Transmissão de eletricidade por via aérea. Fazemos transmissão de energia sem fio. Origens e exemplos de sistemas sem fio

Noções básicas de carregamento sem fio

Transmissão sem fio a energia elétrica (WPT) nos dá a chance de escapar da tirania dos cabos de energia. Esta tecnologia está agora permeando todos os tipos de dispositivos e sistemas. Vamos dar uma olhada nela!

Maneira sem fio

Mais moderno edifícios residenciais e edifícios comerciais são alimentados por redes AC. As usinas geram eletricidade em corrente alternada, que é entregue em residências e escritórios por meio de linhas de alta tensão transmissão de energia e transformadores abaixadores.

A eletricidade entra no painel de distribuição e, em seguida, a fiação fornece eletricidade aos equipamentos e dispositivos que usamos todos os dias: luzes, utensílios de cozinha, carregadores e assim por diante.

Todos os componentes são padronizados. Qualquer dispositivo classificado para corrente e tensão padrão funcionará em qualquer tomada em todo o país. Embora os padrões países diferentes e diferem entre si, em um específico sistema elétrico qualquer dispositivo funcionará de acordo com os padrões deste sistema.

Um cabo aqui, um cabo ali... A maioria dos nossos dispositivos elétricos tem um cabo de alimentação CA.

Tecnologia de transmissão de energia sem fio

A transferência de energia sem fio (WPT) permite que a energia seja fornecida através de um entreferro sem a necessidade de fios elétricos. A transmissão de energia sem fio pode fornecer energia CA para baterias ou dispositivos compatíveis sem conectores ou fios físicos. A transmissão sem fio de energia elétrica pode fornecer carregamento telefones celulares E computadores tablet, não tripulado aeronave, carros e outros equipamentos de transporte. Poderia até tornar possível a transmissão sem fio da eletricidade gerada a partir de painéis solares.

A transmissão sem fio de energia elétrica iniciou seu rápido desenvolvimento na área eletrônicos de consumo, substituindo carregadores com fio. Na CES 2017, muitos dispositivos que utilizam transmissão de energia sem fio serão mostrados.

No entanto, o conceito de transmissão de energia elétrica sem fio surgiu por volta de 1890. Nikola Tesla, em seu laboratório em Colorado Springs, conseguiu acender uma lâmpada sem fio usando indução eletrodinâmica (usada em um transformador ressonante).

Três lâmpadas colocadas a 18 metros da fonte de energia foram acesas e a demonstração foi documentada. Tesla tinha grandes planos; ele esperava que sua Torre Wardenclyffe, localizada em Long Island, transmitisse energia elétrica sem fio através do Oceano Atlântico. Isso nunca aconteceu porque vários problemas, incluindo financiamento e prazo.

A transmissão sem fio de energia elétrica utiliza campos criados por partículas carregadas para transferir energia através de um espaço de ar entre transmissores e receptores. Entreferro em curto-circuito convertendo energia elétrica em uma forma que pode ser transmitida através do ar. A energia elétrica é convertida em um campo alternado, transmitida através do ar e depois convertida em corrente elétrica utilizável por um receptor. Dependendo da potência e da distância, a energia elétrica pode ser transmitida de forma eficiente através de campo elétrico, campo magnético ou ondas eletromagnéticas, como ondas de rádio, radiação de micro-ondas ou mesmo luz.

A tabela a seguir lista várias tecnologias transmissão sem fio de energia elétrica, bem como uma forma de transmissão de energia.

Carregamento Qi, um padrão aberto para carregamento sem fio

Embora algumas das empresas que prometem energia sem fio ainda estejam trabalhando em seus produtos, o padrão de carregamento Qi (pronuncia-se “qi”) já existe e os dispositivos que o utilizam já estão disponíveis. O Wireless Power Consortium (WPC), criado em 2008, desenvolveu o padrão Qi para carregamento de baterias. Este padrão suporta tecnologias de carregamento indutivo e ressonante.

O carregamento indutivo transfere energia elétrica entre indutores em um transmissor e receptor localizados próximos. Os sistemas indutivos exigem que os indutores estejam próximos e alinhados entre si; Normalmente, os dispositivos estão em contato direto com a base de carregamento. O carregamento ressonante não requer alinhamento cuidadoso e os carregadores podem detectar e carregar um dispositivo a até 45 mm de distância; assim, os carregadores ressonantes podem ser embutidos em móveis ou instalados entre prateleiras.

A presença do logotipo Qi significa que o dispositivo está registrado e certificado pelo Wireless Consortium. energia eletromagnética WPC.

No início, o carregamento Qi tinha uma potência pequena, cerca de 5 W. Os primeiros smartphones com carregamento Qi surgiram em 2011. Em 2015, a potência de carregamento do Qi aumentou para 15 W, o que permite carregamento rápido dispositivos.

A figura a seguir da Texas Instruments mostra o que o padrão Qi cobre.

Somente os dispositivos listados no banco de dados de registro Qi têm garantia de compatibilidade com Qi. Atualmente contém mais de 700 produtos. É importante compreender que os produtos que ostentam o logotipo Qi foram testados e certificados; e os campos magnéticos utilizados por estes dispositivos não causarão problemas para dispositivos sensíveis, como telemóveis ou passaportes eletrónicos. Os dispositivos registrados terão garantia de funcionamento com carregadores registrados.

