תורת הטסלה: מי ינצח במירוץ לכוח אלחוטי?

פרסומת

כשאתה חושב על כוח אלחוטי, תמונות של ברגי ברק בורחים מ סליל טסלה אחד 10 הסרטונים הטובים ביותר לסלילי טסלה סלילי ביוטיובניקולה טסלה נחשב בצדק כאחד המוחות המדעיים הגדולים בכל הזמנים. בעבודתו החלוצית כמהנדס, בעיקר בתחום החשמל והאלקטרומגנטיות, פירושו ששמו שם נרדף ל ... קרא עוד לאחר כנראה עולה בראש, או אולי תמונות של הרגע שהמפלצת של פרנקנשטיין התעוררה.

למרות שהרעיון נראה מגוחך וכמעט בלתי אפשרי, אתה עלול להיות מופתע לגלות שכוח אלחוטי הופך במהירות למציאות.

ישנן מספר תיאוריות והצעות המוצעות להשגת הישג העתידני של העברת חשמל באוויר אל מכשירים בבית שלך - אליהם נגיע במאמר זה - אך ראשית, חשוב להבין גם את הפוטנציאל וגם את המגבלות. של המדע 10 ערוצי YouTube מדע שאי אפשר להחמיץהמילה מדע פירושה בעצם ידע, והחיפוש הזה אחר למידה והבנה הוא שהניע את האנושות לשיא כוחה. האינטרנט מציע הזדמנות נרחבת לפזר את הידע הזה ל ... קרא עוד מאחורי הניסיונות האלה.

מהו כוח אלחוטי?

כאשר רוב האנשים חושבים על חשמל, הם חושבים על תקע חוט אחד או שניים מסורתי שיש לו מסוף חיובי, מסוף שלילי, ולפעמים חוט קרקע. המסופים החיוביים והשליליים מהווים את מה שהוא בעצם מעגל חשמלי, כפי שמוצג בתרשים למטה.

זו הדוגמה הפשוטה ביותר למעגל חשמל. ובכן, למעשה הסרת המתג תהיה פשוטה יותר, אבל אתה מבין את העניין.

מסופי "+" ו- "-" של הסוללה הם החוטים האדומים והשחורים בתקע החשמל שלך, בין אם אתה מחבר מנורה, מחשב או כל דבר אחר.

ברמתו הבסיסית ניתן לתאר את החשמל כזרם של "זרם" ממסופים חיוביים לשליליים. אני הולך להימנע מדיון תיאורטי בתנועת החלקיקים הטעונים בפועל. רק הבינו שכדי להניע מכשיר חשמלי, הוא זקוק להבדל מתח בין שני המסופים הללו.

אז איך אפשר להפוך מערכת שתלוי כמובן במוליך כמו חוט חשמלי לזרימת המטען? מה אתה אמור לעשות, לירות המטען מקצה חוט אחד למשנהו? ובכן... סורטה.

תן לי להכיר לך את השנאי.

זהו למעשה מושג שקיים מאז תקופת טסלה עצמו. אתה לוקח חוט אחד הנושא את מתח המקור שלך (מחובר לשקע חשמל ביתי של 60 הרץ למשל) ומסתובב אותו בלולאות רבות. הו לעזאזל, השתמש בחתיכת ברזל כדי להקל על גלישת הלולאות.

לאחר מכן, עטפו חוט שני במרחק קצר מהסליל הראשון. תגרום לזרם בסליל השני, ממש כמו קסם.

אוקיי, לא ממש קסם, אבל די קרוב. בעיקרון, כל חוט שיש לו מתח מתחלף מייצר שדה אלקטרומגנטי סביבו, הנקרא שטף. כשאתה סליל את החוט, אתה מגביר את השדה הזה. החלק חומר מגנטי כמו ברזל לסליל ההוא, ואתה משפר את היכולת שלך להעביר את האנרגיה לסליל השני. אבל - הנה הבועט - אותו דבר יכול לקרות ממש באוויר.

האם אי פעם השתמשת בתנור אינדוקציה?

אם יש לך הזדמנות לראות אחת כזו, הפוך אותה לחום מלא והניחה את היד על המבער. לא, ברצינות - געו בכל מה שתרצו. לא תישרף. החוטים הסלולים האלה נועדו לגרום לזרמי אדמה לכלי הבישול מברזל יצוק המונחים על הכיריים. זה בתורו מחמם את הסיר שמחמם את האוכל.

