نقل الطاقة اللاسلكية: تاريخ صعب من أن تصبح

من بين قائمة طويلة من الأفكار التقنية الرائعة التي تم تنفيذها اليوم ، لا يزال حلم النقل اللاسلكي للطاقة الكهربائية فقط غير ممكن. توصيفات مفصلة لأشعة الطاقة في روايات الخيال العلمي للمهندسين بحاجتهم الواضحة ، وفي نفس الوقت الاستحالة العملية للتنفيذ. لكن الوضع يتغير تدريجيا نحو الأفضل.

منذ بداية اكتشاف الكهرباء ، كانت هناك مشكلة في نقلها إلى المستهلك النهائي. أدى تطوير الإنتاج الصناعي إلى زيادة حادة في الطلب على الكهرباء. أصبحت الأسلاك وأعمدة خطوط النقل الكهربائية عنصرا لا يتجزأ من المناظر الطبيعية. لكن المتخصصين وحدهم يعرفون مقدار الأموال والجهد المبذول في الحفاظ على هذه الخطوط في حالة صالحة للعمل ، ومقدار الطاقة المفقودة فيها.

الموارد الأحفورية تنفد تدريجيا ، ومشاكل إمدادات الطاقة تضغط بقوة على باب الطاقة. لقد دخل المجتمع الإنساني الحديث عصر استكشاف الفضاء ، لذلك تحولت وجهات نظرنا إلى المصدر الواضح للطاقة التي لا تنضب - الشمس. على مدى مليارات السنين ، يبعث هذا المفاعل النووي الحراري كميات هائلة من الطاقة ، جزء صغير منها يكفي للبشرية لسنوات عديدة. لكن مشكلة "صغيرة" واحدة: كيف تنقل الطاقة المستلمة إلى المستهلك على الأرض؟

من هذه اللحظة ، تبدأ مناقشة جادة حول إمكانيات جعل الإنسانية سعيدة بموارد غير محدودة. حتى الآن ، هناك طريقتان لحل المشكلة في قائمة أدوات تكنولوجيا الفضاء الحديثة. يرتبط واحد ل نقل الطاقة شعاع الليزر إلى محطات الاستقبال الأرض. الثانية - مع نقل طاقة الميكروويف.

يواجه نقل الطاقة بالليزر العديد من الصعوبات الأساسية. الأول يتعلق بكفاءة التحويل الأولي للإشعاع الشمسي إلى أشعة ليزر متماسكة. والثاني يعتمد على كفاءة نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض. فيما يتعلق بالمشكلة الأولى ، حدث تقدم: أبلغ العلماء من اليابان عن تحويل الطاقة الشمسية إلى إشعاع ليزر بكفاءة تبلغ 42٪. لكن نقل الطاقة إلى السطح ينطوي على عدد من المهام التي يصعب حلها.

توهين شعاع الليزر الذي قطره على سطح الأرض يمكن أن يكون مئات الأمتار. تعتمد شدتها على الظروف الجوية ، ودقة الإشارة في محطة الاستقبال ، وحتى كتلة المعلمات. الطائرات الشراعية أو قطعان الطيور التي تصطاد في شعاع الطاقة سوف تشوه أو تضعف قوتها. إذا حدث مثل هذا الحادث دون أن يلاحظه أحد لطائرة ، فإن الطيور ستعاني بشكل كبير: ستكون كثافة الإشعاع بالقرب من سطح الأرض أقوى بعشرات المرات من شمس منتصف النهار.

الطريقة الثانية لنقل الطاقة هي موجات الموجات الصغرية بترددات من 2.4 إلى 5.8 جيجا هرتز. يوجد هنا "نافذة" في الغلاف الجوي يكون فيها التوهين بالطاقة ضئيلًا. لكن الجزء المستقبِل من الطاقة معقد للغاية ويتطلب تطوير مكونات الهوائي الحديثة. وفقًا للعلماء ، لإرسال قدرة تبلغ 5 ميجاوات من ارتفاع 36000 كم (المدار الثابت بالنسبة للأرض) ، سيتطلب هوائي إرسال بحجم 1 كم وهوائي استقبال على بعد 10 كيلومترات. مثل هذه المرافق في المستقبل القريب للبشرية لا يمكن تحمله.

