Transmissão de energia à distância sem fios. Transmissão de corrente sem fios por indução

Transmissão sem fio de eletricidade

Transmissão sem fio de eletricidade- um método de transmissão de energia elétrica sem o uso de elementos condutores em um circuito elétrico. Até o ano, houve experiências bem-sucedidas com a transmissão de energia com potência da ordem de dezenas de quilowatts na faixa de microondas com uma eficiência de cerca de 40% - em 1975 em Goldstone, Califórnia e em 1997 em Grand Bassin na Reunião Ilha (alcance da ordem de um quilômetro, pesquisa na área de abastecimento de energia da aldeia sem colocar um cabo de redes elétricas). Os princípios tecnológicos dessa transmissão incluem indutivo (em distâncias curtas e potências relativamente baixas), ressonante (usado em cartões inteligentes sem contato e chips RFID) e eletromagnético direcional para distâncias e potências relativamente longas (na faixa do ultravioleta às micro-ondas).

História da transmissão de energia sem fio

1820 : André Marie Ampère descobriu a lei (mais tarde nomeada em homenagem ao descobridor, a lei de Ampère) mostrando que uma corrente elétrica produz um campo magnético.
1831 História: Michael Faraday descobriu a lei da indução, uma importante lei básica do eletromagnetismo.
1862 : Carlo Matteuchi foi o primeiro a realizar experimentos sobre a transmissão e recepção de indução elétrica usando bobinas helicoidais planas.
1864 : James Maxwell sistematizou todas as observações anteriores, experimentos e equações em eletricidade, magnetismo e óptica em uma teoria coerente e descrição matemática rigorosa do comportamento do campo eletromagnético.
1888 : Heinrich Hertz confirmou a existência do campo eletromagnético. " Aparelho para gerar um campo eletromagnético» Hertz era um transmissor de "ondas de rádio" de faísca de microondas ou UHF.
1891 : Nikola Tesla melhorou o transmissor de ondas hertzianas da fonte de alimentação de RF em sua patente no. 454.622, "Sistema de iluminação elétrica".
1893 : Tesla demonstra iluminação fluorescente sem fio em um projeto para a Feira Mundial Colombiana em Chicago.
1894 : Tesla acende uma lâmpada incandescente sem fio no Fifth Avenue Laboratory, e mais tarde no Houston Street Laboratory na cidade de Nova York, por "indução eletrodinâmica", ou seja, por indução mútua ressonante sem fio.
1894 : Jagdish Chandra Bose acende remotamente a pólvora e atinge o sino usando ondas eletromagnéticas, mostrando que os sinais de comunicação podem ser enviados sem fio.
1895 : A. S. Popov demonstrou o receptor de rádio que inventou em uma reunião do Departamento de Física da Sociedade Físico-Química Russa em 25 de abril (7 de maio)
1895 : Bosche transmite um sinal a uma distância de cerca de uma milha.
1896 : Guglielmo Marconi requer a invenção do rádio em 2 de junho de 1896.
1896 R: Tesla transmite um sinal a uma distância de cerca de 48 quilômetros.
1897 : Guglielmo Marconi transmite uma mensagem de texto em código Morse a uma distância de cerca de 6 km usando um transmissor de rádio.
1897 : Tesla arquiva a primeira de suas patentes de transmissão sem fio.
1899 : Em Colorado Springs, Tesla escreve: “O fracasso do método de indução parece enorme em comparação com método de excitação de carga de terra e ar».
1900 : Guglielmo Marconi não conseguiu obter a patente da invenção do rádio nos Estados Unidos.
1901 : Marconi transmite um sinal através do Oceano Atlântico usando o aparelho Tesla.
1902 : Tesla v. Reginald Fessenden: Conflito de Patente dos EUA No. 21.701 "Sistema de transmissão de sinal (sem fio). Acionamento seletivo de lâmpadas incandescentes, elementos lógicos eletrônicos em geral.
1904 : Um prêmio é oferecido na Feira Mundial de St. Louis por tentar controlar com sucesso um motor de dirigível de 0,1 hp. (75 W) de energia transmitida remotamente em distâncias inferiores a 100 pés (30 m).
1917 : A Torre Wardenclyffe, construída por Nikola Tesla para realizar experimentos sobre transmissão sem fio de alta potência, é destruída.
1926 : Shintaro Uda e Hidetsugu Yagi publicam o primeiro artigo " sobre o link direcional direcionado de alto ganho”, conhecida como a “antena Yagi-Uda” ou a antena do “canal de ondas”.
1961 : William Brown publica artigo sobre a possibilidade de transferência de energia através de micro-ondas.
1964 : William Brown e Walter Cronict demonstram no canal CBS Notícias modelo de um helicóptero que recebe toda a energia de que necessita de um feixe de microondas.
1968 : Peter Glaser propõe a transmissão sem fio de energia solar do espaço usando a tecnologia "Power Beam". Esta é considerada a primeira descrição de um sistema de energia orbital.
1973 : O primeiro sistema RFID passivo do mundo demonstrado no Laboratório Nacional de Los Alamos.
1975 : O Goldstone Deep Space Communications Complex está experimentando a transmissão de energia de dezenas de kilowatts.
2007 : Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Marin Soljachich, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, transmitiu sem fio a uma distância de 2 m a potência suficiente para acender uma lâmpada de 60 W, com eficiência de 60 W. 40%, utilizando duas bobinas com diâmetro de 60 cm.
2008 : A Bombardier oferece um novo produto de transmissão sem fio PRIMOVE, um sistema poderoso para aplicações de bondes e trens leves.
2008 : a Intel reproduz os experimentos de Nikola Tesla em 1894 e do grupo de John Brown em 1988 sobre transmissão sem fio de energia para lâmpadas incandescentes eficientes. 75%.
2009 : Um consórcio de empresas interessadas chamado Wireless Power Consortium anunciou a conclusão iminente de um novo padrão da indústria para carregadores de indução de baixa potência.
2009 : é lançada uma lanterna industrial que pode operar e recarregar com segurança sem contato em uma atmosfera saturada com gás inflamável. Este produto foi desenvolvido pela empresa norueguesa Wireless Power & Communication.
2009 : O Grupo Haier apresentou a primeira TV LCD totalmente sem fio do mundo, com base na pesquisa do professor Marin Soljacic sobre transmissão de energia sem fio e interface digital doméstica sem fio (WHDI).

