Transmiterea energiei electrice la distanță. Transmite electricitate la o distanță fără fir

Ecologia consumului Tehnologii: Oamenii de știință de la Laboratorul american de cercetare Disney au dezvoltat o metodă încărcare fără fir, făcând inutile firele și încărcătoarele.

Telefoanele inteligente, tabletele, laptopurile și alte dispozitive portabile de astăzi au putere și performanță enormă. Dar, pe lângă toate avantajele electronicelor mobile, are și reversul– nevoie constantă de reîncărcare prin fire. În ciuda întregii tehnologii noi a bateriei, această necesitate reduce confortul dispozitivelor și limitează mișcarea acestora.

Oamenii de știință de la Laboratorul american de cercetare Disney au găsit o soluție la această problemă. Ei au dezvoltat o metodă de încărcare fără fir care a făcut ca firele și încărcătoarele să nu fie necesare. Mai mult, metoda lor vă permite să încărcați simultan nu numai gadget-uri, ci și, de exemplu, aparate electrocasnice si iluminare.

"Noastre metoda inovatoare face curent electric„la fel de omniprezent ca Wi-Fi”, spune Alanson Sample, unul dintre directorii laboratorului și principalul său om de știință. „Deschide calea unor dezvoltări ulterioare în robotică, limitată anterior de capacitatea bateriei. Până acum am demonstrat funcționarea instalației într-o încăpere mică, dar nu există obstacole în calea creșterii capacității acesteia la dimensiunea unui depozit.”

Un sistem de transmisie fără fir a energiei electrice a fost dezvoltat încă din anii 1890 de celebrul om de știință Nikola Tesla, dar invenția nu a primit distribuție în masă. Sistemele de transmisie fără fir de astăzi a energiei funcționează în principal în spații extrem de restrânse.

Metoda, numită rezonanță a cavității quasistatice (QSCR), implică aplicarea curentului pe pereții, podeaua și tavanul unei încăperi. Ele, la rândul lor, generează câmpuri magnetice care acționează asupra unui receptor care conține o bobină conectată la dispozitivul care se încarcă. Electricitatea generată în acest fel este transferată în baterie, trecând anterior prin condensatoare care exclud influența altor câmpuri.

Testele au arătat că în acest fel, prin convențional reteaua electrica pot fi transmise până la 1,9 kilowați de putere. Această energie este suficientă pentru a încărca simultan până la 320 de smartphone-uri. Mai mult, potrivit oamenilor de știință, o astfel de tehnologie nu este costisitoare și producția sa comercială poate fi ușor stabilită.

Testele s-au desfășurat într-un spațiu special creat structuri din aluminiu camera de 5 pe 5 metri. Sample a subliniat că pereții metalici ar putea să nu fie necesari în viitor. Se vor putea folosi panouri conductoare sau vopsea specială.

Dezvoltatorii susțin că metoda lor de transmitere a energiei prin aer nu reprezintă nicio amenințare pentru sănătatea umană sau pentru orice alte ființe vii. Siguranța acestora este asigurată de condensatoare discrete care acționează ca un izolator împotriva câmpurilor electrice potențial periculoase. publicat

Transmisia fără fir pentru livrarea energiei electrice are capacitatea de a oferi progrese majore în industriile și aplicațiile care se bazează pe contactul fizic al conectorului. Acest lucru, la rândul său, poate fi nesigur și poate duce la eșec. Transmisia de putere fără fir a fost demonstrată pentru prima dată de Nikola Tesla în anii 1890. Cu toate acestea, abia în ultimul deceniu tehnologia a fost utilizată în măsura în care oferă beneficii reale, tangibile aplicațiilor. lumea reală. În special, dezvoltarea sistemelor de alimentare fără fir rezonante pentru piața de electronice de larg consum a arătat că încărcarea inductivă aduce noi niveluri de confort milioanelor de dispozitive de zi cu zi.

Puterea în cauză este cunoscută pe scară largă prin mulți termeni. Inclusiv transmisie inductivă, cuplare, rezonantă rețea fără firși aceeași retur de tensiune. Fiecare dintre aceste condiții descrie în esență același proces fundamental. Transmiterea fără fir de electricitate sau putere de la sursa de alimentare la tensiunea de sarcină fără conectori printr-un spațiu de aer. Baza este două bobine - un transmițător și un receptor. Primul este excitat de curent alternativ pentru a se genera câmp magnetic, care, la rândul său, induce tensiune în al doilea.

Cum funcționează sistemul în cauză?

Elementele de bază ale puterii fără fir implică distribuirea energiei de la un transmițător la un receptor printr-un câmp magnetic oscilant. Pentru a realiza acest lucru, curentul continuu furnizat de sursa de alimentare este transformat în curent alternativ de înaltă frecvență. Folosind electronice special concepute încorporate în transmițător. Curentul alternativ activează o bobină de sârmă de cupru în dozator, care generează un câmp magnetic. Când a doua înfășurare (de primire) este plasată în imediata apropiere. Câmpul magnetic poate induce un curent alternativ în bobina receptoare. Elementele electronice din primul dispozitiv convertesc apoi AC înapoi în DC, care devine puterea de intrare.

