Häät

Langattomat energialähteet. Langaton sähkönsiirto: historia, tekniikka, laitteet. Tehokkain menetelmä

Tiedemiehet ovat monien vuosien ajan kamppailleet sähkökustannusten minimoimisen kanssa. On olemassa erilaisia tapoja ja ehdotuksia, mutta tunnetuin teoria on langaton sähkön siirto. Ehdotamme pohtimaan, kuinka se toteutetaan, kuka on sen keksijä ja miksi sitä ei ole vielä herätetty henkiin.

Teoria

Langaton sähkö on kirjaimellisesti sähköenergian siirtoa ilman johtoja. Ihmiset vertaavat usein sähköenergian langatonta siirtoa tiedon, kuten radioiden, matkapuhelimien tai Wi-Fi-internet-yhteyden, siirtoon. Suurin ero on, että radio- tai mikroaaltolähetyksissä tämä on tekniikka, jonka tarkoituksena on palauttaa ja siirtää täsmälleen tietoa, ei alun perin lähetykseen käytettyä energiaa.

Langaton sähkö on suhteellisen uusi teknologia-alue, mutta se kasvaa nopeasti. Nyt kehitetään menetelmiä, joilla energiaa voidaan siirtää tehokkaasti ja turvallisesti kauas keskeytyksettä.

Miten langaton sähkö toimii

Päätyö perustuu juuri magnetismiin ja sähkömagnetismiin, kuten radiolähetyksissäkin. Langaton lataus, joka tunnetaan myös nimellä induktiivinen lataus, perustuu muutamaan yksinkertaiseen toimintaperiaatteeseen, erityisesti tekniikka vaatii kaksi kelaa. Lähetin ja vastaanotin, jotka yhdessä tuottavat vaihtovirtamagneettikentän, joka ei ole vakio. Tämä kenttä puolestaan aiheuttaa jännitteen vastaanotinkäämiin; tätä voidaan käyttää mobiililaitteen virtalähteenä tai akun lataamiseen.

Jos ohjaat sähkövirran johdon läpi, kaapelin ympärille syntyy pyöreä magneettikenttä. Huolimatta siitä, että magneettikenttä vaikuttaa sekä silmukkaan että kelaan, se näkyy voimakkaimmin kaapelissa. Kun otat toisen käämin lankaa, jonka läpi ei kulje sähkövirtaa, ja paikka, johon asetamme kelan ensimmäisen kelan magneettikenttään, ensimmäisen kelan sähkövirta välitetään magneettikentän läpi. ja toisen käämin kautta muodostaen induktiivisen kytkennän.

Otetaan esimerkkinä sähköhammasharja. Siinä laturi on kytketty pistorasiaan, joka lähettää sähkövirran laturin sisällä olevaan kierrejohtoon, joka luo magneettikentän. Hammasharjan sisällä on toinen kela, kun virta alkaa kulkea ja muodostuneen magneettikentän ansiosta harja alkaa latautua ilman, että se on kytkettynä suoraan 220 V virtalähteeseen.

Tarina

Nikola Tesla ehdotti ja esitteli ensimmäisenä langattoman voimansiirron vaihtoehtona sähkölinjojen siirrolle ja jakelulle. Vuonna 1899 Tesla esitteli langattoman lähetyksen, joka saa virtaa loistelamppujen kenttään, joka sijaitsee 25 mailin päässä virtalähteestä ilman johtoja. Mutta tuolloin oli halvempaa johdottaa 25 mailia kuparilankaa kuin rakentaa mukautettuja sähkögeneraattoreita, joita Teslan kokemus vaatii. Hänelle ei koskaan myönnetty patenttia, ja keksintö jäi tieteen roskakoriin.

Tesla oli ensimmäinen henkilö, joka esitteli langattoman viestinnän käytännön mahdollisuudet jo vuonna 1899, mutta nykyään myynnissä on hyvin vähän laitteita, nämä ovat langattomat harjat, kuulokkeet, puhelinlaturit ja paljon muuta.

Langaton tekniikka

Langaton tehonsiirto tarkoittaa sähköenergian tai tehon siirtämistä etäisyyden päähän ilman johtoja. Siten ydinteknologia perustuu sähkön, magnetismin ja sähkömagnetismin käsitteisiin.

Magnetismi

Se on perustavanlaatuinen luonnonvoima, joka saa tietyntyyppiset materiaalit houkuttelemaan tai hylkimään toisiaan. Maan napoja pidetään ainoana kestomagneetteina. Virtausvirta silmukassa synnyttää magneettikenttiä, jotka eroavat värähtelevistä magneettikentistä vaihtovirran (AC) tuottamiseen tarvittavan nopeuden ja ajan suhteen. Tässä tapauksessa esiintyvät voimat on esitetty alla olevassa kaaviossa.

Näin magnetismi ilmenee

Sähkömagnetismi on vuorottelevien sähkö- ja magneettikenttien keskinäistä riippuvuutta.

Magneettinen induktio

Jos johtava silmukka on kytketty vaihtovirtalähteeseen, se synnyttää värähtelevän magneettikentän silmukassa ja sen ympärillä. Jos toinen johtava silmukka on riittävän lähellä, se poimii osan tästä värähtelevästä magneettikentästä, mikä puolestaan tuottaa tai indusoi sähkövirran toisessa kelassa.

Video: miten langaton sähkönsiirto sujuu

Siten tapahtuu sähköinen tehonsiirto syklistä tai käämistä toiseen, mikä tunnetaan magneettisena induktiona. Esimerkkejä tällaisesta ilmiöstä käytetään sähkömuuntajissa ja generaattoreissa. Tämä käsite perustuu Faradayn sähkömagneettisen induktion lakeihin. Siellä hän toteaa, että kun kelaan kytketyssä magneettivuossa tapahtuu muutos, kelaan indusoituva EMF on yhtä suuri kuin kelan kierrosten lukumäärän ja vuon muutosnopeuden tulo.

tehokytkin

Tämä osa on välttämätön, kun yksi laite ei voi siirtää virtaa toiseen laitteeseen.

Magneettinen linkki syntyy, kun kohteen magneettikenttä pystyy indusoimaan sähkövirran muiden laitteiden kanssa sen ulottuvilla.

Kahden laitteen sanotaan olevan keskenään induktiivisesti kytketty tai magneettisesti kytketty, kun ne on suunniteltu siten, että virta muuttuu, kun yksi johdin indusoi jännitteen toisen johtimen päissä sähkömagneettisen induktion kautta. Tämä johtuu keskinäisestä induktiivisuudesta

Tekniikka

Induktiivisen kytkennän periaate

Nämä kaksi toisiinsa induktiivisesti tai magneettisesti kytkettyä laitetta on suunniteltu siten, että virran muutos, kun toinen johdin indusoi jännitteen toisen johtimen päissä, syntyy sähkömagneettisella induktiolla. Tämä johtuu keskinäisestä induktiivisuudesta.
Induktiivinen kytkentä on suositeltava sen langattoman toimivuuden ja iskunkestävyyden vuoksi.

Resonanssiinduktiivinen kytkentä on induktiivisen kytkennän ja resonanssin yhdistelmä. Resonanssin käsitteen avulla voit saada kaksi objektia toimimaan toistensa signaalien mukaan.

Kuten yllä olevasta kaaviosta näet, resonanssi tarjoaa kelan induktiivisuuden. Kondensaattori on kytketty rinnan käämin kanssa. Energia liikkuu edestakaisin käämiä ympäröivän magneettikentän ja kondensaattoria ympäröivän sähkökentän välillä. Tässä säteilyhäviöt ovat minimaaliset.