Tecnologia (método ultrassônico)

A invenção dos alunos da Universidade da Pensilvânia. Pela primeira vez, a instalação foi apresentada ao público em geral no The All Things Digital (D9) em 2011. Como em outros métodos de transmissão sem fio de algo, um receptor e um transmissor são usados. O transmissor emite ultrassom, o receptor, por sua vez, converte o que ouve em eletricidade. No momento da apresentação, a distância de transmissão chega a 7 a 10 metros, é necessária uma linha de visão direta do receptor e do transmissor. Das características conhecidas - a tensão transmitida atinge 8 volts, mas a força da corrente resultante não é relatada. As frequências ultrassônicas usadas não têm efeito em humanos. Também não há evidências de efeitos negativos em animais.

Método de indução eletromagnética

A técnica de transmissão sem fio por indução eletromagnética usa um campo eletromagnético próximo a distâncias de cerca de um sexto de um comprimento de onda. A própria energia do campo próximo não é radiativa, mas algumas perdas radiativas ainda ocorrem. Além disso, via de regra, também existem perdas resistivas. Devido à indução eletrodinâmica, uma corrente elétrica alternada fluindo pelo enrolamento primário cria um campo magnético alternado que atua no enrolamento secundário, induzindo uma corrente elétrica nele. Para alcançar alta eficiência, a interação deve ser suficientemente próxima. À medida que o enrolamento secundário se afasta do primário, cada vez mais o campo magnético não atinge o enrolamento secundário. Mesmo em distâncias relativamente curtas, o acoplamento indutivo torna-se extremamente ineficiente, desperdiçando grande parte da energia transmitida.

Um transformador elétrico é o dispositivo mais simples para transmissão de energia sem fio. Os enrolamentos primário e secundário de um transformador não estão conectados diretamente. A transferência de energia é realizada através de um processo conhecido como indução mútua. A principal função de um transformador é aumentar ou diminuir a tensão primária. Carregadores sem contato para telefones celulares e escovas de dentes elétricas são exemplos do uso do princípio da indução eletrodinâmica. Fogões de indução também usam esse método. A principal desvantagem do método de transmissão sem fio é seu alcance extremamente curto. O receptor deve estar próximo ao transmissor para se comunicar efetivamente com ele.

O uso de ressonância aumenta um pouco o alcance da transmissão. Com a indução ressonante, o transmissor e o receptor são sintonizados na mesma frequência. O desempenho pode ser melhorado ainda mais alterando a forma de onda da corrente de acionamento de formas de onda transitórias senoidais para não senoidais. A transferência de energia pulsada ocorre em vários ciclos. Assim, uma potência significativa pode ser transferida entre dois circuitos LC sintonizados mutuamente com um fator de acoplamento relativamente baixo. As bobinas de transmissão e recepção, via de regra, são solenóides de camada única ou uma bobina plana com um conjunto de capacitores que permitem ajustar o elemento receptor à frequência do transmissor.

Uma aplicação comum da indução eletrodinâmica ressonante é carregar baterias em dispositivos portáteis, como laptops e telefones celulares, implantes médicos e veículos elétricos. A técnica de carregamento localizado usa a seleção de uma bobina de transmissão apropriada em uma estrutura de matriz de enrolamento multicamada. A ressonância é usada tanto no pad de carregamento sem fio (loop de transmissão) quanto no módulo receptor (integrado à carga) para garantir a máxima eficiência de transferência de energia. Esta técnica de transmissão é adequada para pads de carregamento sem fio universais para carregar eletrônicos portáteis, como telefones celulares. A técnica foi adotada como parte do padrão de carregamento sem fio Qi.

A indução eletrodinâmica ressonante também é usada para alimentar dispositivos sem bateria, como etiquetas RFID e cartões inteligentes sem contato, bem como para transferir energia elétrica do indutor primário para o ressonador helicoidal do transformador Tesla, que também é um transmissor sem fio de energia elétrica.

indução eletrostática

A corrente alternada pode ser transmitida através de camadas da atmosfera com uma pressão atmosférica inferior a 135 mm Hg. Arte. A corrente flui por indução eletrostática através da baixa atmosfera a cerca de 2-3 milhas acima do nível do mar e por fluxo de íons, ou seja, condução elétrica através de uma região ionizada localizada a uma altitude acima de 5 km. Feixes verticais intensos de radiação ultravioleta podem ser usados para ionizar gases atmosféricos diretamente acima dos dois terminais elevados, resultando na formação de linhas de energia de plasma de alta tensão que levam diretamente às camadas condutoras da atmosfera. Como resultado, um fluxo de corrente elétrica é formado entre os dois terminais elevados, passando para a troposfera, por ela e voltando para o outro terminal. A condutividade elétrica através das camadas da atmosfera torna-se possível devido à descarga de plasma capacitivo em uma atmosfera ionizada.

Nikola Tesla descobriu que a eletricidade pode ser transmitida tanto pela terra quanto pela atmosfera. No decorrer de sua pesquisa, ele conseguiu a ignição de uma lâmpada a distâncias moderadas e registrou a transmissão de eletricidade a longas distâncias. A Wardenclyffe Tower foi concebida como um projeto comercial para telefonia sem fio transatlântica e tornou-se uma demonstração real da possibilidade de transmissão sem fio de eletricidade em escala global. A instalação não foi concluída devido ao financiamento insuficiente.

A terra é um condutor natural e forma um circuito condutor. O loop de retorno é realizado através da troposfera superior e da estratosfera inferior a uma altitude de cerca de 4,5 milhas (7,2 km).

Um sistema global para transmissão de eletricidade sem fios, o chamado "World Wireless System", baseado na alta condutividade elétrica do plasma e na alta condutividade elétrica da terra, foi proposto por Nikola Tesla no início de 1904 e pode muito bem ter causado o Meteorito Tunguska, resultante de um "curto-circuito" entre uma atmosfera carregada e a Terra.

