Langaton sähkön siirto

Langaton sähkönsiirto  on menetelmä sähköenergian siirtämiseksi ilman johtavia elementtejä sähköpiirissä .

Tällaisen lähetyksen teknologisia periaatteita ovat induktiivinen (lyhyillä etäisyyksillä ja suhteellisen pienillä tehoilla), resonanssi (käytetään kontaktittomissa älykorteissa ja RFID - siruissa ) ja suunnattu sähkömagneettinen suhteellisen pitkille etäisyyksille ja tehoille (alue ultraviolettisäteilystä mikroaaltoon ) .

Vuoteen 2011 mennessä suoritettiin seuraavat onnistuneet kokeet energiansiirrolla kymmenien kilowattien teholla mikroaaltoalueella noin 40 % : n hyötysuhteella : vuonna 1975 Goldstonen observatoriossa (Kalifornia) ja vuonna 1997 Grand Bassinissa Réunionin saarella (kilometrien suuruusluokka, tutkimus kylän energiahuollon alalla ilman kaapeliverkkoa).

Langattoman voimansiirron historia

• Vuonna 1820 André Marie Ampère löysi lain (myöhemmin nimeltään Ampèren laki löytäjän mukaan ), joka osoittaa, että sähkövirta tuottaa magneettikentän.
• Vuonna 1831 Michael Faraday löysi induktiolain , tärkeän sähkömagnetismin peruslain .
• Vuonna 1864 James Maxwell systematisoi havaintojen ja kokeiden tulokset, tutki sähkön, magnetismin ja optiikan yhtälöitä, loi teorian ja laati tarkan matemaattisen kuvauksen sähkömagneettisen kentän käyttäytymisestä (katso Maxwellin yhtälöt ).
• Vuonna 1888 Heinrich Hertz vahvisti sähkömagneettisen kentän olemassaolon. Hertzin " Electromagnetic Field Generation Apparatus " oli "radioaaltojen" kipinälähetin ja tuotti aaltoja mikroaalto- tai UHF -taajuuskaistoilla .
• Vuonna 1891 Nikola Tesla paransi ja patentoi (patenttinumero 454 622; "Electric Lighting System") Hertzi-aaltolähettimen radiotaajuiseen virtalähteeseen.
• Vuonna 1893 Nikola Tesla esitteli langatonta valaistusta loistelampuilla vuoden 1893 maailmannäyttelyssä Chicagossa [4] .
• Vuonna 1894 Nikola Tesla sytytti fosforihehkulampun langattomasti Fifth Avenue Laboratoryssa ja myöhemmin Houston Street Laboratoryssa New Yorkissa " elektrodynaamisen induktion " avulla eli langattoman resonanssin keskinäisen induktion avulla [5] [6] [7 ] ] .
• Vuonna 1894 Jagdish Chandra Bose sytytti ruudin etäsytytyksenä , mikä johti kellon lyömiseen käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja, mikä osoitti, että viestintäsignaaleja voitiin lähettää langattomasti [8] [9] .
• 25. huhtikuuta ( 7. toukokuuta )  1895 Aleksanteri Popov esitteli keksimäänsä "Sähköisten värähtelyjen havaitsemiseen ja tallentamiseen tarkoitettua laitetta" Venäjän fysikaaliskemian seuran fysiikan osaston kokouksessa [10] :65 .
• Vuonna 1895 Bosche lähetti signaalin noin yhden mailin etäisyydellä [8] [9] .
• 2. kesäkuuta 1896 Guglielmo Marconi haki radion keksintöä.
• Vuonna 1896 Tesla lähetti signaalin noin 48 kilometrin etäisyydellä [11] .
• Vuonna 1897 Guglielmo Marconi lähetti morsekoodin tekstiviestin noin 6 kilometrin etäisyydellä radiolähettimen avulla.
• Vuonna 1897 rekisteröitiin ensimmäinen Teslan patentti langattoman tiedonsiirron käyttöön.
• Tesla kirjoitti vuonna 1899 Colorado Springsissä : "Induktiomenetelmän epäjohdonmukaisuus näyttää olevan valtava verrattuna maan ja ilman varauksen herättämiseen " [12] .
• Vuonna 1900 Guglielmo Marconi ei pystynyt saamaan patenttia radion keksinnölle Yhdysvalloissa.
• Vuonna 1901 Marconi lähetti signaalin Atlantin valtameren yli käyttämällä Teslan laitetta.
• Vuonna 1902 Tesla ja Reginald Fessenden törmäsivät US-patentista numero 21 701 ("Signaalinsiirtojärjestelmä (Wireless). Hehkulamppujen valikoiva päällekytkentä, elektroniset logiikkaelementit yleensä") [13] .
• Vuonna 1904 St. Louisissa pidetyssä maailmannäyttelyssä palkinto tarjottiin onnistuneesta yrityksestä hallita 0,1  hv : n ilmalaivamoottori . ( 75  W ) tehosta, joka lähetetään etänä alle 30 metrin etäisyydeltä [ 14 ] .
• Vuonna 1917 Nikola Teslan rakentama Wardenclyffe Tower tuhoutui kokeiden suorittamiseksi suurten voimien langattomasta siirrosta.
• Vuonna 1926 Shintaro Uda ja Hidetsugu Yagi julkaisivat ensimmäisen julkaisun " korkeatehoisesta ohjattavasta suunnatusta viestintäkanavasta " [15] , joka tunnetaan hyvin nimellä "Yagi-Uda-antenni" tai " aaltokanava "-antenni.
• Vuonna 1945 Semyon Tetelbaum julkaisi artikkelin "Sähkön langattomasta siirrosta pitkiä matkoja radioaaltojen avulla", jossa hän pohti ensin mikroaaltouunin tehokkuutta langattomassa sähkönsiirrossa [16] [17] .
• Vuonna 1961 William Brown julkaisi artikkelin, jossa tutkittiin mahdollisuutta siirtää energiaa mikroaaltojen kautta [18] [19] .
• Vuonna 1964 William Brown ja Walter Cronkite esittelivät CBS News -kanavalla mallihelikopteria, joka sai kaiken tarvitsemansa energian mikroaaltouunista.
• Vuonna 1968 Peter Glaser ehdotti aurinkoenergian langatonta siirtoa avaruudesta käyttämällä "Energy Beam" -tekniikkaa [20] [21] . Tätä pidetään ensimmäisenä orbitaalisen voimajärjestelmän kuvauksena .
• Vuonna 1973 maailman ensimmäinen passiivinen RFID - järjestelmä esiteltiin Los Alamosin kansallisessa laboratoriossa [22] .
• Vuonna 1975 Goldstone Observatory Deep Space Communications Complexissa suoritettiin kokeita kymmenien kilowattien lähettämiseksi [23] [24] [25] .

