Я сьогодні читав про Нікола Тесла (через вівсянку ) і читав про вежу Варденкліффа, яка (серед іншого) мала на меті передавати електроенергію бездротовим шляхом. Пробачте про наївність питання, але якщо технологія, яка могла б передавати електричний струм бездротовим способом, була винайдена понад 100 років тому, чому б ми не використовували бездротову електроенергію в своєму повсякденному житті сьогодні? Іншими словами, навіщо нам фізично підключати електричні пристрої (телефони / комп’ютер тощо), якщо існує таке поняття, як бездротова електроенергія? Якщо це питання ефективності / вартості, то я б уявив, що деякі багаті люди все-таки не будуть проти платити додатково, у світлі відходів, за додаткову зручність.

Будь-ласка, поясніть терміни мирянина (хоча простої відповіді було б достатньо).

Я використовую бездротову електроенергію щодня.

У моїй зубній щітці:

І в моєму мобільному телефоні:

Метод, який використовується на моїх пристроях, називається « Індуктивна зарядка» . Я трохи більше про це говорю у своїй відповіді на це запитання . Це найпоширеніша і найбільш практична форма передачі енергії бездротовим на даний момент. Але, як зауважили багато коментарів, це вважається передачею на місцях. І з ефективним діапазоном лише кілька міліметрів, це дуже близьке поле.

Кількість енергії , що передаються і ефективності передачі може бути збільшено зовсім небагато (хоча все ще вважається ближнім полем) шляхом додавання конденсатора до кожного з котушки індуктивності котушок і настройку результуючої RLC мережі , щоб мати високий коефіцієнт Q на однакова (резонансна) частота. Команда з MIT провела дослідження використання індуктивного резонансу як бездротової системи передачі електроенергії.

З цього часу дослідники створили компанію під назвою WiTricity для подальшого розвитку технології. Хоча вони все ще не вивели товар на комерційний ринок, вони провели кілька вражаючих демонстрацій :

Термін WiTricity був використаний для проекту, який відбувся в MIT під керівництвом Маріна Солячича в 2007 році. Дослідники MIT успішно продемонстрували можливість безперервного живлення лампочки потужністю 60 Вт, використовуючи дві 5-обертові мідні котушки 60 см (24 дюйма ) діаметр, який був 2 м (7 футів), приблизно 45% ефективності. Котушки були розроблені таким чином, щоб резонувати разом на частоті 9,9 МГц (≈ довжина хвилі 30 м) і були орієнтовані вздовж тієї ж осі. Один був підключений індуктивно до джерела живлення, а другий - до лампочки. Установка включила лампочку навіть тоді, коли пряма лінія огляду була заблокована за допомогою дерев'яної панелі. Дослідники змогли живити лампочку потужністю 60 Вт з ефективністю приблизно 90% на відстані 3 фути. Дослідницький проект було розповсюджено в приватну компанію, яка також називається WiTricity.

Важливо зауважити, що відстань між передавачем і приймачем відіграє вирішальний фактор у визначенні того, скільки енергії можна надійно передати. Як видно з цієї роботи на основі проекту MIT, розпад напруги щодо відстані між котушками є експоненціальним:

Але є багато інших методів, таких як мікрохвильова піч і лазер, які здатні на набагато більшу відстань. Однак ці методи є дуже спрямованими і тому застосовні на значно меншій площі, ніж запропонована Теслою Вежа Варденкліффа, яка була б всеспрямованою. Існує також багато інших факторів, які слід враховувати при впровадженні одного з цих методів:

Мікрохвильова піч:

