طرق نقل الطاقة اللاسلكية

وضع قانون تفاعل التيارات الكهربائية ، الذي اكتشفه أندريه ماري أمبيري في عام 1820 ، الأساس لمواصلة تطوير علم الكهرباء والمغناطيسية. بعد 11 سنة ، أثبت مايكل فاراداي تجريبياً أن المجال المغناطيسي المتغير المتولد عن تيار كهربائي قادر على إحداث تيار كهربائي في موصل آخر. لذلك تم إنشاؤه أول محول كهربائي.

في عام 1864 ، قام جيمس كليرك ماكسويل أخيرًا بتنظيم المعطيات التجريبية لفاراداي ، مع منحهم شكل معادلات رياضية دقيقة ، وذلك بفضل إنشاء أساس الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ، لأن هذه المعادلات وصفت علاقة المجال الكهرمغنطيسي بالتيارات والشحنات الكهربائية ، وينبغي أن تكون نتيجة ذلك هي وجود الموجات الكهرومغناطيسية.

في عام 1888 ، أكد هاينريش هيرتز بشكل تجريبي وجود الموجات الكهرومغناطيسية التي تنبأ بها ماكسويل. يمكن لجهاز إرسال الشرارة الخاص به مع مروحية تعتمد على ملف Rumkorff أن ينتج موجات كهرمغنطيسية بتردد يصل إلى 0.5 جيجا هرتز ، والتي يمكن استقبالها بواسطة عدة مستقبلات يتم ضبطها في الرنين مع جهاز الإرسال.

يمكن أن توجد أجهزة الاستقبال على مسافة تصل إلى 3 أمتار ، وعندما حدثت شرارة في جهاز الإرسال ، ظهرت الشرر أيضًا في أجهزة الاستقبال. لذلك عقدت التجارب الأولى على الإرسال اللاسلكي للطاقة الكهربائية باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية.

في عام 1891 نيكولا تسلاأثناء دراسة التيارات المتناوبة للجهد العالي والتردد العالي ، توصل إلى استنتاج مفاده أن من المهم للغاية اختيار كل من الطول الموجي والجهد التشغيلي للمرسل لأغراض محددة ، وليس من الضروري جعل التردد مرتفعًا للغاية.

يلاحظ العالم أن الحد الأدنى للترددات والجهد الذي كان في ذلك الوقت كان قادرًا على تحقيق أفضل النتائج هو من 15000 إلى 20.000 تقلب في الثانية مع إمكانية 20000 فولت. تلقت تسلا تيارًا عالي التردد وعالي الجهد باستخدام تفريغ تذبذب لمكثف (انظر - تسلا محول). وأشار إلى أن هذا النوع من أجهزة الإرسال الكهربائية مناسب لكلا إنتاج الضوء ونقل الكهرباء لإنتاج الضوء.

في الفترة من عام 1891 إلى عام 1894 ، أثبت العالم مرارًا وتكرارًا الإرسال والتوهج اللاسلكي للأنابيب المفرغة في مجال كهروستاتيكي عالي التردد ، مع ملاحظة أن المصباح يمتص طاقة الحقل الكهروستاتيكي ، ويتم تحويله إلى ضوء ، وطاقة المجال الكهرومغناطيسي المستخدمة في الحث الكهرومغناطيسي من أجل الحصول على مماثل تنعكس النتيجة بشكل أساسي ، ويتم تحويل جزء صغير منها فقط إلى ضوء.

حتى باستخدام الرنين في الإرسال باستخدام موجة كهرمغنطيسية ، لا يمكن نقل كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية ، كما زعم العالم. كان هدفه خلال هذه الفترة من العمل هو نقل كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية لاسلكيًا.

حتى عام 1897 ، بالتوازي مع أعمال تسلا ، تم إجراء الأبحاث حول الموجات الكهرومغناطيسية من قبل: جاغديش بوش في الهند ، وألكساندر بوبوف في روسيا ، وجوليلمو ماركوني في إيطاليا.

بعد محاضرات تسلا العامة ، يتحدث جاغديش بوس في نوفمبر 1894 في كالكوتا مع مظاهرة انتقال لاسلكي للكهرباء ، حيث يشعل البارود ، ونقل الطاقة الكهربائية إلى مسافة.

بعد Boche ، وتحديداً في 25 أبريل 1895 ، قام ألكسندر بوبوف ، باستخدام كود مورس ، ببث أول رسالة إذاعية ، وهذا التاريخ (7 مايو بأسلوب جديد) يحتفل به سنويًا في روسيا يوم الراديو.

