Elekvia draad. Manieren van draadloze transmissie van elektriciteit. De verdiensten omvatten:

We presenteren een apparaat voor het overbrengen van elektriciteit zonder draden met een efficiëntie van ongeveer 100%. In de toekomst zal de efficiëntiewaarde van ≈ 100% worden onderbouwd en deze waarde demonstreren we natuurlijk met ons experimentele apparaat.

Het belang van het probleem van draadloze transmissie van elektriciteit staat buiten twijfel - het overwinnen van natuurlijke barrières (rivieren, bergen en valleien); back-up stroomvoorziening, elektrisch vervoer, oplossing van een aantal problemen van draadloze stroomvoorziening van huishoudelijke en industriële apparaten, enz. - dit zijn allemaal elementen van het genoemde probleem.

Een beetje geschiedenis

Voor het eerst werd het probleem van draadloze transmissie van elektriciteit aan het begin van de vorige eeuw geïdentificeerd door N. Tesla. Zijn demonstratieapparaat was gebaseerd op de methode van straling en ontvangst van elektromagnetische golven door een open resonantiecircuit, dat een antenne bevat - een capaciteit en een draadspoel - een inductantie. De karakteristieke indicatoren van Tesla's apparaat zijn als volgt: efficiëntie = 4%, transmissieafstand - 42 km, maximale afmeting van de torenantenne - 60 m, golflengte - 2000 m. Het is essentieel dat in Tesla's apparaat planeet Aarde wordt beschouwd als één van de draden in de transmissie van elektriciteit, aangezien de emissie en ontvangst van zulke lange golven zonder aarding niet effectief zijn.

Na de experimenten van Tesla, gedurende de laatste twintigste eeuw, waren alle pogingen om draadloze transmissie van elektriciteit uit te voeren met een acceptabele efficiëntie niet succesvol.

In het huidige decennium worden rapporten direct of indirect gerapporteerd aan de Masachusetts University of Technology onder leiding van M. Solyachich. Hun werk is gebaseerd op de bekende inductie, met behulp van een magnetisch veld, methode van transmissie van elektriciteit, die wordt geïmplementeerd door resonerende platte inductoren. Deze methode geeft idealiter een rendement van 50%, met een transmissieafstand die in overeenstemming is met de afmetingen van de antennespoelen. De karakteristieke indicatoren van hun demonstratieapparaat zijn als volgt: efficiëntie ≈ 40%, transmissieafstand - 2 m, grootte van antennespoelen - 0,6 m, golflengte - 30 m.

Energetisch gesloten systeem

In ons apparaat, zoals in het apparaat van Tesla, is de drager van energie elektromagnetische golven, d.w.z. de bekende Poynting-vector is van kracht.

Het volgende is theoretisch onderbouwd en experimenteel bevestigd: de zend- en ontvangantennes van het draadloze krachtoverbrengingsapparaat vormen een energetisch gesloten systeem, dat gedeeltelijk de energie van het elektromagnetische veld van de aarde omvat; Door de excitatie (activering) van het elektromagnetische veld van de aarde in dit systeem, wordt elektriciteit overgedragen van de zendantenne naar de ontvangstantenne met een efficiëntie van ≈ 100% (Fig. 1).

Afb. 1

Afb. 2

Met behulp van deze antenne is het gemakkelijk om een ​​probleem te formuleren, waarvan de oplossing zorgt voor de transmissie van elektriciteit zonder draden:

1. Zend- en ontvangstantennes moeten het elektromagnetische veld van de aarde opwekken (activeren) in een lokaal (beperkt) gebied in de ruimte;

2. Het geëxciteerde elektromagnetische veld van de aarde moet ook lokaal in de ruimte zijn en geen energie verbruiken (moet een staande elektromagnetische golf zijn tussen de zend- en ontvangantenne).

De oplossing voor dit probleem is onrealistisch met antennes die zijn gemaakt op basis van ruimtelijke representaties van de geometrie van Euclides met zijn beroemde 5e postulaat - het postulaat van parallelle lijnen. Dit postulaat in schoolboeken luidt: door een punt dat niet op een bepaalde rechte lijn ligt, kan slechts één rechte lijn evenwijdig aan de gegeven lijn worden getrokken.

afb. 3

De beroemdheid van dit postulaat is dat, vanaf de 1e Art. BC, 2000 jaar lang probeerden de knapste koppen ter wereld tevergeefs om het als een stelling te bewijzen. En zo schetste de Rus Lobatsjevski in 1826 de fundamenten van zijn meetkunde, waarin het 5e postulaat van de meetkunde van Euclides in feite werd geformuleerd door zijn ontkenning: door een punt dat niet op deze lijn ligt, kun je ten minste twee rechte lijnen evenwijdig aan de gegeven lijn trekken.

afb. 4

En hoewel dit postulaat niet erg consistent is met onze ruimtelijke concepten, is Lobatsjevski's geometrie consistent en dient deze de laatste tijd regelmatig fysici. De geometrie van Lobachevsky is bijvoorbeeld betrokken bij de beschrijving van een groot aantal verschijnselen, van trillingen in mechanische transmissielijnen tot de interactie van elementaire deeltjes en processen in het membraan van een levende cel.

pseudosfeer

Toegegeven, tot 1863, bijna 40 jaar lang, werd Lobachevsky's geometrie gezien als iets dat niets met de werkelijkheid te maken had. Maar in 1863 stelde de Italiaanse wiskundige Beltrami vast dat alle eigenschappen van het vlak van Lobatsjevski's geometrie worden gerealiseerd op het oppervlak van een pseudobol - een geometrisch lichaam waarvan de eigenschappen gelijk of tegengesteld zijn aan die van een bol. Afb. 5 toont een pseudobol, en FIG. 6 zijn generatrix is ​​​​een tractrix met een asymptoot X'X. Als de stralen van de grote cirkels (parallellen) van de pseudosfeer en de bol gelijk zijn, kunnen de volumes en oppervlakken van hun oppervlakken kwantitatief worden vergeleken.

afb. 5

afb. 6

Het is in de vorm van halve pseudosferen dat de antennes van ons apparaat worden gemaakt; we demonstreren een apparaat met de volgende kenmerken: efficiëntie = 100%, transmissieafstand - 1,8 m, maximale grootte van antennespoelen - 0,2 m, golflengte - 500 m, aarding is optioneel.