في هذه الحالة ، بدأ التقدم على الجانب الآخر. يتطلب تطوير الاتصالات الحديثة وأجهزة الحوسبة المحمولة إعادة شحن متكررة من البطاريات الخاصة بهم. من حيث المبدأ ، لا يمثل هذا مشكلة معينة ، خاصةً عندما يكون لديك جهاز أو جهازان من هذا القبيل. ولكن إذا كان هناك العشرات في العائلة أو المكتب ، فإن البحث المستمر عن وحدات الشحن المتوافقة مع المنتجات يشتت انتباهك ويزعج.

وفقًا للشائعات ، فإن هذا الظرف هو الذي دفع مارينا سولياتشيتش ، موظف في جامعة ماساتشوستس ، إلى فكرة عن وسيلة لنقل الطاقة بدون أسلاك. بعد إيقاظ إشارة الهاتف المحمول المفرج عنه عدة مرات في منتصف الليل ، قرر التعامل بجدية مع المشكلة اشحن الأجهزة اللاسلكية الخاصة بك لاسلكياً.

نتيجة لذلك ، بدا تماما تقنية جديدة لنقل الطاقة من الشبكة إلى الأجهزة المحمولة. تتكون الطريقة من اقتران الرنين باستخدام المجال المغناطيسي للمستقبل والارسال. وراء اسم غير مفهوم وآلية لا تقل غموضًا (الطريقة حاصلة على براءة اختراع وتبقى سرية) ، هناك طريقة مخفية لنقل الطاقة بدون الموصلات بكفاءة تزيد عن 40٪. هذه التكنولوجيا تسمى «نقل لاسلكي للطاقة».

مبدأ تشغيل التكنولوجيا لنقل الطاقة بدون أسلاك "WiTricity"

شاحن لاسلكي للهاتف المحمول WiTricity

وفقًا لمؤلفي الاختراع ، هذا ليس صدىً "نقيًا" للدوائر المتصلة وليس كذلك محول تسلا، مع اقتران الاستقرائي. يبلغ نصف قطر نقل الطاقة اليوم أكثر من مترين بقليل ، في المستقبل - ما يصل إلى 5-7 أمتار.

تم تطوير تقنيات مماثلة بشكل محموم من قبل شركات أخرى: لقد أظهرت Intel تقنيتها WREL مع كفاءة نقل الطاقة تصل إلى 75 ٪. في عام 2009 ، أظهرت شركة Sony تشغيل التلفزيون دون اتصال الشبكة.

مظاهرة التكنولوجيا نقل لاسلكي للطاقة:

عرض تقنية WREL من Intel:

هناك ظرف واحد فقط ينذر بالخطر: بغض النظر عن طريقة النقل والخدع التقنية ، يجب أن تكون كثافة الطاقة وقوة المجال في الغرف عالية بما يكفي لتشغيل الأجهزة بقوة عدة عشرات من واط.

وفقًا للمطورين أنفسهم ، المعلومات المتوفرة حول التأثيرات البيولوجية على البشر لمثل هذه الأنظمة غير متوفرة بعد. نظرًا للظهور الأخير ، ونهج مختلف لتنفيذ أجهزة نقل الطاقة ، فإن هذه الدراسات لم تظهر بعد ، ولن تظهر النتائج قريبًا. ويمكننا الحكم على تأثيرها السلبي بشكل غير مباشر فقط. سيختفي شيء من منازلنا ، مثل الصراصير.

دون محاولة الخوض في تعقيدات تقنيات نقل الطاقة ، يمكننا القول إنه على مستوى المسافات حتى 10 أمتار في المستقبل القريب ، ستصبح أجهزة نقل الطاقة اللاسلكية حقيقة واقعة. يمكنك مشاهدة التلفزيون واستخدام الكمبيوتر وشحن الأجهزة المحمولة دون الحاجة إلى القلق بشأن وجود الحبال والمقابس.

لكننا بدأنا بمشاكل انتقال ليس لعشرات ومئات واط ، ولكن بقدرات أكثر خطورة. لسوء الحظ اليوم أفضل إنجاز في هذا الاتجاه هو النقل التجريبي البالغ 30 كيلو واط من الطاقة على مسافة كيلومترين (ميل واحد). حدث هذا الحدث مرة أخرى في عام 1975 ومنذ ذلك الحين لم يتحقق تقدم جدي. لذلك ، في العقود المقبلة ، لا ينبغي للمرء أن يتوقع طفرة في مجال نقل الطاقة اللاسلكية. الخيال العلمي يمكن أن ينام حتى الآن.

