Quando è apparsa per la prima volta, la corrente elettrica alternata sembrava una fantasia. Il suo inventore, il brillante fisico Nikola Tesla, a cavallo tra il XIX e il XX secolo ha studiato il problema della trasmissione wireless dell'elettricità su lunghe distanze. Finora, questo problema non è stato completamente risolto, ma i risultati sono incoraggianti.
Contenuto
- Ultrasuoni per la trasmissione di energia
- Applicazione dell'induzione elettromagnetica
- Utilizzo di microonde diversi
- Prospettive per l'energia solare
- Metodo più efficace
- Prospettive per la trasmissione di elettricità senza fili
Ultrasuoni per la trasmissione di energia
Qualsiasi onda trasporta energia, comprese le onde sonore ad alta frequenza. Esistono tre approcci alla trasmissione di elettricità senza fili:
- trasferimento di energia elettrica mediante conversione in un'altra forma di energia alla sorgente e conversione inversa in elettricità al dispositivo ricevente;
- realizzazione e utilizzo di conduttori alternativi di elettricità (canali plasma, colonne d'aria ionizzata, ecc.) );
- utilizzo delle proprietà conduttive della litosfera terrestre.
Il metodo ad ultrasuoni appartiene al primo approccio. In un tipo speciale di sorgente a ultrasuoni, quando viene applicata l'alimentazione, viene generato un raggio diretto di onde sonore ad alta frequenza. Quando colpiscono il ricevitore, l'energia delle onde sonore viene convertita in corrente elettrica.
La distanza massima di trasmissione wireless dell'elettricità è di 10 metri. Il risultato è stato ottenuto nel 2011 dai rappresentanti dell'Università della Pennsylvania durante una presentazione alla mostra "The All Things Digital". Questo metodo non è considerato promettente a causa di molti dei suoi svantaggi: bassa efficienza, bassa tensione ottenuta e limitazione della forza della radiazione ultrasonica per gli standard sanitari.
Applicazione dell'induzione elettromagnetica
Sebbene la maggior parte delle persone non ne sia nemmeno consapevole, questo metodo è stato utilizzato per molto tempo, quasi dall'inizio dell'uso della corrente alternata. Il trasformatore CA più comune è il dispositivo di trasmissione di potenza wireless più semplice, solo la distanza di trasmissione è molto breve.
Gli avvolgimenti primario e secondario del trasformatore non sono collegati in un circuito e quando la corrente alternata scorre nell'avvolgimento primario, si verifica una corrente elettrica nel secondario. In questo caso, il trasferimento di energia avviene attraverso un campo elettromagnetico. Pertanto, questo metodo di trasmissione di potenza wireless utilizza la conversione di energia da un tipo all'altro.
Numerosi dispositivi sono già stati sviluppati e vengono utilizzati con successo nella vita di tutti i giorni, il cui funzionamento si basa su questo metodo. Si tratta di caricabatterie wireless per telefoni cellulari e altri gadget, ed elettrodomestici a basso consumo. elettricità durante il funzionamento (telecamere compatte CCTV, tutti i tipi di sensori e persino televisori con LCD schermi).
Molti esperti sostengono che i veicoli elettrici del futuro utilizzeranno le tecnologie wireless per caricare le batterie o generare elettricità per la guida. Le bobine di induzione (analoghi dell'avvolgimento primario di un trasformatore) saranno installate nelle strade. Creeranno un campo elettromagnetico alternato che, quando un veicolo ci passa sopra, farà fluire una corrente elettrica nella bobina ricevente incorporata. I primi esperimenti sono già stati effettuati ei risultati ottenuti danno adito a un moderato ottimismo.
Tra i vantaggi di questo metodo, si può notare:
- alta efficienza per brevi distanze (dell'ordine di diversi metri);
- semplicità del design e padronanza della tecnologia applicativa;
- relativa sicurezza per la salute umana.
Lo svantaggio di questo metodo - la piccola distanza alla quale la trasmissione di energia è efficace - riduce significativamente il campo di applicazione dell'elettricità wireless basata sull'induzione elettromagnetica.