Circuit de transmisie a puterii fără fir

Tensiunea de „rețea” este convertită într-un semnal AC, care este apoi trimis la bobina emițătorului printr-un circuit electronic. Curgerea prin înfășurarea distribuitorului induce un câmp magnetic. Aceasta, la rândul său, se poate răspândi la bobina receptor, care se află în relativă apropiere. Câmpul magnetic generează apoi un curent care curge prin înfășurarea receptorului. Procesul prin care energia este propagată între bobinele de transmisie și cea de recepție este denumit și cuplare magnetică sau rezonantă. Și acest lucru se realizează folosind ambele înfășurări care funcționează la aceeași frecvență. Curentul care curge în bobina receptorului este convertit în curent continuu de către circuitul receptor. Apoi poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivului.

Ce înseamnă rezonanță?

Distanța pe care energia (sau puterea) poate fi transmisă crește dacă bobinele emițătorului și receptorului rezonează la aceeași frecvență. La fel cum un diapazon oscilează la o anumită înălțime și poate atinge o amplitudine maximă. Aceasta se referă la frecvența la care un obiect vibrează în mod natural.

Avantajele transmisiei fără fir

Care sunt beneficiile? Pro:

Reduce costurile asociate cu menținerea conectorilor drepti (cum ar fi într-un inel colector industrial tradițional);
confort mai mare pentru încărcarea convențională dispozitive electronice;
transfer sigur la aplicații care trebuie să rămână închise ermetic;
electronicele pot fi complet ascunse, reducând riscul coroziunii de la elemente precum oxigenul și apa;
Livrare fiabilă și consecventă a energiei către echipamente industriale rotative și foarte mobile;
Oferă transfer fiabil de putere către sistemele critice în medii umede, murdare și în mișcare.

Indiferent de aplicație, eliminarea conexiunii fizice oferă o serie de avantaje față de conectorii tradiționali de alimentare prin cablu.

Eficiența transferului de energie în cauză

Eficiența generală a unui sistem de alimentare fără fir este cel mai important factor în determinarea performanței acestuia. Eficiența sistemului măsoară cantitatea de putere transferată între sursa de alimentare (adică, priza de perete) și dispozitivul de recepție. Aceasta, la rândul său, determină aspecte precum viteza de încărcare și intervalul de propagare.

Sistemele de comunicații fără fir variază în funcție de nivelul lor de eficiență pe baza unor factori precum configurația și designul bobinei, distanța de transmisie. Un dispozitiv mai puțin eficient va genera mai multe emisii și va duce la trecerea mai puțină a puterii prin dispozitivul de recepție. În mod obișnuit, tehnologiile de transmitere a energiei fără fir pentru dispozitive precum smartphone-urile pot atinge performanțe de 70%.

Cum se măsoară eficiența?

În sensul că este cantitatea de putere (în procente) care este transferată de la sursa de alimentare către dispozitivul receptor. Adică, transmisia wireless de putere pentru un smartphone cu o eficiență de 80% înseamnă că 20% din puterea de intrare se pierde între priza de perete și bateria pentru gadgetul care se încarcă. Formula de măsurare a randamentului de funcționare este: productivitatea = curent continuu de ieșire, împărțit la intrare, rezultatul obținut înmulțit cu 100%.

Metode fără fir de transmitere a energiei electrice

Puterea se poate propaga prin rețeaua în cauză în aproape toate materialele nemetalice, inclusiv, dar fără a se limita la acestea. Acestea includ solide precum lemnul, plasticul, textilele, sticla și cărămida, precum și gazele și lichidele. Când un material metalic sau conductiv electric (adică este plasat în imediata apropiere a câmp electromagnetic, obiectul absoarbe putere din el și, ca urmare, se încălzește. Acest lucru, la rândul său, afectează eficiența sistemului. Acesta este modul în care funcționează gătitul prin inducție, de exemplu, transferul ineficient de putere de la plită creează căldură pentru gătit.

Pentru a crea un sistem wireless de transmisie a energiei, este necesar să revenim la originile subiectului în discuție. Sau, mai exact, omului de știință și inventator de succes Nikola Tesla, care a creat și brevetat un generator capabil să preia putere fără diverși conductori materialişti. Deci, pentru a implementa un sistem wireless, trebuie să colectați totul elemente importanteși piese, ca rezultat un mic va fi realizat. Acesta este un dispozitiv care creează câmp electric tensiune înaltă în aerul din jurul lui. În același timp, există o putere de intrare mică, oferă transfer de energie wireless la distanță.

