Villamos energia vezetékek nélkül. A vezeték nélküli villamos energia új világa felé

A 19. század végén az a felfedezés, hogy villamos energiát lehet felhasználni izzólámpa felvilágosításához, robbantotta fel a kutatást, amelynek célja a villamosenergia-átvitel legjobb módjának megtalálása volt.

A verseny élén a híres fizikus és feltaláló, Nikola Tesla volt, aki nagyszabású projektet dolgozott ki. Nem tudta elhinni a valóságot, amely szerint minden várost, utcát, épületet és helyiséget lefedő vezetékes hálózatot hoz létre. A Tesla arra a következtetésre jutott, hogy az egyetlen megvalósítható átviteli módszer a vezeték nélküli. Kb. 57 méter magas tornyot tervezett, amelynek állítólag sok kilométer távolságra kellett továbbítania az energiát, és még Long Islandre is elkezdte építeni. Kísérleteket végeztek, de a pénzhiány nem tette lehetővé a torony befejezését. Az energia levegő útján történő továbbításának gondolata szétszóródott, amint kiderült, hogy az ipar képes vezetékes infrastruktúra fejlesztésére és megvalósítására.

És most, néhány évvel ezelőtt, a Massachusetts Technológiai Intézet (MIT) Fizikai Tanszékének egyetemi docensét, Marin Soljačić-t édes álomból felébresztették a mobiltelefon ragaszkodó sírásai. "A telefon nem állt le, azt követelve, hogy állítsam be a töltést" - mondja Soljacic. Fáradt, és nem áll fel kelni, elkezdett álmodni, hogy a telefon, amikor otthon van, önmagában kezd feltölteni.
A Soljacic kutatásokat kezdett az energia vezetékek nélküli átadására. Elhagyta a hosszú távú energiaátviteli projekteket, mint például a Tesla projektet, és olyan rövid hatótávolságú energiaátviteli módszerekre összpontosított, amelyek lehetővé tennék a hordozható eszközök - mobiltelefonok, PDA-k, laptopok - töltését vagy akár bekapcsolását.
Eleinte meggondolta azon rádióhullámok használatának lehetőségét, amelyek olyan hatékonyan továbbítják az információkat távolról, de megállapította, hogy ebben az esetben az energia nagy része eloszlik az űrben. Lézer használata megköveteli, hogy az energiaforrás és az újratölthető eszköz egymás látómezőjében legyenek, akadályok nélkül. Ezenkívül ez a módszer károkat okozott a távvezetékben elfogott tárgyak számára. Ezért a Soljacic elkezdett olyan átviteli módszert keresni, amely egyszerre hatékony, vagyis képes energia továbbítására az eloszlás nélkül, és biztonságos.
Végül úgy döntött, hogy a rezonancia-összekapcsolás jelenségében kétféle, azonos frekvenciára hangolt objektum intenzíven cserél egymással energiát, miközben csak gyengén interakcióba lép más objektumokkal. Ennek a hatásnak a klasszikus példája az, ha több pohárral borral töltik meg, mindegyik eltérő szintre, mint a többi. Ennek eredményeként minden üvegre van egy egyedi hangfrekvencia, amely rezgést okoz. Ha egy énekes feljegyzi a megfelelő frekvenciát, az egyik szemüveg olyan nagy mennyiségű akusztikus energiát kaphat, hogy összeomlik, míg a többi szemüveg ép marad.
Soljacic rájött, hogy a mágneses rezonancia ígéretes módja az áram átadásának. A mágneses mező szabadon terjed az űrben, és megfelelő frekvenciákon ártalmatlan az élőlények számára. MIT fizikai professzorokkal, John Joannopoulos-val, Peter Fisher-szel és három hallgatóval együtt dolgozott ki egy egyszerű készüléket, amely vezeték nélkül megvilágít egy 60 wattos izzót.
Az eszköz két, rezonanciával hangolt réztekercsből állt, amelyeket a mennyezetből függesztettek körülbelül két méter távolságra. Az egyik tekercset egy váltakozó áramú forráshoz kötötték és mágneses teret hoztak létre. Az azonos frekvenciára hangolt és az izzóhoz csatlakoztatott második tekercs mágneses mezőben rezonálva áramot generált, amely meggyújtja az izzót. A készülék akkor is működött, amikor egy vékony fal került a tekercsek közé.

