Беспроводная передача электричества

Оглавление

1. Актуальность выбранного автором проекта

2. Цель проекта

3. Задачи выполнения работы

4. Гипотеза

5. Описание работы

а) Теоретическая часть

б) Практическая часть

1. Вывод

2. Список использованной литературы

1. Актуальность выбранного автором проекта

К 2019 году люди используют ресурсный потенциал нашей в весьма сильной степени, к тому же данная ситуация имеет еще и 3 важных обстоятельства: ограниченность ресурсов, рост населения планеты и фактор большого пространства деятельности человека. Именно последнее было выбрано как проблемное направление с возможным решением. Большую часть энергии человек использует именно в виде электричества. В местах жительства и работы, человека окружает огромное количество электроприборов, разных по целям своего назначения и своему строению, не считая одного важного условия – привязанности к электрогенератору, дающему энергию. В повседневной жизни мы видим зависимость от розеток и зарядок. И тем не менее, суть проблемы довольно ясна, что дает возможные пути ее решения. Более ста лет назад, Никола Тесла выдвигал идеи ее решения. К сожалению, в то время его идеи и потенциал не приняли, но теперь такая тема актуальна в максимальной степени.

1. Цель проекта

Выяснить методы и способы передачи электричества на расстоянии, найти оптимальный из них

1. Задачи выполнения работы

• Изучить историю беспроводной передачи электричества.

• Изучить литературу по вопросам теоретической составляющей темы.

• Собрать экспериментальную установку, показывающую суть явления беспроводной электропередачи.

• Обозначить достоинства и недостатки экспериментальной установки.

1. Гипотеза

В домашних условиях можно создать устройство для передачи электричества на расстояние

1. Описание работы

1. Теоретическая часть

• В 1820 году Андре Мари Ампер открыл закон (после названный в честь открывателя законом Ампера), показывающий, что электрический ток производит магнитное поле. Ампер провел в параллельных друг другу проводниках ток, причем в первом случае ток был сонаправлен, а во втором – противонаправлен. Соответственно в первом случае проводники притягивались, а в другом отталкивались.

• В 1831 году Майкл Фарадей открыл закон индукции, важный базовый закон электромагнетизма. Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле. Ток, возникающий в результате такого процесса, называют индукционным.

• В 1864 году Джеймс Максвелл систематизировал результаты наблюдений и экспериментов, изучил уравнения по электричеству, магнетизму и оптике, создал теорию и составил строгое математическое описание поведения электромагнитного поля.

• В 1888 году Генрих Герц подтвердил существование электромагнитного поля. «Аппарат для генерации электромагнитного поля» Герца представлял собой искровой передатчик «радиоволн» и создавал волны в частотах разных диапазонов.

• В 1891 году Никола Тесла улучшил и запатентовал передатчик волн Герца для радиочастотного энергоснабжения.

• В 1893 году Никола Тесла на всемирной выставке в Чикаго продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными лампами.

Рассматриваемое нами явление основано на классической электродинамике, в которой главное место отведено взаимодействию магнитного и электрического полей. Этот раздел физики имеет более чем двухсотлетнюю историю освоения.

Основываясь на принципах работы электродинамики, метод электромагнитной индукции представляет собой обобщенный вид работы трансформатора, а именно:

1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле.

2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке.

Данная система представлена на практике двумя основными устройствами: приемник и передатчик.

Таким образом, теоретическая модель бесконтактной электрической схемы уже существует и активно используется человечеством в жизни. Трансформаторы, домашние зарядки для телефонов и компьютеров. Стоит заметить, что явления электромагнитной индукции используются как в контактных, так и в бесконтактных устройствах заряда.

Никола Тесла еще при жизни хотел обеспечить мир системой беспроводного энергообеспечения. К сожалению, данная идея так и не нашла реализации. Тем не менее, в наше время технология используется многими компаниями.

В 2008 году фирма «Bombardier» предложила систему для беспроводной передачи энергии, названную «Primove» и предназначенную для применения в трамваях и двигателях малотоннажной железной дороги. В этом же  году сотрудники фирмы «Intel» воспроизвели опыты Николы Тесла 1894 года и опыты группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче энергии для свечения ламп накаливания с КПД, равным 75 %.