On myös langattoman ionisoidun viestinnän käsite.

Se on myös mahdollista, mutta tässä sinun on ponnisteltava hieman enemmän. Tämä tekniikka on jo olemassa luonnossa, mutta sen toteuttamiselle on tuskin mitään syytä, koska se tarvitsee korkean magneettikentän, alkaen 2,11 M/m. Sen on kehittänyt nerokas tiedemies Richard Volras, pyörregeneraattorin kehittäjä, joka lähettää ja välittää lämpöenergiaa pitkiä matkoja, erityisesti erikoiskeräinten avulla. Yksinkertaisin esimerkki tällaisesta kytkennästä on salama.

Hyvät ja huonot puolet

Tietysti tällä keksinnöllä on etunsa verrattuna langallisiin menetelmiin ja haittoja. Kehotamme sinua harkitsemaan niitä.

Edut sisältävät:

Johtojen täydellinen puuttuminen;
Virtalähteitä ei tarvita;
Akun tarve on eliminoitu;
Energiaa siirretään tehokkaammin;
Huomattavasti vähemmän huoltoa tarvitaan.

Haittoja ovat seuraavat:

Etäisyys on rajoitettu;
magneettikentät eivät ole niin turvallisia ihmisille;
langaton sähkönsiirto mikroaaltojen tai muiden teorioiden avulla on käytännössä mahdotonta kotona ja omin käsin;
korkeat asennuskustannukset.

Aineettomat sähkökäyttöiset kodinkoneet, jotka on vapautettu sähköjohdoista, eivät ole ensimmäinen kerta, kun keksijöiden mielet jännittävät. Mutta juuri nyt asiantuntijat ovat tulleet opettamaan sarjapölynimureita, lattiavalaisimia, televisioita, autoja, implantteja, mobiilirobotteja ja kannettavia tietokoneita vastaanottamaan tehokkaasti ja turvallisesti virtaa langattomasta lähteestä.

Äskettäin Marin Soljačicin johtama Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijaryhmä otti uuden askeleen kohti langattoman sähkötekniikan muuttamista laboratorion "keskeisyydestä" replikoitavaksi teknologiaksi. Melko yllättäen he löysivät vaikutuksen, joka mahdollistaa lähetystehokkuuden lisäämisen. Mutta ennen kuin puhutaan uudesta kokeilusta, kannattaa tehdä poikkeama.

Tässä tapauksessa energian kantajana käytetään lähellä olevaa magneettikenttää, joka värähtelee useiden megahertsien korkealla taajuudella. Siirto vaatii kaksi magneettikelaa, jotka on viritetty samalle resonanssitaajuudelle. Tiedemiehet vertaavat energian siirtoa niiden välillä resonoivan lasikupin tuhoutumiseen, kun se "kuulee" tiukasti määritellyn taajuuden äänen.

Idealisoidut (tässä kuvassa) magneettikelat (keltaiset), joita ympäröivät kentät (punainen ja sininen), siirtävät energiaa toisilleen etäisyydellä D, joka on monta kertaa suurempi kuin itse kelojen koko. Tätä tiedemiehet kutsuvat resonanssimagneettiseksi kytkimeksi (tai kytkennäksi) - Resonant Magnetic Coupling (kuva WiTricity).

Kelojen vuorovaikutuksen tuloksena saadaan "langaton sähkö" (WiTricity). Muuten, tämä sana on tavaramerkki, joka kuuluu Soljachichin ja useiden hänen kollegansa MIT:n perustamalle samannimiselle yhtiölle. Yhtiö ilmoittaa, että termi koskee vain sen teknologiaa ja siihen perustuvia tuotteita. Suuri pyyntö on olla käyttämättä "valkoisuutta" synonyyminä langattomalle voimansiirrolle yleensä.

Keksijät pyytävät myös olemaan sekoittamatta WiTricityä energian siirtoon sähkömagneettisten aaltojen kautta: he sanovat, että uusi menetelmä on "ei-säteily".

Ja muutama tärkeä "ei" tekijöiden ilmoittama. WiTricity ei ole analogia muuntajalle, jonka käämit ovat erotettu useilla metreillä (jälkimmäinen tässä tapauksessa lakkaa toimimasta). Tämä ei ole parannettu sähköhammasharja: vaikka se voidaan ladata ilman sähköistä kosketusta, se vaatii silti sijoittamisen "telakointiasemaan", jotta lähettävät ja vastaanottavat induktiiviset kelat lähentyvät millimetrin etäisyydelle. Whitecity ei ole mikroaaltouuni, joka pystyy paistamaan elävää esinettä, koska WiTricity-järjestelmässä toimiva sykkivä magneettikenttä ei vaikuta ihmiseen. Lopuksi, "Wireless Electricity" ei ole edes "salaperäinen ja kauhea" Tesla Tower (Wardenclyffe Tower), jolla suuri keksijä aikoi demonstroida energian siirtymistä pitkän matkan päähän.

Marin ja hänen kollegansa suorittivat ensimmäisen kokemuksen langattomasta voimansiirrosta WiTricity-menetelmällä 60 watin hehkulampulle yli kahden metrin päässä lähteestä vuonna 2007. Tehokkuus oli alhainen - noin 40%, mutta jo silloin keksijät viittasivat uutuuden konkreettiseen plussaan - turvallisuuteen.

Järjestelmässä käytetty kenttä on 10 tuhatta kertaa heikompi kuin se, joka hallitsee magneettikuvausskannerin ytimessä. Joten elävät organismit, lääketieteelliset implantit, sydämentahdistimet ja muut tämän tyyppiset herkät laitteet tai kulutuselektroniikka eivät voi tuntea tämän kentän vaikutusta.

WiTricityn päätekijät ovat Marin Soljacic (vas.), Aristeidis Karalis ja John Joannopoulos. Oikealla: WiTricityn kaavio. Lähettimen kela (vasemmalla) on kytketty pistorasiaan. Vastaanotto - yhdistetty kuluttajaan. Ensimmäisen kelan (sininen) magneettikenttäviivat pystyvät kiertämään suhteellisen pieniä sähköä johtavia esteitä (eivätkä huomaa puuta, kangasta, lasia, betonia tai ihmistä ollenkaan) kuljettaen energiaa (keltaiset viivat) vastaanottajaan. sormus (kuva: MIT / Donna Coveney, WiTricity-kuva).

Nyt Soljacic ja hänen työtoverinsa ovat havainneet, että WiTricity-järjestelmän tehokkuuteen ei vaikuta pelkästään kelojen koko, geometria ja viritys sekä niiden välinen etäisyys, vaan myös kuluttajien määrä. Paradoksaalista kyllä, ensi silmäyksellä kaksi vastaanottolaitetta, jotka oli sijoitettu 1,6-2,7 metrin etäisyydelle lähettävän "antennin" molemmille puolille, osoittivat 10 % paremman hyötysuhteen kuin jos yhteys olisi tehty vain yhden lähteen ja kuluttajan välillä, koska oli tilanne aiemmissa kokeissa.

Lisäksi parannusta jäljitettiin riippumatta siitä, mikä tehokkuus oli lähetin-vastaanotin-pareille erikseen. Tutkijat ovat ehdottaneet, että uusien kuluttajien lisääntyessä tehokkuus edelleen kasvaa, vaikka ei ole vielä selvää, kuinka paljon. (Kokeen yksityiskohdat on julkaistu Applied Physics Lettersissä.)