• Vuonna 2007 Massachusetts Institute of Technologyn professori Marin Soljacicin johtama tutkimusryhmä siirsi langattomasti energiaa 2 metrin etäisyydellä teholla, joka riittää sytyttämään 60 watin hehkulampun teholla 40 % käyttämällä kahta käämiä, joiden halkaisija 60 cm [26] .
• Vuonna 2008 Bombardier ehdotti langatonta voimansiirtojärjestelmää nimeltä "primove" käytettäväksi raitiovaunuissa ja kevyen raideliikenteen moottoreissa [27] .
• Vuonna 2008 Intelin työntekijät toistivat Nikola Teslan vuonna 1894 ja John Brownin ryhmän vuonna 1988 tekemät kokeet langattomasta energiansiirrosta hehkulamppuihin 75 % : n hyötysuhteella [28] .
• Vuonna 2009 kiinnostuneiden yritysten konsortio nimeltä "Wireless Power Consortium" kehitti pienivirtaisen langattoman tehostandardin nimeltä " Qi " [29] [30] . Qi:tä alettiin käyttää kannettavassa tekniikassa.
• Vuonna 2009 norjalainen Wireless Power & Communication esitteli [31] kehittämänsä teollisen taskulampun, joka voi toimia turvallisesti ja ladata uudelleen ilman kosketusta palavalla kaasulla kyllästetyssä ilmakehässä.
• Vuonna 2009 Haier Group esitteli maailman ensimmäisen täysin langattoman LCD-television, joka perustuu professori Marin Soljacicin tutkimukseen langattomasta tehonsiirrosta ja langattomasta kodin digitaalisesta rajapinnasta (WHDI) [32] [33] .
• Vuonna 2011 "Wireless Power Consortium" alkoi laajentaa Qi-standardin määritelmiä keskivirroille.
• Vuonna 2012 aloitti toimintansa yksityinen Pietarin museo " Grand Maket Russia ", jossa pienoisautomallit saavat virtaa langattomasti ajoradan mallin kautta.
• Vuonna 2015 Washingtonin yliopiston tutkijat havaitsivat, että sähköä voidaan siirtää Wi-Fi- tekniikan avulla [34] .
• Vuonna 2017 saman yliopiston tutkijat loivat prototyypin matkapuhelimesta ilman akkua [35] .

Tekniikka

Infrapuna - alueella [36] .

ultraääni menetelmä

Ultraäänimenetelmän energiansiirtoon keksivät Pennsylvanian yliopiston opiskelijat, ja se esiteltiin ensimmäisen kerran suurelle yleisölle "The All Things Digital" (D9) -näyttelyssä vuonna 2011. Kuten muissakin menetelmissä jonkin asian langattomassa lähettämisessä, käytettiin vastaanotinta ja lähetintä. Lähetin lähetti ultraääntä; vastaanotin puolestaan ​​muutti kuullun sähköksi. Esityshetkellä lähetysetäisyys oli 7-10 metriä , ja vastaanottimen ja lähettimen suora näkyvyys oli välttämätön. Lähetetty jännite saavutti 8 volttia ; tuloksena olevaa virtaa ei raportoida. Käytetyillä ultraäänitaajuuksilla ei ole vaikutusta ihmisiin. Myöskään ultraäänitaajuuksien kielteisistä vaikutuksista eläimiin ei ole tietoa.

Ultraäänen käytännön soveltaminen voimansiirtoon on mahdotonta johtuen erittäin alhaisesta hyötysuhteesta, monissa valtioissa vallitsevista enimmäisäänenpainetason rajoituksista, jotka eivät salli hyväksyttävän tehon siirtämistä, sekä muista rajoituksista [37] .

Sähkömagneettinen induktiomenetelmä

Langaton tehonsiirto sähkömagneettisen induktion avulla käyttää lähellä sähkömagneettista kenttää noin kuudesosan aallonpituuden etäisyyksillä. Lähikenttäenergia itsessään ei ole säteilyä, mutta joitain säteilyhäviöitä tapahtuu. Lisäksi yleensä esiintyy myös resistiivisiä häviöitä. Elektrodynaamisesta induktiosta johtuen ensiökäämin läpi kulkeva vaihtosähkövirta muodostaa vaihtuvan magneettikentän, joka vaikuttaa toisiokäämiin ja indusoi siihen sähkövirran. Korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi vuorovaikutuksen tulee olla riittävän läheistä. Kun toisiokäämi siirtyy pois ensiökäämistä, yhä suurempi osa magneettikentästä ei saavuta toisiokäämiä. Jopa suhteellisen lyhyillä etäisyyksillä induktiivisesta kytkennästä tulee erittäin tehotonta, mikä tuhlaa suuren osan siirretystä energiasta.

