Я читал о Николе Тесле сегодня (через овсянка ) и прочитать о Wardenclyffe башне , которая (помимо всего прочего) была предназначена для передачи электроэнергии без проводов. Простите за наивность вопроса, но если технология, которая может передавать электрический ток без проводов, была изобретена более 100 лет назад, почему бы нам не использовать беспроводное электричество в нашей повседневной жизни сегодня? Другими словами, почему мы должны физически подключать наши электрические устройства (телефоны / компьютер и т. Д.), Если существует такая вещь, как беспроводное электричество? Если бы это был вопрос эффективности / стоимости, то я мог бы предположить, что некоторые богатые люди все еще не возражали бы платить дополнительные, в свете потерь, для дополнительного удобства.

Пожалуйста, объясните в терминах непрофессионала (хотя простого ответа будет достаточно).

Я использую беспроводное электричество каждый день.

В моей зубной щетке:

И в моем мобильном телефоне:

Метод, используемый в моих устройствах, называется индуктивной зарядкой . Об этом я немного подробнее расскажу в ответе на этот вопрос . На данный момент это наиболее распространенная и наиболее практичная форма беспроводной передачи энергии. Но, как отмечалось во многих комментариях, это считается передачей в ближнем поле. И с эффективной дальностью всего в несколько миллиметров, это очень близко к полю.

Количество энергии , передаваемые и эффективности передачи может быть увеличено совсем немного (хотя все еще считается ближним полем) путем добавления конденсатора к каждому из катушки индуктивности катушек и настройку результирующей RLC сети , чтобы иметь высокий коэффициент Q на такая же (резонансная) частота. Команда из MIT провела исследование использования индуктивного резонанса в качестве беспроводной системы передачи энергии.

С тех пор исследователи создали компанию WiTricity для дальнейшего развития этой технологии. Хотя они еще не представили продукт на коммерческом рынке, они сделали несколько впечатляющих демонстраций :

Термин WiTricity использовался для проекта, который проводился в Массачусетском технологическом институте во главе с Марином Солячичем в 2007 году. Исследователи Массачусетского технологического института успешно продемонстрировали возможность беспроводного питания лампочки мощностью 60 Вт, используя две 5-витковые медные катушки длиной 60 см (24 в ) диаметром 2 м с эффективностью примерно 45%. Катушки были предназначены для совместного резонанса на частоте 9,9 МГц (длина волны 30 м) и были ориентированы вдоль одной оси. Один был подключен индуктивно к источнику питания, а другой к лампочке. Установка включала лампочку, даже когда прямая видимость была заблокирована с помощью деревянной панели. Исследователи смогли включить 60-ваттную лампочку с эффективностью примерно 90% на расстоянии 3 фута. Исследовательский проект был выделен в частную компанию, также называемую WiTricity.

Важно отметить, что расстояние между передатчиком и приемником играет решающую роль в определении того, сколько энергии можно надежно передать. Как видно из этой статьи, основанной на проекте MIT, падение напряжения относительно расстояния между катушками является экспоненциальным:

Но есть много других методов, таких как микроволновая печь и лазер, которые способны на гораздо большие расстояния. Однако эти методы являются очень направленными и поэтому применимы на гораздо меньшей площади, чем предложенная Теслой Башня Уорденклиффа, которая была бы всенаправленной. Есть также много других факторов, которые следует учитывать при реализации одного из этих методов:

Микроволновая печь:

Передача энергии с помощью радиоволн может быть более направленной, что позволяет передавать лучи на большие расстояния с более короткими длинами волн электромагнитного излучения, обычно в микроволновом диапазоне. Ректенна может быть использована для преобразования микроволновой энергии обратно в электричество. Эффективность преобразования Rectenna, превышающая 95%, была достигнута. Энергетическое излучение с использованием микроволн было предложено для передачи энергии с орбитальных спутников солнечной энергии на Землю, и было рассмотрено излучение энергии на космический корабль, покидающий орбиту.
...
Для наземных применений приемная решетка большой площади диаметром 10 км позволяет использовать большие уровни общей мощности при работе с низкой плотностью мощности, предлагаемой для безопасности электромагнитного воздействия на человека. Безопасная для человека плотность мощности 1 мВт / см2, распределенная по площади диаметром 10 км, соответствует общему уровню мощности 750 мегаватт. Это уровень мощности, встречающийся на многих современных электростанциях.
...
Беспроводная передача высокой мощности с использованием микроволн хорошо себя зарекомендовала. Эксперименты в десятках киловатт были проведены в Голдстоуне в Калифорнии в 1975 году и совсем недавно (в 1997 году) в Гранд-Бассине на острове Реюньон. Эти методы достигают расстояний порядка километра.

лазер

Преимущества передачи энергии на основе лазера по сравнению с другими беспроводными методами:

1. Коллимированное распространение монохроматического волнового фронта позволяет сузить область сечения пучка для передачи энергии на большие расстояния.
2. Компактный размер твердотельных лазеров-фотоэлектрических полупроводниковых диодов вписывается в небольшие изделия.
3. нет радиочастотных помех существующей радиосвязи, такой как Wi-Fi и сотовые телефоны.
4. контроль доступа; только приемники, освещенные лазером, получают мощность.