Una dintre cele mai importante metode de transfer de energie este cuplarea inductivă. Este folosit în principal pentru câmpul apropiat. Se caracterizează prin faptul că atunci când curentul trece printr-un fir, o tensiune este indusă la capetele celuilalt. Transferul de putere are loc prin reciprocitate între cele două materiale. Exemplu general- acesta este un transformator. Transmiterea energiei cu microunde ca idee a fost dezvoltată de William Brown. Întregul concept implică conversia puterii AC în putere RF și transmiterea acesteia în spațiu și retransmiterea acesteia la puterea AC la receptor. În acest sistem, tensiunea este generată folosind surse de energie cu microunde. Cum ar fi klystronul. Și această putere este transmisă printr-un ghid de undă, care protejează împotriva puterii reflectate. Și, de asemenea, un tuner care potrivește impedanța sursei de microunde cu alte elemente. Secțiunea de recepție este formată dintr-o antenă. Acceptă puterea microundelor și un circuit de potrivire a impedanței și a filtrului. Acest antenă de recepțieîmpreună cu un dispozitiv de redresare poate fi un dipol. Corespunde semnalului de ieșire cu o notificare sonoră similară a unității de redresor. Blocul receptor constă, de asemenea, dintr-o secțiune similară constând din diode care sunt utilizate pentru a converti semnalul într-o alertă DC. Acest sistem de transmisie folosește frecvențe în intervalul de la 2 GHz la 6 GHz.

Transmiterea fără fir a energiei electrice folosind un generator care utilizează oscilații magnetice similare. Concluzia este că acest dispozitiv a funcționat datorită a trei tranzistoare.

Folosind un fascicul laser pentru a transmite putere sub formă de energie luminoasă, care este convertită în energie electrică la capătul receptor. Materialul în sine primește energie folosind surse precum Soarele sau orice generator de electricitate. Și, în consecință, realizează lumină focalizată de intensitate ridicată. Mărimea și forma fasciculului sunt determinate de setul de optice. Și această lumină laser transmisă este primită de celulele fotovoltaice, care o transformă în semnale electrice. De obicei, folosește cabluri de fibră optică pentru transmisie. Ca și într-un sistem de energie solară de bază, receptorul utilizat în propagarea pe bază de laser este o serie de celule fotovoltaice sau panou solar. Acestea, la rândul lor, pot transforma divagarea în electricitate.

Caracteristicile esențiale ale dispozitivului

Puterea unei bobine Tesla provine dintr-un proces numit inducție electromagnetică. Adică, un domeniu în schimbare creează potențial. Determină curgerea curentului. Când electricitatea curge printr-o bobină de sârmă, generează un câmp magnetic care umple zona din jurul bobinei într-un anumit mod. Spre deosebire de alte experimente cu înaltă tensiune, bobina Tesla a rezistat multor teste și teste. Procesul a fost destul de intensiv în muncă și a consumat timp, dar rezultatul a fost de succes și, prin urmare, a fost brevetat cu succes de către om de știință. Puteți crea o astfel de bobină dacă aveți anumite componente. Pentru implementare veți avea nevoie de următoarele materiale:

lungime 30 cm PVC (cu cat este mai lung, cu atat mai bine);
sârmă de cupru emailat (sârmă secundară);
placa de mesteacan pentru baza;
tranzistor 2222A;
fir de conectare (primar);
rezistor 22 kOhm;
întrerupătoare și fire de conectare;
baterie 9 volți.

Etapele implementării dispozitivului Tesla

Pentru a începe, trebuie să plasați un mic fant în partea de sus a țevii pentru a înfășura un capăt al firului. Înfășurați bobina încet și cu grijă, având grijă să nu suprapuneți firele sau să nu creați goluri. Acest pas este cea mai dificilă și plictisitoare parte, dar timpul petrecut va produce o bobină de foarte bună calitate și bună. La fiecare 20 de ture, inele de bandă de mascare sunt plasate în jurul înfășurării. Acţionează ca o barieră. În cazul în care bobina începe să se desfacă. Odată terminat, înfășurați o bandă grea în jurul părții de sus și de jos a foliei și pulverizați-o cu 2 sau 3 straturi de email.

Apoi trebuie să conectați bateria primară și secundară la baterie. După aceea, porniți tranzistorul și rezistența. Înfășurarea mai mică este înfășurarea primară, iar înfășurarea mai lungă este înfășurarea secundară. În plus, puteți instala o sferă de aluminiu deasupra țevii. De asemenea, conectați capătul deschis al secundarului la cel adăugat, care va acționa ca o antenă. Totul trebuie construit cu mare grijă pentru a evita atingerea dispozitivului secundar la pornire.

Dacă este utilizat independent, există riscul de incendiu. Trebuie să răsuciți comutatorul, să instalați o lampă incandescentă lângă dispozitivul de transmisie wireless a energiei și să vă bucurați de spectacolul de lumini.