Física da transmissão sem fio de energia elétrica

Transmissão sem fio de energia elétrica para dispositivos domésticosé uma tecnologia nova, mas os princípios subjacentes são conhecidos há muito tempo. Quando a eletricidade e o magnetismo estão envolvidos, as equações de Maxwell ainda são governadas, e os transmissores enviam energia aos receptores da mesma forma que em outras formas de comunicação sem fio. Porém, a transmissão de energia sem fio difere deles em seu objetivo principal, que é transferir a energia em si, e não as informações nela codificadas.

Os campos eletromagnéticos envolvidos na transmissão sem fio de energia elétrica podem ser bastante fortes e, portanto, a segurança humana deve ser levada em consideração. Impacto radiação eletromagnética pode causar problemas e existe a possibilidade de que os campos gerados pelos transmissores de energia elétrica possam interferir na operação de dispositivos médicos vestíveis ou implantados.

Transmissores e receptores são integrados aos dispositivos de transmissão sem fio de energia elétrica da mesma forma que as baterias que serão carregadas por eles. Os padrões de conversão reais dependerão da tecnologia utilizada. Além da própria transmissão de eletricidade, o sistema WPT deve fornecer comunicação entre o transmissor e o receptor. Isso garante que o receptor possa notificar o carregador de que a bateria está totalmente carregada. A comunicação também permite que o transmissor detecte e identifique o receptor para ajustar a quantidade de energia enviada à carga, bem como monitorar, por exemplo, a temperatura da bateria.

Na transmissão sem fio de energia elétrica, a escolha entre conceitos de campo próximo ou campo distante é importante. As tecnologias de transmissão, a quantidade de energia que pode ser transmitida e os requisitos de distância influenciam se um sistema utilizará radiação de campo próximo ou radiação de campo distante.

Os pontos para os quais a distância da antena é significativamente menor que um comprimento de onda estão na zona próxima. A energia no campo próximo não é radiativa e as oscilações dos campos magnético e elétrico são independentes uma da outra. Acoplamentos capacitivo (elétrico) e indutivo (magnético) podem ser usados ​​para transferir energia para um receptor localizado no campo próximo do transmissor.

Os pontos para os quais a distância da antena é maior que cerca de dois comprimentos de onda estão no campo distante (há uma região de transição entre os campos próximo e distante). A energia do campo distante é transmitida na forma de radiação eletromagnética comum. A transferência de energia em campo distante também é chamada de feixe de energia. Exemplos de transmissão em campo distante são sistemas que utilizam energia para transmitir por longas distâncias. lasers poderosos ou radiação de microondas.

Onde funciona a transmissão de energia sem fio (WPT)?

Todas as tecnologias WPT estão atualmente sob pesquisa ativa, com a maioria focada na maximização da eficiência da transferência de energia e na exploração de tecnologias para acoplamento de ressonância magnética. Além disso, as ideias mais ambiciosas são equipar as instalações com um sistema WPT em que uma pessoa estará e os dispositivos que ela usa serão carregados automaticamente.

Globalmente, os autocarros eléctricos estão a tornar-se a norma; Os planos para introduzir carregamento sem fio nos icônicos ônibus de dois andares de Londres estão alinhados com os sistemas de ônibus da Coreia do Sul, do estado americano de Utah e da Alemanha.

Um sistema experimental para alimentar drones sem fio já foi demonstrado. E, como mencionado anteriormente, a investigação e o desenvolvimento actuais centram-se na perspectiva de satisfazer algumas das necessidades energéticas da Terra através da utilização de transmissão de energia sem fios e de painéis solares localizados no espaço.

O WPT funciona em qualquer lugar!

Conclusão

Embora o sonho da Tesla de transmitir energia sem fio para qualquer consumidor ainda esteja longe de ser realizado, muitos dispositivos e sistemas estão usando alguma forma de transmissão de energia sem fio no momento. De escovas de dente a telefones celulares, de carros pessoais a transporte público,Existem muitas aplicações de transmissão de energia elétrica sem fio.

Durante muitos anos, os cientistas têm lutado com a questão de minimizar custos elétricos. Existem diferentes métodos e propostas, mas a teoria mais famosa é a da transmissão sem fio de eletricidade. Propomos considerar como é realizado, quem é o seu inventor e porque ainda não foi implementado.

Teoria

A eletricidade sem fio é literalmente a transferência de energia elétrica sem fios. As pessoas muitas vezes comparam a transmissão sem fio de energia elétrica com a transmissão de informações, como rádio, telefones celulares, ou Acesso Wi-Fi para a Internet. A principal diferença é que a transmissão por rádio ou micro-ondas é uma tecnologia que visa restaurar e transportar informações, e não a energia que foi originalmente gasta na transmissão.

A eletricidade sem fio é relativamente nova área tecnologia, mas em desenvolvimento bastante dinâmico. Métodos estão sendo desenvolvidos para transmitir energia de forma eficiente e segura à distância, sem interrupção.

Como funciona a eletricidade sem fio?

