Беспроводное электричество
Теория беспроводной передачи электричества – задумка Тесла
Чего только ни придумали люди для минимизации расходов во время транспортировки электрического тока: использование высоковольтных ЛЭП, применение проводников, обладающих сверхмалым сопротивлением и т. д. Но самой, пожалуй, интересной идеей является теория беспроводной передачи электрической энергии. И сегодня мы попытаемся вместе постичь ее суть.
Когда речь идет о беспроводной передаче электричества, многие люди проводят аналогию с беспроводными сетями: Wi-Fi, 4G и т. д. Да, эти технологии не предусматривают наличия проводников, но и передавать энергию они тоже не могут. Их основная функция состоит в передаче данных, а электрическая энергия в данном случае затрачивается лишь на то, чтобы породить передаточный импульс.
Принцип беспроводной передачи электроэнергии
Принцип передачи электроэнергии на большие расстояния без использования проводников основан на явлении электромагнитной индукции, которое всем нам известно еще со времен школьной скамьи. Это явление применяется в устройствах беспроводной (индуктивной) зарядки, а схема его работы предельно проста: есть две электромагнитные катушки – передатчик и приемник. Если на обмотку катушки-передатчика подать переменный ток, то устройство начнет генерировать переменное магнитное поле. В момент, когда катушка-приемник попадает в зону действия магнитного поля передатчика, на обмотке приемника возникает напряжение. Иными словами, между передатчиком и приемником возникает индуктивная связь. Возникшее электричество можно использовать уже по назначению (например, для подзарядки аккумулятора).
Как видим, принцип беспроводной передачи электрической энергии (мощности) основан на использовании электрической энергии, а также на явлениях магнетизма и электрического магнетизма.
Немного истории
Впервые теория беспроводной передачи электрического тока была представлена широкой общественности в 1899 году известным ученым Николой Тесла. Он презентовал беспроводной способ передачи питания на рабочие элементы люминесцентных ламп. Но в те далекие годы было проще провести традиционную линию электропередачи длиной в несколько десятков миль, чем создавать мощные электрогенераторы, которые потребовались бы для проведения опыта. В итоге идея обернулась провалом, патент на изобретение ученым так и не был получен, а само изобретение так и осталось храниться в анналах науки.
Неудача практически полностью приостановила развитие представленной технологии. Поэтому в наши дни можно встретить совсем не много устройств, работающих по принципу индукционно-магнитной передачи электроэнергии. К их числу можно отнести небольшие беспроводные наушники, беспроводные зарядные устройства и т. д.
Что такое магнетизм
Явление магнетизма известно человечеству уже давно. Заключается оно в способности определенных материалов притягивать или отталкивать от себя различные предметы, не имея с ними прямого соприкосновения. Природные магниты имеют два полюса. Наглядным и единственным примером постоянного природного магнита является наша планета, обладающая двумя разнонаправленными полюсами.
Электрическим магнетизмом называется взаимная связь переменных электрических и магнитных полей.
Что такое магнитная индукция
Явление электромагнитной индукции рассмотрим, опять же таки, на примере двух электромагнитных катушек.
В момент, когда один электрический контур (катушка-источник) подключается к сети переменного тока, вокруг его проводников возникает колебательное электромагнитное поле. Если в это время вблизи первой катушки будет находиться второй токопроводящий контур (катушка-приемник), то под воздействием колебательного электромагнитного поля в его внутренней структуре начнет индуцироваться электрический ток. Подобным образом первая катушка передает часть своей электрической мощности на обмотку второй катушки. Этот процесс и получил название электромагнитной индукции.
В повседневной жизни явление электромагнитной индукции используется очень часто. Ведь на нем основана работа трансформаторов (которые входят в состав каждой электрической подстанции), работа генераторов (которые установлены во всех автомобилях) и других не менее важных устройств.
Величина индуцированного во второй катушке тока имеет прямую связь со скоростью изменения магнитного потока и с количеством витков в первой катушке. Более подробно эта взаимосвязь отражена в законах электромагнитной индукции, автором которых является Майкл Фарадей – английский физик-экспериментатор.
Что такое индуктивная связь
Если два электрических устройства имеют взаимное расположение, при котором изменение электромагнитного поля на одном из устройств провоцирует возникновение электрического тока на другом устройстве, то можно сказать, что эти устройства связаны индукционно. То есть, что они имеют индуктивную связь.
Если между двумя устройствами (между передатчиком и приемником) существует электрический резонанс, то потери мощности электрического тока во время беспроводной передачи будут сведены к минимуму. Резонанс достигается путем встраивания специальных конденсаторов в электрическую схему катушек.
Преимущества и недостатки технологии
Как и любая другая технология, технология беспроводной передачи электричества имеет свои преимущества и недостатки. К ее преимуществам можно отнести следующие особенности:
- отсутствие проводников, соединяющих источник тока и энергопринимающее устройство;
- сведение к минимуму операций, связанных с техническим обслуживание линии, передающей электричество;
- экономия на материалах и на монтажных работах.
Недостатки выявлены следующие:
- беспроводная передача возможна только на сравнительно небольших расстояниях;
- сильное магнитное поле наносит вред живому организму;
- высокая стоимость создания мощных установок для беспроводной передачи электроэнергии.
Вывод: в целом, с точки зрения любопытного обывателя, технология выглядит весьма привлекательно. Но если подойти к идее более рационально, то до ее повсеместного внедрения в жизнь современному человечеству еще очень далеко.