نقل الطاقة الكهربائية عبر الأسلاك إلى طائرة هليكوبتر. نقل الطاقة اللاسلكية: التاريخ والتكنولوجيا والمعدات

تم تحرير الأجهزة المنزلية التي تعمل بالطاقة غير الملموسة من أسلاك كهربائيةهذه ليست المرة الأولى التي تثير عقول المخترعين. ولكن الآن وصل الخبراء إلى حد تعليم المكانس الكهربائية التجارية، ومصابيح الأرضية، وأجهزة التلفزيون، والسيارات، والمزروعات، والروبوتات المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة لتلقي التيار بشكل فعال وآمن من مصدر لاسلكي.

في الآونة الأخيرة، اتخذ فريق من العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، بقيادة مارين سولياتشيتش، خطوة أخرى نحو تحويل تكنولوجيا الكهرباء اللاسلكية من "خدعة" مختبرية إلى تكنولوجيا قابلة للتكرار. وبشكل غير متوقع، اكتشفوا تأثيرًا يسمح لهم بزيادة كفاءة الإرسال. ولكن قبل الحديث عن التجربة الجديدة، من المفيد الاستطراد.

كحامل للطاقة في في هذه الحالةيتم استخدام مجال مغناطيسي قريب، يتأرجح بتردد عالٍ يصل إلى عدة ميغاهيرتز. للنقل، هناك حاجة إلى ملفين مغناطيسيين، مضبوطين على نفس تردد الرنين. يقارن العلماء نقل الطاقة بينهما بتدمير الزجاج الرنان عندما "يسمع" صوتًا بتردد محدد بدقة.

مثالية (على هذه الصورة) الملفات المغناطيسية (الصفراء)، المحاطة بمجالاتها (الأحمر والأزرق)، تنقل الطاقة لبعضها البعض على مسافة D، أكبر بعدة مرات من حجم الملفات نفسها. وهذا ما يسميه العلماء الاقتران المغناطيسي الرنيني (أو الاقتران) - الاقتران المغناطيسي الرنيني (الرسم التوضيحي بواسطة WiTricity).

ونتيجة لتفاعل الملفات يتم الحصول على ما يسمى بـ”الكهرباء اللاسلكية” (WiTricity). بالمناسبة هذه الكلمة هي علامة تجارية، والتي تنتمي إلى الشركة التي تحمل الاسم نفسه، والتي أسسها سولياتشيتش وعدد من زملائه من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. وتشير المؤسسة إلى ذلك هذا المصطلحتنطبق فقط على التكنولوجيا والمنتجات التي تم إنشاؤها على أساسها. نرجو منك عدم استخدام "المدينة البيضاء" كمرادف لنقل الطاقة لاسلكيًا بشكل عام.

ويطلب المخترعون أيضًا عدم الخلط بين WiTricity ونقل الطاقة عبر الموجات الكهرومغناطيسية: ويقولون إن الطريقة الجديدة "غير إشعاعية".

وبعض "الملاحظات" الأكثر أهمية التي أشار إليها المبدعون. WiTricity ليس نظيرًا لمحول ذو ملفات مفصولة بعدة أمتار (الأخير في هذه الحالة يتوقف عن العمل). هذه ليست فرشاة أسنان كهربائية محسنة: على الرغم من أنه يمكن شحنها دون اتصال كهربائي، إلا أنها لا تزال تتطلب وضعها في "قفص الاتهام" لتقريب الملفات الحثية المرسلة والمستقبلة إلى مسافة ملليمتر واحد. "Whitecity" ليس ميكروويفًا يمكنه قلي كائن حي، نظرًا لأن المجال المغناطيسي النابض الذي يعمل في نظام WiTricity لا يؤثر على الشخص. أخيرًا، "الكهرباء اللاسلكية" ليست حتى برج "واردنكليف" "الغامض والرهيب" الذي صممه تسلا، والذي كان المخترع العظيم ينوي من خلاله إثبات نقل الطاقة عبر مسافات طويلة.

أول تجربة في نقل الطاقة لاسلكيا باستخدام طريقة WiTricity إلى مصباح كهربائي بقدرة 60 واط، على بعد أكثر من مترين من المصدر، أجراها مارين وزملاؤه في عام 2007. كانت الكفاءة منخفضة - حوالي 40٪، ولكن حتى ذلك الحين أشار المخترعون إلى الميزة الملموسة للمنتج الجديد - السلامة.

المجال المستخدم في النظام أضعف بمقدار 10 آلاف مرة مما يسود في قلب ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. لذلك لا الكائنات الحية، ولا المزروعات الطبية، ولا أجهزة تنظيم ضربات القلب وغيرها من المعدات الحساسة من هذا النوع، ولا الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية يمكنها أن تشعر بتأثير هذا المجال.

المؤلفون الرئيسيون لـ WiTricity: مارين سولجاسيتش (يسار)، أريستيديس كاراليس، وجون جوانوبولوس. على اليمين: مخطط الرسم البياني WiTricity. يتم توصيل ملف الإرسال (يسار) بالمقبس. الاستقبال - متصل بالمستهلك. خطوط المجال المغناطيسي للملف الأول (اللون الأزرق) قادرة على الانحناء حول عوائق موصلة صغيرة نسبيًا (ولا تلاحظ الخشب أو القماش أو الزجاج أو الخرسانة أو أي شخص على الإطلاق)، وتنقل الطاقة بنجاح (الخطوط الصفراء) إلى حلقة الاستقبال (الصورة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / دونا كوفيني، رسم توضيحي بواسطة WiTricity).

الآن اكتشف سولجاتشيتش وزملاؤه أن كفاءة نظام WiTricity لا تتأثر فقط بحجم الملفات وهندستها وضبطها، وكذلك المسافة بينها، ولكن أيضًا بعدد المستهلكين. ولكن من المفارقة للوهلة الأولى أن جهازي استقبال موضوعين على مسافة 1.6 إلى 2.7 متر على جانبي "هوائي" الإرسال أظهرا كفاءة أفضل بنسبة 10٪ مما لو تم الاتصال فقط بين مصدر واحد ومستهلك، كما كان الحال. في التجارب السابقة.

علاوة على ذلك، لوحظ التحسن بغض النظر عن مدى كفاءة أزواج المرسل والمستقبل بشكل منفصل. اقترح العلماء أنه مع إضافة المزيد من المستهلكين الجدد، ستزداد الكفاءة، على الرغم من أنه ليس من الواضح تمامًا كم. (يتم الكشف عن تفاصيل التجربة في رسائل الفيزياء التطبيقية.)

بلغت مساحة ملف الإرسال في التجربة الجديدة 1 متر مربع، وكانت مساحة ملفات الاستقبال 0.07 م2 فقط لكل منهما. وهذا أمر مثير للاهتمام أيضًا: إن ضخامة "أجهزة الاستقبال" في التجارب السابقة أثارت تساؤلات حول رغبة الشركات المصنعة للمعدات في تجهيز معداتها بمثل هذه الأنظمة - من غير المرجح أن ترغب في جهاز كمبيوتر محمول ذاتي الشحن، وحدة WiTricity قابلة للمقارنة في حجم الكمبيوتر نفسه

على اليسار: 1 - دائرة خاصة تحول التيار المتردد العادي إلى تيار عالي التردد، وتقوم بتشغيل ملف إرسال ينشئ مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا. 2 – يجب ضبط ملف الاستقبال في جهاز المستهلك على نفس التردد . 3- يؤدي اتصال الرنين بين الملفين إلى تحويل المجال المغناطيسي مرة أخرى إلى تيار كهربائي، وهو ما يزود المصباح الكهربائي بالطاقة.
على اليمين: وفقا لمؤلفي النظام، يمكن لملف واحد في السقف توفير الطاقة لجميع الأجهزة والأجهزة في الغرفة - من عدة مصابيح وجهاز تلفزيون إلى جهاز كمبيوتر محمول ومشغل DVD (الرسم التوضيحي من WiTricity).