Hier moet worden opgemerkt dat het geheel van de bovenstaande kenmerken van het demonstratieapparaat in tegenspraak is met de fundamenten van de klassieke elektrodynamica - radiotechniek.

Welke eigenschappen van semi-pseudosfeerantennes bieden dergelijke kenmerken van ons apparaat?

Van de meer dan een dozijn buitengewone eigenschappen van de pseudosfeer verdienen allereerst de volgende aandacht:

Een oneindig uitgestrekt lichaam van een pseudobol in de ruimte heeft een eindig volume en een eindig oppervlak.

Het is deze eigenschap van de pseudosfeer die het gebruik van half-pseudosfeerantennes mogelijk maakt om een ​​eindig, ruimtelijk beperkt, energetisch gesloten systeem te creëren, wat een noodzakelijke voorwaarde is voor de overdracht van energie van efficiëntie = 100%.

Het tweede fundamentele probleem, dat in ons apparaat wordt opgelost, betreft de omgeving die het genoemde energetisch gesloten systeem vult. Het komt erop neer dat alleen in de kwantumelektrodynamica, waarvan lasers en masers de vrucht zijn, het medium als actief wordt beschouwd. In de klassieke elektrodynamica daarentegen verwijst het medium naar passieve objecten; het wordt geassocieerd met verzwakking, het verlies van elektromagnetische energie tijdens voortplanting.

Het is ongelooflijk, maar waar, in ons apparaat is er een activering van de elektrische en magnetische velden van de aarde. Deze velden zijn objecten van de omgeving in ons apparaat, aangezien ze het genoemde energetisch gesloten systeem vullen. De activering van deze omgeving is ook een gevolg van de eigenschappen van de pseudosfeer.

Het komt erop neer dat alle punten op het oppervlak van de pseudosfeer, zoals wiskundigen zeggen, hyperbolisch zijn, discontinu in de ruimte. Wat betreft de semi-pseudosfeerantennes van ons apparaat, dit komt overeen met discontinuïteiten, kwantisering van de elektrische en magnetische velden op elk punt van de wikkeldraad van de spoelen van de semi-pseudosfeerantennes. Dit leidt tot elektromagnetische storingen - golven waarvan de lengte evenredig is met de diameter van de wikkeldraad van de spoelen van half-pseudosfeerantennes, d.w.z. in de praktijk is de lengte van dergelijke golven in de orde van 1 mm of minder. Dergelijke elektromagnetische golven, zoals bewezen door theorie en praktijk, zijn in staat, door de polarisatie van luchtmoleculen of rechtstreeks, het elektromagnetische veld van de aarde te activeren en daardoor het verlies van elektromagnetische energie tijdens de transmissie in ons apparaat te compenseren. Dit is ook nodig om het rendement = 100% te verklaren.

Niet alleen dat, we hebben een generator van overtollige elektromagnetische energie aangegeven, waarvan de energieomzettingscoëfficiënt (KPI) meer dan 400% is; die. vergelijkbaar met de KPI's van bekende warmtepompen.

En over de laatste, derde taak, die is opgelost in ons apparaat.

Het is algemeen bekend dat energie alleen in de ruimte wordt gedragen door een zich voortbewegende elektromagnetische golf, een golf waarin de elektrische en magnetische velden in fase zijn. Deze toestand kan niet worden gerealiseerd op een afstand van 1,8 m bij een golflengte van 500 m. Maar het is ook bekend dat de snelheid van een zich voortbewegende elektromagnetische golf langs een rechte of gebogen geleider vertraagt ​​en afneemt in vergelijking met de snelheid in de vrije ruimte ; de golflengte neemt ook af. Dit effect wordt veel gebruikt in de elektrische radiotechniek in de zogenaamde slow-wave-systemen. De golflengtereductie in deze systemen varieert van tienden van een eenheid met rechte draden tot 30 eenheden met gebogen (spiraal)draden.

Het is het effect van het vertragen, het verminderen van de golflengte die ons in staat stelt om een ​​lopende golf te vormen op korte afstanden in ons apparaat.

Inderdaad, de golflengte van ons demonstratieapparaat is teruggebracht tot de hierboven genoemde lengte , die een lopende, energiedragende elektromagnetische golf vormt in ons apparaat. De golfreductiefactor is in dit geval eenheden. Zo'n enorme afname van de golflengte verklaart ook het experimentele feit dat ons apparaat effectief werkt, zelfs zonder de zender en ontvanger van elektriciteit te aarden.

Een andere verbazingwekkende eigenschap van de pseudosfeer is betrokken bij de werking van ons apparaat:

het volume van de pseudosfeer is de helft van het volume van de bol, terwijl de oppervlakken van hun oppervlakken gelijk zijn.

Uit deze eigenschap volgt dat het volume van de bol, begrensd door zijn eigen oppervlak, twee volumes van de pseudosfeer bevat, beperkt door twee gecombineerde juiste oppervlakken en het derde gebied van de genoemde bol. Dit stelt ons in staat om het volume van de bol rond de aarde weer te geven, gevuld met de elektrische en magnetische velden van de aarde, twee volumes van de pseudosfeer en die elk beperkt zijn door gebieden en de helft van de elektrische en magnetische velden van de aarde bevatten. Aarde (Fig. 7). Gezien dit feit en het feit dat ons apparaat slechts aan één kant van de aarde onvermijdelijk is, wordt beweerd dat de antennes van ons apparaat slechts interactie hebben met de helft van de elektrische en magnetische velden van de aarde. Tegelijkertijd moet men er niet van uitgaan dat de tweede helft van deze velden inactief is. Onderstaande overtuigt hiervan.

afb. 7

Laten we niet vergeten dat de meeste natuurwetten zijn geformuleerd voor traagheidsreferentiesystemen waarin tijd niet relevant is (absoluut), ruimte isotroop is, de snelheid van rechtlijnige beweging van elektromagnetische golven (licht) absoluut is, enz. In het kader van traagheidsreferentiesystemen is het bekend dat in de vrije ruimte, wanneer een lopende elektromagnetische golf wordt gereflecteerd, een staande golf wordt gevormd, waarin een afzonderlijk staande elektrische golf en een afzonderlijk staande magnetische golf worden onderscheiden. Wanneer de lengte van de lopende golf gelijk is, zijn de lengtes van de staande elektrische en magnetische golven gelijk aan de helft van de lengte van de lopende golf, d.w.z. ... Het is ook essentieel dat de periode van deze staande golven gelijk is aan de periode van de lopende golf, d.w.z. , aangezien de periode van de staande golf bestaat uit de som van twee halve perioden van de directe en gereflecteerde halve golven.