Sähkömuuntaja on yksinkertaisin laite langattomaan tehonsiirtoon. Muuntajan ensiö- ja toisiokäämiä ei ole kytketty suoraan. Energian siirto tapahtuu prosessin kautta, joka tunnetaan nimellä keskinäinen induktio . Muuntajan päätehtävä on lisätä tai vähentää ensiöjännitettä. Matkapuhelimien ja sähköhammasharjojen kontaktittomat laturit ovat esimerkkejä sähködynaamisen induktion periaatteen käytöstä. Myös induktiokeittimet käyttävät tätä menetelmää. Langattoman tiedonsiirtomenetelmän suurin haitta on sen erittäin lyhyt kantama. Vastaanottimen on oltava lähellä lähetintä, jotta se voi kommunikoida tehokkaasti sen kanssa.

Värähtelypiirin resonanssin käyttö lisää hieman lähetysaluetta. Resonanssiinduktiolla lähetin ja vastaanotin viritetään samalle taajuudelle. Suorituskykyä voidaan edelleen parantaa muuttamalla käyttövirran aaltomuotoa sinimuotoisesta ei-sinimuotoiseen transienttiaaltomuotoon. Pulssienergian siirto tapahtuu useiden jaksojen aikana. Näin ollen kahden keskenään viritetyn LC-piirin välillä voidaan siirtää merkittävää tehoa suhteellisen pienellä kytkentäkertoimella. Lähetys- ja vastaanottokelat ovat pääsääntöisesti yksikerroksisia solenoideja tai litteää kelaa, jossa on joukko kondensaattoreita, joiden avulla voit virittää vastaanottoelementin lähettimen taajuudelle.

Resonoivan elektrodynaamisen induktion yleinen sovellus on akkujen lataaminen kannettavissa laitteissa, kuten kannettavissa tietokoneissa ja matkapuhelimissa, lääketieteellisissä implanteissa ja sähköajoneuvoissa. Lokalisoitu lataustekniikka käyttää sopivan lähetyskelan valintaa monikerroksisessa käämiryhmärakenteessa. Resonanssia käytetään sekä langattomassa latausalustassa (lähetyssilmukka) että vastaanotinmoduulissa (rakennettu kuormaan) maksimaalisen tehonsiirron varmistamiseksi. Tämä siirtotekniikka sopii yleiskäyttöisille langattomille lataustyynyille kannettavan elektroniikan, kuten matkapuhelimien, lataamiseen. Tekniikka on otettu käyttöön osana langatonta Qi-latausstandardia .

Resonanssisähködynaamista induktiota käytetään myös muiden kuin akkulaitteiden, kuten RFID-tunnisteiden ja kontaktittomien älykorttien, syöttämiseen sekä sähköenergian siirtämiseen ensisijaisesta kelasta kierukkamaiseen Tesla-muuntajaresonaattoriin, joka on myös langaton sähköenergian lähetin.

sähköstaattinen induktio

Sähköstaattinen tai kapasitiivinen kytkentä on sähkön kulkua eristeen läpi . Käytännössä tämä on sähkökentän gradientti tai differentiaalinen kapasitanssi kahden tai useamman eristetyn liittimen, levyn, elektrodin tai solmun välillä, jotka kohoavat johtavan pinnan yläpuolelle. Sähkökenttä syntyy lataamalla levyt korkeataajuisella ja korkeapotentiaalisella vaihtovirralla. Kahden elektrodin ja teholla toimivan laitteen välinen kapasitanssi muodostaa potentiaalieron.

Sähköstaattisen induktion välittämää sähköenergiaa voidaan käyttää vastaanottavassa laitteessa, kuten esimerkiksi johdottomissa lampuissa. Tesla esitteli valaistuslamppujen langatonta virtalähdettä vaihtelevan sähkökentän välittämän energian avulla.

Sen sijaan, että luottaisimme sähködynaamiseen induktioon valaisimen virransyöttämisessä kaukaa, ihanteellinen tapa valaista aula tai huone olisi luoda olosuhteet, joissa valaisinta voidaan siirtää ja sijoittaa mihin tahansa ja toimia riippumatta siitä, missä se on sijoitettu, ja ilman langallinen yhteys. Pystyin osoittamaan tämän luomalla voimakkaan korkeataajuisen vaihtuvan sähkökentän huoneeseen. Tätä tarkoitusta varten kiinnitin eristetyn metallilevyn kattoon ja liitin sen induktiokäämin yhteen napaan, toisen liittimen ollessa maadoitettu. Toisessa tapauksessa liitin kaksi levyä, kumpikin induktiokäämin eri päihin, valiten huolellisesti niiden mitat. Purkauslamppu voidaan siirtää mihin tahansa paikkaan huoneessa metallilevyjen väliin tai jopa jonkin matkan päähän niiden takana, samalla kun se säteilee valoa keskeytyksettä.

Sähköstaattisen induktion periaatetta voidaan soveltaa langattomaan tiedonsiirtomenetelmään. "Tapauksissa, joissa tarvitaan pieni määrä voimansiirtoa, korotettujen elektrodien tarve vähenee, erityisesti suurtaajuisissa virroissa, kun liittimeen saadaan riittävä määrä tehoa sähköstaattisella induktiolla ylemmistä kerroksista. lähettävän päätteen luoma ilma."

mikroaaltouunin säteilyä

Radioaaltovoiman siirtoa voidaan tehdä suunnatummaksi suurentamalla tehollista tehonsiirtoetäisyyttä huomattavasti pienentämällä sähkömagneettisen säteilyn aallonpituutta, tyypillisesti mikroaaltoalueelle . Rectennalla voidaan muuttaa mikroaaltoenergiaa takaisin sähköksi , jolloin energian muunnosteho on yli 95 % . Tätä menetelmää on ehdotettu energian siirtämiseksi kiertävistä aurinkovoimaloista Maahan ja Maan kiertoradalta lähtevien avaruusalusten tehostamiseksi.