Передача електроенергії за допомогою радіохвиль може бути більш спрямованою, що дозволяє пропускати потужність на більші відстані, з меншими довжинами хвиль електромагнітного випромінювання, як правило, в діапазоні НВЧ. Для перетворення мікрохвильової енергії назад в електрику може бути використана прямота. Ефективність перетворення прямокутників перевищує 95%. Для передачі енергії з навколоземних супутників сонячної енергії на Землю запропоновано випромінювання енергії за допомогою мікрохвиль, а також розглянуто випромінювання енергії на космічні кораблі, що виходять з орбіти.
...
Для наземних застосувань приймальний масив великої площі 10 км дозволяє використовувати великі загальні потужності під час роботи при низькій щільності потужності, запропонованій для безпеки електромагнітного впливу людини. Безпечна для людини щільність потужності 1 мВт / см2, розподілена на 10 км діаметром, відповідає загальному рівню потужності 750 мегават. Це рівень потужності, що зустрічається на багатьох сучасних електростанціях.
...
Добре зарекомендувала себе бездротова передача високої потужності за допомогою мікрохвильових печей. Експерименти з десятками кіловат були проведені в Голдстоуні в Каліфорнії в 1975 році і зовсім недавно (1997 р.) В Гранд Бассіні на острові Реюньйон. Ці методи досягають відстаней на порядку кілометра.

Лазерний

Перевагами передачі енергії на основі лазера порівняно з іншими бездротовими методами є:

1. коліматоване монохроматичне поширення хвильового фронту дозволяє вузькій зоні поперечного перерізу пучка для передачі енергії у великих діапазонах.
2. компактний розмір твердотільних лазерів-фотоелектричних напівпровідникових діодів вписується в невеликі вироби.
3. відсутність радіочастотних перешкод для існуючих радіозв'язку, таких як Wi-Fi та стільникові телефони.
4. контроль доступу; тільки приймачі, освітлені лазером, отримують живлення.

Його недоліками є:

1. Лазерне випромінювання небезпечно, навіть при низьких рівнях енергії воно може осліплювати людей і тварин, а при високому рівні енергії може вбивати через локальне точкове нагрівання
2. Перетворення у світло, наприклад, за допомогою лазера, є неефективним
3. Перетворення назад в електроенергію неефективне, фотоелектричні комірки досягають 40% -50% ефективності. (Зауважимо, що ефективність перетворення набагато вища при монохроматичному світлі, ніж при інсоляції сонячних батарей).
4. Поглинання атмосфери, поглинання та розсіювання хмарами, туманом, дощем тощо спричинює втрати, які можуть становити до 100% втрат
5. Як і для мікрохвильового випромінювання, цей метод вимагає прямої лінії зору з ціллю.

І звичайно, існує метод "порушеного заряду землі і повітря", який застосовує Тесла. Що стосується системи Tesla, то її припинили, оскільки фінансування закінчилось і фондовий ринок зазнав краху . Що стосується того, чому його не пробували з тих пір, це в першу чергу тому, що таку систему не можна було суворо вимірювати. Тому енергетичні компанії не могли стягувати плату за користування і заробляти багато грошей. Без способу монетизації технології ніколи не буде інвестуватися в дослідження та розробки. Це все-таки (теорія змови). Хоча є багато інших причин, через які цей метод або неможливий, або просто відвертий не буде працювати.

Я не зміг знайти статтю з остаточними цифрами щодо ефективності. Але я гадаю, що ефективність - це головна причина того, що ви не бачите цю технологію в більш широкому використанні. Однак він існує, такі люди, як я (читайте: не багаті), мають доступ до нього, і це працює досить добре.

Редагувати:

Я знайшов тематичне дослідження, зроблене консорціумом Wireless Power, який виробляє зарядний пристрій для свого телефону, в якому зазначено:

У цьому розділі ми порівнюємо загальне споживання електроенергії за 5-річний період

Приклад:

Середня ефективність системи бездротового зарядного пристрою N sys-wireless = 0,50 (50%)

Середня ефективність системи провідного адаптера живлення N системний провід = 0,72 (72%) Припустимо, що середня потужність зарядки становить 2 Вт.

Таким чином, провідна частина їх системи має ефективність 72%, а бездротова частина - ефективність 50%. Це використовується індуктивний метод, коли котушки розташовані в декількох міліметрах один від одного. Порівняйте це з WiTricity від Joel, який визначає ефективність 40% за 2 метри.