Het feit dat een grootheid wordt berekend, in plaats van experimenteel, met een nauwkeurigheid die afhangt van de nauwkeurigheid van het bepalen van de lengte van een dag op aarde, maakt een volledig nieuwe kijk op een aantal problemen in de natuurkunde mogelijk.

De wet van de interactie van elektrische stromen, ontdekt door André Marie Ampere in 1820, legde de basis voor de verdere ontwikkeling van de wetenschap van elektriciteit en magnetisme. 11 jaar later stelde Michael Faraday experimenteel vast dat een veranderend magnetisch veld dat wordt gegenereerd door een elektrische stroom, een elektrische stroom in een andere geleider kan induceren. Dus het is gemaakt.

In 1864 systematiseerde James Clerk Maxwell eindelijk de experimentele gegevens van Faraday, waardoor ze de vorm kregen van exacte wiskundige vergelijkingen, waardoor de basis van de klassieke elektrodynamica werd gecreëerd, omdat deze vergelijkingen de relatie beschreven van het elektromagnetische veld met elektrische stromen en ladingen, en de het bestaan ​​van elektromagnetische golven zou hiervan het gevolg moeten zijn.

In 1888 bevestigde Heinrich Hertz experimenteel het bestaan ​​van elektromagnetische golven voorspeld door Maxwell. Zijn vonkzender met een Rumkorf-spoelchopper kon elektromagnetische golven tot 0,5 gigahertz produceren, die konden worden ontvangen door meerdere ontvangers die in resonantie met de zender waren afgestemd.

De ontvangers konden op een afstand van maximaal 3 meter worden geplaatst, en toen er een vonk in de zender verscheen, verschenen er vonken in de ontvangers. Dit is hoe eerste experimenten met draadloze transmissie van elektrische energie met behulp van elektromagnetische golven.

In 1891 kwam hij bij het bestuderen van wisselstromen van hoge spanning en hoge frequentie tot de conclusie dat het voor specifieke doeleinden uiterst belangrijk is om zowel de golflengte als de bedrijfsspanning van de zender te selecteren, en het is helemaal niet nodig om de frequentie te hoog.

De wetenschapper merkt op dat de ondergrens van frequenties en spanningen waarbij hij op dat moment de beste resultaten wist te bereiken, 15.000 tot 20.000 trillingen per seconde was bij een potentiaal van 20.000 volt. Tesla ontving hoogfrequente en hoogspanningsstroom door een oscillerende ontlading van een condensator toe te passen (zie -). Hij merkte dat dit soort elektrische zender geschikt is voor zowel de productie van licht als de transmissie van elektriciteit voor de productie van licht.

In de periode van 1891 tot 1894 demonstreert de wetenschapper herhaaldelijk draadloze transmissie en de gloed van vacuümbuizen in een hoogfrequent elektrostatisch veld, terwijl hij opmerkt dat de energie van het elektrostatische veld wordt geabsorbeerd door de lamp, omgezet in licht, en de energie van het elektromagnetische veld wordt gebruikt voor elektromagnetische inductie om een ​​vergelijkbaar resultaat te verkrijgen, het resultaat wordt meestal gereflecteerd en slechts een klein deel ervan wordt omgezet in licht.

Zelfs wanneer resonantie wordt gebruikt bij het zenden met behulp van een elektromagnetische golf, kan een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie niet worden overgedragen, betoogde de wetenschapper. Zijn doel tijdens deze werkperiode was de draadloze overdracht van een grote hoeveelheid elektrische energie.

Tot 1897 werden, parallel met het werk van Tesla, studies van elektromagnetische golven uitgevoerd door Jagdish Boche in India, Alexander Popov in Rusland en Guglielmo Marconi in Italië.

Na Tesla's openbare lezingen sprak Jagdish Boche in november 1894 in Calcutta met een demonstratie van de draadloze transmissie van elektriciteit, waarbij hij buskruit aanstak en elektrische energie over een afstand overdroeg.

Na Boche, namelijk op 25 april 1895, zond Alexander Popov, met gebruikmaking van morsecode, het eerste radiobericht uit, en deze datum (7 mei, nieuwe stijl) wordt nu jaarlijks in Rusland gevierd als "Radiodag".

In 1896, toen Marconi in Groot-Brittannië aankwam, demonstreerde hij zijn apparaat door een signaal met morsecode over een afstand van 1,5 kilometer van het dak van het postkantoor in Londen naar een ander gebouw te zenden. Daarna verbeterde hij zijn uitvinding en kon hij al op een afstand van 3 kilometer een signaal uitzenden langs de Salisbury-vlakte.

Tesla zendt en ontvangt in 1896 met succes signalen op een afstand van ongeveer 48 kilometer tussen zender en ontvanger. Geen van de onderzoekers is er echter in geslaagd een significante hoeveelheid elektrische energie over een lange afstand over te brengen.

Tesla experimenteerde in 1899 in Colorado Springs en schreef: "De inconsistentie van de inductiemethode is enorm in vergelijking met de methode om de lading van aarde en lucht te stimuleren." Dit zal het begin zijn van het onderzoek van de wetenschapper om elektriciteit over lange afstanden te transporteren zonder gebruik te maken van draden. In januari 1900 zal Tesla in zijn dagboek een aantekening maken over de succesvolle overdracht van energie naar een spoel "uitgevoerd in het veld", van waaruit de lamp werd gevoed.

En het meest grandioze succes van de wetenschapper zal de lancering op 15 juni 1903 zijn van de Wardencliffe Tower op Long Island, ontworpen om elektrische energie over aanzienlijke afstanden in grote hoeveelheden zonder draden te verzenden. De geaarde secundaire wikkeling van de resonantietransformator, bedekt met een koperen bolvormige koepel, moest de aardlading en geleidende luchtlagen opwekken om een ​​onderdeel te worden van het grote resonantiecircuit.