Lähetyskelan pinta-ala uudessa kokeessa oli 1 neliömetri, ja vastaanottokelat olivat vain 0,07 m 2 kukin. Ja tämä on myös mielenkiintoista: aiempien kokeiden "vastaanottimien" tilavuus asetti kyseenalaiseksi teknologian valmistajien halun toimittaa laitteitaan tällaisilla järjestelmillä - tuskin kaipaisit itselatautuvaa kannettavaa tietokonetta, jonka WiTricity-lohko on verrattavissa kokoa itse tietokoneeseen.

Vasemmalla: 1 - erityinen piiri muuntaa tavallisen vaihtovirran korkeataajuiseksi, se syöttää lähetyskelaa, joka luo värähtelevän magneettikentän. 2 - kuluttajalaitteen vastaanottokela on viritettävä samalle taajuudelle. 3 - käämien välinen resonanssiyhteys muuttaa magneettikentän takaisin sähkövirraksi, joka syöttää hehkulamppua.
Oikealla: Järjestelmän tekijöiden mukaan yksi kela katossa voi syöttää virtaa kaikille huoneen laitteille ja laitteille - useista lampuista ja televisiosta kannettavaan tietokoneeseen ja DVD-soittimeen (kuvittanut WiTricity).

Mutta tärkeintä on, että kokonaistehokkuuden parantaminen useiden kuluttajien kanssa työskennellessään merkitsee vihreää valoa Soljachichin siniselle unelmalle - talolle, joka on täynnä erilaisia laitteita, jotka saavat virtansa näkymättömistä "säteilemättömistä säteilijöistä", jotka on piilotettu kattoon tai seiniin. huoneista.

Tai ehkä ei vain huoneissa, vaan myös autotallissa? Sähköauton voi tietysti ladata tavalliseen tapaan. Mutta WiTricityn kauneus on, että sinun ei tarvitse kytkeä mitään mihinkään ja edes muistaa tämä - teoriassa itse auto voidaan opettaa autotalliin (tai yrityksen parkkipaikalle) saapuessaan lähettämään "pyyntö" järjestelmä ja syötä akku lattiaan asetetusta magneettikelasta.

Muuten, joissakin kokeissa WiTricity-asiantuntijat lisäsivät lähetystehoa kolmeen kilowattiin (ja aloitimme muistaakseni 60 watin hehkulampulla). Tehokkuus vaihtelee riippuen koko parametrijoukosta, mutta yrityksen mukaan se voi riittävän tiiviillä keloilla ylittää 95%.

Ei ole vaikea arvata, että lupaava menetelmä siirtää sähköä useita metrejä ilman johtoja ja tarve kohdistaa jonkinlaisia "voimasäteitä" kiinnostaa monia yrityksiä. Jotkut työskentelevät jo yksin tähän suuntaan.

Esimerkiksi Soljacicin ja hänen kollegoidensa perustelemista ja testaamista periaatteista lähtien Intel kehittää nyt resonanssivoimansiirron modifikaatiotaan - Wireless Resonant Energy Link (WREL). Vuonna 2008 yritys saavutti tällä alalla loistavan tuloksen osoittamalla "magneettista" virransiirtoa 75 prosentin hyötysuhteella.

Yksi Intel WREL -prototyypeistä, joka siirtää langattomasti virtaa (yhdessä äänisignaalin kanssa) MP3-soittimesta pieneen kaiuttimeen (kuva osoitteesta gizmodo.com).

Sony toteuttaa nyt omia kokeita, jotka toistavat Massachusetts Technological Instituten fyysikkojen kokeita.

Soljacic luottaa kuitenkin siihen, että hänen innovaationsa ei katoa muiden kilpailijoiden tuotteisiin. Loppujen lopuksi juuri tekniikan löytäjät täyttivät sillä kartioita ja ovat valmiita sen syvälliseen tutkimiseen ja parantamiseen. Oletetaan, että jopa kelaparin asentaminen ei ole niin yksinkertaista kuin miltä näyttää pintapuolisella silmäyksellä. Tiedemies teki kokeita laboratoriossa useita vuosia peräkkäin ennen kuin hän rakensi järjestelmän, joka toimii todella luotettavasti.

Esittely LCD-näytöstä, joka toimii WiTricity-kotitalosarjan ensimmäisellä prototyypillä. Lähetyskela on lattialla, vastaanottokela pöydällä (kuva WiTricity).

"Wireless Electricity" sen tekijöiden mukaan suunniteltiin alun perin OEM-tuotteeksi. Siksi voimme tulevaisuudessa odottaa tämän tekniikan ilmestymistä muiden yritysten tuotteisiin.

Ja kokeilupallo potentiaalisille kuluttajille on jo käynnistetty. Tammikuussa CES 2010 -messuilla Las Vegasissa kiinalainen yritys Haier esitteli maailman ensimmäisen täysin langattoman HDTV-television. Sen lisäksi, että soittimen videosignaali välitettiin sen näytölle ilman kautta (johon käytettiin vain kuukautta aiemmin virallisesti syntynyttä Wireless Home Digital Interface -standardia), vaan myös virtalähde. Jälkimmäisen tarjosi juuri WiTricity-tekniikka.

Ja Soljachichin yritys neuvottelee huonekaluvalmistajien kanssa kelojen asentamisesta pöytiin ja kaapin seiniin. Kumppanin WiTricityn ensimmäinen sarjatuoteilmoitus on odotettavissa vuoden 2010 loppuun mennessä.

Yleensä asiantuntijat ennustavat todellisten bestsellereiden ilmestymistä markkinoille - uusia tuotteita, joissa on sisäänrakennettu WiTricity-vastaanotin. Eikä kukaan voi vielä varmuudella sanoa, millaisia asioita ne ovat.

Haier on yksi maailman suurimmista kulutuselektroniikan valmistajista. Ei ole yllättävää, että sen insinöörit kiinnostuivat mahdollisuudesta yhdistää uusimmat tekniikat HDTV-signaalin langattomaan siirtoon ja langattomaan virtalähteeseen, ja jopa onnistuivat olemaan ensimmäinen, joka näyttää tällaisen laitteen toiminnassa (photos engadget.com, gizmodo. fi).

Kummallista kyllä, WiTricityn historia alkoi useita vuosia sitten Marinin onnettomista heräämisistä. Useita kertoja kuukauden aikana hän heräsi tyhjentyneen puhelimen signaaliin ja pyysi "ruokaa". Tiedemies, joka unohti kytkeä matkapuhelimen pistorasiaan ajoissa, ihmetteli: eikö ole hassua, että puhelin sijaitsee muutaman metrin päässä sähköverkosta, mutta ei pysty vastaanottamaan tätä energiaa. Toisen heräämisen jälkeen kolmelta aamulla Soljacic ajatteli: olisi hienoa, jos puhelin voisi hoitaa itse latauksensa.

Huomaa, että emme heti puhuneet uudesta versiosta "mattoista" taskulaitteiden lataamiseen. Tällaiset järjestelmät toimivat vain, jos laite asetetaan suoraan "matolle", ja tämä ei ole parempi unohtaville ihmisille kuin tarve yksinkertaisesti kytkeä johdot pistorasiaan. Ei, puhelimen täytyi saada sähköä missä tahansa huoneessa tai jopa asunnossa, eikä sillä ole väliä, jätitkö sen pöydälle, sohvalle vai ikkunalaudalle.