Фактор додаткових витрат, пов’язаних із додатковою мережею та компонентами для бездротової системи порівняно з витратами на довжину мідного дроту, і ви можете зрозуміти, чому бездротовий перенос енергії на великі відстані все ще вважається недоцільним для масового використання на ринку.

Якщо ви випромінюєте потужність сферично (рівна в усіх напрямках), потужність, отримана на іншому кінці, буде пропорційна відсотку сфери, охопленої приймачем. Чим далі ви потрапляєте, тим менше енергії ви забираєте для антени одного розміру, пропорційної 1 / r ^ 2. Решта енергії витрачається на вільний простір. Це, звичайно, масово спрощена модель. Якщо ви знаєте, де приймач, ви зробите передавач спрямованим, використовуйте резонанс і т. Д., Але ви отримаєте ідею. Бездротова енергія не магічно знаходить свій шлях до приймача зі 100% ефективністю. Крім того, у вас є схема перетворення потужності, яка також не є 100% ефективною.

Якщо надсилання та отримання відстають на міліметри, а рівень потужності низький, як у зубній щітці або док-станції телефону, ефективність переноситься, і втрачена потужність не коштує багато. Зубна щітка коштує лише копійки в рік, щоб не стягувати плату, тому торгувати зайвими витратами на енергоносії проти гідроізоляції виробу для середовища ванної кімнати варто того. Накладка під вашим електромобілем, що передає тисячі ват за фут зазору, витратить на енергію на десятки доларів на місяць енерговитрат порівняно з підключенням. Спроба запустити сушарку для одягу прямо з електровиробничої вежі на вершині пагорба просто не працювало б.

Ми ще можемо побачити, що бездротовий або навколишній живлення стає популярним для крихітних вбудованих пристроїв, таких як мікроконтролер низької потужності, який моніторить щось. Якщо енергоспоживання мікроконтролера стає досить низьким, воно може постійно працювати від крихітної сонячної панелі, котушки дроту, як у значку RFID, п'єзоелектричного пристрою тощо. Енергія може бути отримана за допомогою сигналів WiFi, тепла, механічного руху або інших способів, які сьогодні не використовуються, оскільки рівень потужності занадто низький, щоб бути корисним. Скажімо, передача зібраних даних через ЛЕ Bluetooth забирає набагато більше енергії, ніж просто запуск мікроконтролера, тому спалахи передачі повинні бути короткими і нечастими, між якими повільно заповнюється накопичувач енергії (конденсатор). Це сфера мікрохвильових потужностей або, можливо, нановатт, тому забудьте про те, щоб ваш мобільний телефон постійно заряджався, коли ви ходите.

Причина, по якій ми не розподіляємо владу так, як це намагався Тесла, полягає в тому, що вона не працює. Це в основному дурна ідея, оскільки:

1. Потужність, доступна в будь-якому фіксованому обсязі, зменшується з кубом відстані від передавача. Скажімо, наприклад, що ви могли витягти 100 кВт з кубічного метра за 10 метрів від передавача. На 100 метрів це було б 100 Вт. На 200 метрів - 12,5 Вт, що ледве вистачає для живлення світла.

2. Немає можливості виміряти індивідуальне використання, тож як стягувати плату з людей? Ви не можете розраховувати, що я заплачу лише тому, що ви поставили вежу. Я можу стверджувати, що ніколи не використовував жодної сили, і ви не можете довести інше.

3. Ми насправді не знаємо, які наслідки для здоров'я є довготривалим впливом значно потужних електричних полів. Подумай над цим. Якщо лампочка повинна перехоплювати владу від цього поля до самого світла, то як саме ваше тіло не повинно перехоплювати якусь силу?

4. Як уберегти звичайний предмет, який має правильні електричні властивості, від перехоплення живлення та нагрівання? Вам доведеться бути дуже обережними, використовуючи будь-який матеріал, який не є хорошим ізолятором. Вам слід обережно пам’ятати про його розмір, орієнтацію та імпеданс, щоб уникнути його захоплення енергією з поля Е навколо нього. Подумайте про всі металеві предмети, які ви приймаєте як належне. Навіть алюмінієва банка соди може бути проблемою.