Comments

[#1 فيليب]

اعجبني لم أكن أعرف أن تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية الواقعية موجودة بالفعل. اعتقدت قبل ذلك كان رائعا بحت.

[#2 الشورى]

و اعجبني يبدو غير واقعي أن نقل الطاقة اللاسلكية موجود بالفعل.
الخيال أصبح حقيقة واقعة. من الصعب تخيل ما ينتظرنا بعد ذلك.

[#3 إغور]

نجاح باهر! لم أكن أعرف كيف مثيرة للاهتمام :-)

[#4 HP Veer]

لقد اشتريت هاتف HP Veer لزوجتي - لذلك لديه شحنة مغناطيسية / حثيّة ، ضع الهاتف على العربة - إنه يشحن - بدون أسلاك للهاتف.
ولكن بالطبع ستكون المسافة بالملليمتر أو المتر أو المقياس أكثر ملاءمة))

[#6]

فاسيلي أناتوليفيتش ، مخطئ. تم تنفيذ طريقة نقل الطاقة هذه منذ 140 عامًا تقريبًا بواسطة الفيزيائي الإيطالي كارلو ماتيوتشي وكان ذلك بمساعدة ملفات لولبية مستوية. كان مصدر الطاقة أولاً تفريغ علبة ليدن ، ثم ملف Rumkorf.

ما هو موصوف في النسخة الروسية من الدورة الكاملة للفيزياء التي حرّرها الأستاذ. جانو. يمكنني تقديم كل من المسح الضوئي الأصلي والصفحة.

[#7 رمادي]

اليوم ، يتم تحقيق الفكرة من خلال نقل الطاقة بسبب الظواهر الفيزيائية للكهرومغناطيسية التي هي مشتقات أو ذات صلة. نقل الطاقة عن طريق التيارات عالية التردد ، من خلال المغناطيسية ، هو مميت للبشر وسوف تكون مخفية في كل وسيلة في تطور التكنولوجيات الجديدة. أي موجات تحمل جزءًا صغيرًا من الطاقة في حد ذاتها هي كائن مادي وبنفس النجاح يمكنك إطلاق مسدس يحول الطاقة الحركية للرصاصة إلى ما تحتاجه. تتمثل المهمة الرئيسية للطاقة اللاسلكية في تسوية الآثار الضارة لـ "مسارات الإرسال" ، والإرسال نفسه ثانوي ...

[#8 مايكل]

أتفق مع Sery ، فهناك ما يكفي من الموجات الدقيقة التي تبدو ممتلئة على الرغم من أننا لا نشعر بها ، كما أن خطوط الطاقة ضارة جدًا. الذين يعيشون بجوارهم في محيط 50 مترا ، يمكنك بسهولة أصلع. كل شيء يشع. حسنًا ، تعد مواقد الحث أقل ضررًا ، لأنها تؤثر على المعدن. لا أرى أي شيء جيد في تقنية رسوم الهاتف المحمول. هو أكثر ملاءمة لشحن مع بطارية مشتركة. ليست هناك حاجة لهذا والمخرج. بالنسبة للمدن ، يبدو لي أن الحل الأفضل يستخدم في ألمانيا ... هناك ، يقوم الجميع بتثبيت محطة طاقة صغيرة أو طواحين هواء أو ألواح شمسية في منطقتهم. كل هذا محجوز من قبل البطاريات في الطابق السفلي على سبيل المثال. وإذا لم تكن في المنزل أو لا تستخدم الكثير من الكهرباء ، فإن الشحن الزائد يشحن الاحتياطيات ويذهب الفائض إلى الشبكة العامة. الناس أيضا دفع اضافية لهذا الغرض. ونتيجة لذلك ، نحصل على العديد من المزايا ، فهي شبكة متوازنة لإمداد الطاقة لا توجد فيها أحمال كبيرة ، وتقل خسائر الإرسال الإلكترونية. المالك يدفع أقل ويستهلك أقل. وهذا يتناقض مع محطات الطاقة النووية عندما يتم توليد قدر كبير من الطاقة عند نقطة واحدة تحتاج إلى توزيعها بالتساوي وتفقد الكثير. والنفايات هي الحد الأدنى.