Sistema sem fio mundial

Os primeiros experimentos do famoso inventor sérvio Nikola Tesla diziam respeito à propagação de ondas de rádio comuns, isto é, ondas hertzianas, ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço.

Em 1919, Nikola Tesla escreveu: “Deveria ter começado a trabalhar com transmissão sem fio em 1893, mas na verdade passei os dois anos anteriores pesquisando e projetando aparelhos. Ficou claro para mim desde o início que o sucesso poderia ser alcançado por meio de uma série de decisões radicais. Geradores de alta frequência e osciladores elétricos deveriam ser criados primeiro. Sua energia tinha que ser convertida em transmissores eficientes e recebida à distância por receptores adequados. Tal sistema seria eficaz se qualquer interferência externa fosse excluída e sua total exclusividade fosse assegurada. Com o tempo, no entanto, percebi que, para que dispositivos desse tipo funcionem de maneira eficaz, eles devem ser projetados levando em consideração as propriedades físicas de nosso planeta.

Uma das condições para a criação de um sistema sem fio mundial é a construção de receptores ressonantes. Um ressonador helicoidal de bobina de Tesla aterrado e um terminal elevado podem ser usados como tal. Tesla demonstrou pessoalmente repetidamente a transmissão sem fio de energia elétrica da bobina de Tesla transmissora para receptora. Isso se tornou parte de seu sistema de transmissão sem fio (Patente dos EUA nº 1.119.732, Aparelho para transmissão de energia elétrica, 18 de janeiro de 1902). Tesla propôs instalar mais de trinta estações de recepção e transmissão em todo o mundo. Neste sistema, a bobina de captação atua como um transformador abaixador com alta corrente de saída. Os parâmetros da bobina transmissora são idênticos aos da bobina receptora.

O objetivo do Sistema sem fio mundial da Tesla era combinar transmissão de energia com transmissão e comunicação sem fio direcional, o que eliminaria as numerosas linhas de alta tensão e facilitaria a interconexão de instalações de geração elétrica em escala global.

Veja também

feixe de energia

Notas

"Eletricidade na Exposição Colombiana", de John Patrick Barrett. 1894, pp. 168-169
Experimentos com correntes alternadas de frequência muito alta e sua aplicação a métodos de iluminação artificial, AIEE, Columbia College, NY, 20 de maio de 1891
Experimentos com correntes alternadas de alto potencial e alta frequência, IEE Address, Londres, fevereiro de 1892
On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Filadélfia, fevereiro de 1893 e National Electric Light Association, St. Louis, março de 1893
O trabalho de Jagdish Chandra Bose: 100 anos de pesquisa de ondas milimétricas
Jagadish Chandra Bose
Nikola Tesla em seu trabalho com correntes alternadas e sua aplicação à telegrafia sem fio, telefonia e transmissão de energia, pp. 26-29. (Inglês)
5 de junho de 1899, Nikola Tesla Notas da Primavera do Colorado 1899-1900, Nolit, 1978 (inglês)
Nikola Tesla: Armas Guiadas e Tecnologia de Computadores
o eletricista(Londres), 1904 (Inglês)
Escaneando o Passado: Uma História da Engenharia Elétrica do Passado, Hidetsugu Yagi
Uma pesquisa dos elementos de transmissão de energia por feixe de microondas, em 1961 IRE Int. conf. Rec., vol.9, parte 3, pp.93-105
Teoria e Técnicas de Microondas IEEE, Carreira Ilustre de Bill Brown
Poder do Sol: Seu Futuro, Science Vol. 162, pp. 957-961 (1968)
Patente de satélite de energia solar
História do RFID
Iniciativa de Energia Solar Espacial
Transmissão de energia sem fio para satélite de energia solar (SPS) (segundo rascunho de N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on September, 1984, v. 32 (9), pp. 1230-1242 (inglês)
Transferência de energia sem fio via ressonâncias magnéticas fortemente acopladas. Ciência (7 de junho de 2007). arquivado,
Ganhou um novo método de transmissão sem fio de eletricidade (rus.). MEMBRANA.RU (8 de junho de 2007). Arquivado do original em 29 de fevereiro de 2012. Recuperado em 6 de setembro de 2010.
Tecnologia PRIMOVE da Bombardier
Intel imagina energia sem fio para seu laptop
especificação de eletricidade sem fio quase concluída
TX40 e CX40, lanterna e carregador com aprovação Ex
A HDTV sem fio da Haier carece de fios, perfil esbelto (vídeo) (inglês),
A eletricidade sem fio surpreendeu seus criadores (russo). MEMBRANA.RU (16 de fevereiro de 2010). Arquivado do original em 26 de fevereiro de 2012. Recuperado em 6 de setembro de 2010.
Eric Giler demonstra eletricidade sem fio | Vídeo em TED.com
"Nikola Tesla and the Diameter of the Earth: A Discussion of One of the Many Modes of Operation of the Wardenclyffe Tower", K. L. Corum e J. F. Corum, Ph.D. 1996
William Beaty, Yahoo Wireless Energy Transmission Tech Group Message #787, reimpresso em WIRELESS TRANSMISSION THEORY.
Wait, James R., The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation," Revista de Antenas e Propagação IEEE, Vol. 40, não. 5 de outubro de 1998.
SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, Set. 2, 1897, EUA Patente nº 645.576, mar. 20 de 1900.

Devo dizer aqui que quando dei entrada nos requerimentos de 2 de setembro de 1897, para a transmissão de energia em que esse método foi divulgado, já estava claro para mim que não precisava ter terminais em tão alta elevação, mas nunca tive, acima da minha assinatura, nada anunciado que eu não tenha provado primeiro. Essa é a razão pela qual nenhuma afirmação minha jamais foi contrariada, e eu não acho que será, porque sempre que eu publico algo eu passo primeiro pela experiência, depois pela experiência eu calculo, e quando tenho a teoria e a prática se encontram Anuncio os resultados.

