העברת חשמל אלחוטית: היסטוריה קשה של הפיכה

מתוך הרשימה הארוכה של רעיונות טכניים פנטסטיים המיושמים כיום, רק החלום להעברה אלחוטית של אנרגיה חשמלית ממשיך להישאר בלתי פוסק. תיאורים מפורטים של קרני אנרגיה ברומנים מדע בדיוני מקניטים את המהנדסים עם הצורך הברור שלהם, ובו בזמן את חוסר האפשרות המעשית ליישום. אך המצב משתנה בהדרגה לטובה.

כבר מתחילת גילוי החשמל הייתה בעיה בהעברתו לצרכן הסופי. התפתחות הייצור התעשייתי הביאה לגידול חד בביקוש לחשמל. חוטים וקטבים של קווי הילוכים חשמליים הפכו ליסוד אינטגרלי של נופים. אך רק מומחים יודעים כמה כסף ומאמץ מושקעים על שמירה על קווים אלו במצב עבודה, וכמה אנרגיה הולכת לאיבוד בהם.

משאבים מאובנים הולכים ואוזלים, ובעיות אספקת אנרגיה דוחפות בחוזקה לפתח האנרגיה. החברה האנושית המודרנית נכנסה לעידן של חקר החלל, ולכן השקפותינו פונות למקור הברור של אנרגיה בלתי נדלית - השמש. במשך מיליארדי שנים הכור התרמו-גרעיני פולט כמויות אנרגיה נהדרות, שחלק קטן מהן יספיק לאנושות במשך שנים רבות. אבל בעיה "קטנה" אחת: כיצד להעביר את האנרגיה שהתקבלה לצרכן בכדור הארץ?

מרגע זה מתחיל דיון רציני על האפשרויות לשמח את האנושות במשאבים בלתי מוגבלים. עד כה ישנן שתי דרכים לפתור את הבעיה ברשימת הכלים המודרניים לטכנולוגיית החלל. אחד קשור אליו העברת אנרגיה קרן לייזר למסופי קבלת קרקע. שנית - עם העברת אנרגיה במיקרוגל.

העברת אנרגיה בלייזר נתקלת במספר קשיים מהותיים. הראשון קשור ליעילות ההמרה הראשונית של קרינת השמש לקרינת לייזר קוהרנטית. והשני נשען על יעילות העברת האנרגיה מהחלל לכדור הארץ. בבעיה הראשונה חלה התקדמות: מדענים מיפן דיווחו על הפיכת אנרגיה סולארית לקרינת לייזר ביעילות של 42%. אך העברת האנרגיה לפני השטח כרוכה במספר משימות שקשה לפתור.

ניכוי קרן לייזר שקוטרה לפני השטח של כדור הארץ יכול להיות מאות מטרים. עוצמתו תלויה בתנאי מזג האוויר, ברמת הדיוק של הכוון לטרמינל המקבל ואפילו במסת הפרמטרים. מטוסים מעופפים או להקות עופות שנתפסו בקרן כוח יעוותו או יחלישו את כוחה. אם אירוע כזה לא ישים לב למטוס, הציפורים יסבלו משמעותית: עוצמת הקרינה בסמוך לפני השטח של כדור הארץ תהיה חזקה פי עשרה מהשמש בצהריים.

הדרך השנייה להעברת אנרגיה היא גלי מיקרוגל עם תדרים בין 2.4 ל- 5.8 ג'יגה הרץ. כאן יש "חלון" אטמוספרי בו הנחתת האנרגיה היא מינימלית. אך החלק המקבל מהאנרגיה הוא מורכב מאוד ומחייב פיתוח רכיבי אנטנה מודרניים. על פי מדענים, לצורך העברת כוח של 5 מגוואט מגובה של 36,000 ק"מ (מסלול גיאוסטציוני), תידרש אנטנה משדרת בגודל של 1 ק"מ ואנטנה מקבלת 10 ק"מ לרוחב. מתקנים כאלה בעתיד הקרוב לאנושות אינם יכולים להרשות לעצמם.

