Передача электроэнергии на расстояния без проводов.
Учёные с давних времен изучают вопрос о передаче электроэнергии на расстояния. Такие учёные как А.М Ампер, М. Фарадей, Дж. К. Максвелл, Г. Герц, А.С. Попов, внесли большой вклад по передаче электроэнергии без помощи проводов. Особый вклад внёс Никола Тесла. Он постоянно работал над этим вопросом и добился большого успеха.
Одно из его знаменитых изобретений — это «катушка Тесла». катушка Тесла представляет собой резонансный трансформатор. Назначение трансформатора - изменение значения напряжения электрического тока. Эти приборы бывают соответственно понижающие и повышающие. С точки зрения электроники катушка Тесла представляет собой две обмотки без общего сердечника и с разным числом витков. Трансформатор Тесла - повышающий трансформатор. Напряжение на выходе такого трансформатора возрастает в сотни раз и может достигать значений порядка миллиона вольт.
На катушке Тесла мы можем наблюдать тороидальные фигуры. Тороид является важной составляющей катушки Тесла и изготавливается, как правило, из алюминиевых гофров. В составе этого устройства он выполняет следующие функции:
уменьшает резонансную частоту;
аккумулирует энергию перед образованием стримера;
создает электростатическое поле, отталкивающее стример от вторичной обмотки трансформатора.
Вторичная обмотка — основная составляющая катушки Тесла, которую также называют просто «вторичка». Обмотка, как правило, содержит около 800-1200 витков. Исходя из необходимого количества витков выбирается диаметр провода обмотки. Стандартное отношение длины вторичной обмотки катушки к ее диаметру — 4:1 или 5:1. Для того, чтобы витки не расползались, их покрывают лаком.
Первичная обмотка (или первичка) катушки Тесла должна иметь низкое сопротивление, так как по ней будет проходить большой ток. Обычно ее изготавливают из проводов сечением более, чем 6 миллиметров. Также в качестве первичной обмотки часто используют медную трубу для кондиционеров. Форма первичной обмотки — цилиндрическая, плоская или коническая. Защитное кольцо — незамкнутый плоский виток заземленного медного провода. Кольцо устанавливается для того, чтобы стример из тороида, попав в первичную обмотку, не вывел из строя электронику.
Никола Тесла своими опытами доказывал существование эфира. У ученого была идея использовать эфир как источник энергии. Так, Тесла хотел отказаться от проводной передачи энергии и передавать электричество по всему миру без проводов посредством эфира.
Эфир – это физическая среда, гипотетическое вещество или поле, которое заполняет пространство Вселенной. Эфир отвечает за распространение электромагнитного и гравитационного взаимодействия.
Для передачи электроэнергии предполагалось на полюсах Земли установить две гигантские катушки. В настоящий момент теория эфира не используется в современной физике, так как после появления теории относительности необходимость в понятии «эфир» просто отпала. Тем не менее, появляются новые взгляды на концепцию эфира, и полностью списывать ее со счетов не стоит. Многие ученые до сих пор ведут споры о том, существует эфир, или нет, а в физике даже появился новый раздел, изучающий этот вопрос (эфиродинамика).
К сожалению, выбранное Теслой направление не разрабатывалось на более глубоком уровне. Вдобавок его считали странным ученым, который так и не захотел выйти на путь поиска экономических выгод своих исследований. Кроме этого наступала другая эра – время вакуумных изобретений. Многие архивы Теслы были утеряны при загадочных обстоятельствах. Даже если Тесла и узнал, как получить практически неиссякаемый источник энергии, то сейчас эта информация недоступна. Редкий гений Теслы опередил свое время, а мир оказался просто не готов к его идеям.
Основное отличие этого изобретения состоит в том, что у его изобретателя получалось при частоте в несколько сот килогерц получить напряжение, превышающее 15 млн вольт. Это устройство смотрится невероятно странно, пугающе, но и в той же мере красиво: отсутствие железного сердечника, толстый наружный слой первичной обмотки и толстый внутренний слой вторичной обмотки.
3 способа передачи энергии без проводов — от Теслы до наших дней.
1 Способ. Изобретение Николы Теслы это один из способов передачи электроэнергии на расстояние без помощи проводов, который относится к катушечным методам. У такого метода есть свои недостатки:
Маленькая мощность.
Небольшое расстояние.
Малый КПД.
Чтобы физически понять, насколько все плохо, нужно взять два магнита и прикинуть, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек. Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.
КПД такого метода не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния мы не сможем. Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.
2 Способ это лазерная передача энергии. Безусловно, с помощью лазера можно передать большое количество эл. энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка. К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.
На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$. В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат - 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии. Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.
3 Способ передачи электроэнергии без проводов – микроволны. специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении. Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, теряется всего пять процентов! Но для этого сначала нужно преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние. Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон. Обратное предобразование микроволн разделилось на два подхода: Американский и Советский.
В США еще в шестидесятых годах ученый У. Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток. Он даже дал ей свое название - ректенна. После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.
Недостатки ректенны то, что они были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них - это передача всего нескольких ватт мощности. А если передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели. И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение. Мало того, что потеряется из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не возможно.
В СССР все было несколько иначе. Весь секрет был в лампах. В МГУ два ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии. Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой ректенны - до 85%. Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:
Надёжность.
Большая мощность
Стойкость к перегрузкам
Отсутствие переизлучения
Невысокая цена изготовления.
1 588
39 804 