ولكن الشيء الرئيسي هو تأثير تحسين الكفاءة الشاملة عندما العمل المتزامنمع العديد من المستهلكين يعني الضوء الأخضر لحلم Soljači الأزرق - منزل مليء بمجموعة متنوعة من الأجهزة التي تتلقى الطاقة من "بواعث غير قابلة للانبعاث" غير مرئية مخبأة في أسقف أو جدران الغرف.

أو ربما ليس فقط في الغرف، ولكن أيضا في المرآب؟ وبطبيعة الحال، يمكنك شحن سيارة كهربائية بالطريقة المعتادة. لكن جمال WiTricity هو أنك لا تحتاج إلى توصيل أي شيء في أي مكان وحتى تذكره - من الناحية النظرية، يمكن تعليم السيارة نفسها عند وصولها إلى المرآب (أو ساحة انتظار الشركة) لإرسال "طلب" إلى النظام وإعادة شحن البطارية من ملف مغناطيسي موضوع على الأرض.

بالمناسبة، في بعض التجارب، قام متخصصو WiTricity بزيادة قوة النقل إلى ثلاثة كيلووات (وتذكر أنهم بدأوا بمصباح كهربائي بقوة 60 واط). تختلف الكفاءة اعتمادًا على مجموعة كاملة من المعلمات، ومع ذلك، وفقًا للشركة، مع وجود ملفات قريبة بدرجة كافية، يمكن أن تتجاوز 95٪.

ليس من الصعب تخمين أن الطريقة الواعدة لنقل الكهرباء عبر عدة أمتار بدون أسلاك والحاجة إلى توجيه نوع من "حزم الطاقة" يجب أن تكون موضع اهتمام مجموعة واسعة من الشركات. ويعمل البعض بالفعل في هذا الاتجاه بمفردهم.

على سبيل المثال، بدءًا من المبادئ التي تم إثباتها واختبارها بواسطة Soljachich وزملائه، تعمل شركة Intel الآن على تطوير تعديلها لنقل الطاقة الرنانة - وصلة الطاقة الرنانة اللاسلكية (WREL). وبالعودة إلى عام 2008، فقد حققت الشركة نتائج رائعة في هذا المجال، حيث أظهرت نقل التيار "المغناطيسي" بكفاءة تصل إلى 75%.

أحد ذوي الخبرة تركيبات إنتل WREL، الذي ينقل الطاقة لاسلكيًا (مع إشارة صوتية) من مشغل MP3 إلى مكبر صوت صغير (صورة من gizmodo.com).

تجري شركة سوني الآن تجاربها الخاصة، مستنسخة تجارب علماء الفيزياء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

ومع ذلك، فإن سولياتشيتش واثق من أن ابتكاره لن يضيع بين منتجات زملائه المنافسين. ففي نهاية المطاف، كان رواد التكنولوجيا هم الذين استفادوا منها إلى أقصى حد وهم على استعداد لدراستها وتحسينها بشكل متعمق. على سبيل المثال، إعداد زوج من الملفات ليس بالأمر السهل كما يبدو للوهلة السطحية. أجرى العالم تجارب في المختبر لعدة سنوات متتالية قبل أن يبني نظامًا يعمل بشكل موثوق حقًا.

عينة توضيحية لشاشة LCD تستقبل الطاقة الكهربائية من خلال النموذج الأولي الأول لمجموعة أدوات WiTricity المنزلية. يقع ملف الإرسال على الأرض، وملف الاستقبال على الطاولة (صورة WiTricity).

"الكهرباء اللاسلكية"، وفقًا لمؤلفيها، كان من المفترض في الأصل أن تكون أحد منتجات OEM. لذلك يمكننا أن نتوقع في المستقبل ظهور هذه التكنولوجيا في منتجات الشركات الأخرى.

وقد تم بالفعل إطلاق بالون تجريبي تجاه المستهلكين المحتملين. في يناير في لاس فيجاس في معرض CES 2010، عرضت شركة Haier الصينية أول تلفزيون HDTV لاسلكي بالكامل في العالم. لم يتم نقل إشارة الفيديو من المشغل فقط إلى شاشته عبر الأثير (والتي تم استخدام معيار الواجهة الرقمية اللاسلكية المنزلية، والتي وُلدت رسميًا قبل شهر واحد فقط)، ولكن أيضًا مصدر الطاقة. تم توفير هذا الأخير على وجه التحديد بواسطة تقنية WiTricity.

وتتفاوض شركة Soljachich أيضًا مع شركات تصنيع الأثاث حول تركيب ملفات في الطاولات وجدران الخزانات. ومن المتوقع أن يتم الإعلان الأول عن منتج تسلسلي من شريك WiTricity بحلول نهاية عام 2010.

بشكل عام، يتوقع الخبراء ظهور أكثر الكتب مبيعا في السوق - منتجات جديدة مع جهاز استقبال WiTricity المدمج. علاوة على ذلك، لا يمكن لأحد أن يقول بثقة ما هي الأشياء التي ستكون عليها.

هاير هي واحدة من أكبر الشركات المصنعة في العالم مستهلكى الكترونيات. ليس من المستغرب أن يصبح مهندسوها مهتمين بإمكانية الجمع بين أحدث التقنيات للإرسال اللاسلكي لإشارة HDTV وإمدادات الطاقة اللاسلكية، بل وتمكنوا من أن يكونوا أول من أظهر مثل هذا الجهاز أثناء العمل (الصور engadget.com، gizmodo) .com).

ومن المثير للاهتمام أن قصة WiTricity بدأت منذ عدة سنوات بسلسلة من الاستيقاظ المؤسف لمارين. عدة مرات على مدار الشهر، استيقظ على صوت هاتف مغلق يطلب منه "تناول الطعام". تفاجأ العالم الذي نسي توصيل هاتفه المحمول بمأخذ التيار في الوقت المناسب: أليس من المضحك أن الهاتف يقع على بعد أمتار قليلة من الشبكة الكهربائية، لكنه غير قادر على استقبال هذه الطاقة. بعد الاستيقاظ مرة أخرى في الساعة الثالثة صباحًا، فكر سولياتشيتش: سيكون من الرائع أن يتمكن الهاتف من الاعتناء بشحنه بنفسه.

لاحظ أننا لا نتحدث فورًا عن إصدار جديد من "الحصائر" لشحن أجهزة الجيب. تعمل مثل هذه الأنظمة فقط إذا تم وضع الجهاز مباشرة على "البساط"، وبالنسبة للأشخاص النسيان، فإن هذا ليس أفضل من الاضطرار ببساطة إلى توصيل السلك بمأخذ التيار. لا، كان على الهاتف أن يستقبل الكهرباء في أي مكان في الغرفة، أو حتى في الشقة، ولا يهم ما إذا كنت قد ألقيته على الطاولة أو الأريكة أو حافة النافذة.

لم يكن الحث الكهرومغناطيسي العادي وأشعة الميكروويف الموجهة وأشعة الليزر تحت الحمراء "الحذرة" مناسبة هنا. بدأت مارين بالبحث عن خيارات أخرى. لم يكن من الممكن أن يخطر بباله أنه بعد مرور بعض الوقت، سيقوده صوت الصافرة والهاتف "الجائع" إلى الخلق الشركة الخاصةوظهور التكنولوجيا القادرة على "تصدر عناوين الأخبار"، والأهم من ذلك، إثارة اهتمام الشركاء الصناعيين.

دعنا نضيف أن المدير التنفيذي للشركة، إريك جيلر، تحدث ذات مرة بشيء من التفصيل عن مبادئ WiTricity وتاريخها ومستقبلها.

يعلم الجميع أن نيكولا تيسلا هو مخترع أشياء موجودة في كل مكان مثل التيار المتردد والمحول. لكن ليس كل العلماء على دراية باختراعات تسلا الأخرى.