Transmitere fără fir prin sistem de energie solară

Configurațiile tradiționale de implementare a energiei cu fir necesită de obicei fire între dispozitivele distribuite și unitățile de consum. Acest lucru creează multe restricții, cum ar fi costul costurilor pentru cablurile de sistem. Pierderile suferite în transport. Și, de asemenea, deșeuri în distribuție. Numai rezistența liniei de transmisie duce la o pierdere de aproximativ 20-30% din energia generată.

Una dintre cele mai moderne sisteme wireless transferul de energie se bazează pe transmisie energie solară folosind cuptor cu microunde sau fascicul laser. Satelitul este plasat pe orbită geostaționară și este format din celule fotovoltaice. Ei se transformă lumina soareluiîntr-un curent electric care este folosit pentru a alimenta un generator de microunde. Și, în consecință, își dă seama de puterea cuptorului cu microunde. Această tensiune este transmisă prin intermediul comunicațiilor radio și recepționată la stația de bază. Este o combinație între o antenă și un redresor. Și este transformat înapoi în energie electrică. Necesită alimentare AC sau DC. Satelitul poate transmite până la 10 MW de putere de radiofrecvență.

Dacă vorbim despre un sistem de distribuție DC, atunci chiar și acest lucru este imposibil. Pentru că acest lucru necesită un conector între sursa de alimentare și dispozitiv. Există o imagine: un sistem complet lipsit de fire, unde puteți obține curent alternativ în case fără dispozitive suplimentare. Unde este posibil să vă încărcați telefonul mobil fără a fi nevoie să vă conectați fizic la o priză. Desigur, un astfel de sistem este posibil. Și mulți cercetători moderni încearcă să creeze ceva modernizat, studiind în același timp rolul dezvoltării de noi metode de transmitere fără fir a electricității la distanță. Deși, din punct de vedere al componentei economice, nu va fi pe deplin profitabil pentru state dacă astfel de dispozitive sunt introduse peste tot și electricitatea standard este înlocuită cu electricitate naturală.

Origini și exemple de sisteme fără fir

Acest concept nu este de fapt nou. Toată această idee a fost dezvoltată de Nicholas Tesla în 1893. Când a dezvoltat un sistem de iluminare a tuburilor vidate folosind tehnici de transmisie fără fir. Este imposibil de imaginat că lumea ar exista fără diverse surse de încărcare, care sunt exprimate în formă materială. Pentru a face posibil ca telefoanele mobile, roboții de acasă, playerele MP3, computerele, laptopurile și alte gadgeturi transportabile să se încarce independent, fără conexiuni suplimentare, eliberând utilizatorii de fire constante. Este posibil ca unele dintre aceste dispozitive să nu necesite cantitate mare elemente. Istoria transferului de energie fără fir este destul de bogată, în principal datorită dezvoltării Tesla, Volta și alții. Dar astăzi acestea rămân doar date în știința fizică.

Principiul de bază este de a converti curent alternativ în tensiune constantă folosind redresoare și filtre. Și apoi - pentru a reveni la valoarea inițială la frecvență înaltă folosind invertoare. Această putere de curent alternativ de joasă tensiune, cu fluctuații mari, se transferă apoi de la transformatorul primar la cel secundar. Se convertește la tensiune DC folosind un redresor, un filtru și un regulator. Semnalul AC devine direct din cauza sunetului curentului. Și, de asemenea, utilizarea secțiunii de redresor în punte. Semnalul DC rezultat trece prin înfășurare feedback, care acționează ca un circuit oscilator. În același timp, forțează tranzistorul să-l conducă în convertorul primar în direcția de la stânga la dreapta. Când curentul trece prin înfășurarea de feedback, un curent corespunzător curge către primarul transformatorului în direcția de la dreapta la stânga.

Așa funcționează metoda ultrasonică de transfer de energie. Semnalul este generat prin convertorul primar pentru ambele semicicluri ale alarmei AC. Frecvența sunetului depinde de indicatorii cantitativi ai oscilațiilor circuitelor generatoare. Acest semnal de curent alternativ apare pe înfășurarea secundară a transformatorului. Și când este conectat la convertorul primar al altui obiect, tensiunea AC este de 25 kHz. O citire apare prin ea în transformatorul descendente.

Această tensiune de curent alternativ este egalizată folosind un redresor în punte. Și apoi filtrat și reglat pentru a produce o ieșire de 5V pentru a conduce LED-ul. Tensiunea de ieșire de 12 V de la condensator este utilizată pentru a alimenta motorul ventilatorului de curent continuu pentru al opera. Deci, din punct de vedere al fizicii, transportul de energie electrică este un domeniu destul de dezvoltat. Cu toate acestea, după cum arată practica, sistemele fără fir nu sunt complet dezvoltate și îmbunătățite.

Într-unul dintre subiectele anterioare, ne-am uitat la modul în care celebrul om de știință sârb Nikola Tesla a transmis energie electrică folosind propria sa invenție - un generator rezonant (bobină Tesla) și cum a făcut acest lucru este descris în detaliu. Tesla a reușit să transmită curent pe distanțe foarte mari, dar pe lângă metoda propusă de Tesla mai există una - inducția. Desigur, această metodă nu este destinată transmiterii curentului pe distanțe lungi.