Naquela época, eu estava absolutamente certo de que poderia construir uma planta comercial, se não pudesse fazer nada além do que havia feito em meu laboratório na Houston Street; mas eu já havia calculado e descoberto que não precisava de grandes alturas para aplicar esse método. Minha patente diz que eu quebro a atmosfera "no terminal ou perto dele". Se minha atmosfera condutora estiver 2 ou 3 milhas acima da usina, considero isso muito próximo ao terminal em comparação com a distância do meu terminal receptor, que pode estar do outro lado do Pacífico. Isso é simplesmente uma expressão. . . .

Nikola Tesla em seu trabalho com correntes alternadas e sua aplicação à telegrafia sem fio, telefonia e transmissão de energia

Segundo a história, o projeto tecnológico revolucionário foi congelado devido à falta de recursos financeiros adequados de Tesla (esse problema perseguiu o cientista quase todo o tempo em que trabalhou na América). De um modo geral, a principal pressão sobre ele veio de outro inventor - Thomas Edison e suas empresas, que promoveu a tecnologia DC, enquanto Tesla estava envolvido em corrente alternada (a chamada "guerra atual"). A história colocou tudo em seu lugar: agora a corrente alternada é usada quase em toda parte nas redes elétricas urbanas, embora os ecos do passado cheguem até nossos dias (por exemplo, um dos motivos declarados para as avarias dos notórios trens Hyundai é o uso de direto linhas de energia atuais em algumas seções da ferrovia ucraniana).

Wardenclyffe Tower, onde Nikola Tesla realizou seus experimentos com eletricidade (foto de 1094)

Quanto à torre Wardenclyffe, segundo a lenda, Tesla demonstrou a um dos principais investidores, J.P. Morgan, acionista da primeira usina hidrelétrica de Niágara do mundo e usinas de cobre (cobre é conhecido por ser usado em fios), uma instalação funcional para transmissão sem fio de corrente, cujo custo para os consumidores seria (ganhar tais instalações em um escala) uma ordem de grandeza mais barata para os consumidores, após o que reduziu o financiamento do projeto. Fosse o que fosse, eles começaram a falar seriamente sobre transmissão sem fio de eletricidade apenas 90 anos depois, em 2007. E embora ainda haja um longo caminho a percorrer antes que as linhas de energia desapareçam completamente da paisagem urbana, pequenas coisas agradáveis, como o carregamento sem fio de um dispositivo móvel, já estão disponíveis.

Progresso rastejou despercebido

Se examinarmos os arquivos de notícias de TI há pelo menos dois anos, nessas coleções encontraremos apenas relatórios raros de que certas empresas estão desenvolvendo carregadores sem fio, e nenhuma palavra sobre produtos e soluções acabados (exceto para os princípios básicos e esquemas). Hoje, o carregamento sem fio não é mais algo super original ou conceitual. Esses dispositivos são vendidos com força e força (por exemplo, a LG demonstrou seus carregadores no MWC 2013), testados para veículos elétricos (a Qualcomm está fazendo isso) e até usados em locais públicos (por exemplo, em algumas estações ferroviárias europeias). Além disso, já existem vários padrões para essa transmissão de energia elétrica e várias alianças que os promovem e desenvolvem.

Bobinas semelhantes são responsáveis pelo carregamento sem fio de dispositivos móveis, uma das quais está no telefone e a outra no próprio carregador.

O padrão mais conhecido é o padrão Qi desenvolvido pelo Wireless Power Consortium, que inclui empresas conhecidas como HTC, Huawei, LG Electronics, Motorola Mobility, Nokia, Samsung, Sony e cerca de uma centena de outras organizações. Este consórcio foi organizado em 2008 com o objetivo de criar um carregador universal para dispositivos de vários fabricantes e marcas. Em seu trabalho, o padrão utiliza o princípio da indução magnética, quando a estação base consiste em uma bobina de indução que cria um campo eletromagnético quando a corrente alternada é fornecida pela rede. No aparelho que está sendo carregado, existe uma bobina semelhante que reage a esse campo e é capaz de converter a energia recebida por ele em corrente contínua, que é utilizada para carregar a bateria (você pode saber mais sobre o princípio de funcionamento no consórcio site http://www.wirelesspowerconsortium.com/what-we-do/how-it-works/). Além disso, o Qi suporta um protocolo de comunicação de 2Kb/s entre carregadores e dispositivos a serem carregados, que é usado para comunicar a quantidade necessária de carga e a operação necessária.

Atualmente, o carregamento sem fio de acordo com o padrão Qi é suportado por muitos smartphones, e os carregadores são universais para todos os dispositivos que suportam esse padrão.

A Qi também tem um concorrente sério - a Power Matters Alliance, que inclui AT&T, Duracell, Starbucks, PowerKiss e Powermat Technologies. Esses nomes não estão na vanguarda do mundo da tecnologia da informação (principalmente a rede de cafés Starbucks, que está em aliança porque vai introduzir essa tecnologia em todos os lugares de seus estabelecimentos) - eles se especializam especificamente em questões energéticas. Esta aliança foi formada não faz muito tempo, em março de 2012, no âmbito de um dos programas do IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos). O padrão PMA promovido por eles funciona com base no princípio da indução mútua - um exemplo particular de indução eletromagnética (que não deve ser confundida com a indução magnética usada por Qi), quando uma mudança na corrente em um dos condutores ou uma mudança no posição relativa dos condutores provoca uma mudança no fluxo magnético através do circuito do segundo, criado campo magnético gerado pela corrente no primeiro condutor, que provoca a ocorrência de uma força eletromotriz no segundo condutor e (se o segundo condutor for fechado) uma corrente de indução. Assim como no caso do Qi, esta corrente é então convertida em corrente contínua e alimentada na bateria.

Bem, não se esqueça da Alliance for Wireless Power, que inclui Samsung, Qualcomm, Ever Win Industries, Gill Industries, Peiker Acustic, SK Telecom, SanDisk, etc. Esta organização ainda não apresentou soluções prontas, mas entre seus objetivos , incluindo o desenvolvimento de carregadores que funcionariam em superfícies não metálicas e que não usariam bobinas.

Um dos objetivos da Alliance for Wireless Power é a capacidade de carregar sem estar preso a um local e tipo de superfície específicos.