نحن نستخدم التيار المتردد. نحن نستخدم المحولات. في أي شقة. من الصعب أن نتخيل كيف يمكن الاستغناء عن هذه الاختراعات. ولكن كيف نستخدمها؟ استخدم تسلا هذه الأشياء المعروفة لنا (كما يبدو لنا) بطريقة مختلفة تمامًا. كيف نقوم بتوصيل أي جهاز كهربائي بالشبكة؟ بالشوكة - أي. اثنين من الموصلات. إذا قمنا بتوصيل موصل واحد فقط، فلن يكون هناك تيار - الدائرة ليست مغلقة.

أظهر تسلا تأثير نقل الطاقة من خلال موصل واحد. علاوة على ذلك، في تجارب أخرى، تم نقل الطاقة بدون أسلاك على الإطلاق. وفي نهاية القرن التاسع عشر، تمكن المخترع الكبير من نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا لمسافة تزيد عن 40 كيلومترًا. وبما أن تجربة تسلا المعروفة هذه لم تتكرر بعد، فمن المؤكد أن قرائنا سيهتمون بتفاصيل هذه القصة، وكذلك الوضع الحالي لمشكلة الإرسال طاقة كهربائيةبدون أسلاك.

سيرة المخترع الأمريكي الصربي بالولادة نيكولا تيسلا معروفة جيدًا ولن نتطرق إليها. لكن دعونا نوضح على الفور: قبل إظهار تجربته الفريدة، أثبت تسلا، لأول مرة في عام 1892 في لندن، وبعد عام في فيلادلفيا، بحضور متخصصين، إمكانية نقل الطاقة الكهربائية عبر سلك واحد، دون استخدام تأريض القطب الثاني من مصدر الطاقة.

ومن ثم خطرت له فكرة استخدام الأرض باعتبارها هذا السلك الوحيد! وفي نفس العام، في مؤتمر جمعية الإضاءة الكهربائية في سانت لويس، قام بالتظاهر المصابيح الكهربائية، والحرق بدون أسلاك إمداد، ومحرك كهربائي يعمل دون توصيله بالشبكة الكهربائية. وعلق على هذا المعرض غير العادي بما يلي: “كلمات قليلة عن فكرة تشغل أفكاري باستمرار وتشغل بالنا جميعا. أعني نقل الإشارات، وكذلك الطاقة، عبر أي مسافة دون أسلاك. نحن نعلم بالفعل أن الاهتزازات الكهربائية يمكن أن تنتقل عبر موصل واحد. لماذا لا تستخدم الأرض لهذا الغرض؟ إذا تمكنا من تحديد فترة تذبذب الشحنة الكهربائية للأرض عندما يتم اضطرابها بفعل دائرة مشحونة معاكسة، فسيكون ذلك حقيقة ذات أهمية بالغة، والتي ستفيد البشرية جمعاء.

عند رؤية مثل هذا العرض المذهل، استثمر القلة المشهورون مثل جي وستنجهاوس وجي بي مورجان أكثر من مليون دولار في هذا العمل الواعد، حيث اشتروا براءات اختراعه من تسلا (أموال ضخمة، بالمناسبة، في ذلك الوقت!).بهذه الأموال، في أواخر التسعينيات من القرن التاسع عشر، بنى تسلا مختبره الفريد في كولورادو سبرينغز. معلومات مفصلة عن التجارب في مختبر تسلا معروضة في كتاب كاتب سيرته الذاتية جون أونيل "بروميثيوس الكهربائي" (في بلدنا نُشرت ترجمته في مجلة "المخترع والمبتكر" العدد 4-11 لعام 1979) . سنقدم هنا مقتطفًا موجزًا فقط منه، حتى لا نشير إلى الطبعات اللاحقة: "في كولورادو سبرينغز، أجرت تسلا الاختبارات الأولى للنقل اللاسلكي للكهرباء. وتمكن من تشغيل 200 مصباح كهربائي متوهج تقع على بعد 42 كيلومترًا من مختبره بالتيار المستخرج من الأرض أثناء تشغيل هزاز عملاق.كانت كل قوة 50 واط، وبالتالي كان إجمالي استهلاك الطاقة 10 كيلو واط، أو 13 حصان. كان تسلا مقتنعًا بأنه بمساعدة هزاز أكثر قوة، يمكنه إضاءة عشرات الأكاليل الكهربائية المكونة من 200 مصباح كهربائي، منتشرة في جميع أنحاء العالم.

وقد استلهم تسلا نفسه من نجاح هذه التجارب لدرجة أنه أعلن في الصحافة العامة أنه ينوي إضاءة المعرض الصناعي العالمي في باريس، الذي كان من المفترض أن يقام في عام 1903، بالطاقة من محطة توليد الكهرباء الموجودة في شلالات نياجرا و تنتقل إلى باريس لاسلكيا. ومن المعروف من خلال العديد من الصور الفوتوغرافية وأوصاف شهود العيان ومساعدي المخترع أنه كان مولدًا للطاقة ينتقل لمسافة تزيد عن 42 كيلومترًا بدون أسلاك (ومع ذلك، هذا مصطلح صحفي بحت: سلك واحد، وهو الأرض، موجود في هذا الدائرة، وهذا ما ذكره مباشرة كل من تسلا نفسه وكاتب سيرته الذاتية).

ما أطلق عليه تسلا الهزاز كان عبارة عن محول عملاق لنظامه، والذي كان يحتوي على ملف أولي من عدة لفات من سلك سميك ملفوف على سياج يبلغ قطره 25 مترًا، ولف ثانوي متعدد اللفات أحادي الطبقة موضوع بداخله على اسطوانة عازلة. شكلت اللف الأساسي مع مكثف وملف تحريضي وفجوة شرارة محول تردد الدائرة التذبذبية. وفوق المحول الموجود في وسط المختبر، يرتفع برج خشبي يبلغ ارتفاعه 60 مترا، تعلوه كرة نحاسية كبيرة. تم توصيل أحد طرفي الملف الثانوي للمحول بهذه الكرة، وتم تأريض الطرف الآخر. تم تشغيل الجهاز بأكمله بواسطة دينامو منفصل بقوة 300 حصان. وكان يشعر بالاثارة الاهتزازات الكهرومغناطيسيةالتردد 150 كيلوهرتز (الطول الموجي 2000 متر). جهد التشغيلفي دائرة الجهد العالي كان 30.000 فولت، ووصلت قدرة الرنين للكرة إلى 100.000.000 فولت، مما أدى إلى توليد برق اصطناعي بطول عشرات الأمتار! هذه هي الطريقة التي يشرح بها كاتب سيرته الذاتية عمل هزاز تسلا: "في جوهره، "ضخ" تسلا تيارًا من الإلكترونات إلى الأرض واستخرجها من هناك. كان تردد الضخ 150 كيلو هرتز. انتشرت الموجات الكهربائية في دوائر متحدة المركز أبعد وأبعد من كولورادو سبرينغز، ثم تقاربت عند نقطة متقابلة تمامًا على الأرض. ارتفعت موجات ذات سعة كبيرة وسقطت هناك بالتزامن مع تلك التي نشأت في كولورادو. عندما سقطت مثل هذه الموجة، أرسلت صدى كهربائيًا إلى كولورادو، حيث قام هزاز كهربائي بتضخيم الموجة، واندفعت عائدة.

إذا أدخلنا الأرض بأكملها في حالة من الاهتزاز الكهربائي، فسيتم تزويدنا بالطاقة في كل نقطة على سطحها. سيكون من الممكن التقاطها من الأمواج المندفعة بين أعمدة الكهرباء أجهزة بسيطةتشبه الدوائر المتذبذبة في أجهزة الاستقبال الراديوية، وهي مؤرضة فقط ومجهزة بهوائيات صغيرة بارتفاع كوخ ريفي. ستقوم هذه الطاقة بتدفئة وإضاءة المنازل باستخدام مصابيح تسلا الأنبوبية، والتي لا تحتاج إلى أسلاك. ولن تتطلب محركات التيار المتردد سوى محولات التردد.