Zo slaagde de wetenschapper erin 200 lampen van 50 watt van stroom te voorzien op een afstand van ongeveer 40 kilometer van de zender. Op basis van economische haalbaarheid werd de financiering van het project echter stopgezet door Morgan, die vanaf het begin geld in het project investeerde om draadloze communicatie te krijgen en de overdracht van gratis energie op industriële schaal over een afstand, als zakenman , was er categorisch niet tevreden mee. In 1917 werd de toren, ontworpen voor de draadloze overdracht van elektrische energie, vernietigd.

Veel later, in de periode van 1961 tot 1964, experimenteerde William Brown, expert op het gebied van microgolfelektronica, in de Verenigde Staten met paden voor de overdracht van energie door een microgolfbundel.

In 1964 testte hij voor het eerst een apparaat (model van een helikopter) dat in staat is om de energie van een microgolfbundel in de vorm van gelijkstroom te ontvangen en te gebruiken, dankzij een antennestelsel bestaande uit halve golf dipolen, die elk geladen zijn met zeer efficiënte Schottky-diodes. Reeds in 1976 had William Brown de transmissie van een microgolfbundel van 30 kW over een afstand van 1,6 km uitgevoerd met een efficiëntie van meer dan 80%.

In 2007 was een onderzoeksgroep van het Massachusetts Institute of Technology onder leiding van professor Marina Solyachich in staat om draadloos energie over een afstand van 2 meter te verzenden. Het uitgezonden vermogen was voldoende om een ​​gloeilamp van 60 watt van stroom te voorzien.

Hun technologie (genoemd) is gebaseerd op het fenomeen elektromagnetische resonantie. De zender en ontvanger zijn twee koperen spoelen met een diameter van 60 cm die elk op dezelfde frequentie resoneren. De zender is aangesloten op een energiebron en de ontvanger is aangesloten op een gloeilamp. De lussen zijn afgestemd op 10 MHz. De ontvanger ontvangt in dit geval slechts 40-45% van de uitgezonden elektriciteit.

Rond dezelfde tijd demonstreerde Intel een vergelijkbare draadloze krachtoverbrengingstechnologie.

In 2010 onthulde de Haier Group, een Chinese fabrikant van huishoudelijke apparaten, zijn unieke product op CES 2010, een volledig draadloze lcd-tv op basis van deze technologie.

Dit is een eenvoudige schakeling die een gloeilamp draadloos van stroom kan voorzien, op een afstand van bijna 2,5 cm! Dit circuit fungeert als zowel een step-up spanningsomvormer als een draadloze vermogenszender en -ontvanger. Het is heel eenvoudig te maken en, indien verbeterd, op verschillende manieren te gebruiken. Dus laten we beginnen!

Stap 1. Benodigde materialen en gereedschappen.

1. NPN-transistor. Ik heb 2N3904 gebruikt, maar je kunt elke NPN-transistor gebruiken, bijvoorbeeld BC337, BC547, enz. (Elke PNP-transistor werkt, let alleen op de polariteit van de verbindingen.)
2. Opgerolde of geïsoleerde draad. Ongeveer 3-4 meter draad zou voldoende moeten zijn (wikkeldraden, alleen koperdraden met zeer dunne email-isolatie). Draden van de meeste elektronische apparaten werken, zoals transformatoren, luidsprekers, motoren, relais, enz.
3. Weerstand met een weerstand van 1 kOhm. Deze weerstand wordt gebruikt om de transistor te beschermen tegen doorbranden in geval van overbelasting of oververhitting. U kunt hogere weerstandswaarden gebruiken tot 4-5 kΩ. Het is niet nodig om een ​​weerstand te gebruiken, maar het risico bestaat dat de batterij sneller leeg raakt.
4. Lichtgevende diode. Ik gebruikte een 2 mm ultra heldere witte LED. Je kunt elke led gebruiken. In feite is het doel van de LED hier alleen om de functionaliteit van het circuit aan te geven.
5. Batterij maat AA 1,5 Volt. (Gebruik geen hoogspanningsbatterijen, tenzij u de transistor wilt beschadigen.)

Benodigd gereedschap:

1) Schaar of mes.

2) Soldeerbout (optioneel). Als je geen soldeerbout hebt, draai je de draden gewoon om. Ik deed dit toen ik geen soldeerbout had. Als je een soldeerloze schakeling wilt proberen, is dit welkom.

3) Lichter (optioneel). We gebruiken een aansteker om de isolatie op de draad af te branden en gebruiken dan een schaar of een mes om de resterende isolatie weg te schrapen.

Stap 2: Bekijk de video om te zien hoe

Stap 3: Korte bespreking van alle stappen.

Dus allereerst moet je de draden nemen en een spoel maken door 30 windingen rond een cirkelvormig cilindrisch object te winden. Laten we deze spoel A noemen. Begin met hetzelfde ronde object met het maken van de tweede spoel. Maak na het opwinden van de 15e omwenteling een lus uit de draad en wikkel vervolgens nog eens 15 omwentelingen om de spoel. Dus nu heb je een spoel met twee uiteinden en één tak. Laten we deze spoel B noemen. Leg knopen aan de uiteinden van de draden zodat ze niet vanzelf afwikkelen. Verbrand de isolatie aan de uiteinden van de draden en aan de aftakking op beide spoelen. U kunt ook een schaar of een mes gebruiken om de isolatie te strippen. Zorg ervoor dat de diameters en het aantal windingen van beide spoelen gelijk zijn!

Maak een zender: Neem een ​​transistor en plaats deze zo dat de platte kant naar boven en naar u toe wijst. Het contact aan de linkerkant wordt verbonden met de zender, het midden is de basis en het contact aan de rechterkant wordt verbonden met de collector. Neem een ​​weerstand en sluit een van de uiteinden aan op de basis van de transistor. Neem het andere uiteinde van de weerstand en sluit deze aan op het ene uiteinde (niet de tak) van spoel B. Neem het andere uiteinde van spoel B en sluit het aan op de collector van de transistor. Als je wilt, kun je een klein stukje draad aansluiten op de emitter van de transistor (dit werkt als een verlengstuk van de emitter).