במצב זה החלה ההתקדמות בצד השני. פיתוח מכשירי תקשורת ומחשבים ניידים מודרניים הצריך טעינה תכופה של הסוללות שלהם. באופן עקרוני, הדבר אינו מציג בעיה מסוימת, במיוחד כאשר יש לך מכשיר כזה או שניים. אבל אם ישנם עשרות במשפחה או במשרד, החיפוש המתמשך אחר יחידות טעינה התואמות למוצרים מסיח את דעתו ומעצבן.

על פי השמועות, הנסיבות הללו הם שהניעו את מרינה סוליאצ'יץ ', עובדת אוניברסיטת מסצ'וסטס הרעיון של דרך להעביר אנרגיה ללא חוטים. לאחר שהאות של טלפון נייד משוחרר העיר אותו מספר פעמים באמצע הלילה, הוא החליט להתמודד ברצינות עם הבעיה טעינה אלחוטית של המכשירים הניידים שלך.

כתוצאה מכך הוא נראה לחלוטין טכנולוגיה חדשה להעברת אנרגיה מהרשת למכשירים ניידים. השיטה מורכבת בצימוד תהודה באמצעות השדה המגנטי של המקלט והמשדר. מאחורי שם לא מובן ומנגנון סתום לא פחות (השיטה מוגנת בפטנט ונשמרת בסוד), מסתתרת שיטה של ​​העברת אנרגיה ללא מוליכים ביעילות של למעלה מ- 40%. הטכנולוגיה נקראת WiTricity.

עיקרון הפעלת הטכנולוגיה להעברת אנרגיה ללא חוטים "WiTricity"

מטען אלחוטי לטלפון הנייד WiTricity

לדברי מחברי ההמצאה, זה לא תהודה "טהורה" של המעגלים המחוברים והיא אינה שנאי טסלה, עם צימוד אינדוקטיבי. רדיוס העברת האנרגיה כיום הוא קצת יותר משני מטר, בעתיד - עד 5-7 מטרים.

טכנולוגיות דומות מפותחות בקדחתנות על ידי חברות אחרות: אינטל הדגימה את הטכנולוגיה שלה WREL עם יעילות העברת אנרגיה עד 75%. בשנת 2009 הדגימה סוני את פעולת הטלוויזיה ללא חיבור לרשת.

הדגמת טכנולוגיה WiTricity:

הדגמת טכנולוגיה אלחוטית של Intel WREL:

רק נסיבה אחת מדאיגה: ללא קשר לשיטת ההעברה והטריקים הטכניים, צפיפות האנרגיה ועוצמת השדה במקום צריכים להיות גבוהים מספיק למכשירי כוח בעלי הספק של כמה עשרות וואט.

לטענת המפתחים עצמם, מידע על ההשפעות הביולוגיות על בני אדם של מערכות כאלה אינו קיים עדיין. בהתחשב במראה האחרון, וגישה שונה ליישום מכשירי העברת אנרגיה, מחקרים כאלה טרם יגיעו והתוצאות לא יופיעו בקרוב. ואנחנו יכולים לשפוט את השפעתם השלילית רק בעקיפין. שוב משהו ייעלם מהבתים שלנו, כמו ג'וקים.

מבלי לנסות להתעמק במורכבות הטכנולוגיות להעברת אנרגיה, אנו יכולים לומר שברמת המרחקים של עד 10 מטרים בעתיד הקרוב, מכשירי העברת אנרגיה אלחוטית יהפכו למציאות. אתה יכול לצפות בטלוויזיה, להשתמש במחשב ולטעון מכשירים ניידים מבלי לדאוג לנוכחותם של כבלים ושקעים.