Его недостатки:

1. Лазерное излучение опасно, даже при низких уровнях мощности оно может ослеплять людей и животных, а при высоких уровнях мощности оно может убивать посредством локального точечного нагрева
2. Преобразование в свет, например, с помощью лазера, неэффективно
3. Преобразование обратно в электричество неэффективно, а фотоэлектрические элементы достигают 40–50% эффективности. (Обратите внимание, что эффективность преобразования при монохроматическом освещении несколько выше, чем при использовании солнечных панелей).
4. Поглощение в атмосфере, поглощение и рассеяние облаками, туманом, дождем и т. Д. Приводят к потерям, которые могут достигать 100% потерь.
5. Как и в случае микроволнового излучения, этот метод требует прямой видимости с целью.

И, конечно, есть метод «возмущенного заряда земли и воздуха», используемый Теслой. Что касается системы Тесла, то она была закрыта, потому что закончилось финансирование и фондовый рынок рухнул . Что касается того, почему это не было испробовано с тех пор, это прежде всего потому, что такая система не может быть строго измерена. Поэтому энергетические компании не могли взимать плату за использование и зарабатывать много денег. Без способа монетизации технологии, никакие инвестиции в исследования и разработки никогда не будут сделаны. Это теория (заговора), в любом случае. Хотя есть много других причин, почему этот метод либо невыполним, либо просто не работает.

Я не мог найти статью с точными цифрами в отношении эффективности. Но я думаю, что эффективность - главная причина, по которой вы не видите эту технологию в более широком распространении. Тем не менее, он существует, и такие люди, как я (читай: не богатые), имеют к нему доступ, и он работает довольно хорошо.

Редактировать:

Я нашел пример, сделанный Wireless Power Consortium, производителем зарядного устройства для моего телефона, в котором говорится (выделено мое):

В этом разделе мы сравниваем общее энергопотребление за 5 лет

Тематическое исследование:

Средняя эффективность системы беспроводного зарядного устройства N sys-wireless = 0,50 (50%)

Средняя эффективность системы проводного сетевого адаптера N sys-wired = 0,72 (72%). Предположим, что средняя зарядная мощность составляет 2 Вт.

Таким образом, проводная часть их системы имеет эффективность 72%, а беспроводная часть - 50%. Это использует индуктивный метод, где катушки находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Сравните это с WiTricity от Joel, который заявляет эффективность 40% на 2 метра.

Примите во внимание дополнительные затраты, связанные с дополнительными схемами и компонентами для беспроводной системы, по сравнению со стоимостью длины медного провода, и вы поймете, почему беспроводная передача энергии на большие расстояния все еще считается нецелесообразной для массового использования.

Если вы излучаете энергию сферически (одинаково во всех направлениях), мощность, полученная на другом конце, будет пропорциональна проценту сферы, покрытой приемником. Чем дальше вы находитесь, тем меньше энергии вы захватываете для антенны того же размера, пропорциональной 1 / r ^ 2. Остальная часть энергии уходит в свободное пространство. Конечно, это очень упрощенная модель. Если вы знаете, где находится приемник, вы бы направили передатчик, использовали резонанс и т. Д., Но вы поняли идею. Беспроводная энергия волшебным образом не попадает в ваш приемник со 100% эффективностью. Кроме того, у вас есть схема преобразования мощности, которая также неэффективна на 100%.

Если отправка и получение разнесены на миллиметры, а уровни мощности низкие, как в зубной щетке или телефонной док-станции, эффективность будет приемлемой, а потерянная мощность не будет стоить дорого. Зарядка зубной щетки обходится в копейки всего за год, поэтому компромисс между затратами энергии и гидроизоляцией изделия для ванной комнаты стоит. Подушка под вашим электромобилем, передающая тысячи ватт на один фут дорожного просвета, будет тратить десятки долларов в месяц на энергозатраты по сравнению с подключением к сети. Попытка запустить сушилку для белья прямо из башни электрической компании на вершине холма за много миль от вас. просто не сработает.

Возможно, мы еще увидим, как беспроводное или внешнее питание становится популярным для крошечных встроенных устройств, таких как микроконтроллер с низким энергопотреблением, контролирующий что-то. Если потребляемая мощность микроконтроллера становится достаточно низкой, он может непрерывно работать от крошечной солнечной панели, катушки провода, как на значке RFID, пьезоэлектрического устройства или чего-то подобного. Энергия может быть получена из сигналов WiFi, тепла, механического движения или других способов, которые сегодня не используются, потому что уровни мощности слишком низкие, чтобы быть полезными. Передача собранных данных, скажем, по Bluetooth LE требует гораздо больше энергии, чем просто работа микроконтроллера, поэтому пакеты передачи должны быть короткими и нечастыми, между которыми медленно заполняется некоторый накопитель энергии (конденсатор). Это сфера микроватт или, может быть, нановатт, так что забудьте о том, чтобы ваш мобильный телефон непрерывно заряжался во время прогулки.

