Bezvadu enerģijas pārvades metodes

Elektrisko strāvu mijiedarbības likums, ko 1820. gadā atklāja Andre Marie Ampere, lika pamatus turpmākai elektrības un magnētisma zinātnes attīstībai. Pēc 11 gadiem Maikls Faradejs eksperimentāli konstatēja, ka mainīgs magnētiskais lauks, ko rada elektriskā strāva, var izraisīt elektrisko strāvu citā vadītājā. Tātad tas tika izveidots pirmais elektriskais transformators.

1864. gadā Džeimss Klerks Maksvels beidzot sistematizēja Faraday eksperimentālos datus, dodot tiem precīzu matemātisko vienādojumu formu, pateicoties kuriem tika izveidots klasiskās elektrodinamikas pamats, jo šie vienādojumi aprakstīja elektromagnētiskā lauka attiecības ar elektriskajām strāvām un lādiņiem, un tā sekām vajadzētu būt elektromagnētisko viļņu esamībai.

1888. gadā Heinrihs Hercs eksperimentāli apstiprināja Maksvela prognozēto elektromagnētisko viļņu esamību. Viņa dzirksteles raidītājs ar smalcinātāju, kura pamatā ir Rumkorfa spole, varēja radīt elektromagnētiskos viļņus ar frekvenci līdz 0,5 gigaherciem, kurus varēja uztvert vairāki uztvērēji, kas noregulēti rezonansē ar raidītāju.

Uztvērēji varēja atrasties līdz 3 metru attālumā, un, kad raidītājā radās dzirkstele, uztvērējos parādījās arī dzirksteles. Tātad notika pirmie eksperimenti elektriskās enerģijas bezvadu pārraidē izmantojot elektromagnētiskos viļņus.

1891. gadā Nikola Tesla, pētot augstsprieguma un augstas frekvences maiņstrāvas, viņš nonāk pie secinājuma, ka ir ārkārtīgi svarīgi noteikt gan raidītāja viļņa garumu, gan darba spriegumu konkrētiem mērķiem, un tas nav nepieciešams, lai frekvence būtu pārāk augsta.

Zinātnieks atzīmē, ka zemākā frekvenču un spriegumu robeža, kurā tajā laikā viņš varēja sasniegt vislabākos rezultātus, ir no 15 000 līdz 20 000 svārstībām sekundē ar potenciālu 20 000 voltu. Tesla saņēma augstas frekvences un augstsprieguma strāvu, izmantojot kondensatora oscilējošu izlādi (sk. Tesla Transformers) Viņš atzīmēja, ka šāda veida elektriskie raidītāji ir piemēroti gan gaismas ražošanai, gan elektrības pārvadei gaismas ražošanai.

Laika posmā no 1891. līdz 1894. gadam zinātnieks atkārtoti demonstrēja vakuuma lampu bezvadu pārraidi un mirdzumu augstfrekvences elektrostatiskā laukā, vienlaikus atzīmējot, ka elektrostatiskā lauka enerģiju absorbē lukturis, pārvēršot to gaismā, un elektromagnētiskā lauka enerģiju, ko izmanto elektromagnētiskajai indukcijai, lai iegūtu līdzīgu Rezultāts galvenokārt tiek atspoguļots, un tikai neliela tā daļa tiek pārveidota gaismā.

Pat izmantojot rezonansi transmisijā, izmantojot elektromagnētisko viļņu, ievērojamu daudzumu elektriskās enerģijas nevar pārraidīt, apgalvoja zinātnieks. Viņa mērķis šajā darba periodā bija precīzi bezvadu režīmā pārsūtīt lielu daudzumu elektriskās enerģijas.

Līdz 1897. gadam paralēli Tesla darbam elektromagnētisko viļņu izpēti veica: Jagdišs Boče Indijā, Aleksandrs Popovs Krievijā un Guglielmo Markoni Itālijā.

Pēc Tesla publiskajām lekcijām Jagdišs Bose runā 1894. gada novembrī Kalkutā, demonstrējot bezvadu elektrības pārraidi, kur aizdedzina šaujampulveri, pārraidot elektrisko enerģiju no attāluma.

Pēc Bočes, proti, 1895. gada 25. aprīlī, Aleksandrs Popovs, izmantojot Morzes kodu, pārraidīja pirmo radioziņojumu, un šo datumu (7. maijs jaunā stilā) tagad katru gadu Krievijā svin kā Radio dienu.