ألهمت المعلومات حول تجارب تسلا في نقل الكهرباء بدون أسلاك باحثين آخرين للعمل في هذا المجال. غالبًا ما ظهرت تقارير عن تجارب مماثلة في الصحافة في بداية القرن الماضي. وفي هذا الصدد، يجدر الاستشهاد بمقتطف من مقال بقلم أ.م. "محادثات حول الحرف" لغوركي، نُشرت عام 1930: "هذا العام، نقل ماركوني تيارًا كهربائيًا عن طريق الجو من جنوة إلى أستراليا وأضاء المصابيح الكهربائية هناك في معرض في سيدني. نفس الشيء حدث قبل 27 عامًا هنا في روسيا على يد الكاتب والعالم م.م. فيليبوف، الذي عمل لعدة سنوات على نقل التيار الكهربائي عبر الهواء وفي النهاية أضاء ثريا من سانت بطرسبرغ في تسارسكوي سيلو ( أي على مسافة 27 كيلومترًا. -ف.ب.). في ذلك الوقت، لم يتم إيلاء الاهتمام الواجب لهذه الحقيقة، ولكن تم العثور على فيليبوف ميتًا في شقته بعد أيام قليلة، وصادرت الشرطة أجهزته وأوراقه.

كما تركت تجارب تسلا انطباعًا كبيرًا على كاتب آخر، وهو أليكسي تولستوي، الذي كان مهندسًا بالتدريب. وعندما أفاد تسلا، ثم ماركوني، في المطبوعات أن أجهزتهم كانت تستقبل إشارات غريبة من خارج كوكب الأرض، من أصل مريخي على ما يبدو، ألهم هذا الكاتب لكتابة رواية الخيال العلمي "إيليتا". في الرواية، يستخدم المريخيون اختراع تسلا وينقلون الطاقة لاسلكيًا من محطات الطاقة الموجودة في قطبي المريخ إلى أي مكان على الكوكب. تعمل هذه الطاقة على تشغيل محركات السفن الطائرة والآليات الأخرى. ومع ذلك، لبناء "النظام العالمي" الخاص بك لتوفير الكهرباء للسكان الكرة الأرضيةفشلت تسلا دون استخدام الأسلاك.

بمجرد أن بدأ في عام 1900 في بناء مدينة مختبرية للأبحاث تتسع لـ 2000 موظف وبرج معدني ضخم تعلوه لوحة نحاسية عملاقة في جزيرة لونغ آيلاند بالقرب من نيويورك، أدرك القلة الكهربائية "السلكية" ذلك: بعد كل شيء، لقد هددهم الإدخال الواسع النطاق لنظام تسلا بالخراب.

برج واردنكليف (1902)

على الملياردير ج.ب. تعرض مورغان، الذي قام بتمويل البناء، لضغوط شديدة، بما في ذلك من المسؤولين الحكوميين الذين حصلوا على رشوة من المنافسين.(أو كان العكس) كانت هناك انقطاعات في توريد المعدات، وتوقف البناء، وعندما توقف مورغان، تحت هذا الضغط، عن التمويل، توقف على الإطلاق. في بداية الحرب العالمية الأولى، وبتحريض من نفس المنافسين، أمرت الحكومة الأمريكية بتفجير برج جاهز بحجة بعيدة المنال أنه يمكن استخدامه لأغراض التجسس.

حسنا، ثم سارت الهندسة الكهربائية بالطريقة المعتادة.

لفترة طويلةلا يمكن لأحد أن يكرر تجارب تسلا، ولو كان ذلك فقط لأنه كان من الضروري إنشاء منشأة مماثلة في الحجم والقوة. لكن لم يشك أحد في أن تسلا تمكنت من إيجاد طريقة لنقل الطاقة الكهربائية عبر مسافة دون أسلاك منذ أكثر من مائة عام. كانت سلطة تسلا، الذي تم تصنيفه على أنه المخترع الثاني بعد إديسون، عالية جدًا في جميع أنحاء العالم، ولا شك أن مساهمته في تطوير الهندسة الكهربائية ذات التيار المتردد (في تحد لإديسون، الذي دافع عن التيار المباشر). خلال تجاربه، كان حاضرا العديد من المتخصصين، عدا الصحافة، ولم يحاول أحد إدانته بأي حيل أو تلاعب بالحقائق. وتتجلى سلطة تسلا العالية في تسمية وحدة شدة المجال المغناطيسي باسمه. لكن استنتاج تسلا أنه خلال التجربة التي أجريت في كولورادو سبرينغز، تم نقل الطاقة عبر مسافة 42 كيلومترًا بكفاءة تبلغ حوالي 90٪، وهو استنتاج متفائل للغاية. ولنتذكر أن الطاقة الإجمالية للمصابيح المضاءة عن بعد كانت 10 كيلووات، أي 13 حصانًا، بينما بلغت قوة الدينامو الذي يحرك الهزاز 300 حصانًا. وهذا هو، يمكننا أن نتحدث عن الكفاءة. فقط حوالي 4-5%، رغم أن هذا الرقم مذهل. لا يزال التبرير المادي لتجارب تسلا على النقل اللاسلكي للكهرباء يثير قلق العديد من المتخصصين.
www.elec.ru/news/2003/03/14/1047627665.h TML

تمكن المتخصصون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من إشعال مصباح متوهج يقع على مسافة مترين من مصدر الطاقة. rus.newsru.ua/world/08jun2007/tesla.html

أجهزة الشحن اللاسلكية من Intel odessabuy.com/news/item-402.html

"حجج وحقائق" العدد 52، 2008 (24-30 ديسمبر/كانون الأول):
العلوم - كهرباء بدون أسلاك.يقولون إن العلماء الأمريكيين تمكنوا من نقل الكهرباء بقوة 800 واط بدون أسلاك.

أساسيات الشحن اللاسلكي

يمنحنا نقل الطاقة اللاسلكي (WPT) فرصة للهروب من طغيان كابلات الطاقة. تتغلغل هذه التقنية الآن في جميع أنواع الأجهزة والأنظمة. دعونا نلقي نظرة عليها!

طريقة لاسلكية

يتم تشغيل معظم المنازل والمباني التجارية الحديثة بواسطة طاقة التيار المتردد. تولد محطات الطاقة كهرباء التيار المتردد، والتي يتم توصيلها إلى المنازل والشركات باستخدام خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي والمحولات المتدرجة.

تذهب الكهرباء إلى لوحة التوزيع، ومن ثم تقوم الأسلاك بنقل الكهرباء إلى المعدات والأجهزة التي نستخدمها يوميًا: الأضواء، وأدوات المطبخ، والشواحن، وما إلى ذلك.

جميع المكونات موحدة. أي جهاز مصنف للتيار والجهد القياسي سيعمل من أي منفذ في جميع أنحاء البلاد. على الرغم من أن المعايير تختلف من بلد إلى آخر، في مكان خاص نظام كهربائيسيعمل أي جهاز وفقًا لمعايير هذا النظام.

كابل هنا، وكابل هناك... معظمنا اجهزة كهربائيةلديه كابل طاقة التيار المتردد.

تكنولوجيا نقل الطاقة لاسلكيا

يسمح نقل الطاقة اللاسلكي (WPT) بتزويد الطاقة عبر فجوة هوائية دون الحاجة إلى أسلاك كهربائية. يمكن أن يوفر نقل الطاقة اللاسلكي طاقة تيار متردد للبطاريات أو الأجهزة المتوافقة بدون موصلات أو أسلاك مادية. يمكن أن يوفر النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية الشحن الهواتف المحمولةوأجهزة الكمبيوتر اللوحية والطائرات بدون طيار والسيارات ومعدات النقل الأخرى. بل ويمكن أن يجعل من الممكن نقل الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية لاسلكيًا إلى الفضاء.

