חשמל ללא חוטים. לקראת עולם חדש של חשמל אלחוטי

בסוף המאה ה -19 התגלית כי ניתן להשתמש בחשמל לייצור נורה גרמה לפיצוץ של מחקר שמטרתו למצוא את הדרך הטובה ביותר להעברת חשמל.

בראש המירוץ עמד הפיזיקאי והממציא המפורסם ניקולה טסלה, שפיתח פרויקט גרנדיוזי. טסלה לא יכולה להאמין במציאות של יצירת רשת חוטים ענקית המכסה את כל הערים, הרחובות, הבניינים והחדרים, ומסקנה כי שיטת ההעברה האפשרית היחידה היא אלחוטית. הוא תכנן מגדל בגובה של כ 57 מטרים, שהיה אמור להעביר אנרגיה לאורך קילומטרים רבים, ואף החל לבנות אותו בלונג איילנד. סדרת ניסויים בוצעה, אך המחסור בכסף לא אפשר את השלמת המגדל. הרעיון של העברת אנרגיה בדרך האוויר התפזר ברגע שהתברר שהתעשייה הצליחה לפתח וליישם תשתית קווית.

והנה, לפני מספר שנים, פרופסור חבר למחלקה לפיזיקה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), מרין סולג'יצ'יץ ', התעורר מחלום מתוק בזעקותיו המתעקשות של טלפון נייד. "הטלפון לא פסק, בדרישה שאגדיר אותו לטעינה," אומר סולג'יץ '. עייף ולא עומד לקום, החל לחלום שהטלפון, כשהוא בבית, מתחיל להטעין מעצמו.
סולג'יץ 'החל במחקר על דרכים להעברת אנרגיה ללא חוטים. הוא נטש פרויקטים של העברת אנרגיה לטווח רחוק כמו פרויקט טסלה והתמקד בשיטות העברת אנרגיה לטווח קצר שיאפשרו טעינה או אפילו הפעלת מכשירים ניידים - טלפונים ניידים, מחשבי כף יד, מחשבים ניידים.
תחילה שקל את האפשרות להשתמש בגלי רדיו המעבירים מידע בצורה יעילה כל כך מרחוק, אך מצא שבמקרה זה רוב האנרגיה תתפזר בחלל. השימוש בלייזר דרש שמקור האנרגיה והמכשיר הנטען יהיו בשדה הראייה של אלה ללא כל מכשול ביניהם. בנוסף, שיטה זו הייתה רצופת נזק לחפצים שנתפסו בקו ההולכה. לפיכך, סולג'יץ 'החלה לחפש שיטת הולכה שתהיה גם יעילה, כלומר מסוגלת להעביר אנרגיה מבלי לפזר אותה, ובטוחה.
בסופו של דבר הוא הסתפק בתופעה של צימוד תהודה, כששני עצמים מכוונים לאותה תדר אינטנסיביים מחליפים האנרגיה אחד עם השני, תוך שהם רק מקיימים אינטראקציה חלשה עם עצמים אחרים. המחשה קלאסית לאפקט זה היא החוויה עם כמה כוסות מלאות ביין כל אחת ברמה אחרת מהשאר. כתוצאה מכך לכל זכוכית יש תדר צליל ייחודי הגורם לרטט. אם הזמר מציין לעצמך את התדירות המתאימה, אחת מהמשקפיים יכולה לקבל מנה כזו של אנרגיה אקוסטית שהיא תתפורר, ואילו המשקפיים שנותרו יישארו שלמות.
Soljacic הבין כי תהודה מגנטית היא דרך מבטיחה להעביר חשמל. השדה המגנטי מתפשט בחופשיות בחלל, ובתדרים הנכונים אינו מזיק לדברים חיים. בעבודה משותפת עם פרופסורים לפיזיקה ב- MIT ג'ון ג'ואנופולוס ופיטר פישר ושלושה סטודנטים, הוא פיתח מכשיר פשוט שהדליק נורה של 60 וואט באופן אלחוטי.
המכשיר כלל שני סלילי נחושת מכוונים לתהודה התלויות מהתקרה במרחק של כשני מטרים. סליל אחד חובר למקור AC ויצר שדה מגנטי. סליל שני מכוון לאותה תדר ומחובר לנורה, מהדהד בשדה מגנטי, יצר זרם המדליק את הנורה. המכשיר עבד גם כאשר הונח קיר דק בין הסלילים.

ראוי לציין כי ההתקנה אפילו אינה דורשת קו ראייה ישיר בין המקלט לשדר. כניסוי הונחו ביניהם קרטון וגיליונות ברזל, אך זה לא השפיע על אספקת הזרם.
היעיל ביותר של המכשירים שנוצר ברגע זה מורכב מסלילי נחושת של 60 סנטימטר ושדה מגנטי בתדר של 10 מגה-הרץ. זה מאפשר לך להעביר אנרגיה לאורך שני מטרים ביעילות של 50 אחוז. נערכים מחקרים עם כסף וחומרים אחרים כדי להפחית את גודל הסלילים ולהגדיל את היעילות. Soldacic מקווה להשיג יעילות הולכה של 70-80 אחוזים.