Stel de ontvanger in. Om een ​​ontvanger te maken, neem je spoel A en bevestig je de uiteinden aan de verschillende pinnen van je LED.

Je hebt het schema samengesteld!

Stap 4: schematisch diagram.

Hier zien we een schematisch diagram van onze verbinding. Als u geen van de symbolen in het diagram kent, hoeft u zich geen zorgen te maken. De volgende afbeeldingen laten alles zien.

Stap 5. Tekening van circuitverbindingen.

Hier zien we een verklarende tekening van de aansluitingen van onze schakeling.

Stap 6. Het schema gebruiken.

Neem gewoon een tak van spoel B en bevestig deze aan het positieve uiteinde van de batterij. Verbind de negatieve pool van de batterij met de emitter van de transistor. Als u nu de LED-spoel dichter bij spoel B brengt, gaat de LED branden!

Stap 7. Hoe wordt dit wetenschappelijk verklaard?

(Ik zal gewoon proberen de wetenschap van dit fenomeen uit te leggen in eenvoudige woorden en analogieën, en ik weet dat ik het mis kan hebben. analogieën om het circuit uit te leggen).

Het zendercircuit dat we zojuist hebben gemaakt, is het oscillatorcircuit. Je hebt misschien gehoord van het zogenaamde Joule Thief-circuit, en het vertoont een opvallende gelijkenis met het circuit dat we hebben gemaakt. Het Joule Thief-circuit haalt stroom uit een batterij van 1,5 volt, levert stroom op een hogere spanning, maar met duizenden intervallen ertussen. De LED heeft voldoende spanning van 3 volt om op te lichten, maar in deze schakeling kan hij met een 1,5 volt batterij best wel oplichten. Dus het joule-diefcircuit staat bekend als een spanningsversterkingsconverter en ook als een emitter. Het circuit dat we hebben gemaakt, is ook een emitter en een spanningsversterkingsconverter. Maar de vraag kan zich voordoen: "Hoe een LED op afstand verlichten?" Dit komt door inductie. Hiervoor kunt u bijvoorbeeld een transformator gebruiken. Een standaard transformator heeft aan beide zijden een kern. Stel dat de draad aan elke kant van de transformator even groot is. Wanneer een elektrische stroom door één spoel gaat, worden de transformatorspoelen elektromagneten. Als er een wisselstroom door de spoel vloeit, treden de spanningsschommelingen sinusvormig op. Daarom, wanneer een wisselstroom door de spoel vloeit, neemt de draad de eigenschappen van een elektromagneet aan en verliest vervolgens weer elektromagnetisme wanneer de spanning daalt. De draadspoel wordt een elektromagneet en verliest dan zijn elektromagnetische eigenschappen met dezelfde snelheid als de magneet uit de tweede spoel beweegt. Wanneer een magneet snel door een draadspoel beweegt, wordt elektriciteit opgewekt, dus de oscillerende spanning van de ene spoel op de transformator induceert elektriciteit in de andere draadspoel, en elektriciteit wordt zonder draden van de ene spoel naar de andere overgebracht. In ons circuit is de kern van de spoel lucht en wordt de wisselspanning door de eerste spoel geleid, waardoor er een spanning in de tweede spoel ontstaat en de lampen gaan branden !!

Stap 8. Voordelen en tips voor verbetering.

Dus in ons circuit hebben we gewoon een LED gebruikt om het effect van het circuit te laten zien. Maar we hadden meer kunnen doen! Het ontvangercircuit haalt zijn elektriciteit uit wisselstroom, dus we zouden het kunnen gebruiken om fluorescentielampen te verlichten! We kunnen ons circuit ook gebruiken om interessante trucs, grappige geschenken, enz. Te maken. Om het resultaat te maximaliseren, kunt u experimenteren met de diameter van de rollen en het aantal omwentelingen op de rollen. Je kunt ook proberen de spoelen plat te maken en kijken wat er gebeurt! De mogelijkheden zijn eindeloos !!

Stap 9. Redenen waarom het circuit mogelijk niet werkt.

Welke problemen kunt u tegenkomen en hoe u deze kunt oplossen:

1. De transistor wordt te heet!

Oplossing: Heb je een weerstand met de juiste parameters gebruikt? Ik heb de weerstand de eerste keer niet gebruikt en de transistor begon te roken. Als dat niet werkt, probeer dan krimpkous of gebruik een transistor van hogere kwaliteit.

1. De led is uit!

Oplossing: er kunnen veel redenen zijn. Controleer eerst alle verbindingen. Ik heb per ongeluk de basis en het spruitstuk in mijn verbinding veranderd en dit werd een groot probleem voor mij. Controleer dus eerst alle links. Als u een instrument zoals een multimeter heeft, kunt u deze gebruiken om alle verbindingen te controleren. Zorg er ook voor dat je beide spoelen van dezelfde diameter hebt. Controleer of er kortsluiting is in uw netwerk.

Andere problemen zijn mij niet bekend. Maar als je ze tegenkomt, laat het me weten! Ik zal proberen zoveel mogelijk te helpen. Bovendien ben ik een student van de 9e klas van de school en mijn wetenschappelijke kennis is extreem beperkt, en daarom, als je fouten in mij vindt, laat het me dan weten. Suggesties voor verbetering zijn meer dan welkom. Veel succes met je project!

Basisprincipes van draadloos opladen

Wireless Power Transfer (WPT) geeft ons een kans om de tirannie van stroomkabels te doorbreken. Tegenwoordig dringt deze technologie door in allerlei apparaten en systemen. Laten we eens naar haar kijken!

draadloze manier

De meeste moderne residentiële en commerciële gebouwen worden aangedreven door wisselstroom. Energiecentrales wekken AC-elektriciteit op die wordt geleverd aan huizen en kantoren met behulp van hoogspanningslijnen en step-down transformatoren.

Elektriciteit komt het schakelbord binnen en vervolgens levert de elektrische bedrading elektriciteit aan de apparatuur en apparaten die we elke dag gebruiken: lampen, keukenapparatuur, opladers, enzovoort.

Alle componenten zijn gestandaardiseerd. Elk apparaat dat geschikt is voor standaardstromen en -spanningen, werkt vanuit elk landelijk stopcontact. Hoewel de normen van land tot land verschillen, werkt elk apparaat in een bepaald elektrisch systeem, op voorwaarde dat aan de normen voor dat systeem wordt voldaan.

