Tesla-teorien: Hvem vinder løbet om trådløs strøm?

Reklame

Når du tænker på trådløs strøm, springer billeder af lynbolte fra en Tesla-spole 10 af de bedste Tesla Coils musikvideoer på YouTubeNikola Tesla betragtes med rette som en af ​​de største videnskabelige sind gennem tidene. Hans banebrydende arbejde som ingeniør, især inden for elektricitet og elektromagnetisme, betyder, at hans navn er synonymt med ... Læs mere til en anden kommer sandsynligvis til at tænke på, eller måske billeder af det øjeblik, Frankensteens monster blev levende.

Selvom ideen virker latterlig og næsten umulig, kan du blive overrasket over at høre, at trådløs strøm hurtigt er ved at blive en realitet.

Der er en række teorier og forslag fremsat for at opnå det futuristiske træk ved at overføre elektricitet gennem luften til enheder i dit hjem - som vi kommer til i denne artikel - men først er det vigtigt at forstå både potentialet og begrænsningerne af videnskaben 10 videnskabelige YouTube-kanaler, du ikke kan gå glip afOrdet videnskab betyder i det væsentlige viden, og det er denne søgen efter læring og forståelse, der har drevet menneskeheden til højden af ​​dens magt. Internettet giver rig mulighed for at sprede denne viden til ...

Læs mere bag disse forsøg.

Hvad er trådløs strøm?

Når de fleste mennesker tænker på elektricitet, tænker de på det traditionelle en eller to ledningsstik, der har en positiv terminal, en negativ terminal og undertiden en jordledning. De positive og negative terminaler udgør det, der i det væsentlige er et elektrisk kredsløb, som vist i nedenstående diagram.

Dette er det enkleste eksempel på et elektrisk kredsløb. Det ville faktisk være enklere at fjerne kontakten, men du får pointen.

Batteriets "+" og "-" terminaler er de røde og sorte ledninger i dit strømstik, uanset om du tilslutter en lampe, en computer eller noget andet.

På det grundlæggende niveau kan elektricitet beskrives som strømmen af ​​en "strøm" fra positive til negative terminaler. Jeg vil undgå en teoretisk diskussion af bevægelsen af ​​de faktiske ladede partikler. Bare forstå, at det kræver en spændingsforskel mellem disse to terminaler for at drive en elektrisk enhed.

Så hvordan er det muligt at dreje et system, der naturligvis afhænger af en leder som en elektrisk ledning for ladningsstrømmen? Hvad skal du gøre, skyde ladningen fra spidsen af ​​den ene tråd til den anden? Tja... .sorta.

Lad mig introducere dig til transformeren.

Dette er faktisk et koncept, der har eksisteret siden Tesla selv. Du tager en ledning, der bærer din kildespænding (tilsluttet et eksempelvis en stikkontakt på 60 Hz AC) og vikler den rundt i mange løkker. Åh pokker, brug et stykke jern for at gøre det nemt at indpakke løkkerne.

Dæk derefter en anden ledning kort afstand fra den første spole. Du inducerer strøm i den anden spole, ligesom magi.

Okay, ikke helt magi, men temmelig tæt. Grundlæggende inducerer hver ledning, der har vekslende spænding, et elektromagnetisk felt omkring det, kaldet flux. Når du spoler wiren, forstærker du det felt. Skub magnetisk materiale som jern i den spole, og du forbedrer din evne til at overføre energien til den anden spole. Men - her er kickeren - den samme ting kan ske lige gennem luften.

Brug nogensinde en induktionsovn?

Hvis du får chancen for at se en, skal du dreje den op på fuld varme og lægge hånden over brænderen. Nej, alvorligt - rør ved det, alt hvad du kan lide. Du bliver ikke brændt. Disse opviklede ledninger er beregnet til at inducere hvirvelstrømme i støbejerns køkkengrej placeret på komfuret. Dette opvarmer igen gryden, der varmer madene op.

Denne transmission af elektrisk energi gennem luften er, hvordan generatorer, motorer og endda din elektriske tandbørsteoplader fungerer. I disse tilfælde er det i stedet for en jernkerne en "luftkerne". Det er fluxen, der overfører den elektriske energi.

Gennembrud i trådløs strøm

Så hvorfor har forskere ikke kunnet trådløst overføre strøm ved hjælp af induktion før? Nå, for at forstå dette, skal du virkelig gå til de mennesker, der startede det hele - eller i det mindste hentede Nikola Teslas fakkel.

I en 2006 papir offentliggjort i Annals of Physics, beskrev MIT-forskere, hvordan de havde til hensigt at bevise, at disse felter kunne bruges til trådløs transmission af strøm.

Vi undersøger, om og i hvilken udstrækning det fysiske fænomen med lang levetid resonanselektromagnetiske tilstande med lokaliseret langsomt evanescerende feltmønstre kan bruges til at overføre energi effektivt over ikke-ubetydelige afstande, selv i nærvær af uvedkommende miljøgenstande.

På almindeligt engelsk sagde forskerne, at de troede, at ved hjælp af den rigtige konfiguration kunne disse induktionsfelter bruges til at overføre strøm over en afstand, selv med objekter i vejen.

Og gæt hvad de i 2007 beviste det og offentliggjorde deres resultater i et eksperimentelt papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Science.

Ved hjælp af selvresonansspoler i et stærkt koblet regime demonstrerede vi eksperimentelt effektiv ikke-strålende kraftoverførsel over afstande op til 8 gange spolens radius. Vi var i stand til at overføre 60 watt med ~ 40% effektivitet over afstande på over 2 meter.