Täällä tavallinen sähkömagneettinen induktio, suunnatut mikroaaltosäteet ja "varovaiset" infrapunalaserit eivät olleet sopivia. Marin ryhtyi etsimään muita vaihtoehtoja. Hän tuskin olisi silloin voinut ajatella, että piippaava ja "nälkäinen" puhelin saisi hänet hetken kuluttua luomaan oman yrityksen ja teknologian ilmaantumisen, joka voisi "nousta otsikoihin" ja mikä tärkeintä, kiinnostaa teollisia kumppaneita.

Lisätään vielä, että yhtiön toiminnanjohtaja Eric Giler puhui kerran yksityiskohtaisesti WiTricityn periaatteista, historiasta ja tulevaisuudesta.

Langaton sähkön siirto

Langaton sähkön siirto- menetelmä sähköenergian siirtämiseksi ilman johtavien elementtien käyttöä sähköpiirissä. Vuoteen mennessä oli suoritettu onnistuneita kokeita energian siirtämisestä kymmenien kilowattien luokkaa olevalla teholla mikroaaltoalueella noin 40 prosentin hyötysuhteella - vuonna 1975 Kalifornian Goldstonessa ja vuonna 1997 Grand Bassinissa Reunionissa. Saari (kilometrin luokkaa, tutkimus kylän sähkönjakelun alalla ilman kaapelin asettamista sähköverkkoihin). Tällaisen lähetyksen teknologiset periaatteet sisältävät induktiivisen (lyhyillä etäisyyksillä ja suhteellisen pienillä tehoilla), resonoivan (käytetään kontaktittomissa älykorteissa ja RFID-siruissa) ja suunnatun sähkömagneettisen suhteellisen pitkiä etäisyyksiä ja tehoja varten (alueella ultraviolettisäteilystä mikroaaltoon).

Langattoman voimansiirron historia

1820 : André Marie Ampère löysi lain (myöhemmin nimetty löytäjän mukaan, Ampèren laki), joka osoittaa, että sähkövirta tuottaa magneettikentän.
1831 Tarina: Michael Faraday löysi induktiolain, tärkeän sähkömagnetismin peruslain.
1862 : Carlo Matteuchi oli ensimmäinen, joka suoritti kokeita sähköisen induktion lähettämisestä ja vastaanottamisesta litteät kierteiset kelat.
1864 : James Maxwell systematisoi kaikki aiemmat havainnot, kokeet ja yhtälöt sähkön, magnetismin ja optiikan alalla yhtenäiseksi teoriaksi ja tiukkaan matemaattisen kuvauksen sähkömagneettisen kentän käyttäytymisestä.
1888 : Heinrich Hertz vahvisti sähkömagneettisen kentän olemassaolon. " Laitteet sähkömagneettisen kentän muodostamiseen» Hertz oli mikroaalto- tai UHF-kipinä "radioaaltolähetin".
1891 : Nikola Tesla paransi RF-virtalähteen Hertzian-aaltolähetintä patentissaan nro. 454.622, "Sähköinen valaistusjärjestelmä."
1893 : Tesla esittelee langatonta loistelamppua Columbian maailmannäyttelyssä Chicagossa.
1894 : Tesla sytyttää hehkulampun langattomasti Fifth Avenue Laboratoryssa ja myöhemmin Houston Street Laboratoryssa New Yorkissa "elektrodynaamisella induktiolla" eli langattomalla resonanssilla keskinäisellä induktiolla.
1894 : Jagdish Chandra Bose sytyttää etänä ruudin ja iskee kelloa käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja, mikä osoittaa, että viestintäsignaaleja voidaan lähettää langattomasti.
1895 : A. S. Popov esitteli keksimäänsä radiovastaanotinta Venäjän fysikaalis-kemian seuran fysiikan osaston kokouksessa 25. huhtikuuta (7. toukokuuta)
1895 : Bosche lähettää signaalin noin yhden mailin etäisyydellä.
1896 : Guglielmo Marconi hakee radion keksintöä 2.6.1896.
1896 V: Tesla lähettää signaalin noin 48 kilometrin etäisyydellä.
1897 : Guglielmo Marconi lähettää morsekoodin tekstiviestin noin 6 km:n etäisyydellä radiolähettimen avulla.
1897 : Tesla hakee ensimmäisen langattoman tiedonsiirron patenttinsa.
1899 : Colorado Springsissä Tesla kirjoittaa: "Induktiomenetelmän epäonnistuminen näyttää valtavalta verrattuna maa- ja ilmavarausherätysmenetelmä».
1900 : Guglielmo Marconi ei pystynyt saamaan patenttia radion keksinnölle Yhdysvalloissa.
1901 : Marconi lähettää signaalin Atlantin valtameren yli käyttämällä Tesla-laitetta.
1902 : Tesla v. Reginald Fessenden: Yhdysvaltain patentin nro. 21.701 "Signaalinsiirtojärjestelmä (langaton). Hehkulamppujen valikoiva päällekytkentä, elektroniset logiikkaelementit yleensä.
1904 : St. Louisin maailmannäyttelyssä myönnetään palkinto onnistuneesta yrityksestä hallita 0,1 hv:n ilmalaivan moottoria. (75 W) tehosta, joka lähetetään etänä alle 100 jalan (30 metrin) etäisyyksillä.
1917 : Wardenclyffe Tower, jonka Nikola Tesla rakensi suorittaakseen kokeita suuren tehon langattomasta siirrosta, tuhoutuu.
1926 : Shintaro Uda ja Hidetsugu Yagi julkaisevat ensimmäisen artikkelin noin korkean vahvistuksen ohjattu suuntalinkki”, joka tunnetaan myös nimellä ”Yagi-Uda-antenni” tai ”aaltokanava-antenni”.
1961 : William Brown julkaisee artikkelin mahdollisuudesta siirtää energiaa mikroaaltojen kautta.
1964 : William Brown ja Walter Cronict osoittavat mieltään kanavalla CBS:n uutiset helikopterimalli, joka saa kaiken tarvitsemansa energian mikroaaltouunista.
1968 : Peter Glaser ehdottaa aurinkoenergian langatonta siirtoa avaruudesta käyttämällä "Power Beam" -tekniikkaa. Tätä pidetään ensimmäisenä orbitaalisen voimajärjestelmän kuvauksena.
1973 : Maailman ensimmäinen passiivinen RFID-järjestelmä esiteltiin Los Alamos National Laboratoryssa.
1975 : Goldstone Deep Space Communications Complex kokeilee kymmenien kilowattien tehonsiirtoa.
2007 : Massachusetts Institute of Technologyn professori Marin Soljachichin johtama tutkimusryhmä lähetti langattomasti 2 metrin etäisyydelle tehon, joka riittää sytyttämään 60 W hehkulampun teholla 60 W. 40%, käyttämällä kahta kelaa, joiden halkaisija on 60 cm.
2008 : Bombardier tarjoaa uuden langattoman lähetystuotteen PRIMOVE, tehokkaan järjestelmän raitiovaunu- ja kevyen raideliikenteen sovelluksiin.
2008 : Intel toistaa Nikola Teslan vuoden 1894 ja John Brownin vuoden 1988 langattoman tehonsiirron kokeet tehokkaaseen hehkulamppuun. 75 %.
2009 : Kiinnostuneista yrityksistä koostuva yhteenliittymä Wireless Power Consortium on ilmoittanut saavansa pian päätökseen uuden alan standardin pienitehoisille induktiolatureille.
2009 : Teollisuustaskulamppu otetaan käyttöön, joka voi toimia ja ladata turvallisesti ilman kosketusta syttyvän kaasun kyllästetyssä ilmakehässä. Tämän tuotteen on kehittänyt norjalainen Wireless Power & Communication - yritys .
2009 : Haier Group esitteli maailman ensimmäisen täysin langattoman LCD-television, joka perustuu professori Marin Soljacicin tutkimukseen langattomasta tehonsiirrosta ja langattomasta kodin digitaalisesta käyttöliittymästä (WHDI).

