Elektrība bez vadiem. Ceļā uz jaunu bezvadu elektroenerģijas pasauli

19. gadsimta beigās atklājums, ka elektrību var izmantot, lai radītu spuldzes mirdzumu, izraisīja eksploziju pētījumos, kuru mērķis bija atrast labāko veidu, kā pārvadīt elektrību.

Sacensību priekšgalā bija slavenais fiziķis un izgudrotājs Nikola Tesla, kurš izstrādāja grandiozu projektu. Nespējot noticēt realitātei, izveidojot kolosālu vadu tīklu, kas aptver visas pilsētas, ielas, ēkas un istabas, Tesla nonāca pie secinājuma, ka vienīgā iespējamā pārraides metode ir bezvadu. Viņš projektēja aptuveni 57 metrus augstu torni, kuram vajadzēja pārraidīt enerģiju daudzu kilometru attālumā, un pat sāka to būvēt Longailendā. Tika veikta virkne eksperimentu, taču naudas trūkums neļāva pabeigt torni. Ideja pārvadīt enerģiju pa gaisu tika izkliedēta, tiklīdz izrādījās, ka nozare spēj attīstīt un ieviest vadu infrastruktūru.

Un tagad, pirms dažiem gadiem, Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) Fizikas katedras asociētā profesore Marina Soljačića tika pamodināta no salda sapņa ar mobilā tālruņa neatlaidīgajiem saucieniem. “Telefons neapstājās, pieprasot, lai es to uzlādēju,” saka Soljacičs. Noguris un negrasoties piecelties, viņš sāka sapņot, ka tālrunis, būdams mājās, pats sāk uzlādēt.
Soljacic sāka pētījumus par veidiem, kā nodot enerģiju bez vadiem. Viņš atteicās no liela attāluma enerģijas pārvades projektiem, piemēram, Tesla projekta, un koncentrējās uz maza darbības attāluma enerģijas pārvades metodēm, kas ļautu uzlādēt vai pat ieslēgt pārnēsājamās ierīces - mobilos tālruņus, PDA, klēpjdatorus.
Sākumā viņš apsvēra iespēju izmantot radioviļņus, kas tik efektīvi pārsūta informāciju no attāluma, bet secināja, ka šajā gadījumā lielākā daļa enerģijas tiks izkliedēta telpā. Lāzera izmantošanai bija nepieciešams, lai enerģijas avots un uzlādējamā ierīce atrastos viens otra redzamības laukā, bez šķēršļiem starp tiem. Turklāt šī metode bija pilna ar bojājumiem objektiem, kas noķerti pārvades līnijā. Tādēļ Soljacičs sāka meklēt tādu pārvades metodi, kas būtu gan efektīva, tas ir, gan spējīga pārraidīt enerģiju, to neizkliedējot, gan droša.
Beigās viņš apmetās pie rezonanses savienojuma fenomena, kad divi objekti, kas noregulēti uz vienu un to pašu frekvenci, intensīvi apmainās ar enerģiju viens ar otru, vienlaikus vāji mijiedarbojoties ar citiem objektiem. Klasisks šī efekta piemērs ir pieredze ar vairākām glāzēm, kas piepildītas ar vīnu, katra no tām atšķirīgā līmenī. Tā rezultātā katram stiklam ir unikāla skaņas frekvence, kas izraisa vibrāciju. Ja dziedātājs pieraksta atbilstošo frekvenci, viena no brillēm var saņemt tādu akustiskās enerģijas devu, ka tā sagrūs, bet atlikušās brilles paliks neskartas.
Soljacic saprata, ka magnētiskā rezonanse ir daudzsološs veids, kā pārsūtīt elektrību. Magnētiskais lauks brīvi izplatās telpā un pareizajās frekvencēs ir nekaitīgs dzīvām lietām. Sadarbībā ar MIT fizikas profesoriem John Joannopoulos un Peter Fisher un trim studentiem viņš izstrādāja vienkāršu ierīci, kas bezvadu režīmā apgaismoja 60 vatu spuldzi.
Ierīce sastāvēja no divām ar rezonansi noregulētām vara spolēm, kas bija apturētas no griestiem apmēram divu metru attālumā. Viena spole tika savienota ar maiņstrāvas avotu un izveidoja magnētisko lauku. Otra spole, kas noregulēta uz tādu pašu frekvenci un savienota ar spuldzi, rezonējot magnētiskajā laukā, radīja spuldzi aizdedzinošu strāvu. Ierīce darbojās pat tad, ja starp spirālēm tika novietota plāna siena.

