Truyền điện qua một khoảng cách không có dây
Lịch sử phát triển
Sự phát triển của truyền tải điện không có dây dẫn trong một khoảng cách có liên quan đến sự tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật vô tuyến, vì cả hai quá trình đều có cùng bản chất. Các phát minh trong cả hai lĩnh vực đều gắn liền với nghiên cứu về phương pháp cảm ứng điện từ và ảnh hưởng của nó đối với sự hình thành dòng điện.
Năm 1820 A.M. Ampere đã khám phá ra quy luật tương tác của các dòng điện, trong đó bao gồm thực tế là nếu dòng điện chạy dọc theo hai dây dẫn nằm gần nhau theo một hướng, thì chúng bị hút vào nhau và nếu khác nhau thì chúng sẽ đẩy lùi.
Năm 1831, M. Faraday đã thành lập trong quá trình thí nghiệm rằng một từ trường xen kẽ (thay đổi cường độ và hướng theo thời gian) được tạo ra bởi dòng điện tạo ra dòng điện (cảm ứng) trong các dây dẫn gần đó. Những, cái đó. có truyền tải điện mà không cần dây dẫn. Chi tiết Luật của Faraday chúng tôi đã xem xét trong bài viết trước đó.
Chà, J.K. Maxwell, 33 năm sau, vào năm 1864, đã chuyển dữ liệu thực nghiệm của Faraday sang dạng toán học và chính phương trình của Maxwell là cơ bản trong điện động lực học. Chúng mô tả cách dòng điện và trường điện từ có liên quan.
Sự tồn tại của sóng điện từ đã được xác nhận vào năm 1888 bởi G. Hertz, trong quá trình thí nghiệm của ông với một máy phát tia lửa với một chiếc chopper trên cuộn dây Rumkorf. Do đó, sóng EM với tần số lên đến nửa gigahertz đã được tạo ra. Điều đáng chú ý là các sóng này có thể được nhận bởi một số máy thu, nhưng chúng phải được điều chỉnh cộng hưởng với máy phát. Phạm vi cài đặt là khoảng 3 mét. Khi một tia lửa xảy ra trong máy phát, điều tương tự cũng xảy ra trên các máy thu. Trên thực tế, đây là thí nghiệm đầu tiên về truyền tải điện mà không cần dây dẫn.
Nghiên cứu chuyên sâu được thực hiện bởi nhà khoa học nổi tiếng Nikola Tesla. Ông đã nghiên cứu dòng điện xoay chiều của điện áp cao và tần số vào năm 1891. Kết quả là, kết luận đã được rút ra:
Đối với từng mục đích cụ thể, bạn cần điều chỉnh cài đặt theo tần số và điện áp phù hợp. Tuy nhiên, tần số cao không phải là điều kiện tiên quyết. Các kết quả tốt nhất đã đạt được ở tần số 15-20 kHz và điện áp máy phát 20 kV. Để có được dòng điện và điện áp cao tần, một phóng điện tụ dao động đã được sử dụng. Vì vậy, có thể truyền cả điện và sản xuất ánh sáng.
Nhà khoa học trong các bài phát biểu và bài giảng của mình đã chứng minh sự phát sáng của đèn (ống chân không) dưới tác động của trường tĩnh điện tần số cao.Trên thực tế, kết luận chính của Tesla là ngay cả trong trường hợp sử dụng các hệ thống cộng hưởng, rất nhiều năng lượng không thể được truyền đi bằng sóng điện từ.
Song song, một số nhà khoa học cho đến năm 1897 đã tham gia vào các nghiên cứu tương tự: Jagdish Boche ở Ấn Độ, Alexander Popov ở Nga và Guglielmo Marconi ở Ý.
Mỗi người trong số họ đã góp phần vào sự phát triển của truyền tải điện không dây:
- J. Boche năm 1894, đốt thuốc súng, truyền điện đến một khoảng cách không có dây. Ông đã làm điều này tại một cuộc biểu tình ở Calcutta.
- A. Popov vào ngày 25 tháng 4 (7 tháng 5), 1895 bằng cách sử dụng mã Morse đã truyền đi thông điệp đầu tiên.
- Năm 1896, G. Marconi ở Anh cũng truyền tín hiệu vô tuyến (mã Morse) trong khoảng cách 1,5 km, sau đó là 3 km trên đồng bằng Salisbury.
Điều đáng chú ý là công việc của Tesla, bị đánh giá thấp tại một thời điểm và bị mất trong nhiều thế kỷ, đã vượt quá công việc của những người cùng thời về các thông số và khả năng. Đồng thời, cụ thể là vào năm 1896, các thiết bị của ông đã truyền tín hiệu qua khoảng cách xa (48 km), thật không may, đó là một lượng điện nhỏ.
Và đến năm 1899, Tesla đã đi đến kết luận:
Sự thất bại của phương pháp cảm ứng có vẻ rất lớn so với phương pháp kích thích điện tích của trái đất và không khí.