Dette var en fantastisk præstation. For dem af jer, der endnu ikke er indstillet på det metriske system, er 2 meter lidt over seks og en halv meter. Grundlæggende kunne de overføre strøm fra den ene spole til den anden, afstanden fra en meget høj person.

Hvad var deres hemmelighed? Det var, hvad de kaldte ”resonansspoler”. De finjusterede spolerne - antallet, radius og andre faktorer for at opnå en slags "resonans" mellem de to spoler.

Det er vigtigt, at spolerne er i resonans, for at kraftoverførslen er praktisk (6). Vi finder eksperimentelt, at den effekt, der overføres til belastningen falder kraftigt, da en af ​​spolerne er afstødt fra resonans.

Uanset hvad dette resultat udløste den hurtige udvikling af trådløse strømapplikationer. Løbet var på.

Løbet om at udnytte kraften

Race de gjorde.

En af de første startups, der sprang på denne teknologi til kommercielle formål, var WiTricity. Allerede i 2009 gav CEO Eric Giler en demo af den trådløse strømteknologi på TEDGlobal 2009.

Han var ikke den eneste. Mange virksomheder sprang straks med denne teknologi til applikationer, der var praktiske og lette over korte afstande. Trådløst opladning af bærbare enheder var et åbenlyst førstevalg, og i 2009 det første induktive ladepuder Oplader Duracell myGrid virkelig såvel som en netledning?Netledninger er et stadig mere forældet koncept i dagens trådløse verden, men indtil videre forbliver de en nødvendighed. Ingen ønsker at blive tvunget til at binde deres elektronik til en rotte rede af ledninger ... Læs mere ramte markedet.

Nu kan du placere dine mobile enheder på disse puder, og de oplades. Ingen grund til at famle rundt for din telefons strømstik.

Hvis du synes, det var en sej opfindelse, skal du overveje, hvor langt industrien er kommet siden MITs opdagelsesdage. I 2011 blev et firma navngivet Evatran oprettet et "Plugless Power" -system til elbiler, der bruger induktionsteknologien til at oplade elektriske køretøjer uden kabler.

Induktiv opladning er ikke fremtiden for elbiler, den er allerede her.

Fremtiden for trådløs strøm

Nu hvor du ved, hvor industrien er med trådløs strøm, lad os se på, hvor den går.

I begyndelsen af ​​2014 var forskere ved Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) annoncerede, at de havde udviklet et "Dipole Coil Resonant System", hvor de kunne etablere en ”udvidet række induktiv kraftoverførsel, op til 5 meter mellem sender og modtager spoler.”

De var også i stand til at skrumpe ned på spolestørrelserne fra det, MIT-teamet havde brugt, hvilket gjorde det hele mere praktisk (skønt stadig dyrt) til kommercielle formål.

Chun T. Rim, leder af forskningsprojektet, fortalte Science Daily at han forestillede sig, at et sådant system skulle bruges til at give "trådløse hot-spots", ligesom folk bruger hotspots på internettet.

Ligesom vi ser Wi-Fi-zoner overalt i dag, vil vi i sidste ende have mange Wi-Power-zoner på steder som restauranter og gader, der leverer trådløs strøm til elektroniske enheder.

Fem meter er næsten seksten og en halv meter. Nu taler du om længden på et typisk rum i et hus.

I løbet af dette år har et firma, der hedder Ossia, gennemført runderne med sit koncept kaldet Cota, en teknologi, som virksomheden lover, vil give mulighed for trådløs opladning Hvad er trådløs opladning, og hvordan fungerer det nøjagtigt? [MakeUseOf Explains]Vi lever i en trådløs verden. Bortset fra at vi ikke gør det. Vi kan helt sikkert sende enorme mængder information over luftbølgerne, men enhederne, der er i stand til at sende og modtage den, er bundet til netledninger ... Læs mere af enheder op til 30 fod væk fra basestationen.

Men selvfølgelig har Apple-fanboys ingen frygt, dit firma er også på forkant med dette spil.

I august modtog Apple to patenter, der var relateret til deres planlagte anvendelse af trådløs strømopladning til resonant induktion.

Et patent beskriver, hvordan brugere vil kunne tilslutte en strømforsyning - f.eks. en dongle eller en enhed i en nyere computersystem - og så oplader denne strømforsyning trådløst alle “passende indstillede” enheder i nærheden.

Patentet lyder:

… Den passende afstemte perifere enhed kan betragtes som en del af et resonanskredsløb, der kan omfatte NFMR-strømforsyningen og alle andre perifere enheder, der er indstillet.

Patentet afslører en hel elektronikindustri, der kører for at udnytte en teknologi, der fuldstændigt kan transformere, hvordan en moderne husstand ser ud.

Først kommer de mindre enheder, der er lettere at oplade med lavere effektbehov. Men hvis de andre aktører i induktionskraftindustrien har noget at sige om det, alt sammen husholdningsapparater - fra din mikrobølgeovn til dit storskærms-tv - vil blive drevet uden strømkabler eksklusionen.

En dag kan folk se på stikkontakterne i et hus på omtrent samme måde som børn i dag ser på de gamle, fjollede netværksstik. Klar eller ej, trådløs strøm er fremtiden - og jeg ved, at Nikola Tesla griner i hans grav.

Hvordan har du det med trådløs strøm? Vil du omfavne teknologien, eller har du nogen bekymringer? Del dine tanker i kommentarfeltet nedenfor!

Billedkreditter: Plasma Via Shutterstock, Designua / Shutterstock, photoiconix / ShutterstockMIT / resonansspoler, Apple-patent / USPO.gov, Evikka / Shutterstock