Metoda de inducție nu și-a găsit aplicații pe scară largă în știință și tehnologie din cauza pierderilor foarte mari ale curentului modulat (pierderile ajung la 60%), în plus, nu este posibil să se transmită curent mai mult de 1 metru folosind această metodă (teoretic, desigur , este posibil, dar nu are rost din cauza împrăștierii puternice a câmpului).

Dispozitivul pentru o astfel de transmisie este foarte simplu - două circuite, unul dintre ele este conectat la un generator de înaltă frecvență (mai mulți kiloherți). Un dispozitiv similar poate fi realizat cu ușurință acasă, un multivibrator simplu proiectat pentru 20-50 kiloherți este conectat la o etapă de amplificare, un circuit care conține de la 10 la 100 de spire este conectat la acesta din urmă, al doilea circuit este analog cu primul. Cel mai important lucru despre principiul de inducție al transmisiei curentului este că circuitele nu au miez magnetic, adică nu sunt conectate între ele în niciun fel, iar curentul este transmis prin aer prin inducție.

În practică, așa cum am menționat mai sus, această metodă este folosită foarte rar. Acest principiu de transmisie este cunoscut de mult timp - de pe vremea lui Michael Faraday (deja 200 de ani). Și în vremea noastră, corporația Nokia a decis să folosească această metodă și a creat un telefon mobil concept care nu are port de încărcare, telefonul nu este încă produs în serie, dar cumpărătorilor le va plăcea cu siguranță un astfel de telefon mobil. Are un circuit de recepție încorporat, iar circuitul de transmisie este ascuns în suport. Totul funcționează foarte simplu - punem telefonul pe suport și telefonul se încarcă.

Dar acestea nu sunt toate avantajele telefonului miracol. Telefonul poate fi încărcat în alt mod. Se știe că posturile de televiziune și radio modulează undele radio, iar telefonul le colectează cu un receptor și le transformă în curent, care încarcă telefonul. Alți producători au început să folosească acest principiu și principiul transferului inductiv de curent. telefoane mobileși laptop-uri, iar acum a devenit posibil să găsim astfel de dispozitive miraculoase pe piață.

Discutați articolul TRANSFER DE CURENT FĂRĂ FIRME PRIN METODĂ DE INDUCȚIE

Acest circuit simplu, care poate alimenta un bec fără fire, la o distanță de aproape 2,5 cm! Acest circuit acționează atât ca un convertor de amplificare, cât și ca un transmițător și receptor de putere fără fir. Este foarte simplu de făcut și, dacă este îmbunătățit, poate fi folosit în diverse moduri. Deci, să începem!

Pasul 1. Materiale necesareși unelte.

tranzistor NPN. Am folosit 2N3904, dar puteți folosi orice tranzistor NPN, de exemplu, BC337, BC547 etc. (Orice tranzistor PNP va funcționa, doar asigurați-vă că păstrați polaritatea conexiunilor.)
Înfășurare sau fir izolat. Aproximativ 3-4 metri de sârmă ar trebui să fie suficienți (înfășurarea firelor, doar fire de cupru cu izolație email foarte subțire). Firele de la majoritatea dispozitivelor electronice precum transformatoare, difuzoare, motoare electrice, relee etc. vor funcționa.
Rezistor cu o rezistență de 1 kOhm. Acest rezistor va fi folosit pentru a proteja tranzistorul de ardere în caz de suprasarcină sau supraîncălzire. Puteți utiliza valori mai mari de rezistență de până la 4-5 kOhm. Puteți omite rezistența, dar riscați să descărcați bateria mai repede.
LED Am folosit un LED alb ultra strălucitor de 2 mm. Puteți folosi orice LED. De fapt, scopul LED-ului aici este doar de a arăta funcționalitatea circuitului.
Baterie de dimensiune AA cu o tensiune de 1,5 Volți. (Nu utilizați baterii de înaltă tensiune decât dacă doriți să deteriorați tranzistorul.)

Instrumente necesare:

1) Foarfece sau cuțit.

2) Fier de lipit (Opțional). Dacă nu aveți un fier de lipit, puteți pur și simplu să răsuciți firele. Am făcut asta când nu aveam fier de lipit. Dacă doriți să încercați un circuit fără lipire, este binevenit.

3) Brichetă (Opțional). Vom folosi o brichetă pentru a arde izolația de pe sârmă și apoi vom folosi foarfece sau un cuțit pentru a îndepărta orice izolație rămasă.

Pasul 2: Urmăriți videoclipul pentru a afla cum să o faceți

Pasul 3: Scurtă trecere în revistă a tuturor pașilor.