بدأ النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية تطور سريعفي مجال الإلكترونيات الاستهلاكية، لتحل محل أجهزة الشحن السلكية. سيتم عرض العديد من الأجهزة التي تستخدم نقل الطاقة اللاسلكي في معرض CES 2017.

ومع ذلك، فقد ظهر مفهوم نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا في تسعينيات القرن التاسع عشر تقريبًا. يستطيع نيكولا تيسلا، في مختبره في كولورادو سبرينغز، إضاءة الأشياء بدون أسلاك. المصباح الكهربائيباستخدام الحث الكهروديناميكي (المستخدم في محول الرنين).

تم إضاءة ثلاث مصابيح كهربائية موضوعة على بعد 60 قدمًا (18 مترًا) من مصدر الطاقة وتم توثيق العرض التوضيحي. كان لدى تسلا خطط كبيرة، وكان يأمل أن يتمكن برج Wardenclyffe الخاص به، الواقع في لونغ آيلاند، من نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا عبر المحيط الأطلسي. هذا لم يحدث أبدا لأن مشاكل مختلفةبما في ذلك التمويل والتوقيت.

يستخدم النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية المجالات التي تم إنشاؤها بواسطة الجسيمات المشحونة لنقل الطاقة عبر فجوة هوائية بين أجهزة الإرسال والاستقبال. يتم قصور فجوة الهواء عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى شكل يمكن أن ينتقل عبر الهواء. يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى مجال متناوب، تنتقل عبر الهواء، ثم يتم تحويلها إلى تيار كهربائي قابل للاستخدام بواسطة جهاز الاستقبال. اعتمادًا على القوة والمسافة، يمكن نقل الطاقة الكهربائية بكفاءة عبر مجال كهربائي أو مجال مغناطيسي أو موجات كهرومغناطيسية مثل موجات الراديو أو إشعاع الميكروويف أو حتى الضوء.

يسرد الجدول التالي تقنيات مختلفةالنقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية، فضلا عن شكل من أشكال نقل الطاقة.

تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية (WPT)

تكنولوجيا	ناقلة للطاقة الكهربائية	ما يسمح بنقل الطاقة الكهربائية
اقتران حثي	المجالات المغناطيسية	يتحول من الأسلاك
اقتران حثي الرنين	المجالات المغناطيسية	الدوائر التذبذبية
اقتران بالسعة	المجالات الكهربائية	أزواج من الصفائح الموصلة
اقتران مغناطيسي ديناميكي	المجالات المغناطيسية	دوران المغناطيس الدائم
إشعاع الميكروويف	موجات الميكروويف	المصفوفات المرحلية للهوائيات المكافئة
الإشعاع البصري	الضوء المرئي / الأشعة تحت الحمراء / الأشعة فوق البنفسجية	الليزر، الخلايا الضوئية

شحن Qi، معيار مفتوح للشحن اللاسلكي

في حين أن بعض الشركات الواعدة بالطاقة اللاسلكية لا تزال تعمل على منتجاتها، فإن معيار الشحن Qi (يُنطق "qi") موجود بالفعل والأجهزة التي تستخدمه متاحة بالفعل. قام اتحاد الطاقة اللاسلكية (WPC)، الذي تم إنشاؤه في عام 2008، بتطوير معيار Qi لشحن البطاريات. هذا المعياريدعم كلاً من تقنيات الشحن الاستقرائي والرنان.

ينقل الشحن الاستقرائي الطاقة الكهربائية بين المحاثات الموجودة في جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال الموجود على مسافة قريبة. تتطلب الأنظمة الحثية أن تكون المحاثات قريبة من بعضها البعض ومتوافقة مع بعضها البعض؛ عادةً ما تكون الأجهزة على اتصال مباشر بلوحة الشحن. لا يتطلب الشحن الرنيني محاذاة دقيقة، ويمكن لأجهزة الشحن اكتشاف وشحن جهاز على مسافة تصل إلى 45 مم؛ وبالتالي، يمكن تركيب الشواحن الرنانة في الأثاث أو تركيبها بين الرفوف.

وجود شعار Qi يعني أن الجهاز مسجل ومعتمد من قبل WPC.

في البداية، كان شحن Qi بقوة صغيرة، حوالي 5 واط. ظهرت الهواتف الذكية الأولى التي تستخدم تقنية الشحن Qi في عام 2011. في عام 2015، زادت قوة شحن Qi إلى 15 واط، مما يسمح بذلك شحن سريعالأجهزة.

يوضح الشكل التالي من شركة Texas Instruments ما يغطيه معيار Qi.

فقط الأجهزة المدرجة في قاعدة بيانات تسجيل Qi مضمونة لتكون متوافقة مع Qi. يحتوي حاليًا على أكثر من 700 منتج. من المهم أن نفهم أن المنتجات التي تحمل شعار Qi قد تم اختبارها واعتمادها؛ كما أن المجالات المغناطيسية التي تستخدمها هذه الأجهزة لن تسبب مشاكل للأجهزة الحساسة كالهواتف المحمولة أو جوازات السفر الإلكترونية. سيتم ضمان عمل الأجهزة المسجلة مع أجهزة الشحن المسجلة.

فيزياء النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية

النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية للأجهزة المنزلية هو تكنولوجيا جديدةلكن المبادئ التي يقوم عليها كانت معروفة منذ زمن طويل. عندما يتعلق الأمر بالكهرباء والمغناطيسية، لا تزال معادلات ماكسويل محكومة، وتقوم أجهزة الإرسال بإرسال الطاقة إلى أجهزة الاستقبال بنفس الطريقة كما هو الحال في الأشكال الأخرى من الاتصالات اللاسلكية. لكن، نقل لاسلكيوتختلف الكهرباء عنها في غرضها الأساسي، وهو نقل الطاقة نفسها، وليس المعلومات المشفرة فيها.

مجال كهرومغناطيسي، يمكن أن يكون المشاركة في النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية قويًا جدًا، وبالتالي يجب مراعاة سلامة الإنسان. يمكن أن يسبب التعرض للإشعاع الكهرومغناطيسي مشاكل، وهناك أيضًا احتمال أن تتداخل المجالات الناتجة عن أجهزة إرسال الطاقة الكهربائية مع تشغيل الأجهزة الطبية القابلة للارتداء أو المزروعة.

يتم دمج أجهزة الإرسال والاستقبال في أجهزة النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية بنفس طريقة البطاريات التي سيتم شحنها بها. دوائر حقيقيةتعتمد التحويلات على التكنولوجيا المستخدمة. وبالإضافة إلى نقل الكهرباء نفسه، يجب أن يوفر نظام WPT الاتصال بين المرسل والمستقبل. وهذا يضمن أن جهاز الاستقبال يمكنه إخطار الشاحن بأن البطارية مشحونة بالكامل. يسمح الاتصال أيضًا لجهاز الإرسال باكتشاف جهاز الاستقبال والتعرف عليه من أجل ضبط كمية الطاقة المرسلة إلى الحمل، بالإضافة إلى مراقبة درجة حرارة البطارية على سبيل المثال.

في النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية، يكون اختيار مفاهيم المجال القريب أو المجال البعيد أمرًا مهمًا. تؤثر تقنيات النقل، وكمية الطاقة التي يمكن نقلها، ومتطلبات المسافة على ما إذا كان النظام سيستخدم إشعاع المجال القريب أو إشعاع المجال البعيد.

النقاط التي تكون بعدها عن الهوائي أقل بكثير من طول موجي واحد تقع في المنطقة القريبة. الطاقة في المجال القريب غير إشعاعية، وتذبذبات المجالين المغناطيسي والكهربائي مستقلة عن بعضها البعض. يمكن استخدام الاقتران السعوي (الكهربائي) والحثي (المغناطيسي) لنقل الطاقة إلى جهاز الاستقبال الموجود في المجال القريب من جهاز الإرسال.

