llevaron a cabo investigaciones sobre las ondas electromagnéticas.

Tras las conferencias públicas de Tesla, Jagdish Bose habla en noviembre de 1894 en Calcuta con una demostración de transmisión inalámbrica de electricidad, donde enciende la pólvora y transmite energía eléctrica a la distancia.

Después de Boche, es decir, el 25 de abril de 1895, Alexander Popov, usando el código Morse, transmitió el primer mensaje de radio, y esta fecha (7 de mayo en un nuevo estilo) se celebra anualmente en Rusia como el Día de la Radio.

En 1896, Marconi, al llegar al Reino Unido, mostró su aparato transmitiendo una señal a 1,5 kilómetros del techo del edificio de la oficina de correos en Londres a otro edificio usando el código Morse.Después de eso, mejoró su invento y logró transmitir una señal a lo largo de la llanura de Salisbury ya a una distancia de 3 kilómetros.

Tesla en 1896 transmite y recibe con éxito señales a una distancia entre el transmisor y el receptor de aproximadamente 48 kilómetros. Sin embargo, hasta ahora ninguno de los investigadores ha logrado transmitir una cantidad significativa de energía eléctrica a una gran distancia.

Experimentando en Colorado Springs, en 1899, Tesla escribe: "El fracaso del método de inducción parece enorme en comparación con el método de excitar la carga de la tierra y el aire". Este será el comienzo de una investigación científica dirigida a transmitir electricidad a distancias considerables sin utilizar cables. En enero de 1900, Tesla hará una nota en su diario sobre la transferencia exitosa de energía a la bobina, "llevada lejos al campo", desde donde se alimentaba la lámpara.

Y el éxito más grandioso del científico será el lanzamiento el 15 de junio de 1903 de la torre Vordencliff en Long Island, diseñada para transmitir energía eléctrica a una distancia considerable en grandes cantidades sin cables. Se suponía que el devanado secundario a tierra del transformador resonante, coronado por una cúpula esférica de cobre, excitaría una carga de tierra y capas conductoras de aire para convertirse en un elemento de un gran circuito resonante.

Entonces, el científico logró alimentar 200 lámparas de 50 vatios a una distancia de aproximadamente 40 kilómetros del transmisor. Sin embargo, sobre la base de la viabilidad económica, Morgan detuvo el financiamiento del proyecto, quien desde el principio invirtió dinero en el proyecto con el objetivo de recibir comunicaciones inalámbricas y transferir la energía gratuita a escala industrial a la distancia, ya que un hombre de negocios categóricamente no le convenía. En 1917, la torre, diseñada para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica, fue destruida.

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Mucho más tarde, de 1961 a 1964, un experto en el campo de la electrónica de microondas, William Brown, experimentó en los Estados Unidos con rutas de transmisión de energía de microondas.

En 1964, probó por primera vez un dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de recibir y usar energía de microondas en forma de corriente continua, gracias a una matriz de antenas que consta de dipolos de media onda, cada uno de los cuales está cargado con diodos Schottky altamente eficientes. En 1976, William Brown había transferido potencia de microondas de 30 kW a una distancia de 1.6 km con una eficiencia superior al 80%.

En 2007, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts bajo la dirección de la profesora Marina Solyachich pudo transmitir energía de forma inalámbrica a una distancia de 2 metros. La potencia transmitida fue suficiente para alimentar una bombilla de 60 vatios.

En el corazón de su tecnología (llamada WiTricity) reside el fenómeno de la resonancia electromagnética. El transmisor y el receptor son dos bobinas de cobre de 60 cm de diámetro que resuenan a la misma frecuencia. El transmisor está conectado a una fuente de energía y el receptor está conectado a una lámpara incandescente. Los circuitos están sintonizados a una frecuencia de 10 MHz. El receptor en este caso recibe solo el 40-45% de la electricidad transmitida.

Casi al mismo tiempo, Intel demostró una tecnología similar para la transmisión de energía inalámbrica.

En 2010, el Grupo Haier, un fabricante chino de electrodomésticos, presentó en CES 2010 su producto único: un televisor LCD totalmente inalámbrico basado en esta tecnología.

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