Er is een kabel, er is een kabel ... De meeste van onze elektrische apparaten hebben een AC-stroomkabel.

Draadloze krachtoverbrengingstechnologie

Met Wireless Power Transfer (WPT) kan stroom worden geleverd via een luchtspleet zonder dat er elektrische bedrading nodig is. Draadloze stroomtransmissie kan wisselstroom leveren aan compatibele batterijen of apparaten zonder fysieke connectoren of draden. Draadloze transmissie van elektrische energie kan mobiele telefoons en tabletcomputers, onbemande luchtvaartuigen, auto's en andere transportapparatuur van stroom voorzien. Het zou het zelfs mogelijk kunnen maken om draadloos stroom van zonnepanelen in de ruimte te verzenden.

Draadloze transmissie van elektrische stroom begon zijn snelle ontwikkeling in consumentenelektronica, ter vervanging van bedrade opladers. CES 2017 zal een verscheidenheid aan apparaten demonstreren die draadloze krachtoverbrenging gebruiken.

Het concept van het draadloos overbrengen van elektrische energie ontstond echter rond de jaren 1890. Nikola Tesla in zijn laboratorium in Colorado Springs kon een gloeilamp draadloos aansteken met behulp van elektrodynamische inductie (gebruikt in een resonantietransformator).

Drie gloeilampen werden aangestoken, op 18 meter afstand van de stroombron geplaatst, en de demonstratie werd gedocumenteerd. Tesla had grootse plannen, in de hoop dat zijn Wardenclyffe-toren, gelegen op Long Island, draadloos elektrische energie over de Atlantische Oceaan zou verzenden. Door verschillende problemen, waaronder financiering en timing, is dit nooit gebeurd.

Draadloze transmissie van elektrische energie maakt gebruik van velden die worden gegenereerd door geladen deeltjes om energie over de luchtspleet tussen zenders en ontvangers te transporteren. De luchtspleet wordt kortgesloten door elektrische energie om te zetten in een vorm die door de lucht kan worden overgedragen. Elektrische energie wordt omgezet in een wisselveld, overgedragen door de lucht en vervolgens omgezet in bruikbare elektrische stroom met behulp van een ontvanger. Afhankelijk van het vermogen en de afstand kan elektrische energie efficiënt worden overgedragen via een elektrisch veld, magnetisch veld of elektromagnetische golven zoals radiogolven, microgolfstraling of zelfs licht.

De volgende tabel geeft een overzicht van de verschillende technologieën voor draadloze overdracht van elektrisch vermogen, evenals vormen van krachtoverbrenging.

Qi-opladen, open standaard voor draadloos opladen

Hoewel sommige van de bedrijven die draadloze energietransmissie beloven nog steeds aan hun producten werken, bestaat de Qi-oplaadstandaard (uitgesproken als "qi") al en zijn apparaten die deze gebruiken al beschikbaar. Het Wireless Power Consortium (WPC), opgericht in 2008, ontwikkelde de Qi-standaard voor het opladen van batterijen. Deze standaard ondersteunt zowel inductieve als resonante oplaadtechnologieën.

Bij inductief laden wordt elektrische energie van dichtbij tussen de inductoren in de zender en ontvanger overgedragen. Inductieve systemen vereisen dat inductoren zich dicht bij elkaar bevinden en op elkaar zijn uitgelijnd; meestal staan ​​de apparaten in direct contact met het oplaadstation. Resonant opladen vereist geen zorgvuldige uitlijning en opladers kunnen een apparaat tot op 45 mm afstand detecteren en opladen; dus resonerende opladers kunnen in meubels worden ingebouwd of tussen planken worden geïnstalleerd.

De aanwezigheid van het Qi-logo geeft aan dat het apparaat is geregistreerd en gecertificeerd door de WPC.

In de begindagen van Qi was het laadvermogen laag, rond de 5W. De eerste smartphones met Qi-opladen verschenen in 2011. In 2015 nam het Qi-laadvermogen toe tot 15W, waardoor apparaten snel kunnen worden opgeladen.

De volgende afbeelding van Texas Instruments laat zien wat de Qi-standaard dekt.

Qi-compatibiliteit wordt alleen gegarandeerd voor apparaten die zijn vermeld in de Qi-registratiedatabase. Het bevat momenteel meer dan 700 producten. Het is belangrijk om te begrijpen dat producten met het Qi-logo zijn getest en gecertificeerd; en de magnetische velden die door deze apparaten worden gebruikt, zullen geen problemen veroorzaken voor gevoelige apparaten zoals mobiele telefoons of e-paspoorten. Geregistreerde apparaten werken gegarandeerd met geregistreerde opladers.

Fysica van draadloze transmissie van elektrische energie

Draadloze overdracht van elektrische energie naar huishoudelijke apparaten is een nieuwe technologie, maar de principes erachter zijn al lang bekend. Als het om elektriciteit en magnetisme gaat, gelden nog steeds de vergelijkingen van Maxwell en sturen zenders energie naar ontvangers op dezelfde manier als andere vormen van draadloze communicatie. Draadloze transmissie van elektriciteit verschilt echter van hen in het hoofddoel, namelijk het overbrengen van de energie zelf, en niet de informatie die erin is gecodeerd.

De elektromagnetische velden die betrokken zijn bij de draadloze transmissie van elektrische energie kunnen behoorlijk sterk zijn en daarom moet rekening worden gehouden met de menselijke veiligheid. Blootstelling aan elektromagnetische straling kan problemen veroorzaken en het is mogelijk dat de velden die worden gegenereerd door de zenders van elektrische energie de werking van draagbare of geïmplanteerde medische apparaten verstoren.

Zenders en ontvangers zijn ingebouwd in apparaten voor draadloze overdracht van elektrische energie op dezelfde manier als batterijen die erdoor worden opgeladen. De daadwerkelijke conversieschema's zijn afhankelijk van de gebruikte technologie. Naast de transmissie van elektriciteit zelf, moet het WPT-systeem zorgen voor communicatie tussen de zender en de ontvanger. Dit zorgt ervoor dat de ontvanger de lader kan melden dat de batterij volledig is opgeladen. De communicatie stelt de zender ook in staat om de ontvanger te lokaliseren en te identificeren om het aan de belasting geleverde vermogen te verfijnen en bijvoorbeeld de temperatuur van de batterij te bewaken.