O trabalho principal baseia-se especificamente no magnetismo e no eletromagnetismo, como é o caso da radiodifusão. Carregamento sem fio, também conhecido como carregamento indutivo, é baseado em vários princípios simples trabalho, em particular a tecnologia requer duas bobinas. O transmissor e o receptor, que juntos geram um campo magnético alternado, não CC. Este campo, por sua vez, causa uma tensão na bobina receptora; pode ser usado para nutrição dispositivo móvel ou carregando a bateria.

Se você enviar corrente elétrica através de um fio, um campo magnético circular será criado ao redor do cabo. Apesar do campo magnético afetar tanto o laço quanto a bobina, ele é mais pronunciado no cabo. Quando pegamos uma segunda bobina de fio que não está recebendo nenhuma corrente elétrica passando por ela, e um local onde colocamos uma bobina no campo magnético da primeira bobina, a corrente elétrica da primeira bobina será transmitida através do campo magnético e através da segunda bobina, criando um acoplamento indutivo.

Tomemos como exemplo uma escova de dentes elétrica. Nele, o carregador é conectado a uma tomada, que envia corrente elétrica para o fio trançado em seu interior carregador, criando um campo magnético. Existe uma segunda bobina dentro da escova de dentes, quando a corrente começa a fluir e, graças ao MF formado, a escova começa a carregar sem estar conectada diretamente a uma fonte de alimentação de 220 V.

História

Transmissão de energia sem fio como alternativa à transmissão e distribuição linhas elétricas, foi proposto e demonstrado pela primeira vez por Nikola Tesla. Em 1899, Tesla apresentou a transmissão de energia sem fio para um campo de lâmpadas fluorescentes localizado a quarenta quilômetros da fonte de energia, sem o uso de fios. Mas naquela época era mais barato fazer fiação de fios de cobre 40 quilômetros, em vez de construir geradores elétricos especiais exigidos pela experiência de Tesla. Ele nunca recebeu uma patente e a invenção permaneceu nos recônditos da ciência.

Embora Tesla tenha sido a primeira pessoa a demonstrar possibilidades práticas comunicações sem fio em 1899, hoje existem poucos dispositivos à venda: escovas sem fio, fones de ouvido, carregadores de telefone, etc.

Tecnologia sem fio

A transferência de energia sem fio envolve a transferência de energia elétrica ou potência à distância sem fios. Assim, o núcleo da tecnologia reside nos conceitos de eletricidade, magnetismo e eletromagnetismo.

Magnetismo

Esse força fundamental natureza que faz com que certos tipos de materiais se atraiam ou se repelam. Os únicos ímãs permanentes Os pólos da Terra são considerados. A corrente de fluxo no circuito gera campos magnéticos que diferem dos campos magnéticos oscilantes na velocidade e no tempo necessários para gerar corrente alternada (CA). As forças que aparecem neste caso estão representadas no diagrama abaixo.

O eletromagnetismo é a interdependência de campos elétricos e magnéticos alternados.

Indução magnética

Se o circuito condutivo estiver conectado a uma fonte de energia CA, ele gerará um campo magnético oscilante dentro e ao redor do circuito. Se o segundo circuito condutor estiver localizado próximo o suficiente, ele irá capturar parte desta oscilação campo magnético, que por sua vez gera ou induz uma corrente elétrica na segunda bobina.

Vídeo: como ocorre a transmissão sem fio de eletricidade

Assim acontece transmissão elétrica energia de um ciclo ou bobina para outro, o que é conhecido como indução magnética. Exemplos desse fenômeno são utilizados em transformadores e geradores elétricos. Este conceito é baseado nas leis indução eletromagnética Faraday. Lá, ele afirma que quando há mudança fluxo magnético, conectando-se à bobina, a fem induzida na bobina é igual ao produto do número de voltas da bobina e a taxa de variação do fluxo.

Acoplamento de potência

Esta parte é necessária quando um dispositivo não consegue transmitir energia para outro dispositivo.

O acoplamento magnético é gerado quando o campo magnético de um objeto é capaz de induzir uma corrente elétrica a outros dispositivos dentro do seu alcance.

Diz-se que dois dispositivos são acoplados mutuamente indutivamente ou acoplados magneticamente quando são dispostos de modo que uma mudança na corrente de um fio induz uma tensão nas extremidades do outro fio por meio de indução eletromagnética. Isto é devido à indutância mútua

Tecnologia

Dois dispositivos acoplados mutuamente indutivamente ou acoplados magneticamente são projetados de modo que a mudança na corrente quando um fio induz uma tensão nas extremidades do outro fio seja produzida por indução eletromagnética. Isto é devido à indutância mútua.
O acoplamento indutivo é preferido devido à sua capacidade de operar sem fio, bem como à sua resistência a choques.

O acoplamento indutivo ressonante é uma combinação de acoplamento indutivo e ressonância. Usando o conceito de ressonância, você pode fazer dois objetos funcionarem dependendo dos sinais um do outro.

Como pode ser visto no diagrama acima, a ressonância é fornecida pela indutância da bobina. O capacitor é conectado em paralelo ao enrolamento. A energia se moverá para frente e para trás entre o campo magnético que envolve a bobina e campo elétrico ao redor do capacitor. Aqui, as perdas de radiação serão mínimas.

Existe também o conceito de comunicação ionizada sem fio.