Vaikeus sähkökäyttöisen mikroaaltosäteen luomisessa on, että sen käyttämiseen avaruusohjelmissa tarvitaan suuri kalvo diffraktiosta johtuen, mikä rajoittaa antennin suuntaavuutta. Esimerkiksi NASAn vuonna 1978 tekemän tutkimuksen mukaan 2,45 GHz :n mikroaaltosäde vaatisi halkaisijaltaan 1 km :n lähetysantennin ja 10 km :n vastaanottoantennin . Näitä mittoja voidaan pienentää käyttämällä lyhyempiä aallonpituuksia, mutta lyhyet aallonpituudet voivat kuitenkin absorboitua ilmakehään ja myös tukkia sade- tai vesipisarat. "Kapean säteen kirouksen" vuoksi sädettä ei ole mahdollista kaventaa yhdistämällä säteitä useista pienemmistä satelliiteista ilman suhteellista tehohäviötä. Maan päällä käytettäessä 10 km :n antenni saavuttaa merkittävän tehotason säilyttäen samalla matalan säteen tiheyden, mikä on tärkeää ihmisten ja ympäristön turvallisuussyistä. Ihmiselle turvallinen tehotiheystaso on 1 mW/cm 2 , mikä vastaa 750 MW :n tehoa halkaisijaltaan 10 km :n ympyrän alueella . Tämä taso vastaa nykyaikaisten voimalaitosten kapasiteettia.

Japanilainen tutkija Hidetsugu Yagi tutki langatonta voimansiirtoa käyttämällä luomaansa suunnattua antenniryhmää. Helmikuussa 1926 hän julkaisi paperin laitteesta, joka tunnetaan nykyään Yagi-antennina . Vaikka se on osoittautunut tehottomaksi voimansiirrossa, sitä käytetään nykyään laajalti yleisradioissa ja langattomassa tietoliikenteessä sen erinomaisen suorituskyvyn ansiosta.

Neuvostoliiton tiedemies Semjon Tetelbaum julkaisi vuonna 1945 artikkelin, jossa hän pohti ensin mikroaaltouunin tehokkuutta langattomassa sähkönsiirrossa [16] [17] . Toisen maailmansodan jälkeen , kun magnetronina tunnettujen tehokkaiden mikroaaltosäteilijöiden kehittäminen alkoi , kehitettiin ajatus mikroaaltojen käyttämisestä energian siirtämiseen. Vuonna 1964 esiteltiin pienoishelikopteri, johon siirrettiin energiaa mikroaaltosäteilyllä.

Suuritehoisen energian langaton siirto mikroaaltoja käyttämällä on varmistettu kokeellisesti. Kokeita kymmenien kilowattien sähkön siirtämisestä suoritettiin Goldstonen observatoriossa ( Goldstone, Kalifornia ) vuonna 1975 ja vuonna 1997 Grand Bassinissa (Grand Bassin) Reunionin saarella . Kokeiden aikana saatiin aikaan energiansiirtoa noin kilometrin matkalta.

Akateemikko Pjotr ​​Kapitsa oli myös mukana kokeilussa langatonta energiansiirtoa mikroaaltosäteilyllä .

laser menetelmä

Siinä tapauksessa, että sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus lähestyy spektrin näkyvää aluetta ( 10 mikronista 10 nm : iin ), energia voidaan siirtää muuntamalla se lasersäteeksi , joka voidaan sitten ohjata vastaanottimen valokennoon .

Verrattuna muihin langattomiin siirtomenetelmiin lasertehonsiirrolla on useita etuja:

• energian siirto pitkiä matkoja (johtuen monokromaattisen valoaallon kapeiden säteiden välisestä pienestä erotuskulmasta);
• helppokäyttöisyys pienille tuotteille (johtuen puolijohdelaserin pienestä koosta - valosähköinen puolijohdediodi);
• ei radiotaajuisia häiriöitä olemassa oleville viestintälaitteille, kuten Wi-Fi ja matkapuhelimet (laser ei aiheuta tällaisia ​​häiriöitä);
• kyky hallita pääsyä (vain lasersäteellä valaistut vastaanottimet voivat vastaanottaa sähköä).

Tällä menetelmällä on myös useita haittoja:

• matalataajuisen sähkömagneettisen säteilyn muuntaminen korkeataajuiseksi, joka on kevyttä, on tehotonta. Valon muuntaminen takaisin sähköksi on myös tehotonta, koska aurinkokennojen hyötysuhde on 40-50 % , vaikka monokromaattisen valon muuntamisen tehokkuus on paljon korkeampi kuin aurinkopaneelien hyötysuhde;
• häviöt ilmakehässä;
• lähettimen ja vastaanottimen välisen näköyhteyden tarve (kuten mikroaaltolähetyksen yhteydessä).

Laseravusteista voimansiirtoteknologiaa on aiemmin tutkittu pääasiassa uusien asejärjestelmien kehittämisessä ja ilmailuteollisuudessa, ja sitä kehitetään parhaillaan kaupalliseen ja kulutuselektroniikkaan pienitehoisissa laitteissa. Kuluttajasovellusten langattomien tehonsiirtojärjestelmien on täytettävä IEC 60825 -standardin laserturvallisuusvaatimukset. Laserjärjestelmien ymmärtämiseksi on otettava huomioon, että lasersäteen eteneminen on paljon vähemmän riippuvainen diffraktiorajoituksista, koska tila- ja lasereiden spektrinen sovitus mahdollistaa työskentelytehon ja -etäisyyden lisäämisen, koska aallonpituus vaikuttaa tarkennukseen.