פיסיקאים ממסצ'וסטס מסבירים כי עקרון ההתקנה מבוסס על מנגנון התהודה, כלומר תופעה הגורמת לתנודות באובייקט כאשר הוא חשוף לאנרגיה בתדר מסוים. עם זאת, כאשר לשני עצמים יש מדדי תהודה שווים, הם יכולים להחליף אנרגיה, ובשום אופן לא להשפיע על העצמים הסובבים אותם.

בטבע יש דוגמאות רבות לתהודה. הדוגמה המפורסמת ביותר לתהודה היא כאשר מספר כוסות זכוכית זהות מתמלאות בכמויות שונות של מים, אם כל כוס טופחת בכף מתכת, אז כל כוס תשמיע צליל ייחודי.

במקום תהודה אקוסטית, פיזיקאים השתמשו בתהודה בתדרים של גלים אלקטרומגנטיים ב- WiTricity. בהתקנה, שני הסלילים מהדהדים בטווח התדרים של 10 מגהרץ ומחליפים חשמל וככל שהאינטראקציה בין האלמנטים ארוכה יותר, כך מגיע יותר זרם למקלט. יתרה מזאת, ככל שטווח התהודה נמוך יותר, מתקבל יותר טווח אורך גל וכתוצאה מכך המרחק בין המקלט למשדר יכול להיות גדול יותר.

גורם חשוב נוסף הוא שההתקנה הזו לא פוגעת בבריאות האדם, מכיוון שהיא פועלת בתדרים נמוכים בעיקר בספקטרום המגנטי.

"ככל הידוע, אורגניזמים אנושיים לא מגיבים לאינטראקציה מגנטית. אם התדר שלך היה מורגש, למשל, 2 ג'יגה הרץ, היית מקבל את האפקט של מיקרוגל וזה יהיה אפקט אחר לגמרי", אומר אחד ממפתחי ההתקנה, Marine Soladzic.

כעת נבדקות מספר דרכים אחרות להעלאת סוללות באופן אלחוטי. סטארט-אפים כמו Powercast, Fulton Innovation ו- WildCharge החלו לשווק מתאמים המאפשרים טעינה אלחוטית של טלפונים ניידים, נגני MP3 ומכשירים אחרים בבית או ברכב. אולם הגישה של סולג'יץ 'שונה בכך שהיא מאפשרת טעינה אוטומטית של מכשירים ברגע שהם נופלים לתחום הפעולה של משדר אלחוטי.
עבודת קבוצת Soljacic משכה את תשומת ליבם של חברות המייצרות מכשירים אלקטרוניים, כמו גם את ענף הרכב. המחקר מומן על ידי משרד ההגנה האמריקני, אשר קיווה להשיג טכנולוגית טעינה אוטומטית של סוללות אלחוטיות. עם זאת, סולדג'יץ 'מעדיף שלא להתפשט על היישום התעשייתי האפשרי של הטכנולוגיה שלו.
יש כל כך הרבה יישומים פוטנציאליים בעולם המונע על ידי סוללות כיום, שבהם ניתן להשתמש בטכנולוגיה שלנו, "הוא אומר." זו שיטה מאוד עוצמתית. "

Comments

[#1]

אני תוהה מהן קריאות הדלפק לפני הניסוי ואחריו?

[#2]

תודה רבה לך מעניין.

[#3]

שטויות שלמות! "... שדה מגנטי בתדר של 10 מגהרטץ ...". שדה מגנטי עם תדר של 10 מגה-הרץ אינו קיים. יש שדה אלקטרומגנטי בתדר של 10 מגה-הרץ - וזה רחוק מאותו דבר. למחבר אין מושג לא על האלקטרודינמיקה, או על המשוואות של מקסוול, או על התיאוריה של RRV - כלומר, הוא לא מכיר את היסודות היסודיים ההם שכל מהנדס רדיו מכיר. "הבעיה היא, מכיוון שהסנדלר יתחיל את העוגות, והמגפיים ישמשו לתפירת העוגה", I.A. Krylov.

[#4]

איפשהו, בערוץ האוקראיני "גמא" היה אינפאה לגבי ההמצאה על ידי שני פיסיקאים של מכשיר שיש לו פולט בצורת נקבובית ומקלט תהודה עם נוסחאות נקבוביות, אך רק בצורה של סליל או סתם צורת המוליך קובעת את יצירת השדה. מוצא פטנט על ההמצאה.