אבל התחלנו עם בעיות הולכה לא של עשרות ומאות וואט, אלא עם יכולות חמורות יותר. למרבה הצער היום ההישג הטוב ביותר בכיוון זה הוא העברת טייס של 30 קילוואט כוח לאורך מרחק של 2 ק"מ (קילומטר). אירוע זה התרחש עוד בשנת 1975 ומאז לא הושגה התקדמות רצינית. לכן בעשורים הקרובים אין לצפות לפריצת דרך בתחום העברת האנרגיה האלחוטית. מדע בדיוני יכול לישון עד כה.

Comments

[#1 פיליפ]

אהבתי את זה. לא ידעתי שקיימות כבר טכנולוגיות שידור כוח אלחוטי בחיים האמיתיים. חשבתי קודם שזה פנטסטי גרידא.

[#2 שורוצ'קה]

ואהבתי את זה. נראה שאינו מציאותי שכבר קיימת שידור חשמל אלחוטי.
בדיה הופכת למציאות. קשה אפילו לדמיין מה מצפה לנו בהמשך.

[#3 אגור]

וואו! לא ידעתי כמה מעניין :-)

[#4 HP Veer]

קניתי לאשתי טלפון של HP Veer - כך שיש לו מטען מגנטי / אינדוקטיבי, הנח את הטלפון על העגלה - הוא נטען - אין כבלי טלפון.
אבל כמובן שהמרחק במילימטרים, מטר או שניים יהיה הרבה יותר נוח))

[#6]

וסילי אנטוליביץ ', טועה. שיטה זו של העברת אנרגיה יושמה לפני כמעט 140 שנה על ידי הפיזיקאי האיטלקי קרלו מטאוצ'י והיא הייתה בעזרת סלילי מטוס-ספירלה. מקור האנרגיה היה תחילה פריקה של פחית ליידן, ואחר כך סליל רומקורף.

מה שמתואר במהדורה הרוסית של הקורס המלא לפיזיקה שערך פרופ '. גאנו. אני יכול לספק את המקור וגם את סריקת הדפים.

[#7 אפור]

כיום, הרעיון מתממש באמצעות העברת אנרגיה עקב התופעות הפיזיות של האלקטרומגנטיות שהן נגזרות או קשורות זו לזו. העברת האנרגיה באמצעות זרמים בתדר גבוה, באמצעות מגנטיות, היא קטלנית לבני אדם והיא תוסתר מכל הבחינות בקידום טכנולוגיות חדשות. כל גלים הנושאים שבריר אנרגיה הם אובייקט חומרי, ותוכלו באותה מידה לירות באקדח ולהמיר את האנרגיה הקינטית של הכדור למה שאתם צריכים. פילוס ההשפעות המזיקות של "נתיבי שידור" הוא המשימה העיקרית של האנרגיה האלחוטית, והתמסורת עצמה היא משנית ...

[#8 מיכאיל]

אני מסכים עם סרי, יש מספיק מיקרוגלים שנשמעים מלאים למרות שאנחנו לא מרגישים את זה, קווי חשמל הם גם מאוד מזיקים. כשתגורר לצידם בסביבות 50 מטר, אתה יכול בקלות להתקרח. הכל מקרין. ובכן, כיריים אינדוקציה בהחלט מזיקות פחות, מכיוון שהן משפיעות על המתכת. אני לא רואה שום דבר טוב בטכנולוגיה של חיובי טלפונים ניידים. הרבה יותר נוח לטעון באמצעות סוללה משותפת. זה והשקע אין צורך. באשר לערים נראה לי שהפיתרון הטוב ביותר משמש בגרמניה ... שם, כולם מתקינים תחנת כוח קטנה, טחנות רוח או פאנלים סולאריים באזורם. כל זה שמור על ידי סוללות במרתף למשל. ואם אתה לא בבית או שאתה לא משתמש בהרבה חשמל, אז העודפים גובים את היתרות, והעודפים נכנסים לרשת הכללית. אנשים גם משלמים תוספת על כך. כתוצאה מכך, אנו מקבלים יתרונות רבים, מדובר ברשת אספקת חשמל מאוזנת בה אין עומסי יתר גדולים, הפסדי ההולכה של אלקטרוניים מצטמצמים. הבעלים משלם פחות וצורך פחות. וזה בניגוד לתחנות כוח גרעיניות כאשר נוצרת כמות עצומה של אנרגיה בנקודה מסוימת שצריך לחלק אותה באופן שווה ולהפסיד הרבה. והפסולת מינימלית.