Também pode ser implementado, mas requer um pouco mais de esforço. Esta técnica já existe na natureza, mas é pouco viável sua implementação, pois requer um campo magnético elevado, de 2,11 M/m. Foi desenvolvido pelo brilhante cientista Richard Walras, desenvolvedor de um gerador de vórtice que envia e transmite energia térmica por grandes distâncias, principalmente com a ajuda de coletores especiais. O exemplo mais simples de tal conexão é o relâmpago.

Prós e contras

É claro que esta invenção tem vantagens e desvantagens em relação aos métodos com fio. Convidamos você a considerá-los.

As vantagens incluem:

1. Ausência total de fios;
2. Não são necessárias fontes de alimentação;
3. A necessidade de bateria é eliminada;
4. A energia é transferida de forma mais eficiente;
5. Significativamente menos manutenção necessária.

As desvantagens incluem o seguinte:

• A distância é limitada;
• os campos magnéticos não são tão seguros para os humanos;
• a transmissão sem fio de eletricidade usando microondas ou outras teorias é praticamente impossível em casa e com as próprias mãos;
• alto custo de instalação.

Comer de forma intangível eletrodomésticos, livres de fios elétricos, não excitaram as mentes dos inventores pela primeira vez. Mas agora os especialistas chegaram ao ponto de ensinar aspiradores de pó comerciais, luminárias de chão, televisores, carros, implantes, robôs móveis e laptops a receber corrente de forma eficaz e segura de uma fonte sem fio.

Recentemente, uma equipa de cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), liderada por Marin Soljačic, deu mais um passo no sentido de transformar a tecnologia de eletricidade sem fios de um “truque” de laboratório numa tecnologia replicável. Inesperadamente, eles descobriram um efeito que lhes permite aumentar a eficiência da transmissão. Mas antes de falar sobre o novo experimento, vale a pena fazer uma digressão.

Neste caso, um campo magnético próximo é usado como portador de energia, oscilando em alta frequência de vários megahertz. Para a transferência são necessárias duas bobinas magnéticas, sintonizadas na mesma frequência de ressonância. Os cientistas comparam a transferência de energia entre eles à destruição de um vidro ressonante quando “ouve” um som de frequência estritamente definida.

Bobinas magnéticas idealizadas (nesta figura) ( amarelo), rodeados por seus campos (vermelho e azul), transferem energia entre si a uma distância D, muitas vezes maior que o tamanho das próprias bobinas. Isso é o que os cientistas chamam de acoplamento magnético ressonante (ou acoplamento) - Acoplamento Magnético Ressonante (ilustração de WiTricity).

Como resultado da interação das bobinas, obtém-se o que se tem chamado de “Eletricidade Sem Fio” (WiTricity). A propósito, esta palavra é - marca registrada, que pertence à corporação de mesmo nome, fundada por Soljachich e vários de seus colegas do MIT. A Corporação indica que este termo aplicável apenas à sua tecnologia e aos produtos criados com base nela. Pedimos gentilmente que não use “whitecity” como sinônimo de transmissão de energia sem fio em geral.

Os inventores também pedem para não confundir WiTricity com transferência de energia através ondas eletromagnéticas: eles dizem, novo método- “não emissor”.

E mais alguns “nãos” importantes indicados pelos criadores. WiTricity não é análogo a um transformador com enrolamentos separados por vários metros (este último neste caso para de funcionar). Este não é um elétrico melhorado escova de dentes: pelo menos ela sabe cobrar sem contato elétrico, mas ainda requer colocação em uma “estação de acoplamento” para aproximar as bobinas indutivas de transmissão e recepção a uma distância de um milímetro. "Whitecity" não é um micro-ondas que pode fritar um objeto vivo, uma vez que o campo magnético pulsante que opera no sistema WiTricity não afeta uma pessoa. Finalmente, a “Eletricidade Sem Fio” não é sequer a “misteriosa e terrível” Torre Wardenclyffe de Tesla, com a qual o grande inventor pretendia demonstrar a transmissão de energia a longas distâncias.

O primeiro experimento de transferência de energia sem fio usando o método WiTricity para uma lâmpada de 60 watts, a mais de dois metros de distância da fonte, foi realizado por Marin e seus colegas em 2007. A eficiência era baixa - cerca de 40%, mas mesmo assim os inventores apontaram para uma vantagem tangível do novo produto - a segurança.

O campo utilizado no sistema é 10 mil vezes mais fraco do que o que reina no núcleo do scanner de ressonância magnética. Portanto, nem os organismos vivos, nem os implantes médicos, nem os pacemakers e outros equipamentos sensíveis deste tipo, nem os produtos eletrónicos de consumo podem sentir o efeito deste campo.

Principais autores do WiTricity: Marin Soljacic (à esquerda), Aristeidis Karalis e John Joannopoulos. À direita: diagrama do circuito WiTricity. A bobina de transmissão (esquerda) está conectada ao soquete. Recepção – ligada ao consumidor. As linhas do campo magnético da primeira bobina (cor azul) são capazes de contornar obstáculos condutores relativamente pequenos (e eles não percebem madeira, tecido, vidro, concreto ou uma pessoa), transferindo energia com sucesso (linhas amarelas) para o anel de recepção (foto MIT / Donna Coveney, ilustração de WiTricity).