5. Це жахливо неефективно, навіть якщо це справді спрацювало. Буде багато звичайних об'єктів, як у №4 вище. Не кажучи вже про те, що трапляється з тими об'єктами, коли вони перехоплюють цю владу, але подумайте про величезну трату енергії з боку виробника. Кожна волога гілка дерева, земля і всілякі речі забирають силу з цього поля Е.

Як я вже казав, це дурна думка, і це була німа ідея, коли Тесла спробував це, як і деякі його власні рівняння повинні були йому сказати.

Адвокат:

Подивимось, чи я правильно це розумію. Якщо у вас випромінювання або електромагнітні хвилі, що йдуть від вашої системи, витрачається енергія?

Тесла:

Абсолютно даремно. З мого контуру ви можете отримати або електромагнітні хвилі, 90 відсотків електромагнітних хвиль, якщо вам подобається, і 10 відсотків поточної енергії, яка проходить через землю. Або ви можете змінити процес і отримати 10 відсотків енергії в електромагнітних хвилях і 90 відсотків енергії струму, який проходить через землю.

Це просто так: я винайшов ніж. Ніж можна різати гострим краєм. Я кажу людині, яка застосовує мій винахід, ви повинні різати гострим краєм. Я прекрасно знаю, що ви можете різати масло з тупим краєм, але мій ніж не призначений для цього. Ви не повинні змушувати антену випускати 90 відсотків в електромагнітних і 10 відсотків в поточних хвилях, тому що електромагнітні хвилі втрачаються в той час, коли ви перебуваєте на декількох дугах навколо планети, тоді як струм подорожує на максимальну відстань земної кулі і може підлягають одужанню.

Цей погляд, до речі, зараз підтверджено. Зазначимо, наприклад, математичний трактат Соммерфельда, [*] який показує, що моя теорія правильна, що я мав рацію в своїх поясненнях явищ і що професія була повністю введена в оману. Це причина, чому ці мої послідовники у високих частотах струму допустили помилку. Вони хотіли зробити генератори високої частоти 200 000 циклів з ідеєю, що вони вироблятимуть електромагнітні хвилі, 90 відсотків електромагнітних хвиль та решту поточної енергії. Я використовував лише низькі чергування, і я виробляв 90 відсотків поточної енергії і лише 10 відсотків електромагнітних хвиль, які марно витрачаються, і саме тому я отримав свої результати. . . .

Розумієте, апарат, який я створив, був приладом, який дозволяв виробляти величезні відмінності потенціалу і струму в ланцюзі антени. Ці вимоги повинні бути виконані, чи передаєте ви струмами провідності, чи передаєте електромагнітними хвилями. Ви хочете високих потенційних струмів, вам потрібна велика кількість вібраційної енергії; але ви можете закінчити цю енергію вібрації. Правильною конструкцією та вибором довжини хвилі ви можете організувати її таким чином, щоб ви отримали, наприклад, 5 відсотків від цих електромагнітних хвиль і 95 відсотків за струм, який проходить через землю. Це я і роблю. Або ви можете отримати, як ці люди, радіо, 95 відсотків енергії електромагнітних хвиль і лише 5 відсотків енергії струму. . . . Апарат підходить для того чи іншого способу. Я не виробляю випромінювання зі своєю системою; Я пригнічую електромагнітні хвилі. . . . У моїй системі ви повинні звільнитись від думки про те, що існує випромінювання, що енергія випромінюється. Не випромінюється; вона зберігається. . . .

Тесла не був дурним!

:)

Я десь читав, що він зупинив це через побоювання фізичних наслідків, які система може мати на нас. Зрештою, я думаю, якщо він сказав, що це буде працювати, це буде працювати .... треба йти з хлопцем, який винайшов електроенергію, як ми використовуємо її до цього дня .... і радіо ... і рентген .. . шкода, що його все ще немає, просування, яке він зробив би сьогодні!