De tudo o que foi exposto, podemos tirar uma conclusão simples: em um ou dois anos, a maioria dos aparelhos modernos poderá recarregar sem o uso de carregadores tradicionais. Enquanto isso, a capacidade de carregamento sem fio é suficiente principalmente para smartphones; no entanto, esses dispositivos também aparecerão em breve para tablets e laptops (a Apple recentemente patenteou o carregamento sem fio para iPad). Isso significa que o problema de descarregar dispositivos será resolvido quase completamente - coloque ou coloque o dispositivo em um determinado local e, mesmo durante a operação, ele carrega (ou, dependendo da energia, descarrega muito mais lentamente). Com o tempo, não há dúvida de que seu alcance aumentará (agora você precisa usar um tapete ou suporte especial sobre o qual o dispositivo ficará, ou deve estar muito próximo), e eles serão instalados em todos os lugares em carros, trens e até, possivelmente, aviões.

Bem, e mais uma conclusão - muito provavelmente, não será possível evitar outra guerra de formatos entre diferentes padrões e alianças que os promovem.

Vamos nos livrar dos fios?

O carregamento sem fio de dispositivos é uma coisa boa, é claro. Mas o poder que surge dela é suficiente apenas para os propósitos declarados. Com o auxílio dessas tecnologias, ainda não é possível iluminar uma casa, muito menos o funcionamento de grandes eletrodomésticos. No entanto, experimentos de transmissão sem fio de alta potência de eletricidade estão sendo conduzidos e são baseados, entre outras coisas, nos materiais de Tesla. O próprio cientista propôs instalar em todo o mundo (aqui, provavelmente, os países desenvolvidos da época, que eram muito menores do que agora) mais de 30 estações receptoras e transmissoras que combinariam transmissão de energia com transmissão e comunicação sem fio direcional, que permitiria eliminar inúmeras linhas de transmissão de alta tensão e promover a interconexão de instalações de geração elétrica em escala global.

Hoje existem vários métodos para resolver o problema da transmissão de energia sem fio, no entanto, todos eles até agora permitem alcançar resultados globalmente insignificantes; Não se trata nem de quilômetros. Métodos como ultrassom, laser e transmissão eletromagnética têm limitações significativas (curtas distâncias, necessidade de visibilidade direta dos transmissores, seu tamanho e, no caso de ondas eletromagnéticas, eficiência muito baixa e danos à saúde por um campo poderoso). Portanto, os desenvolvimentos mais promissores estão associados ao uso de um campo magnético, ou melhor, interação magnética ressonante. Um deles é o WiTricity, desenvolvido pela corporação WiTricity, fundada pelo professor do MIT Marin Solyachich e vários de seus colegas.

Assim, em 2007, conseguiram transmitir uma corrente de 60 W a uma distância de 2 m, bastava acender uma lâmpada e a eficiência era de 40%. Mas a vantagem indiscutível da tecnologia utilizada foi que ela praticamente não interage com seres vivos (a força do campo, segundo os autores, é 10 mil vezes mais fraca do que reina no núcleo de um tomógrafo de ressonância magnética), ou com equipamentos médicos (marca-passos, etc.), ou com outra radiação, o que significa que não interferirá, por exemplo, no funcionamento do mesmo Wi-Fi.

O mais interessante é que a eficiência do sistema WiTricity é afetada não apenas pelo tamanho, geometria e configuração das bobinas, bem como pela distância entre elas, mas também pelo número de consumidores, e de forma positiva. Dois dispositivos receptores, colocados a uma distância de 1,6 a 2,7 m de cada lado da "antena" transmissora, apresentaram eficiência 10% melhor do que separadamente - isso resolve o problema de conectar muitos dispositivos a uma fonte de energia.

De fato, na década de 1970, ele realizou tecnicamente os sonhos da OTAN e dos Estados Unidos de patrulhas aéreas constantes do Iraque (Líbia, Síria, etc.) com drones com câmeras, caçando (ou consertando) "terroristas" on-line 24 horas .

Em 1968, o especialista em pesquisa espacial americano Peter E. Glaser propôs colocar grandes painéis solares em órbita geoestacionária e transmitir a energia que eles geram (nível de 5-10 GW) para a superfície da Terra com um feixe bem focado de radiação de micro-ondas e, em seguida, converter transformá-la em energia de corrente contínua ou alternada de frequência técnica e distribuí-la aos consumidores.

Tal esquema permitiu aproveitar o intenso fluxo de radiação solar que existe na órbita geoestacionária (~ 1,4 kW/m2) e transmitir a energia recebida para a superfície da Terra continuamente, independentemente da hora do dia e das condições meteorológicas . Devido à inclinação natural do plano equatorial em relação ao plano da eclíptica com um ângulo de 23,5 graus, um satélite localizado em uma órbita geoestacionária é iluminado por um fluxo de radiação solar quase continuamente, exceto por curtos períodos de tempo próximos aos dias de os equinócios de primavera e outono, quando este satélite cai na sombra da Terra. Esses períodos de tempo podem ser previstos com precisão e, no total, não excedem 1% da duração total do ano.

A frequência das oscilações eletromagnéticas do feixe de microondas deve corresponder às faixas alocadas para uso na indústria, pesquisa científica e medicina. Se esta frequência for escolhida para ser 2,45 GHz, as condições meteorológicas, incluindo nuvens espessas e precipitação intensa, terão pouco efeito na eficiência da transmissão de energia. A banda de 5,8 GHz é tentadora porque permite reduzir o tamanho das antenas transmissoras e receptoras. No entanto, a influência das condições meteorológicas aqui já requer estudos adicionais.

O nível atual de desenvolvimento da eletrônica de micro-ondas nos permite falar de uma eficiência bastante alta de transferência de energia por um feixe de micro-ondas de uma órbita geoestacionária para a superfície da Terra - cerca de 70% ÷ 75%. Neste caso, o diâmetro da antena transmissora é geralmente escolhido para ser de 1 km, e a rectena terrestre tem dimensões de 10 km x 13 km para uma latitude de 35 graus. O SCES com um nível de potência de saída de 5 GW tem uma densidade de potência irradiada no centro da antena transmissora de 23 kW/m², no centro da antena receptora - 230 W/m².