Agora Soljachich e seus associados descobriram que a eficiência do sistema WiTricity é influenciada não apenas pelo tamanho, geometria e afinação das bobinas, bem como pela distância entre elas, mas também pelo número de consumidores. Paradoxalmente à primeira vista, porém, dois dispositivos receptores colocados a uma distância de 1,6 a 2,7 metros de cada lado da “antena” transmissora mostraram 10% melhor eficiência do que se a ligação fosse realizada apenas entre uma fonte e o consumidor, como foi o caso em experiências anteriores.

Além disso, a melhoria foi observada independentemente da eficiência dos pares transmissor-receptor separadamente. Os cientistas sugeriram que, com a adição de novos consumidores, a eficiência aumentará ainda mais, embora ainda não esteja totalmente claro quanto. (Detalhes do experimento são revelados em Applied Physics Letters.)

A bobina de transmissão no novo experimento tinha uma área de 1 metro quadrado, e as salas de recepção têm apenas 0,07 m 2 cada. E isto também é interessante: o volume dos “receptores” em experiências anteriores questionou o desejo dos fabricantes de equipamentos de equipar seus equipamentos com tais sistemas - dificilmente você gostaria de um laptop com carregamento automático cuja unidade WiTricity fosse comparável em tamanho ao próprio computador.

Esquerda: 1 – um circuito especial converte corrente alternada comum em corrente de alta frequência, alimenta uma bobina de transmissão que cria um campo magnético oscilante. 2 – a bobina receptora do aparelho consumidor deve estar sintonizada na mesma frequência. 3 – a conexão ressonante entre as bobinas transforma o campo magnético novamente em corrente elétrica, que alimenta a lâmpada.
À direita: Segundo os autores do sistema, uma bobina no teto pode fornecer energia a todos os aparelhos e dispositivos da sala - desde várias lâmpadas e uma TV até um laptop e DVD player (ilustração de WiTricity).

Mas o principal é que o efeito de melhorar a eficiência geral ao trabalhar com vários consumidores simultaneamente significa luz verde para o sonho azul de Soljachich - uma casa repleta de uma variedade de equipamentos que recebe energia de “emissores não emissores” invisíveis escondidos no tetos ou paredes dos quartos.

Ou talvez não só nos quartos, mas também na garagem? Claro, você pode carregar um carro elétrico da maneira habitual. Mas a beleza do WiTricity é que você não precisa conectar nada em lugar nenhum e nem mesmo se lembrar disso - teoricamente, o próprio carro pode ser ensinado ao chegar na garagem (ou estacionamento da empresa) para enviar uma “solicitação” ao sistema e recarregue a bateria a partir de uma bobina magnética colocada no chão.

A propósito, em alguns experimentos, os especialistas da WiTricity aumentaram a potência de transmissão para três quilowatts (e, lembre-se, começaram com uma lâmpada de 60 watts). A eficiência varia dependendo de todo um conjunto de parâmetros, porém, segundo a corporação, com bobinas suficientemente próximas pode ultrapassar 95%.

Não é difícil adivinhar que um método promissor de transmissão de eletricidade por vários metros sem fios e a necessidade de direcionar algum tipo de “feixes de energia” devam interessar a uma ampla gama de empresas. Alguns já estão trabalhando nessa direção por conta própria.

Por exemplo, partindo dos princípios fundamentados e testados por Soljachich e seus colegas, a Intel está agora desenvolvendo sua modificação de transmissão de energia ressonante - Wireless Resonant Energy Link (WREL). Em 2008, a empresa alcançou neste campo resultado brilhante, demonstrando transmissão de corrente “magnética” com eficiência de 75%.

Uma das instalações do protótipo WREL da Intel transfere energia sem fio (junto com um sinal de áudio) de um MP3 player para um pequeno alto-falante (foto do gizmodo.com).

A Sony agora está conduzindo seus próprios experimentos, reproduzindo os experimentos de físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

No entanto, Soljačić está confiante de que a sua inovação não se perderá entre os produtos dos seus colegas concorrentes. Afinal, foram os pioneiros da tecnologia que a aproveitaram ao máximo e estão prontos para seu estudo aprofundado e aprimoramento. Por exemplo, configurar até mesmo um par de bobinas não é tão simples quanto parece à primeira vista. O cientista realizou experimentos em laboratório por vários anos consecutivos antes de construir um sistema que funcionasse de maneira realmente confiável.

Amostra de demonstração de uma tela LCD recebendo energia elétrica através do primeiro protótipo de um kit doméstico WiTricity. A bobina de transmissão fica no chão, a bobina de recepção está sobre a mesa (foto WiTricity).

"Wireless Electricity", segundo seus autores, foi originalmente concebido para ser um produto OEM. Portanto, no futuro podemos esperar o aparecimento desta tecnologia em produtos de outras empresas.

E já foi lançado um balão de ensaio dirigido a potenciais consumidores. Em janeiro, em Las Vegas, na CES 2010, a empresa chinesa Haier apresentou a primeira TV HDTV totalmente sem fio do mundo. Não apenas o sinal de vídeo do player foi transmitido para sua tela pelo ar (para o qual foi usado o padrão Wireless Home Digital Interface, que nasceu oficialmente apenas um mês antes), mas também a fonte de alimentação. Este último foi fornecido justamente pela tecnologia WiTricity.