NASAn Dryden Flight Research Center esitteli lasersäteellä toimivan kevyen miehittämättömän lentokoneen lentoa. Tämä osoitti mahdollisuuden säännölliseen uudelleenlataukseen laserjärjestelmän avulla ilman, että lentokonetta tarvitsisi laskeutua.

Lisäksi NASA:n jaosto nimeltä "Litehouse DEV" työskentelee Marylandin yliopiston kanssa kehittääkseen silmille turvallisen lasertehojärjestelmän pienille UAV :ille.

Vuodesta 2006 lähtien silmille turvallisen laserteknologian keksijä PowerBeam on myös kehittänyt kaupallisesti valmiita komponentteja erilaisiin kulutus- ja teollisuuselektroniikkalaitteisiin.

Vuonna 2009 NASA-kilpailussa energian siirtämisestä laserilla avaruudessa ensimmäisen paikan ja 900 000 dollarin palkinnon sai LaserMotive , joka on osoittanut oman kehitysnsä, joka pystyy toimimaan yhden kilometrin etäisyydellä. Voittaja laser pystyi lähettämään 500 W :n tehon 1 km : n matkalla 10 % :n hyötysuhteella.

Maan johtavuus

Yksijohtiminen sähköjärjestelmä SWER ( englanniksi single wire with  earth return ) perustuu maavirtaan ja yhteen eristettyyn johtoon. Hätätapauksissa suurjännitteiset tasavirtajohdot voivat toimia SWER-tilassa. Eristetyn johdon korvaamisesta ilmakehän takaisinkytkennällä suuren tehon ja korkeataajuisen vaihtovirran kuljettamiseksi on tullut yksi langattoman tehonsiirron menetelmä. Lisäksi tutkittiin mahdollisuutta siirtää sähköä langattomasti vain maan kautta.

Matalataajuista vaihtovirtaa voidaan siirtää pienillä maahäviöillä, koska maadoitusvastus on paljon vähemmän kuin 1 ohm [38] . Sähköinen induktio syntyy pääasiassa valtamerten, metallimalmikappaleiden ja vastaavien maanalaisten rakenteiden sähkönjohtavuudesta. Sähköisen induktion aiheuttaa myös dielektristen alueiden, kuten kvartsihiekkakerrostumien ja muiden johtamattomien mineraalien, sähköstaattinen induktio [39] [40] .

Vaihtovirta voidaan siirtää ilmakehän kerrosten läpi, joiden ilmanpaine on alle 135 mmHg. st [41] ( paine vähintään 13 km:n korkeudessa). Virta kulkee sähköstaattisen induktion avulla ilmakehän alempien kerrosten läpi noin 2-3 mailia ( 3,2-4,8 kilometriä ) merenpinnan yläpuolella [42] ja johtuen ionien virtauksesta eli sähkönjohtamisesta ionisoidun alueen läpi, joka sijaitsee korkeus yli 5 km . Voimakkaita pystysuoraa ultraviolettisäteilyn säteitä voidaan käyttää ilmakehän kaasujen ionisoimiseen suoraan kahden kohotetun terminaalin yläpuolelle, mikä johtaa korkeajännitteisten plasmavoimalinjojen muodostumiseen, jotka johtavat suoraan ilmakehän johtaviin kerroksiin. Tämän seurauksena kahden korotetun navan väliin muodostuu sähkövirta, joka kulkee troposfääriin, sen läpi ja takaisin toiseen liittimeen. Sähkönjohtavuus ilmakehän kerrosten läpi tulee mahdolliseksi johtuen kapasitiivisesta plasmapurkauksesta ionisoidussa ilmakehässä [43] [44] [45] [46] . Nikola Tesla havaitsi, että sähköä voidaan siirtää sekä maan että ilmakehän läpi. Tutkimuksensa aikana hän saavutti lampun syttymisen kohtalaisilla etäisyyksillä ja tallensi sähkön siirtymisen pitkiä matkoja. Wardenclyffe Tower suunniteltiin transatlanttisen langattoman puhelintoiminnan kaupalliseksi hankkeeksi, ja siitä tuli todellinen osoitus mahdollisuudesta siirtää sähköä langattomasti maailmanlaajuisesti. Asennusta ei saatu päätökseen riittämättömän rahoituksen vuoksi [47] .

Maa on luonnollinen johdin ja muodostaa yhden johtavan piirin. Paluusilmukka toteutetaan troposfäärin ylemmän ja alemman stratosfäärin läpi noin 4,5 mailin ( 7,2 km ) korkeudessa [48] .

Nikola Tesla ehdotti vuoden 1904 alussa maailmanlaajuista sähkön siirtojärjestelmää ilman johtoja, niin sanottua "Worldwide Wireless System" -järjestelmää, joka perustuu plasman korkeaan sähkönjohtavuuteen ja maan korkeaan sähkönjohtavuuteen [49] [50 ]. ] .

Maailmanlaajuinen langaton järjestelmä

Kuuluisan serbialaisen keksijän Nikola Teslan varhaiset kokeet koskivat tavallisten radioaaltojen eli hertsiaaltojen, sähkömagneettisten aaltojen leviämistä avaruudessa.

Vuonna 1919 Nikola Tesla kirjoitti: ”Olen oletettavasti aloittanut langattoman tiedonsiirron työskentelyn vuonna 1893, mutta itse asiassa vietin kaksi edellistä vuotta laitteiden tutkimiseen ja suunnitteluun. Minulle oli alusta asti selvää, että menestystä voidaan saavuttaa useilla radikaaleilla päätöksillä. Ensin oli tarkoitus luoda suurtaajuusgeneraattorit ja sähköoskillaattorit. Niiden energia oli muutettava tehokkaiksi lähettimiksi ja vastaanotettava etäältä oikeilla vastaanottimilla. Tällainen järjestelmä olisi tehokas, jos kaikki ulkopuoliset häiriöt suljettaisiin pois ja sen täydellinen yksinoikeus taattaisiin. Ajan myötä ymmärsin kuitenkin, että jotta tällaiset laitteet toimisivat tehokkaasti, niiden suunnittelussa on otettava huomioon planeettamme fyysiset ominaisuudet.