Vários tipos de geradores de micro-ondas de estado sólido e a vácuo para a antena transmissora SCES foram investigados. William Brown mostrou, em particular, que os magnetrons, que são bem dominados pela indústria, projetados para fornos de microondas, também podem ser usados na transmissão de arranjos de antenas do SCES, se cada um deles for fornecido com seu próprio circuito de realimentação negativa em fase com respeito a um sinal de sincronização externo (denominado Amplificador Direcional Magnetron - MDA).

A pesquisa mais ativa e sistemática no campo do SCES foi conduzida pelo Japão. Em 1981, sob a orientação dos professores M. Nagatomo (Makoto Nagatomo) e S. Sasaki (Susumu Sasaki), foram iniciadas pesquisas no Instituto de Pesquisa Espacial do Japão para desenvolver um protótipo de SCES com potência de 10 MW, que poderia ser criado usando veículos de lançamento existentes. A criação de tal protótipo permite acumular experiência tecnológica e preparar as bases para a formação de sistemas comerciais.

O projeto foi nomeado SKES2000 (SPS2000) e recebeu reconhecimento em muitos países do mundo.

Em 2008, Marin Soljačić, professor assistente de física no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), foi acordado de um sono tranquilo pelo bipe persistente de um telefone celular. “O telefone não parava, exigindo que eu o colocasse para carregar”, disse Soljacic. Cansado e sem vontade de se levantar, começou a sonhar que o telefone, uma vez em casa, começaria a carregar sozinho.

Em 2012-2015 Os engenheiros da Universidade de Washington desenvolveram uma tecnologia que permite que o Wi-Fi seja usado como fonte de energia para alimentar dispositivos portáteis e carregar gadgets. A tecnologia já foi reconhecida pela revista Popular Science como uma das melhores inovações de 2015. A própria onipresença da tecnologia de transmissão de dados sem fio fez uma verdadeira revolução. E agora é a vez da transmissão de energia sem fio pelo ar, que os desenvolvedores da Universidade de Washington chamaram (de Power Over WiFi).

Durante a fase de testes, os pesquisadores conseguiram carregar com sucesso baterias de íon-lítio e níquel-hidreto metálico de baixa capacidade. Usando o roteador Asus RT-AC68U e vários sensores localizados a uma distância de 8,5 metros dele. Esses sensores apenas convertem a energia de uma onda eletromagnética em uma corrente contínua com tensão de 1,8 a 2,4 volts, necessária para alimentar microcontroladores e sistemas de sensores. A peculiaridade da tecnologia é que a qualidade do sinal de trabalho não se deteriora. Basta atualizar novamente o roteador e você pode usá-lo normalmente, além de fornecer energia para dispositivos de baixa potência. Uma demonstração alimentou com sucesso uma pequena câmera de vigilância secreta de baixa resolução localizada a mais de 5 metros de distância de um roteador. Em seguida, o rastreador de fitness Jawbone Up24 foi carregado em 41%, demorou 2,5 horas.

Para perguntas complicadas sobre por que esses processos não afetam negativamente a qualidade do canal de comunicação da rede, os desenvolvedores responderam que isso se torna possível devido ao fato de um roteador com flash enviar pacotes de energia durante seu trabalho em canais de transferência de informações desocupados. Eles chegaram a essa decisão quando descobriram que, durante os períodos de silêncio, a energia simplesmente flui para fora do sistema e, de fato, pode ser direcionada para alimentar dispositivos de baixa potência.

Durante o estudo, o sistema PoWiFi foi colocado em seis casas, e os moradores foram convidados a usar a Internet normalmente. Carregue páginas da web, assista a streaming de vídeo e diga a eles o que mudou. Como resultado, descobriu-se que o desempenho da rede não mudou de forma alguma. Ou seja, a Internet funcionou normalmente e a presença da opção adicionada não foi perceptível. E esses foram apenas os primeiros testes, quando uma quantidade relativamente pequena de energia foi coletada por Wi-Fi.

No futuro, a tecnologia PoWiFi pode servir para alimentar sensores embutidos em eletrodomésticos e equipamentos militares, a fim de controlá-los sem fio e realizar carregamento / recarga remotos.

Relevante é a transferência de energia para UAVs (provavelmente, já por tecnologia ou de um porta-aviões):

A ideia parece bastante tentadora. Em vez dos 20 a 30 minutos de voo de hoje:
→
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→ A Intel fez o show de drones durante a apresentação de Lady Gaga no intervalo do Super Bowl nos Estados Unidos-
obtenha 40-80 minutos carregando drones sem fio.

Deixe-me explicar:
-troca de drones m/y ainda é necessária (algoritmo de enxame);
- a troca de drones m/y e aeronaves (útero) também é necessária (centro de controle, correção de base de conhecimento, redirecionamento, comando para eliminar, prevenção de "fogo amigo", transferência de informações de inteligência e comandos a serem usados).

Quem é o próximo da fila?

Observação: Uma estação base WiMAX típica irradia a aproximadamente +43 dBm (20 W), enquanto uma estação móvel normalmente transmite a +23 dBm (200 mW).

Os níveis permitidos de radiação das estações base móveis (900 e 1800 MHz, o nível total de todas as fontes) na zona residencial sanitária em alguns países diferem acentuadamente:
Ucrânia: 2,5 µW/cm². (o padrão sanitário mais rigoroso da Europa)
Rússia, Hungria: 10 µW/cm².
Moscou: 2,0 µW/cm². (a norma existiu até o final de 2009)
EUA, países escandinavos: 100 µW/cm².

O nível permitido temporário (TDU) de radiotelefones móveis (MRT) para usuários de radiotelefones na Federação Russa é definido como 10 μW / cm² (Seção IV - Requisitos de higiene para estações de rádio terrestres móveis SanPiN 2.1.8 / 2.2.4.1190-03) .

Nos EUA, o Certificado é emitido pela Federal Communications Commission (FCC) para aparelhos celulares cujo nível máximo de SAR não exceda 1,6 W/kg (além disso, a potência de radiação absorvida é reduzida a 1 grama de tecido humano).