A empresa de Soljachich também está negociando com fabricantes de móveis a instalação de bobinas em mesas e paredes de armários. O primeiro anúncio de um produto serial de um parceiro WiTricity está previsto para o final de 2010.

Em geral, os especialistas prevêem o surgimento de verdadeiros best-sellers no mercado - novos produtos com receptor WiTricity integrado. Além disso, ninguém ainda pode dizer com segurança que tipo de coisas serão.

A Haier é um dos maiores fabricantes mundiais de eletrônicos de consumo. Não é de surpreender que seus engenheiros tenham se interessado pela possibilidade de conectar tecnologias mais recentes transmissão sem fio de sinal HDTV e fonte de alimentação sem fio e ainda conseguiu ser o primeiro a mostrar tal dispositivo em ação (fotos engadget.com, gizmodo.com).

Curiosamente, a história da WiTricity começou há vários anos com uma série de despertares infelizes para Marin. Várias vezes ao longo de um mês, ele foi acordado pelo som de um telefone mudo pedindo-lhe para “comer”. Um cientista que se esqueceu de conectar seu celular na tomada a tempo ficou surpreso: não é engraçado que o telefone esteja a poucos metros de distância? rede elétrica, mas não consegue receber essa energia. Depois de acordar novamente às três da manhã, Soljachich pensou: seria ótimo se o telefone pudesse carregar sozinho.

Observe que não estamos falando imediatamente de uma nova versão de “tapetes” para carregar dispositivos de bolso. Tais sistemas só funcionam se o aparelho for colocado diretamente no “tapete”, e para os esquecidos isso não é melhor do que simplesmente conectar o fio na tomada. Não, o telefone tinha que receber energia elétrica em qualquer lugar do quarto, ou mesmo do apartamento, e não importava se você o jogava na mesa, no sofá ou no parapeito da janela.

Aqui, a indução eletromagnética comum, os raios de micro-ondas direcionados e os lasers infravermelhos “cautelosos” não eram adequados. Marin começou a procurar outras opções. Ele dificilmente poderia ter pensado que depois de algum tempo um telefone buzinando e “faminto” o levaria à criação própria empresa e o surgimento de tecnologias que podem “chegar às manchetes” e, mais importante, interessar aos parceiros industriais.

Acrescentemos que uma vez ele falou com alguns detalhes sobre os princípios, a história e o futuro do WiTricity diretor-executivo Corporação Eric Giler.

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

Etapa 1. Materiais necessários e ferramentas.

1. Transistor NPN. Usei 2N3904, mas você pode usar qualquer transistor NPN, por exemplo, BC337, BC547, etc. (Qualquer transistor PNP funcionará, apenas certifique-se de manter a polaridade das conexões.)
2. 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). Os fios da maioria cabem dispositivos eletrônicos, como transformadores, alto-falantes, motores elétricos, relés, etc.
3. Resistor com resistência de 1 kOhm. Este resistor será usado para proteger o transistor contra queima em caso de sobrecarga ou superaquecimento. Você pode usar valores de resistência mais altos de até 4-5 kOhm. Você pode omitir o resistor, mas corre o risco de descarregar a bateria mais rapidamente.
4. LIDERADO 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 funcionalidade do circuito.
5. Bateria tamanho AA com tensão de 1,5 Volts. (Não use baterias alta tensão, se você não quiser danificar o transistor.)

Ferramentas necessárias:

1) Tesoura ou faca.

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

3) Isqueiro (Opcional). Usaremos um isqueiro para queimar o isolamento do fio e depois usaremos uma tesoura ou uma faca para raspar qualquer isolamento restante.

Passo 2: assista ao vídeo para saber como fazer

Etapa 3: Breve revisão de todas as etapas.

Então, primeiro você tem que 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, começamos a fazer uma segunda bobina. Depois de enrolar a 15ª volta, crie um galho 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 um ramo. 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 na torneira de ambas as bobinas. Você também pode usar uma tesoura ou uma stripper. Certifique-se de que os diâmetros e o número de voltas de ambas as bobinas sejam iguais!

Crie um transmissor: Pegue o transistor e coloque-o de forma que o lado plano fique voltado para cima e voltado para você. O pino da esquerda será conectado ao emissor, o 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 base do transistor. Pegue a outra extremidade do resistor e conecte-a a uma das extremidades (não à derivação) da bobina B. Pegue a outra extremidade da bobina B e conecte-a ao coletor do transistor. Se desejar, você pode conectar um pequeno pedaço de fio ao emissor do transistor (funcionará como uma extensão do emissor).

Configure o receptor. Para criar um receptor, pegue a bobina A e conecte suas extremidades aos diferentes pinos do seu LED.

Você completou o diagrama!

Etapa 4: diagrama de circuito.

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

Etapa 5: Desenhar as conexões do circuito.

Aqui vemos um desenho explicativo das conexões do nosso circuito.

Etapa 6. Usando o diagrama.

Simplesmente pegue a bobina B e conecte-a ao terminal positivo da bateria. Conecte o terminal 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 por trás desse fenômeno em palavras simples e analogias, e sei que posso estar errado. Para explicar adequadamente este fenômeno terei que entrar em todos os detalhes, o que não sou capaz de fazer, por isso quero apenas fazer analogias gerais para explicar o circuito).

