211service.com
Żarówka zasilana bezprzewodowo
Naukowcy z MIT wykazali, że możliwe jest bezprzewodowe zasilanie 60-watowej żarówki znajdującej się około dwóch metrów od źródła zasilania. Używając niezwykle prostego układu – składającego się zasadniczo z dwóch metalowych cewek – po raz pierwszy wykazali, że możliwe jest wydajne przesyłanie tak dużej mocy na taką odległość. Eksperyment toruje drogę do bezprzewodowego ładowania baterii w laptopach, telefonach komórkowych i odtwarzaczach muzycznych, a także do odcinania przewodów elektrycznych w urządzeniach gospodarstwa domowego, mówi Marin Soljačić , profesor fizyki na MIT, który kierował zespołem z profesorem fizyki Jan Joannopoulos .
Cięcie sznurka: Naukowcy z MIT wykazali, że możliwe jest bezprzewodowe zasilanie 60-watowej żarówki z odległości dwóch metrów. Powyżej cewka (tło) wytwarza pole magnetyczne, które może przejść przez przeszkodę. Cewka pierwszego planu rezonuje z częstotliwością pola magnetycznego, zbierając jego energię do zasilania żarówki.
Badanie opublikowane w numerze z 7 czerwca Ekspres naukowy (publikacja online Nauka to eksperymentalna demonstracja teorii nakreślonej w listopadzie ubiegłego roku przez zespół MIT. (Patrz Ładowanie baterii bez przewodów .) Mieliśmy duże zaufanie do tej teorii, mówi Soljačić. A eksperyment rzeczywiście potwierdził, że działało to zgodnie z przewidywaniami.
Konfiguracja jest prosta, wyjaśnia Andre Kurs, absolwent MIT i główny autor artykułu. Dwie miedziane helisy o średnicy 60 centymetrów są oddzielone od siebie odległością około dwóch metrów. Jedna jest podłączona do źródła zasilania – skutecznie podłączona do ściany – a druga jest podłączona do żarówki, która czeka na włączenie. Kiedy zasilanie ze ściany jest włączone, energia elektryczna z pierwszej metalowej cewki wytwarza pole magnetyczne wokół tej cewki. Cewka przymocowana do żarówki odbiera pole magnetyczne, które z kolei wytwarza prąd w drugiej cewce, włączając żarówkę.
Ten rodzaj transferu energii jest podobny do dobrze znanego zjawiska zwanego sprzężeniem magnetycznym indukcyjnym, stosowanego w transformatorach mocy. Jednak schemat MIT jest nieco inny, ponieważ opiera się na czymś, co nazywa się sprzężeniem rezonansowym. Cewki transformatora mogą przenosić energię tylko wtedy, gdy są od siebie oddalone o centymetry – dalej, a pola magnetyczne nie wpływają na siebie w ten sam sposób. Aby naukowcy z MIT mogli osiągnąć zasięg dwóch metrów, wyjaśnia Soljačić, użyli cewek, które rezonują z częstotliwością 10 megaherców. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez pierwszą cewkę, wytwarza 10-megahercowe pole magnetyczne; ponieważ druga cewka rezonuje z tą samą częstotliwością, jest w stanie wychwycić pole, nawet ze stosunkowo dużej odległości. Gdyby druga cewka rezonowała z inną częstotliwością, energia z pierwszej cewki zostałaby zignorowana.
Podejście naukowców, mówi Soljačić, sprawia również, że transfer energii jest wydajny. Gdyby emitowały energię z anteny w taki sam sposób, w jaki informacje są przesyłane bezprzewodowo, większość mocy zostałaby zmarnowana, ponieważ promieniuje we wszystkich kierunkach. Rzeczywiście, przy metodzie używanej do przesyłania informacji trudno byłoby wysłać wystarczającą ilość energii, która byłaby przydatna do zasilania gadżetów. W przeciwieństwie do tego, naukowcy używają tak zwanej energii niepromienistej, która jest związana w pobliżu cewek. W tej pierwszej demonstracji pokazali, że system może przenosić moc z wydajnością 45 procent.
Bezprzewodowy transfer mocy to pomysł, który ma ponad 100 lat. W latach 90. XIX wieku fizyk i inżynier elektryk Nikola Tesla zaproponował przesyłanie elektryczności w powietrzu. Jednak wkrótce potem kable energetyczne stały się powszechnie akceptowanym środkiem transportu energii elektrycznej na duże odległości. Jednak wraz z powszechnym przyjęciem małych, przenośnych urządzeń z bateriami wymagającymi ciągłego ładowania, uwaga ludzi ponownie zwraca się ku zasilaniu bezprzewodowemu. W rzeczywistości startup Powercast , z siedzibą w Ligonier w stanie Pensylwania, stosując inne podejście niż zespół MIT, opracował bezprzewodowy system zasilania, który może przesyłać niskie moce na odległość około metra. Na początek firma koncentruje się na urządzeniach o niskim zużyciu energii, takich jak czujniki, ale ma nadzieję, że w przyszłości pojawi się więcej energochłonnych gadżetów.
Jedna obawa, że ludzie mogą mieć, mówi Sir John Pendry , profesor fizyki w Imperial College w Londynie, dotyczy skutków zdrowotnych. Będą problemy z bezpieczeństwem, rzeczywiste lub wyimaginowane, mówi. W końcu moc musi przejść przez przestrzeń w takiej czy innej formie i przejść przez wszelkie ciała leżące na jej drodze. Zespół [MIT] zminimalizował ten problem, upewniając się, że moc ma głównie postać pola magnetycznego, formy energii, na którą organizm jest prawie całkowicie niewrażliwy.
Na podstawie obliczeń Soljačić uważa, że system jest bezpieczny nawet dla osób z wszczepionymi urządzeniami medycznymi, takimi jak rozruszniki serca. Chociaż naukowcy nie przeprowadzili szczegółowych badań, aby sprawdzić, w jaki sposób system zakłóca pracę rozruszników serca, Soljačić mówi, że nie spodziewają się, że będzie silnie oddziaływać z obiektami, które nie rezonują na tych samych częstotliwościach, które są używane do przenoszenia mocy.
W tym momencie zespół wystąpił o szereg patentów i planuje komercjalizację technologii, chociaż naukowcy spodziewają się, że może upłynąć kilka lat, zanim urządzenia z takimi bezprzewodowymi systemami zasilania trafią do konsumentów. W międzyczasie zespół bada różne materiały i alternatywne geometrie cewek, aby spróbować rozszerzyć zasięg i zwiększyć moc.