Utilizzo di microonde diversi
Questo metodo si basa anche sulla conversione di diversi tipi di energia. Le onde elettromagnetiche ad altissima frequenza fungono da vettore di energia. Per la prima volta questo metodo è stato descritto e praticamente implementato nella sua installazione dal fisico e tecnico radiofonico giapponese Hidetsugu Yagi negli anni venti del secolo scorso. La frequenza delle onde radio per la trasmissione di elettricità in modalità wireless varia da 2,4 GHz a 5,8 GHz. È già stato testato e ha ricevuto feedback positivi un apparato sperimentale che distribuisce contemporaneamente Wi-Fi e alimenta elettrodomestici a bassa potenza.
Anche il raggio laser è una radiazione elettromagnetica, ma con una proprietà speciale: la coerenza. Riduce le perdite di energia durante la trasmissione e quindi aumenta l'efficienza. Tra i vantaggi, si può notare quanto segue:
- la possibilità di trasmissione su lunghe distanze (decine di chilometri nell'atmosfera terrestre);
- praticità e facilità di installazione per dispositivi a bassa potenza;
- la presenza del controllo visivo del processo di trasmissione: il raggio laser è visibile ad occhio nudo.
Il metodo laser presenta anche degli svantaggi, vale a dire: un'efficienza relativamente bassa (45-50%), perdite di energia dovute a fenomeni atmosferici (pioggia, nebbia, nubi di polvere) e la necessità di localizzare il trasmettitore e il ricevitore sul campo visibilità.
Prospettive per l'energia solare
L'intensità della luce solare al di fuori dell'atmosfera terrestre è diverse decine di volte superiore a quella della superficie terrestre. Pertanto, in futuro, secondo i futurologi, le centrali solari saranno situate nell'orbita vicina alla Terra. E il trasferimento dell'elettricità accumulata, secondo loro, sarà effettuato senza fili percorsi da corrente. Verrà sviluppato e applicato un metodo di trasmissione che copia le scariche dei fulmini; si prevede di ionizzare l'aria in un modo o nell'altro. E i primi esperimenti in questa direzione sono già stati effettuati. Questo metodo si basa sulla creazione di conduttori di corrente elettrica senza fili alternativi.
Ricevuta in questo modo dall'orbita vicina alla Terra, l'elettricità wireless è di natura impulsiva. Pertanto, per la sua applicazione pratica, sono necessari condensatori potenti ed economici e sarà anche necessario sviluppare un metodo per la loro scarica graduale.
Metodo più efficace
Il pianeta Terra è un enorme condensatore. La litosfera conduce principalmente elettricità, ad eccezione di piccole aree. C'è una teoria secondo cui la trasmissione wireless di energia può avvenire attraverso la crosta terrestre. La linea di fondo è questa: la sorgente di corrente contatta in modo affidabile la superficie terrestre, la corrente alternata di una certa frequenza scorre dalla sorgente alla crosta e si diffonde in tutte le direzioni, a determinati intervalli nel terreno sono posti ricevitori di corrente elettrica, da cui viene trasmessa consumatori.
L'essenza della teoria è accettare e utilizzare la corrente di una sola frequenza data. Come in un ricevitore radio, viene regolata la frequenza di ricezione delle onde radio, quindi in tali ricevitori elettrici verrà regolata la frequenza della corrente ricevuta. In teoria, con questo metodo sarà possibile trasmettere elettricità su distanze molto lunghe se la frequenza della corrente alternata è bassa, dell'ordine di pochi Hz.
Prospettive per la trasmissione di elettricità senza fili
Nel prossimo futuro è prevista l'introduzione di massa del sistema PoWiFi, costituito da router con funzione di trasmissione elettricità per diverse decine di metri ed elettrodomestici, che sono alimentati dalla ricezione di elettricità dalle onde radio. Tale sistema è attualmente in fase di sperimentazione e si sta preparando per un uso diffuso. I dettagli non sono stati divulgati, ma secondo le informazioni disponibili, il "clou" è che utilizza la sincronizzazione dei campi elettromagnetici della sorgente e del ricevitore dell'elettricità wireless.
In un futuro molto lontano si sta valutando l'opzione di abbandonare l'uso delle centrali elettriche tradizionali su scala globale - verranno utilizzate stazioni solari in orbita terrestre bassaconvertire l'energia della luce solare in energia elettrica. L'elettricità sarà presumibilmente trasmessa alla superficie del pianeta attraverso canali di aria ionizzata o plasma. E sulla superficie terrestre scompariranno le linee elettriche convenzionali e prenderanno il loro posto sistemi più compatti ed efficienti per la trasmissione dell'elettricità attraverso la litosfera.