O circuito transmissor que acabamos de criar é um circuito oscilador. Você pode ter ouvido falar do chamado circuito Joule Thief, mas ele tem uma notável semelhança com o circuito que criamos. O circuito Joule Thief aceita eletricidade de uma bateria de 1,5 Volts, produz eletricidade em uma voltagem mais alta, mas com milhares de intervalos entre eles. O LED precisa apenas de 3 volts para acender, mas neste circuito ele pode acender facilmente 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 que aumenta a tensão. Mas pode surgir a pergunta: “Como acender um LED à distância?” Isso acontece devido à indução. Para isso você pode, por exemplo, usar um transformador. Um transformador padrão possui um núcleo em ambos os lados. Suponha que o fio de cada lado do transformador tenha o mesmo tamanho. Quando a corrente elétrica passa por uma bobina, as bobinas do transformador tornam-se eletroímãs. Se a corrente alternada flui através da bobina, a tensão oscila ao longo de uma senóide. Portanto, quando a corrente alternada flui pela bobina, o fio adquire as propriedades de um eletroímã e perde novamente o eletromagnetismo quando a tensão cai. Uma bobina de fio se torna um eletroímã e depois perde sua características eletromagnéticas na mesma velocidade que o ímã se move da segunda bobina. Quando um ímã se move rapidamente através de uma bobina de fio, a eletricidade é gerada, de modo que a tensão oscilante de uma bobina em um transformador induz eletricidade na outra bobina de fio, e a eletricidade é transferida de uma bobina para outra sem fios. No nosso circuito, o núcleo da bobina é ar e a tensão CA passa pela primeira bobina, induzindo tensão na segunda bobina e acendendo as lâmpadas!!

Passo 8. Benefícios e dicas para melhorias.

Portanto, no nosso circuito utilizámos simplesmente um LED para mostrar o efeito do circuito. Mas poderíamos fazer mais! O circuito receptor obtém eletricidade de corrente alternada, então poderíamos usá-lo para acender lâmpadas fluorescentes! Você também pode usar nosso circuito para fazer truques interessantes, presentes engraçados, etc. Para maximizar os resultados, você pode experimentar o diâmetro das bobinas e o número de voltas nas bobinas. Você também pode tentar deixar as bobinas planas e ver o que acontece! As possibilidades são infinitas!!

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

Quais problemas você pode encontrar e como corrigi-los:

1. O transistor está ficando muito quente!

Solução: Você usou um resistor com os parâmetros corretos? Não usei resistor na primeira vez e meu transistor fumou. Se isso não funcionar, tente usar o termorretrátil ou um transistor de qualidade superior.

1. O LED não acende!

Solução: Pode haver muitos motivos. Primeiro, verifique todas as conexões. Eu acidentalmente mudei a base e o coletor na minha conexão e ficou grande problema para mim. Portanto, verifique primeiro todas as conexões. 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 um curto-circuito na sua rede.

Não tenho conhecimento de quaisquer outros problemas. Mas se você os encontrar, me avise! Tentarei ajudar o máximo que puder. Além disso, sou um aluno do 9º ano na escola e meu conhecimento científico são extremamente limitados, então se você encontrar algum erro em meu trabalho, por favor me avise. Sugestões de melhoria são mais que bem-vindas. Boa sorte com seu projeto!

A lei da interação das correntes elétricas descoberta por André Marie Ampère em 1820 lançou as bases para o desenvolvimento da ciência da eletricidade e do magnetismo. 11 anos depois, Michael Faraday estabeleceu experimentalmente que um campo magnético variável gerado por uma corrente elétrica pode induzir uma corrente elétrica em outro condutor. Foi assim que foi criado.

Em 1864, James Clerk Maxwell finalmente sistematizou os dados experimentais de Faraday, dando-lhes a forma de equações matemáticas precisas, graças às quais foi criada a base da eletrodinâmica clássica, porque essas equações descreviam a relação campo eletromagnético Com correntes elétricas e cargas, e a consequência disso deveria ter sido a existência de ondas eletromagnéticas.

Em 1888, Heinrich Hertz confirmou experimentalmente a existência de ondas eletromagnéticas previstas por Maxwell. Seu transmissor de faísca com um helicóptero de bobina Ruhmkorff poderia produzir ondas eletromagnéticas de até 0,5 gigahertz, que poderiam ser recebidas por vários receptores sintonizados em ressonância com o transmissor.

Os receptores podem estar localizados a uma distância de até 3 metros e, se ocorrer uma faísca no transmissor, ocorrerão faíscas nos receptores. Foi assim que eles foram realizados primeiras experiências em transmissão sem fio de energia elétrica usando ondas eletromagnéticas.

Em 1891, ao estudar correntes alternadas de alta tensão e alta frequência, chegou à conclusão de que é extremamente importante para fins específicos selecionar tanto o comprimento de onda quanto a tensão de operação do transmissor, e não é necessário fazer o frequência muito alta.

O cientista observa que o limite inferior de frequências e tensões em que conseguiu atingir melhores resultados, - de 15.000 a 20.000 vibrações por segundo a um potencial de 20.000 volts. Tesla recebeu uma corrente de alta frequência e alta tensão usando uma descarga oscilatória de um capacitor (ver -). Ele percebeu que este tipo O transmissor elétrico é adequado tanto para produzir luz quanto para transmitir eletricidade para produzir luz.