Yksi maailmanlaajuisen langattoman järjestelmän luomisen edellytyksistä on resonanssivastaanottimien rakentaminen. Tesla-käämin maadoitettua kierukkaresonaattoria ja korotettua päätelaitetta voidaan käyttää sellaisenaan. Tesla esitti henkilökohtaisesti toistuvasti sähköenergian langattoman siirron lähettävästä Tesla-kelasta vastaanottavaan. Tästä tuli osa hänen langatonta siirtojärjestelmäänsä (US-patentti nro 1 119 732, 18. tammikuuta 1902, "Apparatus for Transmitting Electrical Power").

Tesla ehdotti yli kolmenkymmenen vastaanotto- ja lähetysaseman asentamista ympäri maailmaa. Tässä järjestelmässä ottokäämi toimii alennusmuuntajana, jolla on korkea lähtövirta. Lähetyskelan parametrit ovat samat kuin vastaanottokelan.

Teslan Worldwide Wireless Systemin tavoitteena oli yhdistää voimansiirto yleisradiotoimintaan ja suuntautuvaan langattomaan tietoliikenteeseen, mikä eliminoisi lukuisat korkeajännitteiset voimalinjat ja helpottaisi sähkögeneraattoreiden yhteenliittämistä maailmanlaajuisesti.

Katso myös

• AM-vastaanotin ilman virtalähdettä
• LaserMotive
• Qi (tehostandardi)
• WREL
• Orbital Energy System
• plasma lamppu
• Rectenna
• Teslan muuntaja

Linkit

•  Langaton sähkönsiirto on jo täällä
• Menetelmä sähkön langattomaan siirtoon on kehitetty // Membrane , 15.11.2006
• membrana.ru Uusi langaton sähkönsiirtomenetelmä on lanseerattu // Membrane , 18. kesäkuuta 2007
• Natalja Kovalevskaja . "Holders of Plasma" // Rahan valta nro 123, maaliskuu 2007  (linkki ei ole käytettävissä)
• Shamil Gareev . "Sähköä siirretään ilman johtoja" // The Epoch Times, 12. kesäkuuta 2007.
• Vladimir Zamansky . "Kiev Tesla" - Artikkeli insinööristä, joka toisti Teslan kokemuksen langattomasta sähkönsiirrosta. // "Sanomalehti Kiovassa" 15.09.2007 / verkkoarkisto /
• Langaton tehonsiirto vahvasti kytkettyjen magneettiresonanssien kautta // Science  Magazine
• "Goodbye wires..." // MIT- uutistoimisto, 7. kesäkuuta 2007  (eng.)
• Langattoman uBeam-virran käynnistys näyttää prototyypin D9:ssä // 2. kesäkuuta 2011

