Czytałem dziś o Nikoli Tesli (przez Owsiankę ) i czytałem o Wieży Wardenclyffe, która (między innymi) miała przesyłać energię elektryczną bezprzewodowo. Wybacz sobie naiwność pytania, ale jeśli technologia, która może bezprzewodowo przesyłać prąd elektryczny, została wynaleziona ponad 100 lat temu, dlaczego nie wykorzystujemy bezprzewodowej energii elektrycznej w naszym codziennym życiu? Innymi słowy, dlaczego musimy fizycznie podłączyć nasze urządzenia elektryczne (telefony / komputer itp.), Jeśli istnieje coś takiego jak bezprzewodowa energia elektryczna? Jeśli jest to kwestia wydajności / kosztu, wyobrażam sobie, że niektórzy bogaci ludzie nadal nie mieliby nic przeciwko płaceniu dodatkowej, w świetle marnotrawstwa, za dodatkową wygodę.

Proszę wytłumaczyć laikowi (choć wystarczyłaby prosta odpowiedź).

Codziennie korzystam z bezprzewodowej energii elektrycznej.

W mojej szczoteczce do zębów:

I w moim telefonie komórkowym:

Metoda zastosowana w moich urządzeniach nosi nazwę ładowania indukcyjnego . Mówię o tym nieco więcej w odpowiedzi na to pytanie . Jest to obecnie najczęstsza i najbardziej praktyczna forma bezprzewodowego przesyłania energii. Ale jak zauważyło wiele komentarzy, uważa się to za transmisję bliskiego pola. Dzięki efektywnemu zasięgowi zaledwie kilku milimetrów jest bardzo blisko pola.

Ilość energii dostarczonej, a wydajność transferu można zwiększyć trochę (choć nadal uważa się za blisko pola) dodając kondensator siebie zwojów induktora i strojenia powstałe sieci RLC mieć wysoki współczynnik Q u ta sama częstotliwość (rezonansowa). Zespół z MIT przeprowadził badania nad wykorzystaniem rezonansu indukcyjnego jako bezprzewodowego systemu przenoszenia mocy.

Od tego czasu naukowcy utworzyli firmę o nazwie WiTricity w celu dalszego rozwoju technologii. Chociaż wciąż nie wprowadzili produktu na rynek komercyjny, zrobili imponujące demonstracje :

Termin WiTricity został użyty w projekcie, który miał miejsce w MIT, prowadzonym przez Marin Soljačić w 2007 roku. Naukowcy z MIT z powodzeniem wykazali zdolność bezprzewodowego zasilania 60-watowej żarówki za pomocą dwóch 5-zwojowych miedzianych cewek o długości 60 cm (24 cale ), które znajdowały się w odległości 2 m (7 stóp), z wydajnością około 45%. Cewki zaprojektowano tak, aby rezonowały razem przy 9,9 MHz (≈ długości fali 30 m) i były zorientowane wzdłuż tej samej osi. Jeden był podłączony indukcyjnie do źródła zasilania, a drugi do żarówki. Zestaw włączał żarówkę, nawet gdy bezpośrednia linia wzroku została zablokowana za pomocą drewnianego panelu. Naukowcom udało się zasilić 60-watową żarówkę z wydajnością około 90% w odległości 3 stóp. Projekt badawczy został wydzielony do prywatnej firmy, zwanej także WiTricity.

Należy zauważyć, że odległość między nadajnikiem a odbiornikiem odgrywa kluczową rolę w określeniu, ile energii można niezawodnie przekazać. Jak widać w tym artykule opartym na projekcie MIT, zanik napięcia w odniesieniu do odległości między cewkami jest wykładniczy:

Ale istnieje wiele innych metod, takich jak mikrofalówka i laser, które są w stanie osiągnąć znacznie większe odległości. Jednak metody te są bardzo kierunkowe i dlatego mają zastosowanie na znacznie mniejszym obszarze niż proponowana przez Teslę Wieża Wardenclyffe, która byłaby dookólna. Istnieje również wiele innych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wdrażaniu jednej z tych metod:

Kuchenka mikrofalowa:

Przenoszenie mocy za pomocą fal radiowych może być bardziej ukierunkowane, umożliwiając wiązkę mocy na większe odległości, przy krótszych długościach fal promieniowania elektromagnetycznego, zwykle w zakresie mikrofal. Prostownik może być wykorzystany do zamiany energii mikrofalowej z powrotem na elektryczność. Osiągnięto skuteczność konwersji prostokąta przekraczającą 95%. Proponowano wiązkę mocy za pomocą mikrofal do przesyłania energii z orbitujących satelitów energii słonecznej na Ziemię, a rozważono promieniowanie energii do statku kosmicznego opuszczającego orbitę.
...
W przypadku zastosowań naziemnych matryca odbiorcza o dużej powierzchni 10 km pozwala na stosowanie dużych całkowitych poziomów mocy podczas pracy przy niskiej gęstości mocy sugerowanej dla bezpieczeństwa narażenia elektromagnetycznego człowieka. Bezpieczna dla człowieka gęstość mocy 1 mW / cm2 rozmieszczona na obszarze o średnicy 10 km odpowiada całkowitemu poziomowi mocy 750 megawatów. Jest to poziom mocy występujący w wielu nowoczesnych elektrowniach.
...
Bezprzewodowe przesyłanie dużej mocy za pomocą mikrofal jest dobrze sprawdzone. Eksperymenty z dziesiątkami kilowatów przeprowadzono w Goldstone w Kalifornii w 1975 roku, a ostatnio (1997) w Grand Bassin na Reunion. Metody te osiągają odległości rzędu kilometra.

Laser

Zalety laserowego transferu energii w porównaniu z innymi metodami bezprzewodowymi to:

1. skolimowana monochromatyczna propagacja czoła fali pozwala na wąski przekrój wiązki do przesyłania energii na duże odległości.
2. kompaktowy rozmiar laserów półprzewodnikowych - laserów półprzewodnikowych - pasują do małych produktów.
3. brak zakłóceń częstotliwości radiowych w istniejącej komunikacji radiowej, takiej jak Wi-Fi i telefony komórkowe.
4. kontrola dostępu; tylko odbiorniki oświetlone laserem odbierają energię.

Jego wady to:

1. Promieniowanie laserowe jest niebezpieczne, nawet przy niskim poziomie mocy może oślepić ludzi i zwierzęta, a przy wysokich poziomach mocy może zabić poprzez miejscowe ogrzewanie punktowe
2. Konwersja na światło, na przykład za pomocą lasera, jest nieefektywna
3. Przekształcenie z powrotem w elektryczność jest nieefektywne, a ogniwa fotowoltaiczne osiągają wydajność 40–50%. (Należy zauważyć, że wydajność konwersji jest raczej wyższa w przypadku światła monochromatycznego niż w przypadku nasłonecznienia paneli słonecznych).
4. Absorpcja atmosferyczna oraz absorpcja i rozpraszanie przez chmury, mgłę, deszcz itp. Powoduje straty, które mogą sięgać nawet 100% strat
5. Podobnie jak w przypadku promienia mikrofalowego, ta metoda wymaga bezpośredniej linii wzroku do celu.

I oczywiście istnieje metoda „zaburzonego ładunku ziemi i powietrza” stosowana przez Teslę. Jeśli chodzi o system Tesli, został on zamknięty, ponieważ skończyły się fundusze i załamała się giełda . Jeśli chodzi o to, dlaczego nie został wypróbowany, to przede wszystkim dlatego, że takiego systemu nie można było ściśle zmierzyć. Dlatego firmy energetyczne nie mogły pobierać opłat za jedno użycie i zarabiać dużo pieniędzy. Bez możliwości zarabiania na technologii nigdy nie zostaną poczynione żadne inwestycje w badania i rozwój. W każdym razie taka jest teoria spiskowa. Chociaż istnieje wiele innych powodów, dla których ta metoda jest albo niewykonalna, albo po prostu zupełnie nie działa.

Nie mogłem znaleźć artykułu z ostatecznymi liczbami co do wydajności. Sądzę jednak, że wydajność jest głównym powodem, dla którego nie widzisz tej technologii w szerszym zastosowaniu. Jednak istnieje, ludzie tacy jak ja (czytaj: nie bogaci) mają do niego dostęp i działa całkiem dobrze.

Edytować:

Znalazłem studium przypadku przeprowadzone przez Wireless Power Consortium, producenta ładowarki qi do mojego telefonu, które stwierdza (moje podkreślenie):

W tej sekcji porównujemy całkowity pobór mocy w okresie 5 lat

Studium przypadku:

Średnia wydajność systemu ładowarki bezprzewodowej N sys-wireless = 0,50 (50%)

Średnia wydajność system przewodowy zasilacza N sys okablowane = 0,72 (72%) Przyjmuje się, że średnia moc ładowania 2W.

Tak więc przewodowa część ich systemu ma wydajność 72%, a część bezprzewodowa ma wydajność 50%. Jest to metoda indukcyjna, w której cewki znajdują się w odległości kilku milimetrów. Porównaj to z WiTricity od Joela, który podaje wydajność 40% na 2 metrach.