[#9]

ערפיח אלקטרומגנטי מסוכן לדבורים, ציפורים, בעלי חיים, צמחים, בני אדם - קרינה זו גורמת למוטציות, גנרטורים ניידים נטולי דלק הם העתיד.

[#10]

כל מה שמתואר במאמר, ובתגובות, מוכר לי. אני עוקב בקפידה אחר התפתחות הטכנולוגיה, ומשתדל לא לפספס אף חידוש. יש רעיונות משלהם, רק חבל שנמנעת ממני ההזדמנות לבחון אותם בפועל. למשל רעיון כזה. כולנו צפינו בברקים לא פעם, ואנחנו יודעים שזרמי ענק של מאות אלפים, או אפילו מיליוני אמפר, זורמים באוויר בתעלה של פריקת ניצוץ. המשמעות היא שאוויר בתנאים מיוחדים מסוגל להעביר דרכו כוח עצום של חשמל. לשם כך, אתה רק צריך ליצור תעלה מיוננת באוויר. וליצור אותה, עם התפתחות הטכנולוגיה של ימינו, זה לא קשה כמו שזה נראה. לשם כך, השתמש בקרן לייזר הפועלת באולטרה סגול או אפילו בטווח הרנטגן של הקרינה, כלומר קרן לייזר העוברת באוויר צריכה ליצור תעלה מיוננת. כמובן שהעברת אנרגיה מהחלל החיצון לכדור הארץ בדרך זו לא תעבוד, אך החלפת קווי חשמל קווית - מדוע לא?

כן, הנה עוד דבר שאני רוצה להוסיף. באשר לערפיח אלקטרומגנטי, נראה שאדם מסוגל להסתגל לכל דבר.אנחנו לא ג'וקים, אנחנו חיים בעיצומה של קרינה, ורצינו ללעוס הכל. באופן אישי אני מהווה דוגמא חיה מבחינה זו. עכשיו אני בן 67, וכמעט כל ניסיון העבודה שלי בברית המועצות עסקתי בציוד מיקרוגל, והספק, לעיתים, היה מאוד משמעותי (עד 40 קילוואט לדופק). הוא עבד במצלמת מסך (בכלל לא כדי להגן על מישהו מפני קרינה, אלא כדי למנוע מהאויבים לדעת על אילו תדרים אנחנו עובדים). אגב, במצלמת המסך קיבלנו הרבה יותר קרינה מאשר אם היינו עובדים בחלל פתוח. ולמרות כל זה, אפילו לא קירחתי.

[#11]

אפשר להעביר אנרגיה ללא חוטים על ידי כל גל שמסוגל להתפשט בחלל - צליל, אור, מגנטי ואחריו המרה הפוכה לזרם חשמלי.

[#12 יורי]

כשלעצמו, השדה האלקטרומגנטי אינו מתאים במיוחד להעברת מטענים גדולים על מרחקים ארוכים ללא ה"מוליך "המקביל (כבל, קרן לייזר וכו '). איסוף האנרגיה של השמש והמרתה לחשמל הוא גם לא קל. היעילות בכל המקרים הידועים אינה גבוהה במיוחד, מה שאומר שהצרכן ישלם הן עבור האנרגיה החשמלית עצמה והן עבור אובדן שהיא חלק משמעותי. היעיל ביותר להמיר אנרגיה של שדה לא אלקטרומגנטי (שדה עם דרגה גבוהה יותר של סדר) לאלקטרומגנטית. במקרה זה, עלויות ההולכה יורדות בסדר גודל ובהתאם, עלות קילוואט תיפול.