Tekniikka (ultraäänimenetelmä)

Pennsylvanian yliopiston opiskelijoiden keksintö. Installaatio esiteltiin ensimmäistä kertaa suurelle yleisölle The All Things Digital (D9) -tapahtumassa vuonna 2011. Kuten muissakin menetelmissä jonkin asian langattomassa lähettämisessä, käytetään vastaanotinta ja lähetintä. Lähetin lähettää ultraääntä, vastaanotin puolestaan muuntaa kuullun sähköksi. Esityshetkellä lähetysetäisyys on 7-10 metriä, vastaanottimeen ja lähettimeen tarvitaan suora näköyhteys. Tunnetuista ominaisuuksista - lähetetty jännite saavuttaa 8 volttia, mutta tuloksena olevaa virran voimakkuutta ei raportoida. Käytetyillä ultraäänitaajuuksilla ei ole vaikutusta ihmisiin. Ei myöskään ole näyttöä kielteisistä vaikutuksista eläimiin.

Sähkömagneettinen induktiomenetelmä

Sähkömagneettisen induktion langaton lähetystekniikka käyttää lähellä sähkömagneettista kenttää noin kuudesosan aallonpituuden etäisyyksillä. Lähikenttäenergia itsessään ei ole säteilyä, mutta joitain säteilyhäviöitä esiintyy silti. Lisäksi yleensä esiintyy myös resistiivisiä häviöitä. Elektrodynaamisesta induktiosta johtuen ensiökäämin läpi kulkeva vaihtosähkövirta muodostaa vaihtuvan magneettikentän, joka vaikuttaa toisiokäämiin ja indusoi siihen sähkövirran. Korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi vuorovaikutuksen tulee olla riittävän läheistä. Kun toisiokäämi siirtyy pois ensiökäämistä, yhä suurempi osa magneettikentästä ei saavuta toisiokäämiä. Jopa suhteellisen lyhyillä etäisyyksillä induktiivisesta kytkennästä tulee erittäin tehotonta, mikä tuhlaa suuren osan siirretystä energiasta.

Sähkömuuntaja on yksinkertaisin laite langattomaan tehonsiirtoon. Muuntajan ensiö- ja toisiokäämiä ei ole kytketty suoraan. Energian siirto tapahtuu prosessin kautta, joka tunnetaan nimellä keskinäinen induktio. Muuntajan päätehtävä on lisätä tai vähentää ensiöjännitettä. Matkapuhelimien ja sähköhammasharjojen kontaktittomat laturit ovat esimerkkejä sähködynaamisen induktion periaatteen käytöstä. Myös induktiokeittimet käyttävät tätä menetelmää. Langattoman tiedonsiirtomenetelmän suurin haitta on sen erittäin lyhyt kantama. Vastaanottimen on oltava lähellä lähetintä, jotta se voi kommunikoida tehokkaasti sen kanssa.

Resonanssin käyttö lisää hieman lähetysaluetta. Resonanssiinduktiolla lähetin ja vastaanotin viritetään samalle taajuudelle. Suorituskykyä voidaan parantaa entisestään muuttamalla käyttövirran aaltomuotoa sinimuotoisesta ei-sinimuotoiseen transienttiaaltomuotoon. Pulssienergian siirto tapahtuu useiden jaksojen aikana. Näin ollen kahden keskenään viritetyn LC-piirin välillä voidaan siirtää merkittävää tehoa suhteellisen pienellä kytkentäkertoimella. Lähetys- ja vastaanottokelat ovat pääsääntöisesti yksikerroksisia solenoideja tai litteää kelaa, jossa on joukko kondensaattoreita, joiden avulla voit virittää vastaanottoelementin lähettimen taajuudelle.

Resonoivan elektrodynaamisen induktion yleinen sovellus on akkujen lataaminen kannettavissa laitteissa, kuten kannettavissa tietokoneissa ja matkapuhelimissa, lääketieteellisissä implanteissa ja sähköajoneuvoissa. Lokalisoitu lataustekniikka käyttää sopivan lähetyskelan valintaa monikerroksisessa käämiryhmärakenteessa. Resonanssia käytetään sekä langattomassa latausalustassa (lähetyssilmukka) että vastaanotinmoduulissa (rakennettu kuormaan) maksimaalisen tehonsiirron varmistamiseksi. Tämä siirtotekniikka sopii yleiskäyttöisille langattomille lataustyynyille kannettavan elektroniikan, kuten matkapuhelimien, lataamiseen. Tekniikka on otettu käyttöön osana langatonta Qi-latausstandardia.

Resonanssisähködynaamista induktiota käytetään myös muiden kuin akkulaitteiden, kuten RFID-tunnisteiden ja kontaktittomien älykorttien, virransyöttöön sekä sähköenergian siirtämiseen ensisijaisesta kelasta kierukkamaiseen Tesla-muuntajaresonaattoriin, joka on myös langaton sähköenergian lähetin.

sähköstaattinen induktio

Vaihtovirta voidaan siirtää ilmakehän kerrosten läpi, joiden ilmanpaine on alle 135 mmHg. Taide. Virta kulkee sähköstaattisella induktiolla alemman ilmakehän läpi noin 2-3 mailia merenpinnan yläpuolella ja ionivuolla, eli sähkönjohtamisella yli 5 km:n korkeudessa sijaitsevan ionisoidun alueen läpi. Voimakkaita pystysuoraa ultraviolettisäteilyn säteitä voidaan käyttää ilmakehän kaasujen ionisoimiseen suoraan kahden kohotetun terminaalin yläpuolella, mikä johtaa korkeajännitteisten plasmavoimalinjojen muodostumiseen, jotka johtavat suoraan ilmakehän johtaviin kerroksiin. Tämän seurauksena kahden korotetun navan väliin muodostuu sähkövirta, joka kulkee troposfääriin, sen läpi ja takaisin toiseen liittimeen. Sähkönjohtavuus ilmakehän kerrosten läpi tulee mahdolliseksi kapasitiivisen plasmapurkauksen ansiosta ionisoidussa ilmakehässä.

Nikola Tesla havaitsi, että sähköä voidaan siirtää sekä maan että ilmakehän läpi. Tutkimuksensa aikana hän saavutti lampun syttymisen kohtalaisilla etäisyyksillä ja tallensi sähkön siirtymisen pitkiä matkoja. Wardenclyffe Tower suunniteltiin transatlanttisen langattoman puhelintoiminnan kaupalliseksi hankkeeksi, ja siitä tuli todellinen osoitus mahdollisuudesta siirtää sähköä langattomasti maailmanlaajuisesti. Asennusta ei saatu päätökseen riittämättömän rahoituksen vuoksi.

Maa on luonnollinen johdin ja muodostaa yhden johtavan piirin. Paluulenkki toteutetaan troposfäärin ylemmän ja alemman stratosfäärin läpi noin 4,5 mailin (7,2 km) korkeudessa.