Uwzględnij dodatkowe koszty związane z dodatkową cyrkulacją i komponentami systemu bezprzewodowego w porównaniu do kosztu długości drutu miedzianego, a zobaczysz, dlaczego bezprzewodowy transfer energii na duże odległości jest nadal uważany za niepraktyczny w przypadku masowego użytku.

Jeśli promieniujesz mocą sferycznie (równą we wszystkich kierunkach), moc odbierana na drugim końcu będzie proporcjonalna do procentu kuli pokrywanej przez odbiornik. Im dalej się znajdujesz, tym mniej energii wychwytujesz dla anteny tej samej wielkości, proporcjonalnie do 1 / r ^ 2. Reszta energii jest marnowana w wolną przestrzeń. Oczywiście jest to model bardzo uproszczony. Jeśli wiesz, gdzie jest odbiornik, nadaj kierunek nadajnika, użyj rezonansu itp., Ale masz pomysł. Energia bezprzewodowa nie trafia magicznie do odbiornika ze 100% wydajnością. Do tego dochodzi obwód konwersji mocy, który nie jest w 100% wydajny.

Jeśli wysyłanie i odbieranie są w milimetrach, a poziomy mocy są niskie, jak w szczoteczce do zębów lub stacji dokującej do telefonu, wówczas wydajność jest do zaakceptowania, a utrata mocy nie kosztuje dużo. Szczoteczka do zębów kosztuje tylko grosze rocznie, aby utrzymać ładunek, więc warto wymienić dodatkowy koszt energii na uszczelnienie produktu w łazience. Podkładka pod twoim samochodem elektrycznym, przesyłająca tysiące watów ponad metr nad ziemią, marnowałaby dziesiątki dolarów miesięcznie na koszt energii w porównaniu z podłączeniem do sieci. po prostu nie działa.

Widzimy jeszcze, że energia bezprzewodowa lub otaczająca staje się popularna dla małych urządzeń wbudowanych, takich jak mikrokontroler małej mocy monitorujący coś. Jeśli pobór mocy mikrokontrolera jest wystarczająco niski, może on nieprzerwanie pracować z małego panelu słonecznego, cewki drutu jak na znaczku RFID, urządzeniu piezoelektrycznym itp. Energię można pozyskiwać z sygnałów WiFi, ciepła, ruchów mechanicznych lub innych sposobów, które nie są obecnie używane, ponieważ poziomy mocy są zbyt niskie, aby były użyteczne. Przesyłanie zgromadzonych danych przez, powiedzmy, Bluetooth LE wymaga znacznie więcej energii niż po prostu uruchomienie mikrokontrolera, więc impulsy transmisji muszą być krótkie i rzadkie, a między nimi powoli zapełnia się część zasobnika energii (kondensatora). To królestwo mikrowatów, a może nanowatów, więc zapomnij o ciągłym ładowaniu telefonu komórkowego.

Powodem, dla którego nie rozdzielamy mocy, jak próbowała Tesla, jest to, że ona nie działa. Jest to w zasadzie głupi pomysł, ponieważ:

1. Moc dostępna w dowolnej stałej objętości zmniejsza się wraz z sześcianem odległości od nadajnika. Powiedzmy na przykład, że można pobrać 100 kW z metra sześciennego 10 metrów od nadajnika. Przy 100 metrach byłoby to 100 W. Przy 200 metrach 12,5 W, czyli zaledwie tyle, ile potrzeba do zasilenia światła.

2. Nie ma sposobu, aby zmierzyć indywidualne użycie, więc jak pobierasz opłaty od ludzi? Nie możesz oczekiwać, że zapłacę tylko dlatego, że postawiłeś wieżę. Mogę twierdzić, że nigdy nie użyłem żadnej mocy, a ty nie możesz udowodnić inaczej.

3. Naprawdę nie wiemy, jakie są skutki zdrowotne długotrwałej ekspozycji na pola elektryczne o dużej mocy. Pomyśl o tym. Jeśli żarówka ma przechwytywać moc z tego pola, aby oświetlić samą siebie, to jak dokładnie twoje ciało nie powinno przechwytywać pewnej mocy?

4. Jak uchronić zwykły obiekt, który ma właściwe właściwości elektryczne, przed przechwytywaniem energii i podgrzewaniem? Trzeba być bardzo ostrożnym przy użyciu dowolnego materiału, który nie jest dobrym izolatorem. Trzeba będzie pamiętać o jego rozmiarze, orientacji i impedancji, aby uniknąć pobierania energii z pola E wokół niego. Pomyśl o wszystkich metalowych przedmiotach, które bierzesz za pewnik. Problemem może być nawet aluminiowa puszka napoju gazowanego.

