3 способа энергопередачи без проводов — от Теслы до нашего времени.

Когда компания Apple представила собственное первое беспроводное устройство зарядки для мобильных телефонов и гаджетов, многие сочли это революцией и очень большим скачком вперед в беспроводных способах энергопередачи.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то получалось сделать нечто аналогичное, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом издревле и изобретателей подобных было много.

В настоящий момент такой фокус может повторить любой учащийся начальной школы, вышедши в чистое поле и встав с лампой люминесцентной под линию большого напряжения от 220кв и выше.

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.

В нашей стране в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счёту это тоже считается беспроводной энергопередачей.

Один из самых важных и в это же время проблема всей технологии беспроводных зарядок и аналогичных способов состоит в 2-ух моментах:

насколько далеко можно передать электрическую энергию таким вариантом

и какое кол-во

Для начала предлагаю разобраться, какую мощность имеют приборы и домашняя техника нас находящиеся вокруг. К примеру для телефона, смартчасов или планшетного компьютера требуется максимум 10-12Вт.

У ноутбука запросы уже намного больше — 60-80Вт. Это вполне уместно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот домашняя техника, особенно кухонная, кушает уже пару тысяч ватт.

Благодаря этому чрезвычайно важно не экономить с количеством розеток в кухонной комнате.

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без использования кабелей или любых иных проводников, придумало человечество за все эти долгие годы. И самое основное, почему они до этого времени не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хочется.

Взять ту же самую технику для кухни. Давайте разберемся детальнее.

Самый легко реализуемый способ — применение катушек индуктивности.

Тут принцип самой простой. Берутся 2 катушки и размещаются рядом друг с другом. На одну из них подается питание. Иная играет роль приемника.

Когда в источнике питания изменяется или меняется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматично также меняется. Как гласят законы физики, при этом будет появляться ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Кажется все просто. Но минусы искажают всю радужную картинку. Минусов три:

небольшая мощность

Этим способом вы не передадите значительные объемы и не сумеете присоединить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

маленькое расстояние

Даже не задумывайтесь тут о передаче электричества на десятки или сотни метров. Этот метод имеет небольшое действие.

Чтобы физически понять, до какой степени все плохо, берите два магнита и прикиньте, насколько далеко их необходимо развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться один от одного. Вот приблизительно аналогичная результативность и у катушек.

Можно разумеется исхитриться и достичь того, чтобы эти два элемента постоянно были недалеко один от одного. К примеру электрический автомобиль и специализированная подзаряжающая дорога.

Однако в какие суммы выльется строительство подобных магистралей.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позднее он перешел на эксперименты с атмосферным электротоком, рассчитывая в нем отыскать разгадку и решение проблемы.

Впрочем какими бы не казались бесполезными эти все штуки, при их помощи до этого времени можно устраивать привлекательные светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику намного большую чем телефоны. К примеру электрические велосипеды.

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах аналогичную технологию мы видим достаточно часто.

Первое что на ум приходит даже учащемуся начальной школы — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.

Разумеется, при их помощи можно передать огромное количество эл.энергии на очень хорошие расстояния. Но снова все портит небольшая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земля есть обстановка. А она как раз таки отлично глушит и кушает большую половину всей энергии излучения лазером. Благодаря этому с этой технологией стоит идти в космос.

В конце концов выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей начальной энергии.

Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат сочли успешным.

Отметим, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет конкретно на свет, и того меньше. Благодаря этому из них и выгоднее делать обогреватели инфракрасного типа.

Неужели нет иного по настоящему работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специализированные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.

Какой бы ни была плохой погода, при передаче при помощи микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Однако для этого вы в первую очередь должны изменить переменный ток в микроволны, после их словить и снова вернуть в первое состояние.

Первую проблематику ученые решили издревле. Они изобрели для этого специализированное устройство и назвали его магнетрон.

Причем это было выполнено настолько профессионально и безопасно, что сегодня любой из вас в своем доме имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и внимание свое обратите на собственную микроволновую печь.