Nikola Tesla ehdotti vuoden 1904 alussa maailmanlaajuista sähkönsiirtojärjestelmää ilman johtoja, niin sanottua "World Wireless System" -järjestelmää, joka perustuu plasman korkeaan sähkönjohtavuuteen ja maan korkeaan sähkönjohtavuuteen, ja se olisi voinut aiheuttaa Tunguska-meteoriitti, joka johtuu varautuneen ilmakehän ja maan välisestä "oikosulusta".

Maailmanlaajuinen langaton järjestelmä

Kuuluisan serbialaisen keksijän Nikola Teslan varhaiset kokeet koskivat tavallisten radioaaltojen eli hertsiaaltojen, avaruudessa leviävien sähkömagneettisten aaltojen, leviämistä.

Vuonna 1919 Nikola Tesla kirjoitti: "Olen oletettavasti aloittanut langattoman tiedonsiirron työskentelyn vuonna 1893, mutta itse asiassa vietin edelliset kaksi vuotta laitteiden tutkimiseen ja suunnitteluun. Minulle oli alusta asti selvää, että menestystä voidaan saavuttaa useilla radikaaleilla päätöksillä. Ensin oli tarkoitus luoda suurtaajuusgeneraattorit ja sähköoskillaattorit. Niiden energia oli muutettava tehokkaiksi lähettimiksi ja vastaanotettava etäältä oikeilla vastaanottimilla. Tällainen järjestelmä olisi tehokas, jos kaikki ulkopuoliset häiriöt suljetaan pois ja sen täysi yksinoikeus varmistetaan. Ajan myötä ymmärsin kuitenkin, että jotta tällaiset laitteet toimisivat tehokkaasti, niiden suunnittelussa on otettava huomioon planeettamme fyysiset ominaisuudet.

Yksi maailmanlaajuisen langattoman järjestelmän luomisen edellytyksistä on resonanssivastaanottimien rakentaminen. Sellaisenaan voidaan käyttää maadoitettua Tesla-kelakierukkaresonaattoria ja korotettua päätelaitetta. Tesla esitti henkilökohtaisesti toistuvasti sähköenergian langattoman siirron lähettävästä Tesla-kelasta vastaanottavaan. Tästä tuli osa hänen langatonta siirtojärjestelmäänsä (US-patentti nro 1 119 732, Apparatus for Transmitting Electrical Power, 18. tammikuuta 1902). Tesla ehdotti yli kolmenkymmenen vastaanotto- ja lähetysaseman asentamista ympäri maailmaa. Tässä järjestelmässä ottokäämi toimii alennusmuuntajana, jolla on korkea lähtövirta. Lähetyskelan parametrit ovat samat kuin vastaanottokelan.

Teslan Worldwide Wireless Systemin tavoitteena oli yhdistää voimansiirto yleisradiotoimintaan ja suuntaavaan langattomaan tietoliikenteeseen, mikä eliminoisi monet korkeajännitteiset voimalinjat ja helpottaisi sähköntuotantolaitosten yhteenliittämistä maailmanlaajuisesti.

Katso myös

energiasäde

Huomautuksia

"Sähkö Columbian näyttelyssä", kirjoittanut John Patrick Barrett. 1894, s. 168-169
Kokeet erittäin korkeataajuisilla vaihtovirroilla ja niiden soveltaminen keinovalaisumenetelmiin, AIEE, Columbia College, N.Y., 20. toukokuuta 1891
Kokeilut korkeapotentiaalisten ja korkeataajuisten vaihtoehtoisten virtojen kanssa, IEE-osoite, Lontoo, helmikuu 1892
On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, helmikuu 1893 ja National Electric Light Association, St. Louis, maaliskuu 1893
Jagdish Chandra Bosen työ: 100 vuotta mm-aaltotutkimusta
Jagadish Chandra Bose
Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon, s. 26-29. (Englanti)
5. kesäkuuta 1899, Nikola Tesla Colorado Spring Notes 1899-1900, Nolit, 1978 (englanniksi)
Nikola Tesla: Ohjatut aseet ja tietokonetekniikka
Sähköasentaja(Lontoo), 1904 (englanniksi)
Scanning the Past: Sähkötekniikan historia menneisyydestä, Hidetsugu Yagi
Selvitys voimansiirron elementeistä mikroaaltosäteellä, vuonna 1961 IRE Int. Conf. Rec., vol. 9, osa 3, s. 93-105
IEEE Microwave Theory and Techniques, Bill Brownin ansiokas ura
Voimaa auringosta: sen tulevaisuus, Science Vol. 162, s. 957-961 (1968)
Solar Power Satellite -patentti
RFID:n historia
Space Solar Energy -aloite
Langaton sähkönsiirto aurinkoenergiasatelliittiin (SPS) (N. Shinoharan toinen luonnos), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
W. C. Brown: The History of Power Transmission by Radio Waves: Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions syyskuussa 1984, v. 32 (9), s. 1230-1242 (englanniksi)
Langaton tehonsiirto vahvasti kytkettyjen magneettiresonanssien kautta. Tiede (7. kesäkuuta 2007). arkistoitu,
Ansaittu uusi menetelmä langattomaan sähkönsiirtoon (rus.). MEMBRNA.RU (8. kesäkuuta 2007). Arkistoitu alkuperäisestä 29. helmikuuta 2012. Haettu 6. syyskuuta 2010.
Bombardier PRIMOVE -tekniikka
Intel kuvittelee kannettavan tietokoneen langattoman tehon
langattoman sähkön erittely valmistumassa
TX40 ja CX40, Ex-hyväksytty taskulamppu ja laturi
Haierin langattomasta HDTV:stä puuttuu johdot, hoikka profiili (video) (englanniksi),
Langaton sähkö hämmästytti luojiaan (venäjäksi). MEMBRANA.RU (16. helmikuuta 2010). Arkistoitu alkuperäisestä 26. helmikuuta 2012. Haettu 6. syyskuuta 2010.
Eric Giler esittelee langatonta sähköä | Video osoitteessa TED.com
"Nikola Tesla ja maan halkaisija: keskustelu yhdestä Wardenclyffe Towerin monista toimintatavoista", K. L. Corum ja J. F. Corum, Ph.D. 1996
William Beaty, Yahoo Wireless Energy Transmission Tech Group Message #787, uusintapainos WIRELESS TRANSMISSION THEORY -julkaisussa.
Odota, James R., The Ancient and Modern History of EM Ground-Wave Propagation" IEEE Antennas and Propagation Magazine, Voi. 40, ei. 5, lokakuuta 1998.
SÄHKÖENERGIAN SIIRTOJÄRJESTELMÄ, syyskuu. 2, 1897, U.S. Patentti nro 645,576, maaliskuu 20, 1900.

Minun on sanottava tässä, että kun jätin 2. syyskuuta 1897 hakemukset energian siirtoa varten, jossa tämä menetelmä paljastettiin, minulle oli jo selvää, että minulla ei tarvinnut olla terminaaleja näin korkealla, mutta minä Allekirjoitukseni yläpuolella ei ole koskaan ilmoitettu mitään, mitä en ole todistanut ensin. Tästä syystä yhtään väitettäni ei koskaan kiistetty, enkä usko, että se tulee olemaan, koska aina kun julkaisen jotain, käyn sen ensin läpi kokeilemalla, sitten kokeesta lasken ja kun teoria ja käytäntö kohtaavat. Ilmoitan tulokset.