No período de 1891 a 1894, o cientista demonstra repetidamente a transmissão sem fio e o brilho dos tubos de vácuo em um campo eletrostático de alta frequência, ao mesmo tempo em que observa que a energia do campo eletrostático é absorvida pela lâmpada, convertida em luz, e a energia do campo eletromagnético é usado para indução eletromagnética, a fim de obter um resultado semelhante. O resultado é refletido principalmente e apenas uma pequena fração é convertida em luz.

Mesmo usando ressonância na transmissão por onda eletromagnética, não será possível transmitir uma quantidade significativa de energia elétrica, argumentou o cientista. Seu objetivo durante esse período de trabalho era transmitir precisamente grandes quantidades de energia elétrica sem fio.

Até 1897, paralelamente ao trabalho de Tesla, as pesquisas sobre ondas eletromagnéticas foram realizadas por: Jagdish Bose na Índia, Alexander Popov na Rússia e Guglielmo Marconi na Itália.

Após as palestras públicas de Tesla, Jagdish Bose demonstra a transmissão sem fio de eletricidade em novembro de 1894 em Calcutá, onde acende pólvora, transmitindo energia elétrica à distância.

Depois de Boche, nomeadamente em 25 de abril de 1895, Alexander Popov, usando o código Morse, transmitiu a primeira mensagem de rádio, e esta data (7 de maio, novo estilo) é agora celebrada anualmente na Rússia como “Dia do Rádio”.

Em 1896, Marconi, ao chegar à Grã-Bretanha, demonstrou seu aparelho, usando o código Morse para transmitir um sinal a uma distância de 1,5 quilômetros do telhado do prédio dos Correios de Londres a outro prédio. Depois disso, ele aprimorou sua invenção e conseguiu transmitir um sinal através da planície de Salisbury a uma distância de 3 quilômetros.

Tesla em 1896 transmite e recebe sinais com sucesso a uma distância entre o transmissor e o receptor de aproximadamente 48 quilômetros. No entanto, nenhum dos pesquisadores ainda conseguiu transmitir uma quantidade significativa de energia elétrica a longa distância.

Fazendo experiências em Colorado Springs, Tesla escreveria em 1899: “O fracasso do método de indução parece enorme comparado com o método de excitação da carga da terra e do ar.” Este será o início da pesquisa do cientista que visa transmitir eletricidade a distâncias significativas sem o uso de fios. Em janeiro de 1900, Tesla escreveu em seu diário sobre a transferência bem-sucedida de energia para uma bobina “estendida até o campo” a partir da qual a lâmpada era alimentada.

E o maior sucesso do cientista seria o lançamento da Torre Wardenclyffe em Long Island, em 15 de junho de 1903, projetada para transmitir energia elétrica a uma distância considerável em grandes quantidades sem fios. O enrolamento secundário aterrado do transformador ressonante, coberto com uma cúpula esférica de cobre, deveria excitar a carga terrestre e as camadas condutoras de ar para se tornar um elemento de um grande circuito ressonante.

Assim, o cientista conseguiu alimentar 200 lâmpadas de 50 watts a uma distância de cerca de 40 quilômetros do transmissor. No entanto, com base na viabilidade económica, o financiamento do projecto foi interrompido pela Morgan, que desde o início investiu dinheiro no projecto para obter comunicação sem fio, e a transferência de energia gratuita em escala industrial à distância categoricamente não combinava com ele como empresário. Em 1917, a torre, projetada para transmissão sem fio de energia elétrica, foi destruída.

Muito mais tarde, no período de 1961 a 1964, um especialista na área de eletrônica de micro-ondas, William Brown, fez experiências nos EUA com caminhos de transmissão de energia de feixes de micro-ondas.

Em 1964, ele foi o primeiro a testar um dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de receber e utilizar energia de feixe de micro-ondas na forma de corrente contínua, graças a um conjunto de antenas composto por dipolos de meia onda, cada um dos quais carregado com altamente diodos Schottky eficientes. Já em 1976, William Brown transmitiu um feixe de microondas de 30 kW de potência a uma distância de 1,6 km com uma eficiência superior a 80%.

Em 2007 grupo de pesquisa O Instituto de Tecnologia de Massachusetts, sob a liderança do professor Marin Solyacic, conseguiu transmitir energia sem fio a uma distância de 2 metros. A potência transmitida foi suficiente para alimentar uma lâmpada de 60 watts.

Sua tecnologia (chamada ) é baseada no fenômeno da ressonância eletromagnética. O transmissor e o receptor são duas bobinas de cobre, cada uma com 60 cm de diâmetro, ressonando na mesma frequência. O transmissor está conectado a uma fonte de energia e o receptor está conectado a uma lâmpada incandescente. Os circuitos são sintonizados em 10 MHz. O receptor, neste caso, recebe apenas 40-45% da eletricidade transmitida.

Na mesma época, a Intel demonstrou uma tecnologia semelhante para transmissão de energia sem fio.

Em 2010, o Haier Group, um fabricante chinês eletrodomésticos, apresentou ao público na CES 2010 seu produto exclusivo - uma TV LCD totalmente sem fio baseada nesta tecnologia.