Deci, în primul rând, trebuie să luați firele și să faceți o bobină înfășurând 30 de spire în jurul unui obiect cilindric rotund. Să numim această bobină A. Cu același obiect rotund, începem să facem o a doua bobină. După înfășurarea a 15-a tură, creați o ramură sub forma unei bucle din fir și apoi înfășurați alte 15 spire pe bobină. Deci acum aveți o bobină cu două capete și o ramură. Să numim această bobină B. Faceți noduri la capetele firelor, astfel încât acestea să nu se desfășoare singure. Ardeți izolația la capetele firelor și la robinetul de pe ambele bobine. De asemenea, puteți folosi foarfece sau un stripper. Asigurați-vă că diametrele și numărul de spire ale ambelor bobine sunt egale!

Creați un transmițător: luați tranzistorul și plasați-l astfel încât partea plată să fie în sus și cu fața spre dvs. Pinul din stânga va fi conectat la emițător, cel din mijloc va fi pinul de bază, iar pinul din dreapta va fi conectat la colector. Luați un rezistor și conectați unul dintre capetele acestuia la borna de bază a tranzistorului. Luați celălalt capăt al rezistorului și conectați-l la unul dintre capetele (nu robinetul) bobinei B. Luați celălalt capăt al bobinei B și conectați-l la colectorul tranzistorului. Dacă doriți, puteți conecta o mică bucată de fir la emițătorul tranzistorului (va funcționa ca o extensie a emițătorului.)

Configurați receptorul. Pentru a crea un receptor, luați bobina A și conectați-i capetele la diferiții pini ai LED-ului.

Ai completat diagrama!

Pasul 4: Schema circuitului.

Aici vedem diagrama schematica conexiunea noastră. Dacă nu cunoașteți unele dintre simbolurile de pe diagramă, nu vă faceți griji. Următoarele imagini arată totul.

Pasul 5: Desenarea conexiunilor circuitelor.

Aici vedem un desen explicativ al conexiunilor circuitului nostru.

Pasul 6. Folosind diagrama.

Pur și simplu luați bobina B și conectați-o la capătul pozitiv al bateriei. Conectați borna negativă a bateriei la emițătorul tranzistorului. Acum, dacă mutați bobina LED mai aproape de bobina B, LED-ul se aprinde!

Pasul 7: Cum se explică acest lucru științific?

(Voi încerca doar să explic știința din spatele acestui fenomen în cuvinte simpleși analogii și știu că aș putea greși. Pentru a explica corect acest fenomen, va trebui să intru în toate detaliile, ceea ce nu sunt în stare să fac, așa că vreau doar să trag analogii generale pentru a explica circuitul).

Circuitul transmițător pe care tocmai l-am creat este un circuit Oscilator. Poate că ați auzit de așa-numitul circuit Thief Joule, dar seamănă izbitor cu circuitul creat de noi. Circuitul Joule Thief acceptă electricitate de la o baterie de 1,5 volți, scoate electricitate la o tensiune mai mare, dar cu mii de intervale între ele. LED-ul are nevoie doar de 3 volți pentru a se aprinde, dar în acest circuit se poate aprinde cu ușurință cu o baterie de 1,5 volți. Deci, circuitul Joule Thief este cunoscut ca un convertor de creștere a tensiunii, precum și ca un emițător. Circuitul creat de noi este, de asemenea, un emițător și un convertor care mărește tensiunea. Dar poate apărea întrebarea: „Cum să aprinzi un LED de la distanță?” Acest lucru se întâmplă din cauza inducției. Pentru aceasta puteți, de exemplu, să folosiți un transformator. Un transformator standard are un miez pe ambele părți. Să presupunem că firul de pe fiecare parte a transformatorului are dimensiuni egale. Când curentul electric trece printr-o bobină, bobinele transformatorului devin electromagneți. Dacă curentul alternativ trece prin bobină, atunci tensiunea oscilează de-a lungul unei sinusoide. Prin urmare, atunci când curentul alternativ trece prin bobină, firul dobândește proprietățile unui electromagnet și apoi pierde din nou electromagnetismul atunci când tensiunea scade. Bobina de sârmă devine un electromagnet și apoi își pierde proprietățile electromagnetice la aceeași viteză cu care magnetul iese din a doua bobină. Când un magnet se mișcă rapid printr-o bobină de sârmă, se generează electricitate, astfel încât tensiunea oscilantă a unei bobine de pe un transformator induce electricitate în cealaltă bobină de sârmă, iar electricitatea este transferată de la o bobină la alta fără fire. În circuitul nostru, miezul bobinei este aer și tensiunea AC trece prin prima bobină, inducând astfel tensiune în a doua bobină și aprinde becurile!!

Pasul 8. Beneficii și sfaturi pentru îmbunătățire.