في عام 1896 ، قام ماركوني ، الذي يصل إلى المملكة المتحدة ، بإظهار أجهزته عن طريق إرسال إشارة على بعد 1.5 كيلومتر من سطح مبنى مكتب البريد في لندن إلى مبنى آخر باستخدام رمز مورس.بعد ذلك ، قام بتحسين اختراعه وتمكن من نقل إشارة على طول سهل سالزبوري بالفعل على مسافة 3 كيلومترات.

تسلا في عام 1896 ينقل ويستقبل إشارات بنجاح على مسافة بين المرسل والمستقبل من حوالي 48 كيلومترا. ومع ذلك ، لم ينجح أي من الباحثين حتى الآن في نقل كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية لمسافة كبيرة.

في تجربة في كولورادو سبرينغز ، في عام 1899 ، كتبت تسلا: "يبدو أن فشل طريقة الاستقراء كبير مقارنة بطريقة مثيرة لشحن الأرض والهواء." ستكون هذه بداية بحث عالم يهدف إلى نقل الكهرباء عبر مسافات طويلة دون استخدام الأسلاك. في يناير 1900 ، سيقوم تسلا بتدوين مذكراته حول النقل الناجح للطاقة إلى الملف "الذي تم نقله بعيدًا إلى الحقل" الذي تم تشغيل المصباح منه.

وسيكون النجاح الأكبر للعالم هو إطلاق برج Vordencliff في لونغ آيلاند في 15 يونيو 1903 ، المصمم لنقل الطاقة الكهربائية على مسافة كبيرة بكميات كبيرة دون أسلاك. كان من المفترض أن تؤدي اللف الثانوي المؤرض لمحول الرنان ، الذي تعلوه قبة كروية نحاسية ، إلى إثارة شحنة من الأرض وطبقات موصلة من الهواء لتصبح عنصرًا في دائرة رنين كبيرة.

لذلك تمكن العالم من تشغيل 200 مصباح من 50 واط على مسافة حوالي 40 كم من جهاز الإرسال. ومع ذلك ، على أساس الجدوى الاقتصادية ، تم إيقاف تمويل المشروع من قبل مورجان ، الذي استثمر أموالًا منذ البداية في المشروع بهدف تلقي الاتصالات اللاسلكية ، ونقل الطاقة المجانية على نطاق صناعي إلى مسافة كرجل أعمال لا يناسبه بشكل قاطع. في عام 1917 ، تم تدمير البرج ، المصمم للإرسال اللاسلكي للطاقة الكهربائية.

اقرأ المزيد عن تجارب نيكولا تسلا هنا:طريقة الرنين لنقل لاسلكية للطاقة الكهربائية بواسطة نيكولا تسلا

بعد ذلك بكثير ، في الفترة من 1961 إلى 1964 ، قام وليام براون ، خبير في مجال إلكترونيات الموجات الصغرية ، بإجراء تجارب في الولايات المتحدة على مسارات نقل طاقة الميكروويف.

في عام 1964 ، قام أولاً باختبار جهاز (نموذج طائرة هليكوبتر) قادر على استقبال واستخدام طاقة الميكروويف في شكل تيار مباشر ، وذلك بفضل صفيف هوائي يتكون من ثنائيات أقطاب نصف موجة ، كل منها محمّل بثنائيات شوتكي ذات كفاءة عالية. بحلول عام 1976 ، نقل وليام براون طاقة الميكروويف البالغة 30 كيلوواط إلى مسافة 1.6 كم بكفاءة تتجاوز 80٪.

في عام 2007 ، تمكن فريق البحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تحت إشراف البروفيسور مارينا سولياتشيتش من نقل الطاقة لاسلكياً لمسافة 2 متر. كانت الطاقة المنقولة كافية لتشغيل لمبة 60 واط.

في قلب التكنولوجيا الخاصة بهم (ودعا نقل لاسلكي للطاقة) تكمن ظاهرة الرنين الكهرومغناطيسي. الارسال والاستقبال هما لفائف نحاسية قطرها 60 سم يتردد صداها في نفس التردد. يتم توصيل جهاز الإرسال بمصدر للطاقة ، ويتم توصيل جهاز الاستقبال بمصباح وهاج. يتم ضبط الدوائر على تردد 10 ميغاهيرتز. يستقبل جهاز الاستقبال في هذه الحالة 40-45٪ فقط من الكهرباء المنقولة.

في الوقت نفسه تقريبًا ، أظهرت Intel تقنية مماثلة لنقل الطاقة اللاسلكية.

في عام 2010 ، قدمت مجموعة Haier ، وهي شركة صينية لتصنيع الأجهزة المنزلية ، في مؤتمر CES 2010 منتجها الفريد - تلفزيون LCD لاسلكي بالكامل يعتمد على هذه التكنولوجيا.

اقرأ أيضا عن هذا الموضوع:تشى الطاقة الالكترونية المعيار اللاسلكي