Причина, по которой мы не распределяем власть, как пытался Тесла, заключается в том, что она не работает. Это в основном глупая идея, потому что:

1. Мощность, доступная в любом фиксированном объеме, уменьшается с кубом расстояния от передатчика. Скажем, например, что вы можете извлечь 100 кВт из кубического метра в 10 метрах от передатчика. На 100 метрах это будет 100 Вт. На 200 метрах 12,5 Вт, чего едва хватает для питания света.

2. Невозможно измерить индивидуальное использование, так как вы взимаете плату с людей? Вы не можете ожидать, что я заплачу только потому, что вы построили башню. Я могу утверждать, что никогда не использовал силу, а ты не можешь доказать обратное.

3. Мы действительно не знаем, каковы последствия для здоровья длительного воздействия значительных мощных электрических полей. Думаю об этом. Если предполагается, что лампочка перехватывает силу этого поля, чтобы осветить себя, то как именно ваше тело не должно перехватывать какую-то силу?

4. Как вы удерживаете обычный объект, обладающий правильными электрическими свойствами, от перехвата питания и нагрева? Вы должны быть очень осторожны с использованием любого материала, который не является хорошим изолятором. Вы должны тщательно помнить о его размере, ориентации и импедансе, чтобы он не захватывал энергию вокруг Е-поля. Подумайте обо всех металлических предметах, которые вы считаете само собой разумеющимся. Даже алюминиевая банка содовой может быть проблемой.

5. Это ужасно неэффективно, даже если это сработало. Там будет много обычных объектов, как в # 4 выше. Не говоря уже о том, что происходит с этими объектами, когда они перехватывают эту власть, но подумайте об огромной трате энергии со стороны производителя. Каждая влажная ветвь дерева, земля и все виды вещей получат энергию от этого поля.

Как я уже сказал, это глупая идея, и это была глупая идея, когда Тесла тоже попробовал ее, как должны были сказать ему некоторые из его собственных уравнений.

Адвокат:

Посмотрим, правильно ли я это понимаю. Если у вас излучение или электромагнитные волны, идущие от вашей системы, энергия тратится впустую?

Тесла:

Абсолютно впустую. Из моей схемы вы можете получить либо электромагнитные волны, 90 процентов электромагнитных волн, если хотите, и 10 процентов текущей энергии, которая проходит через Землю. Или вы можете повернуть процесс вспять и получить 10 процентов энергии электромагнитных волн и 90 процентов энергии тока, который проходит через землю.

Это так: я изобрел нож. Нож можно резать острым краем. Я говорю человеку, который применяет мое изобретение, вы должны резать острым краем. Я прекрасно знаю, что ты можешь резать масло тупым краем, но мой нож не предназначен для этого. Вы не должны заставлять антенну испускать 90 процентов электромагнитных и 10 процентов в волнах тока, потому что электромагнитные волны теряются к тому времени, когда вы находитесь на расстоянии нескольких дуг вокруг планеты, в то время как ток распространяется на крайнее расстояние земного шара и может быть восстановленным.

Эта точка зрения, кстати, сейчас подтверждается. Обратите внимание, например, на математический трактат Зоммерфельда [*], который показывает, что моя теория верна, что я был прав в своих объяснениях явлений и что профессия была полностью введена в заблуждение. Это причина, почему эти мои последователи в высокочастотных токах допустили ошибку. Они хотели создать высокочастотные генераторы на 200 000 циклов с идеей, что они будут генерировать электромагнитные волны, 90 процентов - электромагнитные волны, а остальные - текущую энергию. Я использовал только низкие чередования, и я произвел 90 процентов в текущей энергии и только 10 процентов в электромагнитных волнах, которые были потрачены впустую, и именно поэтому я получил свои результаты. , , ,

Видите ли, устройство, которое я разработал, было устройством, позволяющим создавать огромные разности потенциалов и токов в цепи антенны. Эти требования должны быть выполнены независимо от того, передаете ли вы током проводимости или передаете электромагнитными волнами. Вы хотите высокие потенциальные токи, вы хотите большое количество вибрационной энергии; но вы можете градуировать эту вибрирующую энергию. При правильном дизайне и выборе длины волны вы можете расположить его так, чтобы вы получали, например, 5 процентов в этих электромагнитных волнах и 95 процентов в токе, который проходит через землю. Это то, что я делаю. Или вы можете получить, как эти радиолюбители, 95 процентов энергии электромагнитных волн и только 5 процентов энергии тока. , , , Аппарат подходит для одного или другого метода. Я не создаю радиацию с моей системой; Я подавляю электромагнитные волны. , , , В моей системе вы должны освободить себя от мысли, что есть излучение, что энергия излучается. Не излучается; это сохраняется. , , ,

Тесла не был глупым!

:)

Я где-то читал, что он остановил это из-за страха перед физическим воздействием, которое система может оказать на нас. В конце концов, я думаю, что если он скажет, что это сработает, то это сработает .... пора идти с парнем, который изобрел электричество, как мы используем его по сей день ... и радио ... и рентген ... Плохо, что его нет до сих пор, успехов, которые он сделал бы сегодня!