Huomautuksia

1. ↑ Gribachev P. Ilman johtoja : Scania toi markkinoille langattomalla latauksella varustetun hybridibussin Ruotsissa
2. ↑ Davydov S. Sähköbussien kontaktiton lataus Arkistokopio 12.8.2019 Wayback Machinessa // TransSpot, 6.5.2014
3. ↑ Ivanov S. 200 kilowatin langaton lataus sähköbusseihin avattu Yhdysvalloissa
4. ↑ "Sähköä Columbian näyttelyssä", kirjoittanut John Patrick Barrett. 1894, s. 168-169  _
5. ↑ Kokeilut erittäin korkeataajuisilla vaihtovirroilla ja niiden soveltaminen keinovalaistuksen menetelmiin, AIEE, Columbia College, NY, 20. toukokuuta 1891 Arkistoitu 22. huhtikuuta 2019 Wayback Machinessa 
6. ↑ Kokeilut korkean potentiaalin ja korkean taajuuden vaihtoehtoisilla virroilla, IEE-osoite, Lontoo, helmikuu 1892 Arkistoitu 19. syyskuuta 2015 Wayback Machinessa 
7. ↑ On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, helmikuu 1893 ja National Electric Light Association, St. Louis, maaliskuu 1893 Arkistoitu 10. maaliskuuta 2015 Wayback Machineen 
8. ↑ 1 2 Jagdish Chandra Bosen työ: 100 vuotta mm-aaltotutkimusta Arkistoitu 20. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa 
9. ↑ 1 2 Jagadish Chandra Bose Arkistoitu 8. lokakuuta 2014 Wayback Machinessa 
10. ↑ Shapkin V. I. Radio: löytö ja keksintö. - Moskova: DMK PRESS, 2005. - 190 s. — ISBN 5-9706-0002-4 .
11. ↑ Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon, s. 26-29. (Englanti)
12. ↑ 5. kesäkuuta 1899, Nikola Tesla Colorado Spring Notes 1899-1900, Nolit, 1978 Arkistoitu 17. maaliskuuta 2010 Wayback Machinessa 
13. ↑ Nikola Tesla : Ohjatut aseet ja tietokonetekniikka 
14. ↑ Sähkömies (Lontoo ) , 1904 
15. ↑ Scanning the Past: A History of Electrical Engineering from the Past, Hidetsugu Yagi Arkistoitu 11. kesäkuuta 2009.
16. ↑ 1 2 Tetelbaum S. I. Sähkön langattomasta siirrosta pitkiä matkoja radioaaltojen avulla // Sähkö. - 1945. - Nro 5 . - S. 43-46 .
17. ↑ 1 2 Kostenko A. A. Kvasioptiikka: historiallinen tausta ja nykyajan kehityssuuntaukset  // Radiofysiikka ja radioastronomia . - 2000. - V. 5 , nro 3 . - S. 231 .
18. ↑ Selvitys mikroaaltosäteen voimansiirron elementeistä, vuonna 1961 IRE Int. Conf. Rec., vol.9, part 3, pp.93-105 Arkistoitu 10. elokuuta 2011 Wayback Machinessa 
19. ↑ IEEE Microwave Theory and Techniques, Bill Brown's Distinguished Career Arkistoitu 2. elokuuta 2009.  (Englanti)
20. ↑ Voimaa auringosta: sen tulevaisuus, Science Vol. 162, s. 957-961 (1968)
21. ↑ Solar Power Satellite -patentti arkistoitu 17. huhtikuuta 2022 Wayback Machinessa 
22. ↑ RFID:n historia Arkistoitu 27. maaliskuuta 2009.  (Englanti)
23. ↑ Space Solar Energy Initiative -aloite arkistoitu 28. heinäkuuta 2010 Wayback Machinessa 
24. ↑ Langaton sähkönsiirto aurinkoenergiasatelliittiin (SPS) (N. Shinoharan toinen luonnos), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology Arkistoitu 20. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa 
25. ↑ WC Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions, syyskuu, 1984, v. 32 (9), s. 1230-1242 Arkistoitu 20. huhtikuuta 2021 Wayback Machinessa 
26. ↑ Langaton tehonsiirto vahvasti kytkettyjen magneettiresonanssien  kautta . Tiede (7. kesäkuuta 2007). Käyttöpäivä: 6. syyskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 29. helmikuuta 2012. ,
    Ansainnut uuden menetelmän langattomaan sähkönsiirtoon . MEMBRNA.RU (8. kesäkuuta 2007). Haettu 6. syyskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 19. joulukuuta 2011. (Venäjän kieli)
27. ↑ Bombardier PRIMOVE -tekniikka . Haettu 18. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 17. helmikuuta 2010. (määrätön)
28. ↑ Intel kuvittelee kannettavan tietokoneen langattoman tehon Arkistoitu 14. heinäkuuta 2009.  (Englanti)
29. ↑ langattoman sähkön erittely valmistumassa . Haettu 18. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 18. maaliskuuta 2012. (määrätön)
30. ↑ Maailmanlaajuinen Qi-standardi käynnistää langattoman latauksen – HONGKONG Arkistoitu alkuperäisestä 7. huhtikuuta 2013. // PRNewswire, syyskuu. 2
31. ↑ TX40 ja CX40, Ex-hyväksytty taskulamppu ja laturi Arkistoitu 27. elokuuta 2017 Wayback Machinessa 
32. ↑ Haierin langattomasta teräväpiirtotelevisiosta puuttuu johtoja, hoikka profiili (video) Arkistoitu 29. elokuuta 2017 Wayback Machinessa , Langaton sähkö osui  luojiinsa (linkki ei saatavilla
    ) . MEMBRANA.RU (16. helmikuuta 2010). Haettu 6. syyskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 10. maaliskuuta 2012. (Venäjän kieli) 
33. ↑ Eric Giler esittelee langatonta sähköä Arkistoitu 18. helmikuuta 2014 Wayback Machinessa // TED.com
34. ↑ Wi-Fi-reititin muuttui langattomaksi virtalähteeksi Arkistoitu 20. joulukuuta 2016 Wayback Machinelle // nplus1.ru
35. ↑ Luonut matkapuhelimen ilman akkua Arkistokopio 29. kesäkuuta 2017 Wayback Machinessa // Popular Mechanics
36. ↑ Älypuhelimet saavat infrapunalatauksen Arkistokopio, joka on päivätty 28. helmikuuta 2021 Wayback Machinessa // Sibnet.ru, 24.11.2020 .
37. ↑ uBeamin UKK . www.evblog.com. Haettu 12. elokuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 12. elokuuta 2017. (määrätön)
38. ↑ "Nikola Tesla ja maan halkaisija: keskustelu yhdestä Wardenclyffe Towerin monista toimintatavoista", KL Corum ja JF Corum, Ph.D. 1996
39. ↑ William Beaty, Yahoo Wireless Energy Transmission Tech Group Viesti #787 Arkistoitu 3. syyskuuta 2011 Wayback Machinessa , uusintapainos WIRELESS TRANSMISSION THEORY -julkaisussa Arkistoitu 13. tammikuuta 2012 Wayback Machinessa .
40. ↑ Wait, James R., The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation, IEEE Antennas and Propagation Magazine , Vol. 40, No. 5, lokakuu 1998.
41. ↑ SÄHKÖENERGIAN SIIRTOJÄRJESTELMÄ Arkistoitu 28. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa , syyskuu. 2, 1897, US-patentti nro. 645,576, maaliskuu 20, 1900.
42. ↑ Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon

    Minun on sanottava tässä, että kun jätin 2. syyskuuta 1897 hakemukset energian siirtoa varten, jossa tämä menetelmä paljastettiin, minulle oli jo selvää, että minulla ei tarvinnut olla päätteitä näin korkealla, mutta minä Allekirjoitukseni yläpuolella ei ole koskaan ilmoitettu mitään, mitä en ole todistanut ensin. Tästä syystä yhtään väitettäni ei koskaan kiistetty, enkä usko, että se tulee olemaan, koska aina kun julkaisen jotain, käyn sen ensin läpi kokeilemalla, sitten kokeesta lasken ja kun teoria ja käytäntö kohtaavat. Ilmoitan tulokset.