5. Jest okropnie nieefektywny, nawet jeśli zadziałał. Będzie wiele zwykłych obiektów, jak w punkcie 4 powyżej. Nie mówiąc już o tym, co dzieje się z tymi obiektami, gdy przechwytują one tę moc, ale pomyśl o ogromnym marnowaniu energii ze strony producenta. Każda mokra gałąź drzewa, ziemia i wszelkiego rodzaju rzeczy będą czerpać moc z tego pola E.

Jak powiedziałem, to głupi pomysł i był głupi pomysł, gdy Tesla też go wypróbował, jak powinny powiedzieć niektóre z jego równań.

Rada:

Zobaczmy, czy dobrze to rozumiem. Jeśli masz promieniowanie lub fale elektromagnetyczne wychodzące z twojego systemu, energia jest marnowana?

Tesla:

Absolutnie zmarnowane. Z mojego obwodu można uzyskać albo fale elektromagnetyczne, 90 procent fal elektromagnetycznych, jeśli chcesz, i 10 procent w bieżącej energii, która przechodzi przez ziemię. Lub możesz odwrócić proces i uzyskać 10 procent energii w falach elektromagnetycznych i 90 procent energii prądu przepływającego przez Ziemię.

Jest tak: wynalazłem nóż. Nóż może ciąć ostrą krawędzią. Mówię mężczyźnie, który stosuje mój wynalazek, musisz ciąć ostrą krawędzią. Wiem doskonale, że tępym brzegiem można kroić masło, ale mój nóż nie jest do tego przeznaczony. Nie wolno dopuścić, aby antena emitowała 90 procent fal elektromagnetycznych i 10 procent fal prądowych, ponieważ fale elektromagnetyczne są tracone do czasu, gdy przebywasz kilka łuków wokół planety, podczas gdy prąd przemieszcza się na najwyższą odległość globu i może być odzyskanym.

Nawiasem mówiąc, ten pogląd został teraz potwierdzony. Zauważmy na przykład traktat matematyczny Sommerfelda [*], który pokazuje, że moja teoria jest poprawna, że ​​miałem rację w wyjaśnieniach zjawisk i że zawód został całkowicie wprowadzony w błąd. To jest powód, dla którego moi wyznawcy prądu o wysokiej częstotliwości popełniali błąd. Chcieli wytwarzać alternatory wysokiej częstotliwości o wartości 200 000 cykli, myśląc, że wytwarzają fale elektromagnetyczne, 90 procent fal elektromagnetycznych, a resztę energii bieżącej. Użyłem tylko niskich napięć i wytworzyłem 90 procent energii bieżącej i tylko 10 procent fal elektromagnetycznych, które są marnowane, i dlatego otrzymałem swoje wyniki. . . .

Widzisz, urządzenie, które opracowałem, było urządzeniem umożliwiającym wytwarzanie ogromnych różnic potencjałów i prądów w obwodzie anteny. Wymagania te muszą być spełnione, niezależnie od tego, czy transmitujesz prądami przewodzącymi, czy falami elektromagnetycznymi. Chcesz wysokich prądów potencjalnych, dużej ilości energii wibracyjnej; ale możecie ukończyć tę energię wibracyjną. Dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu i doborowi długości fal, możesz je tak ustawić, aby uzyskać na przykład 5 procent fal elektromagnetycznych i 95 procent prądu przepływającego przez Ziemię. Właśnie to robię. Albo, jak ci radiowi, możesz uzyskać 95 procent energii fal elektromagnetycznych i tylko 5 procent energii prądu. . . . Aparat jest odpowiedni dla jednej lub drugiej metody. W moim systemie nie wytwarzam promieniowania; Tłumię fale elektromagnetyczne. . . . W moim systemie powinieneś uwolnić się od idei, że istnieje promieniowanie, że energia jest promieniowana. Nie jest promieniowane; jest zachowane. . . .

Tesla nie był głupi!

:)

Czytałem gdzieś, że to zatrzymał z obawy przed fizycznymi skutkami, jakie system może mieć na nas. W końcu myślę, że gdyby powiedział, że to zadziała, to zadziała ... muszę iść z facetem, który wynalazł elektryczność, kiedy używamy jej do dziś ... i radio ... i promieniowanie rentgenowskie ... . źle, że wciąż go nie ma, postępy, które zrobiłby dzisiaj!