Tuolloin olin aivan varma, että pystyisin rakentamaan kaupallisen tehtaan, jos en voisi tehdä muuta kuin mitä olin tehnyt laboratoriossani Houston Streetillä; mutta olin jo laskenut ja todennut, etten tarvinnut suuria korkeuksia soveltaakseni tätä menetelmää. Patenttini sanoo, että hajoitan ilmakehän "terminaalissa tai lähellä". Jos johtava ilmapiirini on 2 tai 3 mailia laitoksen yläpuolella, pidän tätä hyvin lähellä terminaalia verrattuna vastaanottopäätteeni etäisyyteen, joka voi olla Tyynenmeren toisella puolella. Se on yksinkertaisesti ilmaisu. . . .

Nikola Tesla työstään vaihtovirtojen parissa ja niiden soveltamisesta langattomaan lennätykseen, puheluihin ja voimansiirtoon

Energian siirtymisen ongelmaa etäisyyden yli ei ole vielä ratkaistu. Vaikka se sijoittui vuosisadan vaihteeseen. Ensimmäinen, joka pystyi toteuttamaan tämän unelman, oli Nikola Tesla: "Energian siirtyminen ilman johtoja ei ole teoria eikä vain todennäköisyys, kuten useimmat ihmiset ajattelevat, vaan ilmiö, jonka olen kokeellisesti osoittanut useiden vuosien ajan. Itse idea ei tullut mieleeni heti, ja pitkän ja asteittaisen kehityksen seurauksena siitä tuli looginen seuraus tutkimukselleni, mikä osoitti vakuuttavasti vuonna 1893, kun esittelin ensimmäistä kertaa maailmalle langattoman järjestelmäni suunnitelman. energian siirto eri tarkoituksiin.Kokeeni suurtaajuisilla virroilla olivat ensimmäiset julkisesti tekemäni, ja ne herättivät eniten kiinnostusta niiden avautuneiden mahdollisuuksien sekä itse ilmiöiden hämmästyttävän luonteen vuoksi. nykyaikaiset laitteet arvostavat tehtävän vaikeutta, kun minulla oli käytössäni primitiivisiä laitteita.

Nikola Tesla suunnitteli vuonna 1891 resonanssimuuntajan (Tesla-muuntaja), joka mahdollistaa jopa miljoonan voltin amplitudin suurtaajuisten jännitteenvaihteluiden aikaansaamisen ja toi ensimmäisenä esiin suurtaajuisten virtojen fysiologiset vaikutukset. . Ukkosmyrskyn aikana havaitut seisovat sähkökentän aallot saivat Teslan ajatukseen mahdollisuudesta luoda järjestelmä sähkön tuottamiseksi generaattorista etäällä oleville kuluttajille ilman johtoja. Aluksi Tesla-käämiä käytettiin siirtämään energiaa pitkiä matkoja ilman johtoja, mutta pian tämä ajatus haihtui taustalle, koska tällä tavalla on lähes mahdotonta siirtää energiaa etäisyyden yli, syynä tähän on laitteen alhainen hyötysuhde. Teslan kela.

Tesla-muuntaja tai Tesla-kela on Nikola Teslan ainoa hänen nimeään kantava keksintö nykyään. Tämä on klassinen resonanssimuuntaja, joka tuottaa korkeaa jännitettä korkealla taajuudella. Tiedemies käytti tätä laitetta kokeissaan useissa eri koossa ja muunnelmissa. Laitetta vaadittiin 22. syyskuuta 1896 päivätyssä patentissa nro 568176 "Laitteeksi korkeataajuisten ja potentiaalisten sähkövirtojen tuottamiseen".

Tesla-keloja on 3 tyyppiä:

SGTC-kipinäväli Tesla kela - Tesla kela kipinävälissä.
VTTC-tyhjiöputki Tesla-kela - Tesla-kela radioputkessa.
SSTC-kiinteä Tesla-kela - Tesla-kela monimutkaisemmissa osissa.

Kuvaus muuntajan suunnittelusta. Perusmuodossaan se koostuu kahdesta kelasta - ensisijaisesta ja toissijaisesta - sekä vanteesta, joka koostuu kipinävälistä (katkaisin, Spark Gapin englanninkielinen versio löytyy usein), kondensaattorista ja liittimestä (näkyy "lähtönä" " kaaviossa). Toisin kuin monet muut muuntajat, tässä ei ole ferrimagneettista sydäntä. Siten kahden käämin välinen keskinäinen induktanssi on paljon pienempi kuin tavanomaisissa ferrimagneettisella ytimellä varustetuissa muuntajissa. Tällä muuntajalla ei myöskään käytännössä ole magneettista hystereesiä, magneettisen induktion muutoksen viivettä suhteessa virran muutokseen ja muita haittoja, jotka aiheutuvat ferromagneetin läsnäolosta muuntajan kentässä. Ensiökäämi yhdessä kondensaattorin kanssa muodostaa värähtelevän piirin, joka sisältää epälineaarisen elementin - kipinävälin (kipinäväli). Suojakytkin on yksinkertaisimmassa tapauksessa tavallinen kaasu; yleensä tehty massiivisista elektrodeista.

Toisiokäämi muodostaa myös värähtelevän piirin, jossa kapasitiivinen kytkentä toroidin, päätelaitteen, itse käämin kierrosten ja piirin muiden sähköä johtavien elementtien välillä Maan kanssa toimii kondensaattorina. Päätelaite (pääte) voidaan tehdä levyn, teroitettuna tapin tai pallon muotoiseksi. Terminaali on suunniteltu tuottamaan pitkiä, ennakoitavia kipinöitä. Tesla-muuntajan osien geometria ja suhteellinen sijainti vaikuttavat suuresti sen suorituskykyyn, mikä on samanlainen kuin minkä tahansa suurjännite- ja suurtaajuuslaitteiden suunnitteluongelma.

Toinen mielenkiintoinen laite on Van de Graaff -generaattori. Tämä on korkeajännitegeneraattori, jonka toimintaperiaate perustuu liikkuvan dielektrisen nauhan sähköistykseen. Ensimmäisen generaattorin kehitti amerikkalainen fyysikko Robert Van de Graaff vuonna 1929, ja sen avulla oli mahdollista saada jopa 80 kilovoltin potentiaaliero. Vuosina 1931 ja 1933 rakennettiin tehokkaampia generaattoreita, jotka mahdollistivat jopa 7 miljoonan voltin jännitteen saavuttamisen. Van de Graaff generaattoripiiri:

Suuri ontto metallielektrodi puolipallon muotoisen kupolin muodossa on asennettu korkeajännitteiseen eristävään pylvääseen. Sähkövarauskuljetinhihnan yläpää menee elektrodionteloon, joka on päätön tekstiilipohjainen kumihihna, joka on venytetty kahdelle metallipyörälle ja liikkuu yleensä nopeudella 20–40 m/s. Alempaa hihnapyörää, joka on asennettu metallilevylle, pyörittää sähkömoottori. Yläpyörä asetetaan korkeajännitteisen kupuelektrodin alle ja on täydellä koneen jännitteellä. Siellä sijaitsevat myös ionilähteen tehonsyöttöjärjestelmä ja itse lähde. Nauhan alapää kulkee tavanomaisen suurjännitelähteen tukeman elektrodin ohi korkealla jännitteellä suhteessa maahan aina 100 kV asti. Koronapurkauksen seurauksena nauhan elektronit siirtyvät elektrodille. Kuljettimen nostaman hihnan positiivista varausta kompensoivat ylhäältä kupolin elektronit, joka saa positiivisen varauksen. Maksimaalista saavutettavaa potentiaalia rajoittavat pylvään ja sitä ympäröivän ilman eristysominaisuudet. Mitä suurempi elektrodi, sitä suurempi potentiaali se kestää. Jos asennus on hermeettisesti suljettu ja sisätilat täytetty kuivalla painekaasulla, elektrodin mittoja tietylle potentiaalille voidaan pienentää. Varautuneita hiukkasia kiihdytetään tyhjennetyssä putkessa, joka sijaitsee korkeajänniteelektrodin ja "maan" välissä tai elektrodien välissä, jos niitä on kaksi. Van de Graaff -generaattorin avulla saadaan aikaan erittäin suuri potentiaali, joka mahdollistaa elektronien, protonien ja deuteronien kiihdyttämisen 10 MeV:n energiaan ja kaksoisvarausta kantavien alfahiukkasten kiihdyttämisen 20 MeV:iin asti. Varautuneiden hiukkasten energia generaattorin lähdössä on helposti säädettävissä erittäin tarkasti, mikä mahdollistaa tarkat mittaukset. Protonisäteen virta vakiotilassa on 50 μA ja pulssitilassa se voidaan nostaa 5 mA:iin.

Toimintaperiaate näkyy selvästi yksinkertaisessa käsityö, jossa LED voi syttyä langattomasti 2 cm:n etäisyydellä energialähteestä. Boost-muuntimena sekä langattomana teholähettimenä ja -vastaanottimena toimivaa piiriä voidaan parantaa ja toteuttaa monissa aivoprojektit.

Vaihe 1: Tarvitsemme

NPN-transistori - Käytin 2N3904:ää, mutta voit käyttää mitä tahansa NPN-transistoria (337, BC547 jne.), PNP-transistori toimii myös, ole vain varovainen liitäntöjen napaisuuden suhteen.
käämitys tai eristetty johto - noin 3-4 metriä (johtimia voidaan "saada" monista laitteista, muuntajista, kaiuttimista, moottoreista, releistä jne.)
1 kΩ vastus - käytetään suojaamaan transistoria palamiselta ylikuormituksen sattuessa, voit myös käyttää vastuksia 5 kΩ asti, voit myös ilman vastusta, mutta silloin akku purkautuu nopeammin.
LED - kuka tahansa tekee, tärkeintä on seurata järjestelmää.
1,5 V akku - älä käytä korkeamman jännitteen akkuja, jotta transistoria ei vaurioidu.
sakset tai veitsi.
juotosrauta (valinnainen).
sytytin (valinnainen) eristyksen poistamiseen johtimista.

Vaihe 2: Katso prosessivideo

Vaihe 3: Yhteenveto videosta

Joten kelaamme 30 kierroksen kelaa lieriömäiselle esineelle, tämä on kela A. Seuraavaksi kelaamme toisen saman halkaisijan olevan kelan, mutta samalla kelaamme 15 kierrosta ja teemme tapin ja sitten vielä 15 kierrosta. kierrosta, tämä on kela B. Kiinnitämme kelat millä tahansa sopivalla tavalla, esimerkiksi tekemällä solmuja kelan johtimista. Tärkeä seikka: tämän oikean toiminnan kannalta käsitöitä molempien kelojen halkaisijoiden ja kierrosten lukumäärän on oltava samat.

Puhdistamme molempien kelojen päätelmät ja jatkamme piirin juottamiseen. Päätämme transistorin emitterin, kannan ja kollektorin ja juotamme vastuksen kantaan. Juotamme vastuksen toisen lähdön kelan B vapaaan lähtöön, ei lähtö-ulostuloon. Käämin B toinen vapaa lähtö, joka ei taaskaan ole hana, juotetaan kollektoriin.

Mukavuussyistä voit juottaa pienen palan johtoa emitteriin, jolloin akun kytkeminen on helpompaa.

Vastaanotinpiiri on helppo koota: juota LED kelan A liittimiin. Ja aivotemppu valmis!

Vaihe 4: Kaaviokaavio

Vaihe 5: Visuaalinen piirustus

Vaihe 6: Testaus

Näyttelijäksi kotitekoinen toimivassa tilassa yhdistämme kelan B hanan akun "plussaan" ja "miinus" transistorin emitteriin. Sitten tuomme kelat rinnakkain ja diodi hehkuu!

Vaihe 7: Selitys

Selitän hieman, kuinka kaikki toimii.

lähetin meillä käsityö tämä on oskillaattoripiiri. Olet ehkä kuullut "varastavasta Joule-piiristä", joka on hämmästyttävän samanlainen kuin lähetinpiirimme. "Varastavassa Joule-piirissä" 1,5 V:n akusta tuleva sähkö muunnetaan korkeammaksi jännitteeksi, mutta pulssivoimaiseksi. LED vaatii 3V, mutta "varastavan Joule-piirin" ansiosta se hehkuu täydellisesti 1,5 V:sta.

"Joule-varaspiiri" tunnetaan muuntimena ja generaattorina, luomamme piiri on myös generaattori ja muuntaja. Ja energia syötetään LEDiin keloissa tapahtuvan induktion kautta, mikä voidaan selittää esimerkki aivoista perinteinen muuntaja.

Oletetaan, että muuntajassa on kaksi identtistä käämiä. Sitten, kun sähkö kulkee yhden kelan läpi, siitä tulee magneetti, toinen kela tulee ensimmäisen magneettikenttään ja seurauksena myös virta alkaa kulkea sen läpi. Jos ensimmäisen kelan jännite on muuttuva, se menettää impulsiivisesti magneettiset ominaisuutensa, mikä tarkoittaa, että toinen kela siirtyy impulsiivisesti ensimmäisen magneettikenttään, eli toiseen kelaan muodostuu vaihtojännite.

Meidän kotitekoinen lähetinkela luo magneettikentän, johon vastaanotinkela on kytketty LEDiin, joka muuttaa vastaanotetun energian valoksi!

Esitetty aivotemppu muuntaa vastaanotetun energian valoksi, mutta sitä voidaan käyttää monipuolisemmin. Voit myös soveltaa tämän periaatteita kotitekoinen luoda taikatemppuja, hauskoja lahjoja tai tiedeprojekteja. Jos muutat kelojen halkaisijoita ja kierrosten lukumäärää, voit saavuttaa maksimiarvot tai voit muuttaa kelojen muotoa jne., mahdollisuudet eivät ole rajoitetut!

Vaihe 9: Vianetsintä

Tätä luodessaan kotitekoinen seuraavat ongelmat ovat mahdollisia:
Transistori on liian kuuma - tarkista vastuksen arvo, sitä on ehkä lisättävä. Aluksi en käyttänyt vastusta, ja transistori paloi prosessissa. Tai vaihtoehtoisesti käytä jäähdytyselementtiä transistorille tai ehkä toista transistoria, jolla on suurempi vahvistusarvo.
LED-valo ei syty - syitä voi olla monia. Tarkista liitännän laatu, onko pohja ja kollektori juotettu oikein, varmista, että käämit ovat halkaisijaltaan yhtä suuria, jos piirissä on oikosulku.

Tämän päivän perehdytyskokeilu on ohi, kiitos huomiostasi ja menestyksestä työssäsi!