1896. gadā Marconi, ierodoties Lielbritānijā, demonstrēja savu aparātu, pārraidot signālu 1,5 kilometru attālumā no Londonas pasta ēkas jumta uz citu ēku, izmantojot Morzes kodu.Pēc tam viņš uzlaboja savu izgudrojumu un jau 3 kilometru attālumā spēja pārraidīt signālu gar Solsberi līdzenumu.

Tesla 1896. gadā veiksmīgi pārraida un uztver signālus aptuveni 48 kilometru attālumā no raidītāja un uztvērēja. Tomēr līdz šim nevienam no pētniekiem nav izdevies nodot ievērojamu daudzumu elektroenerģijas lielā attālumā.

Eksperimentējot Kolorado Springsā, 1899. gadā Tesla raksta: "Indukcijas metodes kļūme šķiet milzīga, salīdzinot ar metodi, kas aizrauj zemes un gaisa lādiņu." Šis būs zinātnieka pētījumu sākums, kura mērķis ir elektrības pārvadīšana ievērojamā attālumā, neizmantojot vadus. 1900. gada janvārī Tesla savā dienasgrāmatā veiks piezīmi par veiksmīgu enerģijas pārnešanu uz spoli, kuru “aiznesa tālu laukā”, no kuras darbināja lampu.

Un zinātnieka grandiozākie panākumi būs Vordenklifa torņa atklāšana Longailendā 1903. gada 15. jūnijā, kas paredzēts elektriskās enerģijas pārvadīšanai ievērojamā attālumā lielos daudzumos bez vadiem. Resonējošā transformatora iezemētajam sekundārajam tinumam, kura augšpusē atrodas vara sfērisks kupols, vajadzēja ierosināt zemes un vadošu gaisa slāņu lādiņu, lai tas kļūtu par lielas rezonanses ķēdes elementu.

Tātad zinātniekam izdevās jaudēt 200 50 vatu lampas aptuveni 40 kilometru attālumā no raidītāja. Tomēr, balstoties uz ekonomisko iespējamību, projekta finansēšanu pārtrauca Morgans, kurš jau no paša sākuma projektā ieguldīja naudu ar mērķi saņemt bezvadu sakarus, un nodot rūpnieciskā mērogā bezmaksas enerģiju no attāluma, jo uzņēmējs kategoriski viņam nederēja. 1917. gadā tika iznīcināts tornis, kas paredzēts bezvadu elektroenerģijas pārvadei.

Vairāk par Nikola Tesla eksperimentiem lasiet šeit:Nikola Tesla bezvadu elektroenerģijas pārvades metode

Daudz vēlāk, no 1961. līdz 1964. gadam, eksperts mikroviļņu elektronikas jomā Viljams Brauns eksperimentēja ASV ar mikroviļņu enerģijas pārvades ceļiem.

1964. gadā viņš pirmo reizi pārbaudīja ierīci (helikoptera modeli), kas spēj uztvert un izmantot mikroviļņu enerģiju līdzstrāvas veidā, pateicoties antenas blokam, kas sastāv no pusviļņu dipoliem, no kuriem katrs ir piekrauts ļoti efektīvām Šotkas diodēm. Līdz 1976. gadam Viljams Brauns bija nodevis mikroviļņu jaudu 30 kW līdz 1,6 km attālumam ar efektivitāti, kas pārsniedz 80%.

2007. gadā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta pētnieku komanda profesores Marinas Soloachičas vadībā spēja bezvadu režīmā pārsūtīt enerģiju 2 metru attālumā. Pārraidītā jauda bija pietiekama, lai darbinātu 60 vatu spuldzi.

Viņu tehnoloģijas (sauc par WiTricity) slēpjas elektromagnētiskās rezonanses parādība. Raidītājs un uztvērējs ir divas vara spirāles, kuru diametrs ir 60 cm un kuras rezonē ar tādu pašu frekvenci. Raidītājs ir savienots ar enerģijas avotu, un uztvērējs ir savienots ar kvēlspuldzi. Ķēdes ir noregulētas uz frekvenci 10 MHz. Uztvērējs šajā gadījumā saņem tikai 40-45% no pārraidītās elektroenerģijas.

Aptuveni tajā pašā laikā Intel demonstrēja līdzīgu bezvadu enerģijas pārvades tehnoloģiju.

2010. gadā Ķīnas sadzīves tehnikas ražotājs Haier Group CES 2010 prezentēja savu unikālo produktu - pilnībā bezvadu LCD televizoru, kura pamatā ir šī tehnoloģija.

Lasiet arī par šo tēmu:Qi elektroniskais bezvadu standarts