Na Europa, de acordo com a diretiva internacional da Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP), o valor SAR de um telefone celular não deve exceder 2 W/kg (com a potência de radiação absorvida dada a 10 gramas de tecido humano).

Mais recentemente, no Reino Unido, um nível de 10 W/kg foi considerado um nível SAR seguro. Um padrão semelhante também foi observado em outros países. O valor SAR máximo aceito no padrão (1,6 W/kg) não pode ser atribuído com segurança nem mesmo aos padrões “hard” ou “soft”. Os padrões para determinação do valor SAR adotados tanto nos EUA quanto na Europa (toda a regulação da radiação de micro-ondas dos celulares em questão é baseada apenas no efeito térmico, ou seja, associado ao aquecimento dos tecidos humanos).

CAOS COMPLETO.

A medicina ainda não deu uma resposta clara à pergunta: o celular / WiFi é prejudicial e quanto? E quanto à transmissão sem fio de eletricidade por tecnologia de microondas?

Aqui a potência não é watts e milhas de watts, mas já kW ...

Links, documentos usados, fotos e vídeos:
"(JORNAL DE RADIOELETRÔNICA!" N 12, 2007 (ELECTRICITY FROM SPACE - SOLAR SPACE POWER PLANTS, V. A. Banke)
"Eletrônica de microondas - perspectivas em energia espacial" V. Banke, Ph.D.
www.nasa.gov
www. whdi.org
www.defense.gov
www.witricity.com
www.ru.pinterest.com
www. raytheon.com
www. ausairpower.net
www. wikipedia.org
www.slideshare.net
www.homes.cs.washington.edu
www.dailywireless.org
www.digimedia.ru
www. powercoup.by
www.researchgate.net
www. proelectro.info
www.youtube.com

Este é um circuito simples que pode alimentar uma lâmpada sem fios, a uma distância de quase 2,5 cm! Este circuito atua como um conversor boost e um transmissor e receptor de energia sem fio. É muito fácil de fazer e, se for aperfeiçoado, pode ser usado de diversas formas. Então vamos começar!

Etapa 1. Materiais e ferramentas necessários.

transistor NPN. Eu usei 2N3904, mas você pode usar qualquer transistor NPN como BC337, BC547 etc. (Qualquer transistor PNP funcionará, apenas tome cuidado com a polaridade das conexões.)
Fio enrolado ou isolado. Cerca de 3-4 metros de fio devem ser suficientes (fios enrolados, apenas fios de cobre com isolamento de esmalte muito fino). Fios da maioria dos dispositivos eletrônicos funcionarão, como transformadores, alto-falantes, motores, relés, etc.
Resistor com uma resistência de 1 kOhm. Este resistor será usado para proteger o transistor de queimar em caso de sobrecarga ou superaquecimento. Você pode usar valores de resistência mais altos de até 4-5 kΩ. É possível não usar resistor, mas existe o risco da bateria descarregar mais rápido.
Diodo emissor de luz. Eu usei um LED branco ultra brilhante de 2 mm. Você pode usar qualquer LED. Na verdade, o objetivo do LED aqui é apenas mostrar a integridade do circuito.
Bateria tamanho AA, 1,5 volts. (Não use baterias de alta tensão, a menos que queira danificar o transistor.)

Ferramentas necessárias:

1) Tesoura ou faca.

2) Ferro de solda (opcional). Se você não tiver um ferro de solda, basta torcer os fios. Eu fiz isso quando não tinha um ferro de solda. Se você quiser experimentar o circuito sem solda, será muito bem-vindo.

3) Isqueiro (opcional). Usaremos um isqueiro para queimar o isolamento do fio e, em seguida, usaremos uma tesoura ou uma faca para raspar o restante do isolamento.

Etapa 2: assista ao vídeo para ver como.

Passo 3: Breve repetição de todos os passos.

Portanto, primeiro você deve pegar os fios e fazer uma bobina enrolando 30 voltas em torno de um objeto cilíndrico redondo. Vamos chamar essa bobina de A. Com o mesmo objeto redondo, comece a fazer a segunda bobina. Depois de enrolar a 15ª volta, crie um ramo em forma de laço a partir do fio e depois enrole mais 15 voltas na bobina. Então agora você tem uma bobina com duas pontas e uma ramificação. Vamos chamar essa bobina de B. Dê nós nas pontas dos fios para que eles não se desenrolem sozinhos. Queime o isolamento nas pontas dos fios e no ramal em ambas as bobinas. Você também pode usar uma tesoura ou uma faca para remover o isolamento. Certifique-se de que os diâmetros e o número de voltas de ambas as bobinas sejam iguais!

Construa o transmissor: Pegue o transistor e coloque-o com o lado plano voltado para cima e voltado para você. O pino da esquerda será conectado ao emissor, o pino do meio será o pino da base e o pino da direita será conectado ao coletor. Pegue um resistor e conecte uma de suas extremidades ao terminal de base do transistor. Pegue a outra extremidade do resistor e conecte-a a uma extremidade (não à derivação) da bobina B. Pegue a outra extremidade da bobina B e conecte-a ao coletor do transistor. Se quiser, você pode conectar um pequeno pedaço de fio ao emissor do transistor (isso funcionará como uma extensão do Emissor).

Configure o receptor. Para criar um receptor, pegue a bobina A e prenda suas extremidades a diferentes pinos em seu LED.

Você tem o projeto!

Passo 4: Diagrama esquemático.

Aqui vemos o diagrama esquemático da nossa conexão. Se você não conhece alguns símbolos do diagrama, não se preocupe. As fotos a seguir mostram tudo.

Etapa 5. Desenho das conexões do circuito.

Aqui vemos um desenho explicativo das conexões do nosso circuito.

Passo 6. Usando o esquema.

Basta pegar um ramo da bobina B e conectá-lo ao terminal positivo da bateria. Conecte o polo negativo da bateria ao emissor do transistor. Agora, se você aproximar a bobina do LED da bobina B, o LED acenderá!

Passo 7. Como isso é explicado cientificamente?