Bij draadloze transmissie van elektrische energie is de keuze van het nabije of verre veldconcept van belang. Transmissietechnologieën, de hoeveelheid vermogen die kan worden overgedragen en de afstandsvereisten zijn van invloed op de vraag of een systeem nabij- of verre-veldstraling zal gebruiken.

Punten waarvan de afstand tot de antenne aanzienlijk kleiner is dan één golflengte, bevinden zich in het nabije veld. De energie in het nabije veld straalt niet uit en de oscillaties van het magnetische en elektrische veld zijn onafhankelijk van elkaar. Capacitieve (elektrische) en inductieve (magnetische) koppeling kan worden gebruikt om energie over te dragen naar een ontvanger die zich in het nabije veld van de zender bevindt.

Punten waarvoor de afstand tot de antenne meer dan ongeveer twee golflengten is, bevinden zich in de verre zone (er is een overgangsgebied tussen de nabije en verre zones). Far-field-energie wordt overgedragen in de vorm van conventionele elektromagnetische straling. Verre-veld energieoverdracht wordt ook wel een energiestraal genoemd. Voorbeelden van verre-veldtransmissie zijn systemen die krachtige lasers of microgolfstraling gebruiken om energie over lange afstanden over te brengen.

Waar Wireless Power Transmission (WPT) werkt

Alle WPT-technologieën bevinden zich momenteel in de actieve onderzoeksfase, de meeste zijn gericht op het maximaliseren van de efficiëntie van de krachtoverbrenging en het onderzoeken van communicatietechnologieën met magnetische resonantie. Bovendien zijn de meest ambitieuze ideeën om de WPT uit te rusten met een systeem van kamers waarin een persoon zich zal bevinden en de apparaten die ze dragen automatisch worden opgeladen.

Wereldwijd worden elektrische bussen de norm; het plan is om draadloos opladen te introduceren voor iconische dubbeldekkers in Londen en bussystemen in Zuid-Korea, Utah, de VS en Duitsland.

Een experimenteel systeem voor het draadloos aandrijven van drones is al gedemonstreerd. En, zoals eerder vermeld, is het huidige onderzoek en de huidige ontwikkeling gericht op het vooruitzicht om in een deel van de energiebehoeften van de aarde te voorzien door het gebruik van draadloze energietransmissie en zonnepanelen in de ruimte.

WPT werkt overal!

Conclusie

Hoewel Tesla's droom van draadloze krachtoverbrenging naar elke consument nog lang niet is gerealiseerd, gebruiken veel apparaten en systemen op dit moment een vorm van draadloze krachtoverbrenging. Van tandenborstels tot mobiele telefoons, van personenauto's tot openbaar vervoer, er zijn veel toepassingen voor draadloze overdracht van elektrische energie.

Sinds de ontdekking van elektriciteit door de mens hebben veel wetenschappers geprobeerd het verbazingwekkende fenomeen van stromen te bestuderen en de effectieve efficiëntie te vergroten door talloze experimenten uit te voeren en modernere materialen uit te vinden met verbeterde energieoverdrachtseigenschappen zonder weerstand. De meest veelbelovende richting in een dergelijk wetenschappelijk werk is draadloze transmissie van elektriciteit over lange afstanden en met minimale transportkosten. Dit artikel bespreekt de methoden voor het overdragen van energie over een afstand, evenals de soorten apparaten voor dergelijke acties.

Draadloze energieoverdracht is een transportmethode waarbij geen geleiders of kabelnetwerken worden gebruikt en de stroom over een aanzienlijke afstand naar de consument wordt overgebracht met de maximaal bruikbare arbeidsfactor door de lucht. Hiervoor worden apparaten gebruikt om elektriciteit op te wekken, evenals een zender die stroom in zichzelf opslaat en in alle richtingen afvoert, evenals een ontvanger met een verbruikend apparaat. De ontvanger pikt elektromagnetische golven en velden op en zendt, door ze te concentreren op een kort gedeelte van de geleider, energie naar een lamp of een ander apparaat met een bepaald vermogen.

Er zijn veel manieren voor de draadloze transmissie van elektriciteit, die zijn uitgevonden tijdens het bestuderen van stromingen door veel wetenschappers, maar Nikola Tesla behaalde in praktische termen de beste resultaten. Hij slaagde erin een zender en een ontvanger te maken, die van elkaar waren gescheiden door een afstand gelijk aan 48 kilometer. Maar in die tijd was er geen technologie die elektriciteit over zo'n afstand kon transporteren met een coëfficiënt van meer dan 50%. In dit opzicht sprak de wetenschapper een groot vooruitzicht uit, niet voor de overdracht van de kant-en-klare energie, maar voor het opwekken van stroom uit het aardmagnetisch veld en het gebruiken ervan voor huishoudelijke behoeften. Het transport van dergelijke elektriciteit zou draadloos plaatsvinden, door middel van transmissie over magnetische velden.

Manieren van draadloze transmissie van elektriciteit

De meeste theoretici en beoefenaars die het werk van elektrische stroom bestuderen, hebben hun eigen methoden voorgesteld om deze over een afstand te verzenden zonder geleiders te gebruiken. Aan het begin van dergelijk onderzoek probeerden veel wetenschappers praktijk te lenen van het werkingsprincipe van radio-ontvangers, die worden gebruikt om morsecode of kortegolfradio te verzenden. Maar dergelijke technologieën rechtvaardigden zichzelf niet, omdat de huidige dissipatie te klein was en geen lange afstanden kon overbruggen, bovendien was het transport van elektriciteit via radiogolven alleen mogelijk bij het werken met lage vermogens, niet in staat om zelfs het eenvoudigste mechanisme te activeren.

Als resultaat van experimenten werd onthuld dat microgolfgolven het meest acceptabel zijn voor het verzenden van elektriciteit zonder draad, die een stabielere configuratie en spanning hebben, en ook veel minder energie verliezen wanneer ze worden verspreid dan elke andere methode.

