Vezeték nélküli energiaátviteli módszerek

Az elektromos áramok kölcsönhatásának törvénye, amelyet Andre Marie Ampere 1820-ban fedezett fel, megalapozta az elektromosság és a mágnesesség tudományának további fejlődését. 11 év után Michael Faraday kísérletileg megállapította, hogy az elektromos áram által generált változó mágneses mező képes indukálni elektromos áramot egy másik vezetőben. Tehát létrejött első elektromos transzformátor.

1864-ben James Clerk Maxwell végül rendszerezte a Faraday kísérleti adatait, pontos matematikai egyenletek formájában adva számukra, amelyeknek köszönhetően létrehozták a klasszikus elektrodinamika alapját, mivel ezek az egyenletek leírják az elektromágneses mező kapcsolatát az elektromos áramokkal és töltésekkel, és ennek következménye az elektromágneses hullámok fennállása lehet.

1888-ban Heinrich Hertz kísérletileg megerősítette az elektromágneses hullámok létezését, amelyet Maxwell megjósolt. A Rumkorff tekercsen alapuló aprítóval ellátott szikra-adójának elektromágneses hullámait képes előállítani, legfeljebb 0,5 gigaherc frekvencián, amelyet több, az adóval rezonanciára hangolt vevő képes fogadni.

A vevőkészülékek akár 3 méter távolságra is elhelyezkedhetnek, és amikor szikra keletkezett az adóban, szikrák is megjelentek a vevőkben. Tehát tartottak az elektromos energia vezeték nélküli továbbításának első kísérletei elektromágneses hullámok felhasználásával.

1891-ben Nikola Tesla, miközben nagyfeszültségű és magas frekvenciájú váltakozó áramokat tanulmányoz, arra a következtetésre jut, hogy rendkívül fontos, hogy az adó hullámhosszát és működési feszültségét egyedileg megválasztjuk, és nem szükséges a frekvenciát túl magasra állítani.

A tudós megjegyzi, hogy a frekvencia és feszültség alsó határa, amelyben akkoriban tudta elérni a legjobb eredményt, másodpercenként 15 000 - 20 000 oszcilláció, 20 000 volt potenciállal. A Tesla nagyfrekvenciás és nagyfeszültségű áramot kapott egy kondenzátor oszcilláló kisülése közben (lásd - Tesla Transformer). Megjegyezte, hogy az ilyen típusú villamos adó alkalmas mind a fény előállítására, mind a villamosenergia továbbítására a fény előállításához.

Az 1891 és 1894 közötti időszakban a tudós többször kimutatta a vákuumcsövek vezeték nélküli átvitelét és izzását nagyfrekvenciás elektrosztatikus mezőben, miközben megjegyezte, hogy az elektrosztatikus mező energiáját a lámpa abszorbeálja, fénnyel konvertálva, és az elektromágneses mező energiáját, amelyet az elektromágneses indukcióhoz használnak annak érdekében, hogy hasonlót nyerjenek. Az eredmény elsősorban visszatükröződik, és ennek csak kis része vált fényre.

Még akkor is, ha az elektromágneses hullámot alkalmazó átvitel során rezonanciát alkalmazunk, jelentős mennyiségű elektromos energia nem továbbítható - állította a tudós. Célja a munka ezen időszakában az volt, hogy pontosan nagy mennyiségű elektromos energiát vezeték nélkül továbbítson.

1897-ig, a Tesla munkájával párhuzamosan, az elektromágneses hullámokat kutatták: Jagdish Boche Indiában, Alexander Popov Oroszországban és Guglielmo Marconi Olaszországban.

A Tesla nyilvános előadásait követõen Jagdish Bose 1894 novemberében Kalkuttában beszélt a vezeték nélküli villamosenergia-átvitel demonstrációjával, ahol fegyvert gyújt, és távolról továbbítja az elektromos energiát.

Boche után, nevezetesen 1895. április 25-én, Alekszandr Popov, a Morse kód használatával, továbbította az első rádióüzenetet, és ezt a dátumot (új stílusú május 7.) Oroszországban évente rádiónapként ünneplik.