النقاط التي تكون بعدها عن الهوائي أكبر من حوالي طولين موجيين موجودة في المجال البعيد (توجد منطقة انتقالية بين المجالين القريب والبعيد). تنتقل طاقة المجال البعيد في شكل إشعاع كهرومغناطيسي عادي. يُطلق على نقل الطاقة في المجال البعيد أيضًا اسم شعاع الطاقة. ومن أمثلة نقل المجال البعيد الأنظمة التي تستخدم أشعة الليزر عالية الطاقة أو إشعاع الموجات الدقيقة لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة.

أين يعمل نقل الطاقة اللاسلكي (WPT)؟

وتخضع جميع تكنولوجيات WPT حالياً لأبحاث نشطة، مع تركيز معظمها على تعظيم كفاءة نقل القدرة واستكشاف تكنولوجيات الاقتران بالرنين المغنطيسي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأفكار الأكثر طموحًا هي تجهيز المبنى بنظام WPT الذي سيكون فيه الشخص، وسيتم شحن الأجهزة التي يرتديها تلقائيًا.

على الصعيد العالمي، أصبحت الحافلات الكهربائية هي القاعدة. تتماشى خطط إدخال الشحن اللاسلكي للحافلات الشهيرة ذات الطابقين في لندن مع أنظمة الحافلات في كوريا الجنوبية وولاية يوتا الأمريكية وألمانيا.

لقد تم بالفعل عرض نظام تجريبي لتشغيل الطائرات بدون طيار لاسلكيًا. وكما ذكرنا سابقًا، يركز البحث والتطوير الحالي على إمكانية تلبية بعض احتياجات الأرض من الطاقة من خلال استخدام نقل الطاقة لاسلكيًا والألواح الشمسية الموجودة في الفضاء.

تعمل تكنولوجيا WPT في كل مكان!

خاتمة

في حين أن حلم تسلا بنقل الطاقة لاسلكيًا إلى أي مستهلك لا يزال بعيدًا عن التحقق، فإن الكثير من الأجهزة والأنظمة تستخدم شكلاً من أشكال نقل الطاقة لاسلكيًا في الوقت الحالي. من فرشاة الأسنان إلى الهواتف المحمولة، ومن السيارات الشخصية إلى النقل العامهناك العديد من التطبيقات لنقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا.

عرفت الكهرباء اللاسلكية منذ عام 1831، عندما اكتشف مايكل فاراداي ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي. لقد أثبت تجريبيًا أن المجال المغناطيسي المتغير الناتج عن تيار كهربائي يمكن أن يحفز تيارًا كهربائيًا في موصل آخر. تم إجراء العديد من التجارب التي بفضلها ظهر أول محول كهربائي. ومع ذلك، فإن نيكولا تيسلا هو الوحيد الذي تمكن من ترجمة فكرة نقل الكهرباء عبر مسافة إلى تطبيق عملي بشكل كامل.

وفي معرض شيكاغو العالمي عام 1893، أظهر النقل اللاسلكي للكهرباء عن طريق إضاءة مصابيح الفوسفور التي كانت متباعدة عن بعضها البعض. أظهر تسلا العديد من الاختلافات في نقل الكهرباء بدون أسلاك، وحلم أن هذه التقنية ستسمح في المستقبل للناس بنقل الطاقة لمسافات طويلة في الغلاف الجوي. ولكن في هذا الوقت تبين أن اختراع العالم هذا لم يطالب به أحد. وبعد مرور قرن فقط أصبح الناس مهتمين بتقنيات نيكولا تيسلا شركة انتلوسوني، ثم شركات أخرى.

كيف تعمل

تشير الكهرباء اللاسلكية حرفيًا إلى نقل الطاقة الكهربائية بدون أسلاك. غالبًا ما تتم مقارنة هذه التقنية بنقل المعلومات، على سبيل المثال، باستخدام شبكة Wi-Fi، هاتف خليويوالراديو. الكهرباء اللاسلكية- هذه تقنية جديدة نسبيًا ومتطورة ديناميكيًا. اليوم، يتم تطوير طرق لنقل الطاقة بأمان وكفاءة عبر مسافة دون انقطاع.

تعتمد التكنولوجيا على المغناطيسية والكهرومغناطيسية وتعتمد على عدد من مبادئ بسيطةعمل. بادئ ذي بدء، يتعلق هذا بوجود ملفين في النظام.

يتكون النظام من جهاز إرسال وجهاز استقبال، يعملان معًا على توليد مجال مغناطيسي متناوب للتيار المتغير.
يولّد هذا المجال جهدًا كهربائيًا في ملف جهاز الاستقبال، على سبيل المثال، لشحن بطارية أو تشغيل جهاز محمول.
عند إرسال تيار كهربائي عبر سلك، يظهر مجال مغناطيسي دائري حول الكابل.
في ملف من الأسلاك لا يستقبل تيارًا كهربائيًا مباشرًا، سيبدأ التيار الكهربائي بالتدفق من الملف الأول عبر المجال المغناطيسي، بما في ذلك الملف الثاني، مما يوفر اقترانًا حثيًا.

مبادئ النقل

حتى وقت قريب، كان نظام الرنين المغناطيسي CMRS، الذي تم إنشاؤه في عام 2007 في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، يعتبر التكنولوجيا الأكثر تقدما لنقل الكهرباء. هذه التكنولوجياشريطة نقل التيار على مسافة تصل إلى 2.1 متر. ومع ذلك، فإن بعض القيود حالت دون طرحها في الإنتاج الضخم، على سبيل المثال، تردد الإرسال العالي، أحجام كبيرة، تكوين ملف معقد، بالإضافة إلى حساسية عالية للتدخل الخارجي، بما في ذلك الوجود البشري.

ومع ذلك، قام علماء من كوريا الجنوبية بإنشاء جهاز إرسال كهربائي جديد يمكنه نقل الطاقة إلى مسافة تصل إلى 5 أمتار. وسيتم تشغيل جميع الأجهزة الموجودة في الغرفة بواسطة محور واحد. نظام الرنين لملفات DCRS ثنائية القطب قادر على العمل حتى 5 أمتار. لا يحتوي النظام على عدد من عيوب CMRS، بما في ذلك استخدام ملفات مدمجة إلى حد ما بقياس 10x20x300 سم، والتي يمكن تركيبها بشكل غير ظاهر في جدران الشقة.

أتاحت التجربة الإرسال على تردد 20 كيلو هرتز:

209 وات عند 5 م؛
471 واط عند 4 م؛
1403 واط عند 3 م.

تتيح لك الكهرباء اللاسلكية تشغيل أجهزة تلفزيون LCD الكبيرة الحديثة التي تتطلب 40 وات على مسافة 5 أمتار. الشيء الوحيد الذي سيتم "ضخه" من الشبكة الكهربائية هو 400 واط، لكن لن تكون هناك أسلاك. يوفر الحث الكهرومغناطيسي كفاءة عالية، ولكن على مسافة قصيرة.

هناك تقنيات أخرى تسمح لك بنقل الكهرباء لاسلكيًا. وأكثرها واعدة هي:

أشعة الليزر . يوفر أمان الشبكة بالإضافة إلى نطاق أكبر. ومع ذلك، يلزم وجود خط رؤية بين جهاز الاستقبال والمرسل. تشغيل المنشآت باستخدام الطاقة من شعاع الليزر، تم إنشاؤها بالفعل. قامت شركة لوكهيد مارتن، الشركة الأمريكية المصنعة للمعدات والطائرات العسكرية، باختبار طائرة بدون طيار الطائراتالمطارد، الذي يعمل بشعاع الليزر ويبقى في الهواء لمدة 48 ساعة.
إشعاع الميكروويف . يوفر نطاقًا أكبر، ولكن لديه التكلفة العاليةمعدات. يتم استخدام هوائي الراديو كجهاز إرسال للكهرباء، مما ينتج عنه إشعاع الموجات الدقيقة. يحتوي جهاز الاستقبال على هوائي مستقيم يحول إشعاع الميكروويف المستقبل إلى تيار كهربائي.