[#9]

الضباب الكهرومغناطيسي خطير على النحل والطيور والحيوانات والنباتات والبشر - هذا الإشعاع يسبب طفرات ، والمولدات المحمولة الخالية من الوقود هي المستقبل.

[#10]

كل ما هو موضح في المقال وفي التعليقات مألوف بالنسبة لي. أتابع بعناية تطور التكنولوجيا ، وحاول ألا تفوت على حداثة واحدة. هناك أفكار خاصة ، إنه لأمر مؤسف أنني حرمت من فرصة اختبارها في الممارسة العملية. على سبيل المثال ، هذه الفكرة. لقد شاهدنا جميعًا الصواعق أكثر من مرة ، ونحن نعلم أن التيارات الضخمة التي تصل إلى مئات الآلاف ، أو حتى ملايين الأمبير ، تتدفق في الهواء في قناة لإطلاق شرارة. وهذا يعني أن الهواء في ظل ظروف خاصة قادر على المرور عبره بقوة هائلة من الكهرباء. للقيام بذلك ، تحتاج فقط إلى إنشاء قناة مؤينة في الهواء. وإنشائها ، مع تطور التكنولوجيا اليوم ، ليس بالأمر الصعب كما يبدو. للقيام بذلك ، استخدم حزمة ليزر تعمل في الأشعة فوق البنفسجية أو حتى في مجال الأشعة السينية للإشعاع ، أي يجب أن تخلق شعاع الليزر الذي يمر عبر الهواء قناة مؤينة. بالطبع ، لن ينجح نقل الطاقة من الفضاء الخارجي إلى الأرض بهذه الطريقة ، ولكن استبدال خطوط الطاقة السلكية - لماذا لا؟

نعم ، إليك شيء آخر أريد إضافته. فيما يتعلق بالضباب الدخاني الكهرومغناطيسي ، يبدو أن الشخص قادر على التكيف مع أي شيء.نحن لسنا صراصير ، نحن نعيش في وسط الإشعاع ، وأردنا مضغه على كل شيء. أنا شخصياً ، في هذا الصدد ، مثال حي. أنا الآن في السابعة والستين من عمري ، وتقريباً جميع خبراتي العملية في الاتحاد السوفياتي تعاملت مع معدات الميكروويف ، وكانت القوة ، في بعض الأحيان ، كبيرة للغاية (ما يصل إلى 40 كيلو واط لكل نبضة). لقد عمل في كاميرا شاشة (ليس على الإطلاق لحماية شخص ما من الإشعاع ، ولكن لمنع الأعداء من معرفة الترددات التي نعمل عليها). بالمناسبة ، في كاميرا الشاشة تلقينا إشعاعات أكثر بكثير مما لو كنا نعمل في مكان مفتوح. ورغم كل هذا ، لم أكن حتى أصلعًا.

[#11]

من الممكن نقل الطاقة بدون أسلاك بواسطة أي موجة قادرة على الانتشار في الفضاء - الصوت والضوء والمغناطيسي ، يليها التحويل العكسي إلى تيار كهربائي.

[#12 هيئة المحلفين]

في حد ذاته ، لا يعد المجال الكهرومغناطيسي مناسبًا للغاية لنقل الشحنات الكبيرة عبر مسافات طويلة دون وجود "موصل" مماثل (كبل ، حزمة ليزر ، إلخ). كما أن جمع طاقة الشمس وتحويلها إلى كهرباء ليس بالأمر السهل. الكفاءة في جميع الحالات المعروفة ليست عالية للغاية ، مما يعني أن المستهلك سيدفع كلاً من الطاقة الكهربائية نفسها وفقدانها ، وهو جزء مهم. يعتبر تحويل طاقة مجال غير كهرومغناطيسي (حقل ذو درجة أعلى من الترتيب) إلى كهرومغناطيسي أكثر فعالية. في هذه الحالة ، ستنخفض تكاليف الإرسال بترتيب من حيث الحجم ، وبالتالي ستنخفض تكلفة كيلوواط.