(Vou apenas tentar explicar a ciência desse fenômeno em palavras e analogias simples, e sei que posso estar errado. Para explicar adequadamente esse fenômeno, terei que entrar em todos os detalhes, dos quais não sou capaz fazer, então eu só quero generalizar analogias para explicar o esquema).

O circuito transmissor que acabamos de criar é o circuito oscilador. Você pode ter ouvido falar do chamado circuito Joule Thief, e ele tem uma notável semelhança com o circuito que criamos. O circuito Joule Thief recebe energia de uma bateria de 1,5 volts, produz energia em uma tensão mais alta, mas com milhares de intervalos entre eles. O LED só precisa de 3 volts para acender, mas neste circuito ele pode acender com uma bateria de 1,5 volts. Portanto, o circuito Joule Thief é conhecido como conversor de aumento de tensão e também como emissor. O circuito que criamos também é um emissor e um conversor de aumento de tensão. Mas pode surgir a pergunta: "Como acender um LED à distância?" Isso se deve à indução. Para fazer isso, você pode, por exemplo, usar um transformador. Um transformador padrão tem um núcleo em ambos os lados. Suponha que o fio em cada lado do transformador seja igual em tamanho. Quando uma corrente elétrica passa por uma bobina, as bobinas do transformador se tornam eletroímãs. Se uma corrente alternada flui através da bobina, as flutuações de tensão ocorrem ao longo de uma senóide. Portanto, quando uma corrente alternada flui pela bobina, o fio assume as propriedades de um eletroímã e perde o eletromagnetismo novamente quando a tensão cai. A bobina de fio torna-se um eletroímã e então perde suas características eletromagnéticas na mesma velocidade que o ímã se move para fora da segunda bobina. Quando o ímã se move rapidamente através da bobina de fio, a eletricidade é gerada, então a tensão oscilante de uma bobina no transformador induz eletricidade na outra bobina de fio, e a eletricidade é transferida de uma bobina para outra sem fios. Em nosso circuito, o núcleo da bobina é o ar, e uma tensão AC passa pela primeira bobina, causando tensão na segunda bobina e acendendo as lâmpadas!!

Etapa 8. Benefícios e dicas de melhoria.

Portanto, em nosso circuito, usamos apenas um LED para mostrar o efeito do circuito. Mas poderíamos fazer mais! O circuito receptor obtém sua eletricidade da CA, então podemos usá-lo para acender lâmpadas fluorescentes! Além disso, com nosso esquema, você pode fazer truques de mágica interessantes, presentes engraçados etc. Para maximizar os resultados, você pode experimentar o diâmetro das bobinas e o número de rotações nas bobinas. Você também pode tentar achatar as bobinas e ver o que acontece! As possibilidades são infinitas!!

Etapa 9. Razões pelas quais o esquema pode não funcionar.

Quais problemas você pode encontrar e como corrigi-los:

O transistor fica muito quente!

Solução: Você usou o resistor de tamanho certo? Não usei o resistor da primeira vez e o transistor começou a soltar fumaça. Se isso não ajudar, tente usar termorretrátil ou use um transistor de grau superior.

O LED está desligado!

Solução: Pode haver muitas razões. Primeiro, verifique todas as conexões. Troquei sem querer a base e o coletor na minha conexão e isso se tornou um grande problema para mim. Portanto, verifique todas as conexões primeiro. Se você tiver um dispositivo como um multímetro, poderá usá-lo para verificar todas as conexões. Certifique-se também de que ambas as bobinas tenham o mesmo diâmetro. Verifique se há algum curto-circuito na sua rede.

Eu não estou ciente de quaisquer outras questões. Mas se você ainda os encontrar, me avise! Vou tentar ajudar no que puder. Além disso, sou aluno do 9º ano e meu conhecimento científico é extremamente limitado, então se você encontrar algum erro em mim, por favor me avise. Sugestões de melhorias são mais do que bem-vindas. Boa sorte com seu projeto!

A humanidade luta por uma rejeição total dos fios, porque, segundo muitos, eles limitam as possibilidades e não permitem agir com total liberdade. E se fosse possível fazê-lo no caso da transmissão de energia? Você pode descobrir a resposta a esta pergunta nesta revisão, que é dedicada a um vídeo sobre como fazer um design caseiro, que em tamanhos pequenos representa a possibilidade de transmitir eletricidade sem conexão direta de fios.

Nós vamos precisar:
- fio de cobre de pequeno diâmetro, com 7 m de comprimento;
- um cilindro com 4 cm de diâmetro;
- bateria de dedo;
- Caixa de pilhas
- resistor de 10 ohms;
- transistor C2482;
- Diodo emissor de luz.

Pegamos um fio de 4 metros de comprimento e o dobramos ao meio para que dois fios fiquem em uma ponta e a parte dobrada fique na outra ponta.

Pegamos um fio, dobramos em qualquer direção e começamos a enrolá-lo no cilindro.

Chegando ao meio, também deixamos a postagem dupla em qualquer direção e continuamos a enrolar até sobrar um pequeno pedaço, que também deve ser deixado.

O anel resultante com três pontas deve ser removido do cilindro e fixado com fita isolante.

Agora pegamos o segundo pedaço de fiação de 3 m de comprimento e o enrolamos da maneira usual. Ou seja, neste caso, precisamos obter não três pontas, como no caso do último enrolamento, mas duas.

O anel resultante é novamente fixado com fita isolante.

As pontas do fio devem ser limpas, pois são recobertas com uma camada protetora de verniz.

Para simplificar o processo de montagem caseira, apresentamos a sua atenção o diagrama de conexão do autor.

O diagrama mostra que a bobina com três saídas é projetada para conectar a fonte de alimentação do resistor e do transistor, e na segunda bobina, que possui duas pontas, é necessário conectar o LED.

Desta forma, você pode obter um produto caseiro completamente espetacular e interessante, que, se desejado, pode ser atualizado e tornado mais poderoso adicionando o número de voltas e experimentando. Chamamos a atenção também para o fato de que o acendimento da lâmpada de LED, que também serve como testador, depende do lado das bobinas que estão sendo aproximadas. Isso significa que, se a luz não acendeu durante a primeira apresentação, você deve tentar virar a bobina e fazê-lo novamente.