Ievērības cienīgs ir fakts, ka uzstādīšanai nav nepieciešama pat tieša redzamības līnija starp uztvērēju un raidītāju. Kā eksperimentu starp tām tika ievietotas kartona un dzelzs loksnes, taču tas neietekmēja strāvas padevi.
Visefektīvākā no šī brīža izveidotajām ierīcēm sastāv no 60 centimetru vara spirālēm un magnētiskā lauka ar frekvenci 10 megaherci. Tas ļauj pārsūtīt enerģiju divu metru attālumā ar 50 procentu efektivitāti. Pētījumi tiek veikti ar sudrabu un citiem materiāliem, lai samazinātu spoļu izmērus un palielinātu efektivitāti. Soldacic cer sasniegt 70-80 procentu pārvades efektivitāti.

Masačūsetsas fiziķi skaidro, ka uzstādīšanas principa pamatā ir rezonanses mehānisms, tas ir, parādība, kas objektā rada vibrācijas, kad tā tiek pakļauta noteiktas frekvences enerģijai. Tomēr, ja diviem objektiem ir vienādi rezonanses indeksi, tie var apmainīties ar enerģiju un nekādā veidā neietekmēt apkārtējos objektus.

Dabā ir daudz rezonanses piemēru. Visslavenākais rezonanses piemērs ir tad, ja vairākas identiskas stikla glāzes tiek piepildītas ar dažādu daudzumu ūdens, ja katru glāzi piesit ar metāla karoti, tad katra glāze radīs unikālu skaņu.

Akustiskās rezonanses vietā fiziķi WiTricity izmantoja elektromagnētisko viļņu frekvences rezonansi. Instalācijā abas spoles rezonē frekvenču diapazonā 10 MHz un apmainās ar elektrību, un jo ilgāka mijiedarbība starp elementiem, jo ​​lielāka strāva nonāk uztvērējā. Turklāt, jo zemāks ir rezonanses diapazons, jo vairāk tiek iegūts garā viļņu garuma diapazons un jo lielāks ir attālums starp uztvērēju un raidītāju.

Vēl viens svarīgs faktors ir tas, ka šī iestatīšana nerada kaitējumu cilvēku veselībai, jo tā darbojas zemās frekvencēs, galvenokārt magnētiskajā spektrā.

"Cik mums zināms, cilvēka organismi nereaģē uz magnētisko mijiedarbību. Ja jūsu frekvence būtu pamanāma, piemēram, 2 GHz, tad jūs iegūtu mikroviļņu krāsns efektu, un tas būtu pilnīgi atšķirīgs efekts," saka viena no instalācijas izstrādātājām Marine Soladzic.

Pašlaik tiek pētīti vairāki citi veidi, kā bezvadu akumulatorus uzlādēt. Iesācēji, piemēram, Powercast, Fulton Innovation un WildCharge, ir sākuši tirgot adapterus, kas ļauj bez maksas uzlādēt mobilos tālruņus, MP3 atskaņotājus un citas ierīces mājās vai automašīnā. Bet Soljacic pieeja atšķiras ar to, ka tā ļauj automātiski uzlādēt ierīces, tiklīdz tās ietilpst bezvadu raidītāja darbības jomā.
Soljacic grupas darbs piesaistīja gan elektronisko ierīču ražošanas uzņēmumu, gan autobūves nozares uzmanību. Pētījumu finansēja ASV Aizsardzības departaments, kurš cerēja iegūt bezvadu automātisko akumulatoru uzlādēšanas tehnoloģiju. Tomēr Soldjacic dod priekšroku neizplatīties par savas tehnoloģijas iespējamo rūpniecisko pielietojumu.
Mūsdienu akumulatoru balstītajā pasaulē ir tik daudz potenciālu lietojumu, kur var izmantot mūsu tehnoloģijas, "viņš saka." Tā ir ļoti jaudīga metode. "