Deci, în circuitul nostru am folosit pur și simplu un LED pentru a arăta efectul circuitului. Dar am putea face mai mult! Circuitul receptor primește electricitate din curent alternativ, așa că l-am putea folosi pentru a ilumina lămpi fluorescente! De asemenea, puteți folosi circuitul nostru pentru a face trucuri interesante, cadouri amuzante etc. Pentru a maximiza rezultatele, puteți experimenta cu diametrul bobinelor și numărul de spire ale bobinelor. De asemenea, puteți încerca să faceți bobinele plate și să vedeți ce se întâmplă! Posibilitățile sunt nesfârșite!!

Pasul 9. Motive pentru care circuitul poate să nu funcționeze.

Ce probleme puteți întâmpina și cum să le remediați:

Tranzistorul se încălzește prea mult!

Soluție: Ați folosit un rezistor cu parametrii necesari? Nu am folosit un rezistor prima dată și mi-a fumuit tranzistorul. Dacă acest lucru nu funcționează, încercați să utilizați termocontractabil sau folosiți un tranzistor de calitate superioară.

LED-ul nu se aprinde!

Soluție: Ar putea fi multe motive. În primul rând, verificați toate conexiunile. Am schimbat din greșeală baza și colectorul în conexiunea mea și a devenit o mare problemă pentru mine. Deci, verificați mai întâi toate conexiunile. Dacă aveți un dispozitiv, cum ar fi un multimetru, îl puteți utiliza pentru a verifica toate conexiunile. De asemenea, asigurați-vă că ambele bobine au același diametru. Verificați dacă există un scurtcircuit în rețeaua dvs.

Nu sunt conștient de alte probleme. Dar dacă le întâlnești, anunță-mă! Voi încerca să ajut cât de mult pot. În plus, sunt elev în clasa a IX-a la școală și a mea cunoștințe științifice sunt extrem de limitate, așa că dacă găsiți erori în munca mea, vă rugăm să-mi spuneți. Sugestiile de îmbunătățire sunt mai mult decât binevenite. Mult succes cu proiectul tau!

Electricitatea wireless este cunoscută încă din 1831, când Michael Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice. El a stabilit experimental că un câmp magnetic în schimbare generat de un curent electric poate induce un curent electric într-un alt conductor. Au fost efectuate numeroase experimente, datorită cărora a apărut primul transformator electric. Cu toate acestea, doar Nikola Tesla a reușit să traducă pe deplin ideea de a transmite electricitate la distanță în aplicare practică.

La Târgul Mondial de la Chicago din 1893, el a demonstrat transmiterea fără fir a electricității prin aprinderea becurilor cu fosfor care erau distanțate. Tesla a demonstrat multe variații privind transmiterea energiei electrice fără fire, visând că în viitor această tehnologie va permite oamenilor să transmită energie pe distanțe mari în atmosferă. Dar în acest moment, această invenție a omului de știință s-a dovedit a fi nerevendicată. Abia un secol mai târziu, Intel și Sony, și apoi alte companii, au devenit interesate de tehnologiile lui Nikola Tesla.

Cum funcţionează asta

Electricitatea fără fir reprezintă literalmente transmisia energie electrica fara fire. Această tehnologie este adesea comparată cu transferul de informații, de exemplu, cu Wi-Fi, telefoane mobileși radio. Electricitatea fără fir este o tehnologie relativ nouă și în dezvoltare dinamică. Astăzi, sunt dezvoltate metode pentru a transmite în siguranță și eficient energia la distanță, fără întrerupere.

Tehnologia se bazează pe magnetism și electromagnetism și se bazează pe o serie de principii simple de funcționare. În primul rând, aceasta se referă la prezența a două bobine în sistem.

Sistemul este format dintr-un transmițător și un receptor care împreună generează un câmp magnetic alternativ de curent nedirect.
Acest câmp creează tensiune în bobina receptorului, de exemplu, pentru a încărca o baterie sau a alimenta un dispozitiv mobil.
Când curentul electric este trimis printr-un fir, în jurul cablului apare un câmp magnetic circular.
Pe o bobină de sârmă care nu primește curent electric direct, curentul electric va începe să curgă din prima bobină prin câmpul magnetic, inclusiv prin a doua bobină, oferind cuplare inductivă.

Principii de transfer

Până de curând, sistemul de rezonanță magnetică CMRS, creat în 2007 la Massachusetts Institute of Technology, era considerată cea mai avansată tehnologie de transmitere a energiei electrice. Această tehnologie a asigurat transmisia curentului pe o distanță de până la 2,1 metri. Cu toate acestea, unele limitări l-au împiedicat să fie introdus în producție de masă, de exemplu, frecvența de transmisie înaltă, dimensiuni mari, configurație complexă a bobinei, precum și sensibilitate ridicată la interferențe externe, inclusiv prezența unei persoane.

Cu toate acestea, oamenii de știință din Coreea de Sud au creat un nou transmițător de energie electrică care va transmite energie până la 5 metri. Și toate dispozitivele din cameră vor fi alimentate de un singur hub. Sistemul rezonant al bobinelor dipol DCRS este capabil să funcționeze până la 5 metri. Sistemul nu are o serie de dezavantaje ale CMRS, inclusiv utilizarea unor bobine destul de compacte cu dimensiunile 10x20x300 cm, care pot fi instalate discret in peretii unui apartament.