    Tuolloin olin aivan varma, että pystyisin rakentamaan kaupallisen tehtaan, jos en voisi tehdä muuta kuin mitä olin tehnyt laboratoriossani Houston Streetillä; mutta olin jo laskenut ja todennut, etten tarvinnut suuria korkeuksia soveltaakseni tätä menetelmää. Patenttini sanoo, että hajoitan ilmakehän "terminaalissa tai lähellä". Jos johtava ilmapiirini on 2 tai 3 mailia laitoksen yläpuolella, pidän tätä hyvin lähellä terminaalia verrattuna vastaanottopäätteeni etäisyyteen, joka voi olla Tyynenmeren toisella puolella. Se on vain ilmaisu....

43. ↑ Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon

    ... Näin, että pystyisin lähettämään tehoa, jos pystyisin rakentamaan tietyn laitteen - ja olen tehnyt, kuten näytän sinulle myöhemmin. Olen rakentanut ja patentoinut sellaisen laitteen, joka kohtuullisella muutaman sadan jalan korkeudella voi murtaa ilmakerroksen alas. Sitten näet jotain revontulia kaltaista taivaalla, ja energia menee kaukaiseen paikkaan.

    Se on hyvin yksinkertaista. Laite, joka mahdollistaa tietyn sähkömäärän syrjäyttämisen terminaalissa – sanotaanko niin monta yksikköä – tuottaa sähköpotentiaalin 5 mailin etäisyydellä, ja sähköpotentiaalin putoaminen senttimetriä kohti on yhtä suuri kuin sähkön määrä. jaettuna etäisyyden neliöllä.

    Nyt olen vakuuttunut siitä, että voin rakentaa laitoksia, joissa voin tuottaa ilmakehän kilometriä kohden sähköisiä potentiaalieroja, jotka ovat noin 50 000 tai 60 000 volttia, ja 50 000 tai 60 000 voltilla ilmakehän täytyy hajota ja siitä tulee johtava .

    Joten kun olin selittänyt tämän periaatteen lordi Kelvinille, hän tuli täysin vakuuttuneeksi, että pystyn siihen; mutta Helmholtz oli alusta asti vakuuttunut, että pystyn siihen. Lordi Kelvinin vakuuttaminen vaati kuitenkin argumentointia ja kokeiden osoittamista.

44. ↑ Rauscher, Elizabeth A. , Sähkömagneettiset ilmiöt monimutkaisissa geometrioissa ja epälineaarisissa ilmiöissä, ei-hertsiaallot ja magneettiset monopolit, Tesla Book Company.
45. ↑ LAITE SÄHKÖENERGIAN SIIRTOON, 2. syyskuuta 1897, US-patentti nro. 649 621, 15. toukokuuta 1900
46. ↑ Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon, s. 126, 127.
47. ↑ "The Future of the Wireless Art", Wireless Telegraphy and Telephony, Walter W. Massie & Charles R. Underhill, 1908, s. 67-71

    Tarkoituksena on antaa käytännön esittelyjä näistä periaatteista kasvin kuvassa. Heti valmistuttuaan New Yorkissa toimiva liikemies voi sanella ohjeita ja saada ne heti näkyviin kirjoitettuna toimistoonsa Lontoossa tai muualla. Hän voi soittaa pöytänsä äärestä ja puhua kenelle tahansa puhelintilaajalle ympäri maailmaa ilman, että nykyiset laitteet muuttuvat. Edullinen soitin, joka ei ole suurempi kuin kello, mahdollistaa sen haltijan kuulemaan missä tahansa, merellä tai maalla, musiikkia tai laulua, poliittisen johtajan puhetta, arvostetun tiedemiehen puhetta tai kaunopuheisen papin saarnaa. , toimitetaan johonkin muuhun paikkaan, kuinka kaukana tahansa. Samalla tavalla mikä tahansa kuva, hahmo, piirros tai printti voidaan siirtää paikasta toiseen. Miljoonia tällaisia ​​laitteita voidaan käyttää vain yhdestä tällaisesta laitoksesta. Kaikkea tätä tärkeämpää on kuitenkin voiman siirto ilman johtoja, joka näytetään riittävän suuressa mittakaavassa vakuuttavan.

48. ↑ Tesla, Nikola, Systems of Transmission of Electrical Energy Arkistoitu 28. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa , syyskuu. 2, 1897, US-patentti nro. 645,576, maaliskuu 20, 1900.
49. ↑ The Transmission of Electrical Energy Without Wires," Electrical World, 5. maaliskuuta 1904. 21st Century Books (5. maaliskuuta 1904). Haettu 4. kesäkuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 29. helmikuuta 2012. (määrätön) ."
50. ↑ Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon, s. 128-130.

    "Maapallon säde on 4000 mailia. Tämän johtavan maan ympärillä on ilmakehä. Maa on johdin; yläpuolella oleva ilmakehä on johdin, vain johtavan ilmakehän ja johtavan maan välillä on pieni kerros, joka eristää... Nyt, ymmärrät heti, että jos asetat esimerkiksi potentiaalierot yhteen pisteeseen, luot mediaan vastaavia potentiaalin vaihteluja. Mutta koska etäisyys maanpinnasta johtavaan ilmakehään on pieni etäisyyteen verrattuna. Vastaanottimesta esimerkiksi 4000 mailin etäisyydellä voit helposti nähdä, että energia ei voi kulkea tätä käyrää pitkin ja päästä sinne, vaan se muuttuu välittömästi johtavuusvirroiksi, ja nämä virrat kulkevat kuin virrat langan yli, jolla on paluu. palautuu piirissä, ei säteen avulla, joka kulkee tätä käyrää pitkin ja heijastuu ja absorboituu… vaan se kulkee johtuen ja palautuu tällä tavalla

Bibliografisissa luetteloissa	J9U : 987007572812605171 LCCN : sh2013002131