Ультразвуковой способ передачи энергии изобретён студентами университета Пенсильвании и впервые широкой публике представлен на выставке «The All Things Digital» в 2011 году. Как и в других способах беспроводной передачи чего-либо, использовался приёмник и передатчик. Передатчик излучал ультразвук, приёмник, в свою очередь, преобразовывал слышимое в электричество. На момент презентации расстояние передачи достигало 7-10 метров, и была необходима прямая видимость приёмника и передатчика. Передаваемое напряжение достигало 8 вольт; получаемая сила тока не сообщается. Используемые ультразвуковые частоты никак не действуют на человека. Также нет сведений и об отрицательном воздействии ультразвуковых частот на животных. Практическое применение ультразвука для передачи энергии невозможно из-за очень низкого кпд, ограничений во многих государствах на максимальный уровень звукового давления, не позволяющий передавать приемлемую мощность, и других ограничений

В 2017 году ученые Вашингтонского Университета представили первый прототип мобильного телефона без батареи.

Но все эти устройства произведены компаниями, располагающими огромными ресурсами и средствами.

Для домашнего воссоздания я выбрал именно метод электромагнитной индукции, как самый доступный, и относительно простой. Существуют также лазерные, ультразвуковые, микроволновые способы передачи электроэнергии.

1. Практическая часть

Для подтверждения гипотезы, было решено создать воздушный трансформатор. Данное устройство в полной мере показывает возможности и особенности явления электромагнитной индукции.

Схема воздушного трансформатора.

Для создания, нам необходимы следующие материалы:

• Медный провод – 30 метров

• Транзистор 2N3904

• Холдер для 2 батареек типа ААА

• Светодиод на 3V

Для начала, делаем из провод катушки. Для этого я использовал обычную пластиковую трубу с диаметром 4,5 см. Нам необходимы 3 катушки: по 30, 60 и 90 витков. (рис. 1)

Затем, подсоединяем катушку на 60 витков к базе и эмиттеру. К эмиттеру также подсоединяем провод для последующего монтажа. Катушку на 30 витков соединяем с коллектором транзистора и плюсовой клеммой холдера. К минусу холдера присоединяем монтажный провод.

Теперь, присоединяем к катушке на 90 витков светодиод. (рис. 2) Вставляем батарейки в холдер. При поднесении катушки на 90 витков(приемник), светодиод не загорится. Для запуска трансформатора, необходимо прикоснуться чем-либо металлическим к среднему отводу транзистора(база).

рис. 1

рис. 2

Это необходимо, чтобы заработал генератор на транзисторе. Он будет создавать незатухающие, или автоматические электромагнитные колебания. Дело в том, что индукционный ток в приемнике возникает при изменении магнитного потока, соответственно, при переменном токе в передатчике.

Теперь, поднося приемник к передатчику, светодиод начинает светиться, не касаясь проводов.

1. Вывод: Я изучил литературу по теме, изучил проблему с разных сторон. Я узнал различные методы передачи энергии на расстояние, нашел самый оптимальный из них. В домашних условиях я собрал установку, показывающую суть явления электромагнитной индукции. Соответственно, моя гипотеза подтвердилась. Конечно, я столкнулся с рядом проблем. В первый раз, я купил мало провода, и мне не хватило на создания полноценных катушек. Также, я пытался использовать другую схему, но она работала менее эффективно; я выбрал неправильный транзистор, который не выдерживал напряжение, поэтому он сгорел. В конце концов, мне удалось собрать работающую систему.

Данную схему можно использовать в повседневной жизни, например, заменив светодиод резистором и аккумулятором, можно получить схему беспроводной зарядки. Стоит заметить, что данная схема греется в допустимых пределах, а токи в ней не опасны для человека.

Это физическое явление имеет огромный потенциал, и способно изменить мир. Например, система солнечных батарей в районе пустыни Сахара в Африке могла бы обеспечить дешевой энергией весь мир, с помощью беспроводной передачи электричества. К сожалению, в наше время не достаточно знаний и умений для более прогрессивного использования этой технологии, но данная проблема активно решается ведущими мировыми исследователями.

1. Список использованной литературы.

http://tonail.com/огэ-по-английскому-монологи/#languages

https://www.youtube.com/watch?v=KWpQ6P3RzRo

https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/besprovodnoe-elektrichestvo/

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитное_взаимодействие

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электромагнитная_индукция

https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрическое_поле

https://ru.wikipedia.org/wiki/Qi_(стандарт_питания)