1896-ban az Egyesült Királyságba érkező Marconi megmutatta készülékét azáltal, hogy a londoni postahivatal épületétől 1,5 kilométerre egy jelet továbbított egy másik épületbe, Morse kóddal.Ezt követően továbbfejlesztette találmányát, és már 3 kilométer távolságra sikerült jelet továbbítania a Salisbury-síkság mentén.

A Tesla 1896-ban sikeresen továbbítja és fogadja a jeleket az adó és a vevő között kb. 48 kilométer távolságra. Eddig a kutatók egyikének sem sikerült jelentős mennyiségű elektromos energiát nagy távolságra továbbítani.

A Colorado Springs-ben 1899-ben kísérletezve Tesla írja: "Az indukciós módszer kudarca hatalmasnak tűnik, összehasonlítva a föld és a levegő töltésének izgalmas módszerével." Ez lesz a tudós kutatásának kezdete, amelynek célja az elektromos áram jelentős távolságokon történő továbbítása vezeték nélkül. 1900 januárjában Tesla feljegyzést fűz naplójába az energia sikeres továbbításáról a terepre, amelyet "messze szállítottak a mezőbe", ahonnan a lámpa működött.

És a tudós legszebb sikere az lesz, hogy 1903. június 15-én elindítják a Long Island-i Vordencliff tornyot, amelynek célja az elektromos energia jelentős távolságra történő továbbítása nagy mennyiségben, vezetékek nélkül. A rezonáns transzformátor földelt másodlagos tekercsével, amelyet egy rézgömb alakú kupola tetején állt, fel kellett keltenie a föld és a vezető légrétegek töltését, hogy egy nagy rezonanciaáramkör elemévé váljon.

Így a tudósnak sikerült 200 lámpát 50 wattra táplálni, az adóstól kb. 40 km-re. A gazdasági megvalósíthatóság alapján azonban a projekt finanszírozását Morgan állította le, aki a kezdetektől kezdve pénzt fektetett a projektbe azzal a céllal, hogy vezeték nélküli kommunikációt vegyen fel, és hogy ipari méretekben ingyenes energiát távolítson el távolba, mivel üzletember kategorikusan nem tette hozzá. 1917-ben elpusztult az elektromos energia vezeték nélküli továbbítására tervezett torony.

Tudjon meg többet Nikola Tesla kísérleteiről itt:Nikola Tesla vezeték nélküli villamosenergia-átviteli módszerének rezonanciája

Sokkal később, 1961 és 1964 között, a mikrohullámú elektronika szakértője, William Brown, az Egyesült Államokban kísérletezett a mikrohullámú energia átviteli útvonalaival.

1964-ben először egy olyan készüléket (helikopter modellt) tesztelt, amely képes a mikrohullámú energia egyenáram formájában történő befogadására és felhasználására, köszönhetően egy antenna sorozatnak, amely félhullámú dipólokból áll, amelyek mindegyike rendkívül hatékony Schottky diódákkal van feltöltve. 1976-ra William Brown a 30 kW-os mikrohullámú teljesítményt 1,6 km-es távolságra helyezte át 80% -ot meghaladó hatékonysággal.

2007-ben a Massachusettsi Technológiai Intézet kutatócsoportja, Marina Solyachich professzor irányítása alatt vezeték nélkül továbbította az energiát 2 méter távolságra. Az átadott teljesítmény elegendő volt egy 60 wattos izzó táplálásához.

Technológiájuk középpontjában ( WiTricity) az elektromágneses rezonancia jelensége. Az adó és a vevő két 60 cm átmérőjű réztekercs, azonos frekvencián rezonálva. Az adó egy energiaforráshoz, a vevő pedig egy izzólámpahoz van csatlakoztatva. Az áramkörök 10 MHz frekvenciára vannak hangolva. A vevő ebben az esetben a továbbított villamos energia csak 40–45% -át veszi.

Ugyanebben az időben az Intel bemutatta a vezeték nélküli energiaátvitelhez hasonló technológiát.

2010-ben a Haier Group, a háztartási készülékek kínai gyártója a CES 2010-en bemutatta egyedi termékét - egy teljesen vezeték nélküli LCD TV-t, amely ezen a technológián alapul.

Olvassa el a témát is:Qi elektronikus teljesítmény nélküli vezeték nélküli szabvány