تتيح هذه التقنية إمكانية إبعاد جهاز الاستقبال عن جهاز الإرسال بشكل كبير، ولا توجد حاجة مباشرة إلى خط رؤية. ولكن مع زيادة النطاق، تزيد تكلفة وحجم المعدات بشكل متناسب. وفي الوقت نفسه، إشعاع الميكروويف قوة عالية, الناتجة عن التثبيت، قد تكون ضارة بالبيئة.

الخصائص

الأكثر واقعية من التقنيات - الكهرباء اللاسلكيةعلى أساس الحث الكهرومغناطيسي. ولكن هناك قيود. ويجري العمل على توسيع نطاق هذه التكنولوجيا، ولكن تنشأ هنا قضايا تتعلق بالسلامة الصحية.
سوف تتطور أيضًا تقنيات نقل الكهرباء باستخدام إشعاع الموجات فوق الصوتية والليزر والميكروويف وستجد أيضًا مجالاتها المناسبة.
الأقمار الصناعية التي تدور حولها ضخمة الألواح الشمسيةوفي حاجة إلى نهج مختلف، ستكون هناك حاجة إلى نقل مستهدف للكهرباء. الليزر والميكروويف مناسبان هنا. على هذه اللحظةلا الحل الأمثلومع ذلك، هناك العديد من الخيارات مع إيجابياتها وسلبياتها.
حاليًا، اتحدت أكبر الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات السلكية واللاسلكية في اتحاد الطاقة الكهرومغناطيسية اللاسلكية لإنشاء معيار عالمي لأجهزة الشحن اللاسلكية التي تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. من الشركات المصنعة الكبيرةتقدم شركات Sony وSamsung وNokia وMotorola Mobility وLG Electronics وHuawei وHTC الدعم لمعيار QI في عدد من طرازاتها. سيصبح QI قريبًا معيارًا موحدًا لأي من هذه الأجهزة. بفضل هذا، سيكون من الممكن إنشاء مناطق شحن لاسلكية للأدوات الذكية في المقاهي ومراكز النقل والأماكن العامة الأخرى.

طلب

هليكوبتر الميكروويف. كان لنموذج المروحية هوائي مستقيم وارتفع إلى ارتفاع 15 مترًا.
يتم استخدام الكهرباء اللاسلكية لتشغيل فرشاة الأسنان الكهربائية. تتميز فرشاة الأسنان بجسم مغلق تمامًا ولا تحتوي على موصلات، مما يتجنب الصدمات الكهربائية.
تشغيل الطائرات باستخدام الليزر.
أصبحت أنظمة الشحن اللاسلكي للأجهزة المحمولة التي يمكن استخدامها يوميًا متاحة للبيع. إنهم يعملون على أساس الحث الكهرومغناطيسي.
لوحة شحن عالمية. أنها تسمح لك بتشغيل معظم نماذج شعبيةالهواتف الذكية غير المجهزة بوحدة شحن لاسلكية، بما في ذلك الهواتف العادية. بالإضافة إلى لوحة الشحن نفسها، ستحتاج إلى شراء علبة جهاز استقبال للأداة الذكية. يتصل بالهاتف الذكي عبر منفذ USB ويتم شحنه من خلاله.
حاليًا، يُباع في السوق العالمية أكثر من 150 جهازًا يصل إلى 5 وات يدعم معيار QI. ستظهر في المستقبل معدات ذات طاقة متوسطة تصل إلى 120 وات.

الآفاق

اليوم نحن نعمل على مشاريع كبيرةوالتي سوف تستخدم الكهرباء اللاسلكية. هذا هو مصدر الطاقة للسيارات الكهربائية "عن طريق الهواء" والشبكات الكهربائية المنزلية:

ستتيح الشبكة الكثيفة من نقاط شحن السيارات تقليل البطاريات وتقليل تكلفة السيارات الكهربائية بشكل كبير.
سيتم تركيب مصادر الطاقة في كل غرفة، والتي ستنقل الكهرباء إلى أجهزة الصوت والفيديو والأدوات الذكية الأجهزة المنزليةمجهزة بالمحولات المناسبة.

المميزات والعيوب

تتمتع الكهرباء اللاسلكية بالمزايا التالية:

لا حاجة لإمدادات الطاقة.
الغياب التام للأسلاك.
القضاء على الحاجة للبطاريات.
صيانة أقل مطلوبة.
آفاق ضخمة.

تشمل العيوب أيضًا:

عدم كفاية التطور التكنولوجي.
محدودة بالمسافة.
المجالات المغناطيسية ليست آمنة تمامًا للبشر.
ارتفاع تكلفة المعدات.

لقد ظل العلماء يدرسون مسألة نقل الكهرباء بدون أسلاك منذ القرن الثالث. في مؤخرالا يعني ذلك أن السؤال لم يفقد أهميته، بل اتخذ خطوة إلى الأمام، وهو ما يبعث على السرور. قررنا أن نخبر قراء الموقع بالتفصيل كيف تطور النقل اللاسلكي للكهرباء عبر المسافات منذ البداية وحتى يومنا هذا، وكذلك ما هي التقنيات المستخدمة بالفعل.

تاريخ التطور

يتطور نقل الكهرباء عبر مسافة بدون أسلاك جنبًا إلى جنب مع التقدم في مجال البث الراديوي، لأن مبدأ التشغيل في هذه الظواهر متشابه في كثير من النواحي، إن لم يكن هو نفسه. تعتمد معظم الاختراعات على طريقة الحث الكهرومغناطيسي، وكذلك المجالات الكهروستاتيكية.

في عام 1820 م. اكتشف أمبير قانون تفاعل التيارات، وهو أنه إذا كان التيار يتدفق في موصلين متقاربين في نفس الاتجاه، فإنهما ينجذبان لبعضهما البعض، وإذا كان في موصلات مختلفة، فإنهما يتنافران.

أثبت M. Faraday في عام 1831 أثناء إجراء التجارب أن المجال المغناطيسي المتناوب (المتغير في الحجم والاتجاه بمرور الوقت) الناتج عن تدفق التيار الكهربائي يحفز التيارات في الموصلات القريبة. أولئك. يتم نقل الكهرباء لاسلكيا. لقد ناقشنا هذا بالتفصيل في المقالة السابقة.

حسنًا، قام جي سي ماكسويل بعد 33 عامًا أخرى، في عام 1864، بترجمة بيانات فاراداي التجريبية إلى شكل رياضيتعتبر معادلات ماكسويل نفسها أساسية في الديناميكا الكهربائية. يصفون كيفية ارتباط التيار الكهربائي والمجال الكهرومغناطيسي.

تم تأكيد وجود الموجات الكهرومغناطيسية في عام 1888 من قبل ج. هيرتز، أثناء تجاربه مع جهاز إرسال شرارة بمروحية على ملف رومكورف. وبهذه الطريقة، تم إنتاج موجات كهرومغناطيسية بترددات تصل إلى نصف جيجاهيرتز. ومن الجدير بالذكر أن هذه الموجات يمكن استقبالها من قبل عدة أجهزة استقبال، ولكن يجب ضبطها بالرنين مع جهاز الإرسال. كان نصف قطر التثبيت حوالي 3 أمتار. عندما تحدث شرارة في جهاز الإرسال، يحدث الشيء نفسه في أجهزة الاستقبال. وفي الواقع، هذه هي التجارب الأولى في نقل الكهرباء بدون أسلاك.

