Struja bez žica. Prema novom svijetu bežične električne energije

Na kraju 19. stoljeća, otkriće da se električna energija može upotrijebiti za izradu žarulje izazvalo je eksploziju u istraživanjima čiji je cilj bio pronaći najbolji način prijenosa električne energije.

Na čelu utrke bio je poznati fizičar i izumitelj Nikola Tesla, koji je razvio grandiozni projekt. Ne mogavši ​​vjerovati u stvarnost stvaranja kolosalne mreže žica koje pokrivaju sve gradove, ulice, zgrade i sobe, Tesla je došao do zaključka da je jedini izvediv način prijenosa bežični. Dizajnirao je toranj visok oko 57 metara, koji je trebao prenositi energiju na udaljenosti od mnogo kilometara, pa ga je čak počeo graditi i na Long Islandu. Izvršeno je nekoliko pokusa, ali nedostatak novca nije omogućio dovršavanje kule. Ideja o prijenosu energije zrakom razbacala se čim se pokazalo da je industrija u stanju razviti i implementirati žičanu infrastrukturu.

A sada, prije nekoliko godina, izvanredni profesor Odjela za fiziku Massachusetts Institute of Technology (MIT), Marin Soljačić, probudio se iz slatkog sna insistiranim krikovima mobilnog telefona. "Telefon se nije zaustavio, zahtijevajući da ga postavim za punjenje", kaže Soljačić. Umoran i ne ustajući, počeo je sanjati da će se telefon, budući da je kod kuće, početi puniti sam.
Soljačić je započeo istraživanje o načinima prijenosa energije bez žica. Odustao je od dugoročnih projekata prijenosa energije poput Tesla projekta i usredotočio se na metode prijenosa energije kratkog dometa koje bi omogućile punjenje ili čak uključivanje prijenosnih uređaja - mobilnih telefona, PDA-ova, prijenosnih računala.
Isprva je razmatrao mogućnost korištenja radio valova koji tako udaljenost učinkovito prenose informacije, no ustanovio je da će se u tom slučaju većina energije rasipati u prostoru. Upotreba lasera zahtijevala je da izvor energije i punjivi uređaj budu međusobno u vidnom polju bez ikakvih prepreka. Pored toga, ova je metoda bila prepuna oštećenja predmeta uhvaćenih u dalekovodu. Stoga je Soljačić počeo tražiti način prijenosa koji bi bio i učinkovit, odnosno sposoban za prijenos energije bez rasipanja i siguran.
Na kraju se zaustavio na fenomenu rezonantnog spajanja, kada dva objekta podešena na istu frekvenciju intenzivno razmjenjuju energiju jedni s drugima, dok samo slabo komuniciraju s drugim objektima. Klasična ilustracija ovog efekta je iskustvo s nekoliko čaša punjenih vinom svaka na različitoj razini od ostalih. Kao rezultat toga, za svako staklo postoji jedinstvena frekvencija zvuka koja uzrokuje vibracije. Ako pjevač zabilježi odgovarajuću učestalost, jedna od čaša može primiti takvu dozu zvučne energije da će se raspasti, dok će preostale naočale ostati netaknute.
Soljačić je shvatio da je magnetska rezonanacija obećavajući način prijenosa električne energije. Magnetsko se polje slobodno širi u svemiru i pravim frekvencijama je neškodljivo za živa bića. Radeći zajedno s profesorima fizike MIT-om Johnom Joannopoulosom i Peterom Fisherom i troje učenika, razvio je jednostavan uređaj koji je bežično palio 60-vatnu žarulju.
Uređaj se sastojao od dvije bakrene zavojnice prilagođene rezonanci ovješene sa stropa na udaljenosti od oko dva metra. Jedna zavojnica spojena je na izvor izmjenične struje i stvorila je magnetsko polje. Druga zavojnica podešena na istu frekvenciju i spojena na žarulju, koja je odjeknula magnetskim poljem, generirala je struju koja je zapalila žarulju. Uređaj je funkcionirao čak i kad je između zavojnica stavljen tanki zid.

Važno je napomenuti da za ugradnju čak nije potrebna izravna linija između prijemnika i odašiljača. Kao eksperiment, kartonski i željezni listovi su postavljeni između njih, ali to nije utjecalo na opskrbu strujom.
Najučinkovitiji uređaji stvoreni u ovom trenutku sastoje se od bakrenih zavojnica veličine 60 centimetara i magnetskog polja s frekvencijom od 10 megaherca. Omogućuje vam prijenos energije na udaljenosti od dva metra s 50 postotnom učinkovitošću. Istraživanja se provode sa srebrom i drugim materijalima kako bi se smanjila veličina zavojnica i povećala učinkovitost. Soldačić se nada da će postići 70-80 posto efikasnosti prijenosa.

Fizičari iz Massachusettsa objašnjavaju da se princip instalacije temelji na mehanizmu rezonancije, odnosno na pojavi koji uzrokuje vibracije u objektu kad je izložen energiji određene frekvencije. Međutim, kada dva objekta imaju jednake indekse rezonancije, mogu razmjenjivati ​​energiju i ni na koji način ne utječu na okolne objekte.

U prirodi postoji mnogo primjera rezonancije. Najpoznatiji primjer rezonancije je kada se nekoliko identičnih staklenih čaša napuni različitim količinama vode, ako se svaka čaša dotakne metalnom žlicom, tada će svaka čaša stvarati jedinstveni zvuk.

Umjesto akustičke rezonancije, fizičari su koristili frekvencijsku rezonancu elektromagnetskih valova u WiTricity. U instalaciji oba svitka odjekuju u frekvencijskom opsegu od 10 MHz i razmjenjuju električnu energiju i što je duže interakcija između elemenata, više struje dolazi do prijamnika. Štoviše, niži je rezonantni raspon, što se dobiva duži valni raspon i veća je udaljenost između prijemnika i odašiljača.

Drugi važan čimbenik je da ova postavka ne nanosi štetu ljudskom zdravlju, jer djeluje na niskim frekvencijama uglavnom u magnetskom spektru.

"Koliko znamo, ljudski organizmi ne reagiraju na magnetsku interakciju. Ako je vaša frekvencija uočljiva, na primjer, 2 GHz, dobili biste efekt mikrovalne pećnice, a to bi imalo potpuno drugačiji učinak", kaže jedna od programera instalacije, Marine Soladžić.

Trenutno se istražuje niz drugih načina bežičnog punjenja baterija. Pokretači poput Powercast-a, Fulton Innovation-a i WildCharge-a počeli su plasirati adaptere koji omogućuju bežično punjenje mobilnih telefona, MP3 playera i drugih uređaja kod kuće ili u automobilu. No, Soljačićev pristup razlikuje se po tome što omogućava automatsko punjenje uređaja čim upadnu u polje djelovanja bežičnog odašiljača.
Rad grupe Soljačić privukao je pažnju tvrtki koje proizvode elektroničke uređaje, ali i automobilske industrije. Istraživanje je financiralo američko Ministarstvo obrane, koje se nadalo da će dobiti bežičnu tehnologiju automatskog punjenja baterije. Međutim, Soldjačić radije ne širi oko moguće industrijske primjene njegove tehnologije.
U današnjem svijetu pogonom na baterije postoji toliko potencijalnih aplikacija gdje se naša tehnologija može koristiti ", rekao je." To je vrlo moćna metoda. "