Figyelemre méltó, hogy a telepítéshez még a közvetlen vevőkészülék megkövetelése sem szükséges a vevő és az adó között. Kísérletként karton- és vaslemezeket helyeztek közöttük, de ez nem befolyásolta az áramellátást.
Az ebben a pillanatban létrehozott eszközök közül a leghatékonyabb a 60 cm-es réztekercsek és a 10 megaherc frekvenciájú mágneses mező. Ez lehetővé teszi az energia továbbítását két méter távolságon belül, 50% -os hatékonysággal. Kutatásokat folytatnak ezüsttel és más anyagokkal a tekercsek méretének csökkentése és a hatékonyság növelése érdekében. A Soldacic azt reméli, hogy 70-80% -os átviteli hatékonyságot ér el.

A massachusettsi fizikusok kifejtik, hogy a telepítés elve a rezonancia-mechanizmuson alapul, vagyis egy olyan jelenségnél, amely rezgéseket okoz egy tárgyban, amikor egy bizonyos frekvencia energiájának van kitéve. Ha azonban két objektum azonos rezonancia mutatóval rendelkezik, akkor energiát cserélhetnek, és semmilyen módon nem befolyásolják a környező tárgyakat.

A természetben számos példa található a rezonanciára. A rezonancia leghíresebb példája az, amikor több azonos üvegpoharat különbözõ mennyiségû vízzel töltünk meg, ha az egyes üvegeket fémkanállal megcsapolják, akkor az egyes üvegek egyedi hangot adnak.

Az akusztikus rezonancia helyett a fizikusok az elektromágneses hullámok frekvencia-rezonanciáját használják a WiTricity-ban. A telepítés során mindkét tekercs 10 MHz-es frekvenciatartományban rezonál, és áramot cserél, és minél hosszabb az elemek közötti kölcsönhatás, annál nagyobb áram érkezik a vevőhöz. Sőt, minél alacsonyabb a rezonancia-tartomány, annál nagyobb hosszú hullámhossz-tartományt kapunk, és minél nagyobb a távolság a vevő és az adó között.

Egy másik fontos tényező, hogy ez a beállítás nem árt az emberi egészségnek, mivel alacsony frekvenciákon működik, főleg a mágneses spektrumban.

"Tudomásunk szerint az emberi szervezetek nem reagálnak a mágneses kölcsönhatásokra. Ha a frekvencia észrevehető, például 2 GHz, akkor egy mikrohullámú sütő hatását kapja, és ez teljesen más hatást eredményez" - mondja Marine Soladzic, a telepítés egyik fejlesztője.

Az elemek vezeték nélküli újratöltésének számos további módját jelenleg vizsgálják. Az olyan induló vállalkozások, mint a Powercast, a Fulton Innovation és a WildCharge, olyan adaptereket forgalmaztak, amelyek lehetővé teszik a mobiltelefonok, MP3-lejátszók és más eszközök vezeték nélküli töltését otthon vagy az autóban. A Soljacic megközelítése azonban abban különbözik, hogy lehetővé teszi az eszközök automatikus feltöltését, amint azok egy vezeték nélküli adó működési területébe esnek.
A Soljacic csoport munkája felhívta az elektronikai eszközöket gyártó cégek, valamint az autóipar figyelmét. A kutatást az Egyesült Államok Védelmi Minisztériuma finanszírozta, amely azt remélte, hogy vezeték nélküli automatikus akkumulátor-újratöltési technológiát kap. Soldjacic azonban inkább nem terjed technológiájának lehetséges ipari alkalmazásáról.
A mai akkumulátorvezérelt világban olyan sok lehetséges alkalmazás van, ahol technológiánkat felhasználhatjuk. "- mondja." Ez egy nagyon hatékony módszer. "