تم إجراء بحث متعمق من قبل العالم الشهير نيكولا تيسلا. درس التيار المتردد في عام 1891 الجهد العاليوالترددات. ونتيجة لذلك تم التوصل إلى الاستنتاجات التالية:

لكل غرض محدد، تحتاج إلى تكوين التثبيت على التردد والجهد المناسبين. ومع ذلك، فإن التردد العالي ليس شرطا مسبقا. أعلى النتائجتم تحقيقه بتردد 15-20 كيلو هرتز وجهد المرسل 20 كيلو فولت. للحصول على الحالية تردد عاليوالجهد، تم استخدام التفريغ التذبذبي للمكثف. بهذه الطريقة، يمكن نقل الكهرباء وإنتاج الضوء.

أظهر العالم في خطبه ومحاضراته توهج المصابيح (الأنابيب المفرغة) تحت تأثير مجال إلكتروستاتيكي عالي التردد. في الواقع، كانت استنتاجات تسلا الرئيسية هي أنه حتى لو تم استخدام أنظمة الرنين، فلن يكون من الممكن نقل الكثير من الطاقة باستخدام موجة كهرومغناطيسية.

بالتوازي، شارك عدد من العلماء في أبحاث مماثلة حتى عام 1897: جاغديش بوز في الهند، وألكسندر بوبوف في روسيا، وغولييلمو ماركوني في إيطاليا.

ساهم كل منهم في تطوير نقل الطاقة اللاسلكية:

قام J. Boche في عام 1894 بإشعال البارود ونقل الكهرباء عبر مسافة بدون أسلاك. لقد فعل ذلك في مظاهرة في كلكتا.
أرسل A. Popov الرسالة الأولى باستخدام شفرة مورس في 25 أبريل (7 مايو) 1895. في روسيا، لا يزال هذا اليوم، 7 مايو، هو يوم الراديو.
في عام 1896، قام ج. ماركوني في بريطانيا العظمى أيضًا بإرسال إشارة راديو (شفرة مورس) على مسافة 1.5 كيلومتر، وبعد ذلك إلى 3 كيلومترات في سهل سالزبوري.

ومن الجدير بالذكر أن عمل تسلا، الذي تم الاستهانة به في وقته وضاع لعدة قرون، كان متفوقًا في المعايير والقدرات على أعمال معاصريه. وفي الوقت نفسه، وبالتحديد في عام 1896، كانت أجهزته تنقل الإشارات لمسافات طويلة (48 كم)، وللأسف كانت هذه كمية قليلة من الكهرباء.

وبحلول عام 1899 توصل تسلا إلى النتيجة التالية:

ويبدو التناقض في طريقة الاستقراء هائلا مقارنة بطريقة إثارة شحنات الأرض والهواء.

أدت هذه النتائج إلى أبحاث أخرى؛ ففي عام 1900، تمكن من تشغيل مصباح من ملف موضوع في أحد الحقول، وفي عام 1903، تم إطلاق برج ووندركليف في لونغ آيلاند. يتكون من محول بملف ثانوي مؤرض، وتعلوه قبة كروية نحاسية. وبمساعدتها كان من الممكن إضاءة 200 مصباح بقوة 50 واط. وفي الوقت نفسه، كان جهاز الإرسال يقع على بعد 40 كم منه. ولسوء الحظ، توقفت هذه الدراسات، وتوقف التمويل، ولم يكن النقل المجاني للكهرباء بدون أسلاك مربحا اقتصاديا لرجال الأعمال. تم تدمير البرج في عام 1917.

في الوقت الحاضر

لقد قطعت تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية خطوات كبيرة، خاصة في مجال نقل البيانات. وهكذا حققت الاتصالات الراديوية والتقنيات اللاسلكية مثل البلوتوث والواي فاي نجاحاً كبيراً. لم تكن هناك ابتكارات خاصة، حيث تم تغيير الترددات وطرق تشفير الإشارات بشكل أساسي، وانتقل عرض الإشارة من الشكل التناظري إلى الشكل الرقمي.

إذا كنا نتحدث عن نقل الكهرباء بدون أسلاك لتشغيل المعدات الكهربائية، فمن الجدير بالذكر أنه في عام 2007، قام باحثون من معهد ماساتشوستس بنقل الطاقة على بعد 2 متر وأضاءوا مصباحًا بقدرة 60 واطًا بهذه الطريقة. تسمى هذه التقنية WiTricity، وهي تعتمد على الرنين الكهرومغناطيسي لجهاز الاستقبال وجهاز الإرسال. ومن الجدير بالذكر أن جهاز الاستقبال يستقبل حوالي 40-45٪ من الكهرباء. يظهر الرسم التخطيطي العام لجهاز نقل الطاقة عبر المجال المغناطيسي في الشكل أدناه:

ويظهر الفيديو مثالاً لاستخدام هذه التقنية لشحن سيارة كهربائية. والفكرة هي أن يتم تثبيت جهاز استقبال في الجزء السفلي من السيارة الكهربائية، ويتم تثبيت جهاز إرسال على الأرض في المرآب أو أي مكان آخر.

يجب عليك وضع السيارة بحيث يكون جهاز الاستقبال فوق جهاز الإرسال. ينقل الجهاز قدرًا كبيرًا من الكهرباء لاسلكيًا - من 3.6 إلى 11 كيلو واط في الساعة.

وتدرس الشركة توفير الكهرباء بهذه التقنية في المستقبل الأجهزة المنزليةوكذلك الشقة بأكملها. في عام 2010، قدمت شركة هاير تلفزيون لاسلكي، الذي يتلقى الطاقة باستخدام تقنية مماثلة بالإضافة إلى إشارات الفيديو لاسلكيًا. يتم تنفيذ تطورات مماثلة من قبل شركات رائدة أخرى مثل Intel وSony.

تنتشر تقنيات نقل الطاقة لاسلكيًا في الحياة اليومية، على سبيل المثال، لشحن الهاتف الذكي. المبدأ مشابه - يوجد جهاز إرسال، يوجد جهاز استقبال، الكفاءة حوالي 50٪، أي. للشحن بتيار 1A، سوف يستهلك جهاز الإرسال 2A. عادة ما يسمى جهاز الإرسال في هذه المجموعات بالقاعدة، والجزء الذي يتصل بالهاتف يسمى جهاز الاستقبال أو الهوائي.

مجال آخر هو النقل اللاسلكي للكهرباء باستخدام أجهزة الميكروويف أو الليزر. هذا يوفر نصف قطر أكبرالإجراءات بدلا من بضعة أمتار المقدمة عن طريق الحث المغناطيسي. في طريقة الميكروويف، يتم تثبيت هوائي مستقيم (هوائي غير خطي لتحويل الموجة الكهرومغناطيسية إلى تيار مباشر) على جهاز الاستقبال، ويقوم المرسل بتوجيه إشعاعه في هذا الاتجاه. في هذا الإصدار من النقل اللاسلكي للكهرباء، ليست هناك حاجة للرؤية المباشرة للأشياء. الجانب السلبي هو أن إشعاع الميكروويف غير آمن للبيئة.

في الختام، أود أن أشير إلى أن النقل اللاسلكي للكهرباء هو بالتأكيد مناسب للاستخدام في الحياة اليومية، ولكن له إيجابيات وسلبيات. إذا كنا نتحدث عن استخدام هذه التقنيات لشحن الأدوات الذكية، فإن الميزة هي أنه لا يتعين عليك إدخال وإزالة القابس باستمرار من موصل هاتفك الذكي، وبالتالي لن يفشل الموصل. الجانب السلبي هو الكفاءة المنخفضة، إذا كان فقدان الطاقة للهاتف الذكي ليس كبيرًا (عدة واط)، فهذا أمر جيد جدًا بالنسبة للشحن اللاسلكي للسيارة الكهربائية. مشكلة كبيرة. الهدف الرئيسي من التطوير في هذه التكنولوجيا هو زيادة كفاءة التركيب، لأنه على خلفية السباق الواسع النطاق لتوفير الطاقة، فإن استخدام التقنيات ذات الكفاءة المنخفضة أمر مشكوك فيه للغاية.

مواد ذات صلة:

يحب( 0 ) أنا لا أحب( 0 )