העברת אנרגיה חשמלית זו באוויר היא כיצד פועלים גנרטורים, מנועים ואפילו מטען מברשת השיניים החשמלי שלך. במקרים אלה, במקום גרעין ברזל, זה "ליבת אוויר". זה השטף שמעביר את האנרגיה החשמלית.

פריצות דרך בעוצמה אלחוטית

אז מדוע מדענים לא הצליחו להעביר אלחוטי חשמל באמצעות אינדוקציה לפני כן? ובכן, כדי להבין זאת, אתה באמת צריך ללכת לאנשים שהתחילו את הכל - או לפחות, הרים את הלפיד של ניקולה טסלה.

ב נייר 2006 שפורסמו בכתב העת Annals of Physics, חוקרי MIT תיארו כיצד הם מתכוונים להוכיח שניתן להשתמש בשדות אלה להעברת חשמל באופן אלחוטי.

אנו בודקים האם, ובאיזו מידה, התופעה הפיזית של מצבים אלקטרומגנטיים מהדהדים לאורך זמן עם לוקליזציה ניתן להשתמש בדפוסי שדה המתחלפים באיטיות כדי להעביר אנרגיה ביעילות על פני מרחקים לא זניחים, אפילו בנוכחות זרים חפצים סביבתיים.

באנגלית פשוטה החוקרים אמרו כי הם מאמינים כי על ידי שימוש בתצורה הנכונה ניתן להשתמש בשדות אינדוקציה אלה בכדי להעביר כוח על פני מרחק, אפילו עם עצמים בדרך.

ונחשו מה, עד 2007 הם הוכיחו את זה, ופרסמו את תוצאותיהם במאמר ניסיוני שפורסם במגזין Science.

בעזרת סלילי תהודה עצמית במשטר צמוד חזק, הדגמנו בניסוי העברת כוח יעילה ללא הערכה על מרחקים עד פי 8 מרדיוס הסלילים. הצלחנו להעביר 60 וואט ביעילות של ~ 40% לאורך מרחקים העולים על 2 מטר.

זה היה הישג מדהים. לאלו מכם שעדיין לא מכווננים היטב למערכת המטרית, 2 מטר הם מעט מעל מטר וחצי. בעיקרון הם יכלו להעביר כוח מסליל אחד לשני, מרחק של אדם גבוה מאוד.

מה היה הסוד שלהם? זה מה שהם כינו "סלילי תהודה". הם כיוונו את הסלילים בצורה מדויקת - המספר, הרדיוס וגורמים אחרים, כדי להשיג מעין "תהודה" בין שני הסלילים.

חיוני שהסלילים יהיו בתהודה כדי שהעברת הכוח תהיה מעשית (6). אנו מגלים בניסוי כי הכוח המועבר לעומס יורד בצורה חדה כאשר אחד הסלילים מנותק מההדהוד.

בלי קשר, הישג זה עורר את ההתפתחות המהירה של יישומי חשמל אלחוטיים. המירוץ היה.

המירוץ לרתום את הכוח

המירוץ שעשו.

אחד הסטארטאפים הראשונים שקפצו על טכנולוגיה זו למטרות מסחריות היה WiTricity. כבר בשנת 2009, המנכ"ל אריק גילר העביר הדגמה של טכנולוגיית הכוח האלחוטית ב- TEDGlobal 2009.

הוא לא היה היחיד. חברות רבות קפצו מייד על טכנולוגיה זו ליישומים שהיו פרקטיים וקלים למרחקים קצרים. טעינה אלחוטית של מכשירים ניידים הייתה בחירה ראשונה ברורה, ובשנת 2009 הראשונה רפידות טעינה אינדוקטיביות האם ה- Duracell myGrid באמת טעינה כמו גם כבל חשמל?כבלי החשמל הם מושג עתיק יותר ויותר בעולם האלחוטי של ימינו, אך עד כה הם נותרים הכרח. אף אחד לא רוצה להיאלץ לקשור את האלקטרוניקה שלהם לקן החוטים של חולדה ... קרא עוד פגע בשוק.

עכשיו אתה יכול למקם את המכשירים הניידים שלך על גבי רפידות אלה, והם יחייבו. אין צורך להתמודד עם תקע החשמל של הטלפון שלך יותר.

אם אתה חושב שזו הייתה המצאה מגניבה, שקול עד כמה הענף הגיע מאז ימי הגילוי של MIT. עד 2011 חברה בשם אבטרן יצר מערכת "Plugless Power" למכוניות חשמליות בטכנולוגיית האינדוקציה להטענת כלי רכב חשמליים ללא כבלים.