Những kết luận này sẽ dẫn đến các nghiên cứu khác, vào năm 1900, ông đã tìm cách cung cấp năng lượng cho một chiếc đèn từ một cuộn dây được thực hiện trên cánh đồng, và vào năm 1903, tòa tháp Wonderercliff trên đảo Long đã được đưa ra. Nó bao gồm một máy biến áp với cuộn dây thứ cấp được nối đất, và trên đỉnh của nó là một mái vòm hình cầu bằng đồng. Với sự giúp đỡ của nó, nó bật ra 200 đèn 50 watt. Đồng thời, máy phát cách nó 40 km. Thật không may, các nghiên cứu này đã bị gián đoạn, tài trợ đã bị ngừng và việc truyền tải điện miễn phí mà không cần dây dẫn là không hiệu quả về mặt kinh tế cho các doanh nhân. Tòa tháp đã bị phá hủy vào năm 1917.
Ngày nay
Các công nghệ truyền tải điện không dây đã có một bước tiến lớn, chủ yếu trong lĩnh vực truyền dữ liệu. Vì vậy, thành công đáng kể đã đạt được nhờ truyền thông vô tuyến, các công nghệ không dây như Bluetooth và Wi-fi. Không có sự đổi mới cụ thể nào xảy ra, chủ yếu là tần số thay đổi, phương thức mã hóa tín hiệu, biểu diễn tín hiệu chuyển từ analog sang kỹ thuật số.
Nếu chúng ta nói về việc truyền tải điện mà không có dây dẫn đến thiết bị điện, thì điều đáng nói là vào năm 2007, các nhà nghiên cứu từ Viện Massachusetts đã truyền 2 mét năng lượng và thắp sáng bóng đèn 60 watt theo cách này. Công nghệ này được gọi là WiTricity, nó dựa trên sự cộng hưởng điện từ của máy thu và máy phát. Điều đáng chú ý là người nhận nhận được khoảng 40-45% điện năng. Một sơ đồ tổng quát của một thiết bị để truyền năng lượng thông qua một từ trường được hiển thị trong hình dưới đây:
Video cho thấy một ví dụ về ứng dụng của công nghệ này để sạc một chiếc xe điện. Điểm mấu chốt là một máy thu được gắn vào dưới cùng của xe điện, và một máy phát được lắp đặt trên sàn trong nhà để xe hoặc nơi khác.
Bạn phải đỗ máy sao cho máy thu được đặt phía trên máy phát. Thiết bị này truyền rất nhiều điện mà không cần dây - từ 3,6 đến 11 kW mỗi giờ.
Công ty trong tương lai đang xem xét việc cung cấp điện với công nghệ và thiết bị gia dụng như vậy, cũng như toàn bộ căn hộ. Vào năm 2010, Haier đã giới thiệu một TV không dây nhận nguồn điện bằng công nghệ tương tự, cũng như video không dây. Các công ty hàng đầu khác, như Intel và Sony, cũng đang thực hiện những phát triển như vậy.
Trong cuộc sống hàng ngày, các công nghệ truyền tải điện không dây được sử dụng rộng rãi, ví dụ, để sạc điện thoại thông minh. Nguyên tắc tương tự - có một máy phát, có một máy thu, hiệu quả đạt khoảng 50%, tức là với điện tích 1A, máy phát sẽ tiêu thụ 2A. Bộ phát thường được gọi là một cơ sở trong các bộ như vậy và phần kết nối với điện thoại là bộ thu hoặc ăng ten.
Một mục tiêu khác là truyền tải điện không dây bằng lò vi sóng hoặc laser.Điều này cung cấp một bán kính hành động lớn hơn một vài mét, cung cấp cảm ứng từ. Trong phương pháp vi sóng, một trực tràng (ăng ten phi tuyến tính để chuyển đổi sóng điện từ thành dòng điện trực tiếp) được cài đặt trên thiết bị thu và máy phát hướng bức xạ của nó theo hướng này. Trong phiên bản truyền tải điện không dây này, không cần phải nhìn trực tiếp các vật thể. Nhược điểm là bức xạ vi sóng không an toàn cho môi trường.
Chúng tôi khuyên bạn nên xem video mà vấn đề được xem xét chi tiết hơn:
Tóm lại, tôi muốn lưu ý rằng truyền tải điện không dây chắc chắn thuận tiện cho việc sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, nhưng nó có những ưu và nhược điểm. Nếu chúng ta nói về việc sử dụng các công nghệ như vậy để sạc các thiết bị, thì điểm cộng là bạn không phải liên tục cắm và rút phích cắm khỏi đầu nối của điện thoại thông minh, tương ứng, đầu nối sẽ không bị lỗi. Nhược điểm là hiệu quả thấp, nếu đối với điện thoại thông minh, tổn thất năng lượng không đáng kể (vài watt), thì đối với sạc không dây của xe điện - đây là một vấn đề rất lớn. Mục tiêu chính của sự phát triển trong công nghệ này là tăng hiệu quả lắp đặt, bởi vì trong bối cảnh cuộc đua bảo tồn năng lượng rộng rãi, việc sử dụng các công nghệ hiệu quả thấp là rất đáng nghi ngờ.
Vật liệu tương tự:
Đang tải...