Voor het eerst kon de uitvinder en ontwerper William Brown deze methode met succes toepassen, die een vliegend platform modelleerde bestaande uit een metalen platform met een motor met een vermogen van ongeveer 0,1 pk. Het platform is gemaakt in de vorm van een ontvangstantenne met een raster dat microgolfgolven opvangt, die werden uitgezonden door een speciaal ontworpen generator. Na slechts veertien jaar presenteerde dezelfde ontwerper een vliegtuig met laag vermogen dat energie ontving van een zender op een afstand van 1,6 kilometer, de stroom werd in een geconcentreerde straal over microgolfgolven uitgezonden. Helaas werd dit werk niet wijdverbreid, omdat er in die tijd geen technologieën waren die het transport van hoogspanningsstroom met deze methode konden garanderen, hoewel de efficiëntie van de ontvanger en generator meer dan 80% was.

In 1968 ontwikkelden Amerikaanse wetenschappers een door onderzoek ondersteund project dat voorstelde om grote zonnepanelen in een lage baan om de aarde te plaatsen. De energie-ontvangers moesten naar de zon worden gericht en aan de basis bevonden zich stroomopslagapparaten. Na het absorberen van zonnestraling en het omzetten in microgolf- of magnetische golven door een speciaal apparaat, werd de stroom naar de grond geleid. De ontvangst moest worden uitgevoerd door een speciale antenne van een groot gebied, afgestemd op een bepaalde golf en de golven omzetten in gelijk- of wisselstroom. Dit systeem staat in veel landen hoog aangeschreven als een veelbelovend alternatief voor moderne elektriciteitsbronnen.

Elektrisch voertuig voeding draadloos

Veel fabrikanten van elektrische auto's ontwikkelen alternatieve oplaadmogelijkheden voor auto's zonder aansluiting op het lichtnet. De technologie om voertuigen op te laden vanaf een speciaal wegdek heeft op dit gebied veel succes geboekt, toen de auto energie ontving van een oppervlak dat is geladen met een magnetisch veld of microgolfgolven. Maar zo'n opladen was alleen mogelijk als de afstand tussen de weg en het ontvangende apparaat niet meer dan 15 centimeter was, wat niet altijd haalbaar is in moderne omstandigheden.

Dit systeem bevindt zich in de ontwikkelingsfase, dus het kan worden aangenomen dat dit type krachtoverbrenging zonder geleider nog zal worden ontwikkeld en mogelijk zal worden geïntroduceerd in de moderne transportindustrie.

State-of-the-art ontwikkelingen op het gebied van krachtoverbrenging

In de moderne realiteit wordt draadloze elektriciteit opnieuw een relevant studie- en ontwerpgebied van apparaten. Er zijn de meest veelbelovende manieren om draadloze krachtoverbrenging te ontwikkelen, waaronder:

1. Het gebruik van elektriciteit in bergachtige gebieden, in gevallen waar het niet mogelijk is om de draagkabels naar de consument te leggen. Ondanks de studie van de kwestie van elektriciteit, zijn er plaatsen op aarde waar geen elektriciteit is, en mensen die daar wonen kunnen niet genieten van zo'n voordeel van de beschaving. Natuurlijk worden daar vaak autonome stroombronnen gebruikt, zoals zonnepanelen of generatoren, maar deze bron is beperkt en kan niet volledig in de behoefte voorzien;
2. Sommige fabrikanten van moderne huishoudelijke apparaten introduceren al apparaten voor het draadloos overbrengen van energie in hun producten. Zo wordt er een speciale unit op de markt aangeboden, die wordt aangesloten op het elektriciteitsnet en door gelijkstroom om te zetten in microgolfgolven, deze doorgeeft aan de omringende apparaten. De enige voorwaarde voor het gebruik van dit apparaat is dat huishoudelijke apparaten een ontvangstapparaat hebben dat deze golven omzet in gelijkstroom. Er zijn televisies in de handel die volledig werken op de ontvangen draadloze energie van de zender;
3. Voor militaire doeleinden, in de meeste gevallen op defensiegebied, zijn er ontwikkelingen op het gebied van communicatieapparatuur en andere hulpapparatuur.

Een grote doorbraak op dit gebied van technologie vond plaats in 2014, toen een groep wetenschappers een apparaat ontwikkelde voor het genereren en ontvangen van energie over een afstand zonder draden, met behulp van een systeem van lenzen dat tussen de zend- en ontvangspoelen is geplaatst. Eerder werd aangenomen dat de overdracht van stroom zonder geleider mogelijk was op een afstand die niet groter was dan de grootte van apparaten, daarom was een enorme structuur nodig om elektriciteit over een lange afstand te transporteren. Maar moderne ontwerpers hebben het werkingsprincipe van dit apparaat veranderd en een zender gemaakt die geen microgolfgolven stuurt, maar magnetische velden met lage frequenties. In dit geval verliezen elektronen geen kracht en worden ze over een afstand verzonden door een geconcentreerde straal; bovendien is energieverbruik niet alleen mogelijk door verbinding te maken met het ontvangende deel, maar ook door simpelweg in het actiegebied van de velden te zijn.

Ter informatie. Het eerste apparaat dat draadloze energie zal ontvangen, de technologen zijn van plan om een ​​mobiele telefoon of tabletcomputer te maken, de ontwikkeling van een dergelijk systeem is al aan de gang.

De meest veelbelovende richtingen

Draadloze elektriciteit wordt voortdurend bestudeerd door veel natuurkundigen, de meest veelbelovende richtingen op dit gebied worden overwogen, waaronder:

1. Mobiele apparaten opladen zonder verbinding te maken met een kabel;
2. De implementatie van stroom voor onbemande luchtvaartuigen is een trend waar veel vraag naar zal zijn in zowel de civiele als de militaire industrie, aangezien dergelijke apparaten de laatste tijd vaak voor verschillende doeleinden worden gebruikt.

De procedure voor het verzenden van gegevens over een afstand zonder draden te gebruiken, werd enige tijd geleden als een doorbraak in natuurkunde- en energieonderzoek beschouwd, nu verbaast het niemand en is het voor iedereen beschikbaar geworden. Dankzij de moderne ontwikkeling van technologieën en ontwikkelingen wordt het transport van elektriciteit door deze methode een realiteit en kan het heel goed worden geïmplementeerd.

Video