Experimentul a făcut posibilă transmiterea la o frecvență de 20 kHz:

209 W la 5 m;
471 W la 4 m;
1403 W la 3 m.

Electricitatea wireless vă permite să alimentați televizoare LCD mari moderne, care necesită 40 W, la o distanță de 5 metri. Singurul lucru care va fi „pompat” din rețeaua electrică este 400 de wați, dar nu vor exista fire. Inducția electromagnetică oferă randament ridicat, dar la mică distanță.

Există și alte tehnologii care vă permit să transmiteți electricitate fără fir. Cele mai promițătoare dintre ele sunt:

Radiația laser . Oferă securitate în rețea, precum și o rază mai mare. Cu toate acestea, este necesară o linie de vedere între receptor și transmițător. Au fost deja create instalații de lucru care folosesc puterea de la un fascicul laser. Lockheed Martin, un producător american de echipamente militare și avioane, a testat vehiculul aerian fără pilot Stalker, care este alimentat de un fascicul laser și rămâne în aer timp de 48 de ore.
Radiația cu microunde . Oferă o rază lungă de acțiune, dar are un cost de echipament ridicat. O antenă radio este folosită ca transmițător de electricitate, care creează radiații cu microunde. Dispozitivul receptor are o rectennă, care transformă radiația primită de microunde în curent electric.

Această tehnologie face posibilă distanțarea semnificativă a receptorului de transmițător și nu este nevoie directă de linie vizuală. Dar pe măsură ce gama crește, costul și dimensiunea echipamentului crește proporțional. În același timp, radiația cu microunde putere mare generate de instalaţie pot fi dăunătoare mediului.

Particularități

Cea mai realistă dintre tehnologii este electricitatea wireless bazată pe inducția electromagnetică. Dar există limitări. Se lucrează la scalarea tehnologiei, dar aici apar probleme de siguranță a sănătății.
Tehnologiile de transmitere a energiei electrice prin ultrasunete, laser și radiații cu microunde se vor dezvolta și își vor găsi, de asemenea, nișele.
Sateliți în orbită cu uriașe panouri solare necesită o abordare diferită, va fi necesară transportul direcționat al energiei electrice. Laserul și cuptorul cu microunde sunt potrivite aici. În prezent nu există o soluție perfectă, dar există multe opțiuni cu avantajele și dezavantajele lor.
În prezent, cei mai mari producători de echipamente de telecomunicații s-au unit pentru a forma Consorțiul pentru energie electromagnetică fără fir, cu scopul de a crea un standard mondial pentru wireless. încărcătoare, care funcționează pe principiul inducției electromagnetice. Dintre principalii producători, suportul pentru standardul QI pe o serie de modele ale acestora este oferit de Sony, Samsung, Nokia, Motorola Mobility, LG Electronics, Huawei și HTC. În curând, QI va deveni un standard unificat pentru orice astfel de dispozitive. Datorită acestui fapt, va fi posibilă crearea unor zone de încărcare wireless pentru gadget-uri în cafenele, centre de transport și alte locuri publice.

Aplicație

Elicopter cu microunde. Modelul de elicopter avea o rectennă și se ridica la o înălțime de 15 m.
Electricitatea fără fir este folosită pentru a alimenta periuțele de dinți electrice. Periuţă de dinţi Carcasa este complet etanșată și nu are conectori, ceea ce evită șocurile electrice.
Alimentarea aeronavelor folosind lasere.
Sistemele de încărcare fără fir sunt acum disponibile pentru vânzare dispozitive mobile care poate fi folosit în fiecare zi. Ele funcționează pe baza inducției electromagnetice.
Pad de încărcare universal. Ele furnizează energie majoritatea modele populare de smartphone-uri care nu sunt echipate cu un modul de încărcare fără fir, inclusiv telefoane obișnuite. Pe lângă suportul de încărcare în sine, va trebui să cumpărați o carcasă pentru receptor pentru gadget. Se conectează la un smartphone printr-un port USB și se încarcă prin acesta.
În prezent, pe piața mondială sunt vândute peste 150 de dispozitive de până la 5 wați care acceptă standardul QI. Echipamentele vor apărea în viitor putere medie până la 120 Watt.

Perspective

Astăzi, se lucrează la proiecte mari care vor folosi electricitate wireless. Aceasta este sursa de alimentare pentru vehiculele electrice „over the air” și rețelele electrice de uz casnic:

O rețea densă de puncte de încărcare auto va face posibilă reducerea bateriilor și reducerea semnificativă a costurilor vehiculelor electrice.
În fiecare încăpere vor fi instalate surse de alimentare, care vor transmite energie electrică către echipamente audio și video, gadgeturi și electrocasnice dotate cu adaptoare adecvate.