По какому принципу работает беспроводная передача электричества

Основным источником обычной формы электричества являются провода. Непрерывные научные исследования и разработки привели к крупному принципу который способен обеспечить электроэнергией потребителя без использования проводов. Разработана и динамично внедряется технология – беспроводное электричество.

Есть некоторые небольшие, но очень полезные открытия, сделанные в истории, которые навсегда изменили мир: закон тяготения Ньютона, паровой двигатель Уатта, трубка Томсона и многое другое. Но перелом произошел после опубликования уравнений электромагнитных волн Максвеллом. Впоследствии российскому ученому Александру Попову или итальянцу Гульельмо Маркони первым удалось передать электромагнитные волны на расстояние.

И с этого началась новая эра применившая принцип беспроводной передачи электричества.

Сегодня, как мы видим, словосочетание “беспроводная связь” широко распространилось в повседневной жизни.

Беспроводная технология сделала мир меньше.

Многие вещи стали беспроводными: мышь, клавиатура, спутниковая связь, мобильные телефоны, микрофоны и наушники, интернет, то есть Wi-Fi и т.д. И это, безусловно, повысило уровень жизни.

Особенность передачи энергии

На самом деле начало разработки принципа беспроводной передачи электричества восходит к 19 веку, когда Никола Тесла использовал проводящие системы создав  магнитное поле для передачи энергии по воздуху. Поскольку он система находилась не в режиме, большая часть энергии была потрачена впустую и имела маленький КПД.

Все мы знаем об использовании электромагнитных излучений (радиоволн), которые достаточно хорошо известны для беспроводной передачи информации. Кроме того, лазеры также использовались для передачи энергии без проводов. Однако радиоволны не подходят для передачи энергии, потому что природа излучения такова, что радиоволны распространяются по всему пространству, в результате чего большое количество излучений тратится впустую. А в случае лазеров необходима непрерывная линия визирования (препятствие мешает процессу передачи).

Более практичной технологией принципа беспроводной передачи электричества считается применение электромагнетизма.

Электромагнетизм-термин, обозначающий взаимозависимость изменяющихся во времени электрических и магнитных полей. Например, оказывается, что и колеблющееся магнитное поле производит магнитное электрическое поле – эффект магнитной индукции.принцип беспроводной передачи электричества

Магнитная индукция: если петля или катушка из проводящего материала будет нести переменный ток, то это является эффективной структурой для генерации или «захвата» магнитного поля.

Если контур подключить к источнику питания переменного тока, он будет создавать колебательное магнитное поле возле контура. Вторая петля, расположенная вплотную к первой, может “захватить” некоторую часть этого колеблющегося магнитного поля.  Магнитное поле будет генерировать электрический ток во второй катушке. Ток, генерируемый во второй катушке, может  использоваться для питания различных устройств.

Этот тип передачи электрической энергии от одной петли или катушки к другой хорошо известен и называется магнитная индукция. Наиболее распространенными примерами устройств, основанных на магнитной индукции, являются электрические трансформаторы и электрогенераторы.

Энергетическая связь принципа: энергетическая связь возникает, когда источник энергии имеет средство передачи энергии другому объекту. Одним из простых примеров является локомотив, тянущий вагон поезда-механическая связь между ними позволяет локомотиву тянуть поезд и преодолевать силы трения и инерции, которые удерживают поезд на месте и поезд движется. Магнитная связь возникает, когда магнитное поле одного объекта взаимодействует со вторым объектом и индуцирует электрический ток в этом объекте или на нем. Таким способом электрическая энергия может быть передана от источника питания к питаемому устройству. В  отличие от примера механической связи, приведенного для поезда, магнитная связь не требует какого-либо физического контакта между объектом, генерирующим энергию, и объектом, получающим или улавливающим эту энергию.

Электрический трансформатор-это устройство, которое использует магнитную индукцию для передачи энергии от своей первичной обмотки к своей вторичной обмотке, не соединяя обмотки друг с другом. Он используется для “преобразования” переменного тока при одном напряжении в переменный ток при другом напряжении.

Повышение КПД с помощью принципа резонанса

Резонанс-это свойство, которое существует во многих различных физических системах. Свойство можно рассматривать как собственную частоту, на которой энергия может быть наиболее эффективно добавлена к колебательной системе.

Качели на детской площадке – это пример колебательной системы, включающей потенциальную и кинетическую энергию. Ребенок раскачивается взад и вперед со скоростью, которая определяется длиной качания. Ребенок может заставить качели подняться выше, если он правильно координирует свои движения рук и ног с движением качелей. Качели колеблются на своей резонансной частоте, и простые движения ребенка эффективно передают энергию в систему.

Другой пример резонанса – способ, которым певец может разбить бокал вина, пропев одну громкую, ясную ноту. В этом примере бокал вина является резонансной колебательной системой. Звуковые волны, проходящие по воздуху, улавливаются стеклом, а звуковая энергия преобразуется в механические колебания самого стекла. Когда певец попадает на ноту, соответствующую резонансной частоте стекла, стекло поглощает энергию, начинает вибрировать и в конечном итоге может даже разбиться. Резонансная частота бокала зависит от его размера, формы, толщины и количества вина в нем.

Резонансная магнитная связь возникает, когда два объекта обмениваются энергией через свои изменяющиеся осциллирующие магнитные поля. Резонансная связь возникает, когда собственные частоты двух объектов приблизительно одинаковы.

Технология применяющая  принцип беспроводной передачи электричества – это специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают энергию на расстояние через магнитное ближнее поле.

Эти конструкции источников и устройств, а также электронные системы, управляющие ими, поддерживают эффективную передачу энергии на расстояния, во много раз превышающие размеры самих источников/устройств.

Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами.

Магнитное ближнее поле обладает рядом свойств, которые делают его отличным средством передачи энергии в типичной потребительской, коммерческой или промышленной среде. Наиболее распространенные строительные и мебельные материалы, такие как дерево, гипсокартон, пластик, текстиль, стекло, кирпич и бетон, по существу, “прозрачны” для магнитных полей, что позволяет технологии эффективно передавать энергию через них.

Кроме того, магнитное ближнее поле обладает способностью огибать многие металлические препятствия, которые в противном случае могли бы блокировать магнитные поля.принцип беспроводной передачи электричества

Таким образом, основной принцип беспроводной передачи электричества с наибольшей эффективностью основан на магнитном резонансе.

Безопасна ли технология?

Люди или другие объекты, помещенные между передатчиком и приемником, не препятствуют передаче энергии. Технология передачи электричества – это нерадиационный способ передачи энергии, основанный на магнитном ближнем поле. Магнитные поля очень слабо взаимодействуют с биологическими организмами – людьми и животными.

Продукты основанные на принципе беспроводной передачи электричества разрабатываются в соответствии с применимыми стандартами и правилами безопасности.