טעינה אינדוקטיבית אינה עתידה של מכוניות חשמליות, היא כבר כאן.

העתיד של כוח אלחוטי

עכשיו כשאתה יודע איפה התעשייה נמצאת עם כוח אלחוטי, הבה נבחן לאן הוא הולך.

בתחילת 2014 חוקרים במחקר המכון המתקדם למדע וטכנולוגיה בקוריאה (KAIST) הודיעו כי הם פיתחו "מערכת תהודה סליל Dipole" שם הם יכולים ליצור "טווח מורחב של העברת כוח אינדוקטיבית, עד 5 מטרים בין משדר ומקלט סלילים. "

הם גם הצליחו לכווץ את גדלי הסלילים ממה שהצוות MIT השתמש בהם, והפך את כל העניין למעשי יותר (אם כי עדיין יקר) למטרות מסחריות.

צ'ון ט. רים, ראש פרויקט המחקר, אמר ל- Science Daily שהוא ראה ששימוש במערכת כזו כדי לספק "נקודות חמות אלחוטיות של כוח אלחוטי" ממש כמו שאנשים משתמשים בנקודות חמות באינטרנט.

ממש כמו שאנו רואים אזורי Wi-Fi בכל מקום היום, בסופו של דבר יהיו לנו אזורי Wi-Power רבים במקומות כמו מסעדות ורחובות המספקים חשמל אלחוטי למכשירים אלקטרוניים.

חמישה מטרים הם כמעט שש עשרה וחצי מטר. עכשיו אתה מדבר על אורך החדר הטיפוסי בבית.

לאורך כל השנה, חברה בשם Ossia עושה את הסיבובים עם הקונספט שלה שנקרא Cota, טכנולוגיה שהחברה מבטיחה שתאפשר טעינה אלחוטית מה טעינה אלחוטית וכיצד בדיוק זה עובד? [MakeUseOf מסביר]אנו חיים בעולם אלחוטי. אלא שלא. בטח, אנו יכולים לשלוח כמויות אדירות של מידע על גלי האוויר, אך המכשירים המסוגלים לשלוח ולקבל אותו קשורים למיתרי חשמל ... קרא עוד של מכשירים שגובהם מטר וחצי מתחנת הבסיס.

אבל כמובן, למעריצים של אפל אין חשש, החברה שלך נמצאת בחזית המשחק גם.

באוגוסט קיבלה אפל שני פטנטים שקשורים ליישום המתוכנן שלהם לטעינת חשמל אלחוטית להשראת תהודה.

פטנט אחד מתאר כיצד המשתמשים יוכלו לחבר ספק כוח - כגון דונגל או התקן בתוך חדש יותר מערכת מחשב - ואז ספק הכוח הזה יטעין באופן אלחוטי את כל המכשירים "המותאמים כהלכה" בקרבת מקום.

על הפטנט נכתב:

... ניתן לראות במכשיר היקפי המותאם כנדרש כחלק ממעגל תהודה שיכול לכלול את אספקת החשמל NFMR וכל התקנים היקפיים אחרים המותאמים כל כך.

הפטנט חושף כי ענף אלקטרוניקה שלם דוהר על מנת לנצל טכנולוגיה שיכולה להפוך לחלוטין את מראה משק הבית המודרני.

ראשית יגיעו המכשירים הקטנים יותר שקל לטעון, עם דרישות כוח נמוכות יותר. עם זאת, אם לשחקנים האחרים בתעשיית כוח הגיוס יש מה לומר על זה, הכל מכשירים ביתיים - מהמיקרוגל ועד לטלוויזיה עם המסך הגדול שלכם - יופעלו ללא כבלי חשמל בכלל.

יום אחד, אנשים עשויים להסתכל על שקעי החשמל בבית באותו אופן שבו ילדים מסתכלים היום על שקעי הרשת הישנים והמטופשים. מוכן או לא, הכוח האלחוטי הוא העתיד - ואני בטוחה שניקולה טסלה צוחק בקברו.

איך אתה מרגיש לגבי כוח אלחוטי? האם תחבקי את הטכנולוגיה, או שיש לך חששות? שתף את מחשבותיך בקטע התגובות למטה!

נקודות זכות: פלזמה דרך Shutterstock, Designua / Shutterstock, פוטושוניקס / Shutterstockסלילי MIT / תהודה, פטנט אפל / USPO.gov, Evikka / Shutterstock