У нее в середине стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как выполнить обратное переустройство? И здесь было выработано два подхода:

Американский

В Америке еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и исполняла требуемую задачу. Другими словами преобразовывала падающее на него излучение, назад в переменный ток.

Он даже дал ей собственное название — ректенна.

После изобретения пошли опыты. И в 1975г с помощью ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

Спустя практически полвека, этот навык до сих так никто и не смог превысить. Кажется метод найден, так чего же эти ректенны не запустили в массы?

И здесь снова всплывают минусы. Ректенны были собраны на основе маленьких полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы пожелаете передать десятки или сотни квт, то будьте готовыми собирать огромные панели.

И вот здесь как раз таки появляются не разрешимые трудности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, плюс ко всему еще и приблизиться к панелям без потери собственного здоровья не сумеете.

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за небольшой перегрузки перегореть одному, и другие ломаются лавинообразно, сродни спичкам.

В советском союзе все было двери гладкиенемного по другому. Не напрасно наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся иностранная техника сразу поломается, а советская нет. Весь секрет здесь в лампах.

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали говоря иначе циклотронный преобразователь энергии. Он имеет хорошие размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата немного поменьше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.

Однако в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд значительных плюсов:

надежность

высокая мощность

устойчивость к перегрузкам

отсутствие переизлучения

низкая стоимость изготовления

После первого возникновения полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические проверки говорят про то, что это очень часто ошибочный подход.

Разумеется, ламповые мобильные телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.

Но порой только выверенные старые методы, могут нас спасти в безвыходных ситуациях.

В конце концов на данное время, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограниченный как расстоянием, так и мощностью.

Но этого абсолютно хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшетного компьютера или чего-то намного больше. КПД хотя и небольшой, но метод все же рабочий.

Способ с лазерами прекрасен только в космосе. На земле это не довольно эффективно. Правда когда иного выхода нет, воспользуйтесь и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. При их помощи можно передавать энергию:

на земля и в космосе

с поверхности земли на космический корабль или спутник

и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

За все останние годы, согласно приведенным выше технологиям, ученые пытались и пытаются осуществить только два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, появилась необходимость в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.

Горный рельеф и районная растительность, не позволяли провести там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось только на вертолетах.

С целью решения проблемы в одну команду были собраны отличные умы из различных стран. Также и прежде упоминавшиеся в публикации, наши исследователи из Москвы В.Ванке и В.Савин.

Но в момент, когда должны были приступить к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с самим началом кризиса в 2008 году и совсем закинули.

В действительности это очень жалко, так как теоретическая работа там была проделана грандиозная и достойная реализации.

Второй проект, смотрится более безумным чем первый. Впрочем на него выделяются настоящие средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из Соединённых Штатов П.Глэйзером.

Он предложил в то время не очень нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землёй очень большой спутник. На нем разместить фотоэлектрические батареи, которые будут собирать бесплатную солнечную энергию.

После все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.

На земля пучок необходимо словить огромными антеннами и изменить в электричество.

Насколько огромны обязаны быть эти антенны? Вообразите, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земля приемник должен быть в 5 раза больше — 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это только небольшая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. Например Красноярская ГЭС даёт 6ГВт.

Благодаря этому его идею рассмотрели, сочли и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в то время вылезла за 1трлн.$.

Но наука на счастье на месте не стоит. Технологии дорабатываются и улучшаются и дешевеют. В настоящий момент разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого столетия для беспроводной передачи электрической энергии хватало только одного гениального человека.

Общая стоимость проекта упала от начальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшем будущем его реализацию?

К несчастью никто вам четкого ответа не даст. Ставки выполняют исключительно на вторую половину теперешнего века. Благодаря этому пока давайте обходиться беспроводными зарядками для смартфонов и рассчитывать что ученым получится увеличить их КПД. Ну или в конце концов на Земля родится второй Никола Тесла.