Oggi stavo leggendo di Nikola Tesla (tramite la farina d'avena ) e leggevo della Torre di Wardenclyffe che (tra le altre cose) intendeva trasmettere elettricità in modalità wireless. Perdona l'ingenuità della domanda, ma se la tecnologia in grado di trasmettere la corrente elettrica in modalità wireless è stata inventata oltre 100 anni fa, perché non utilizziamo l'elettricità wireless nelle nostre vite quotidiane oggi? In altre parole, perché dobbiamo collegare fisicamente i nostri dispositivi elettrici (telefoni / computer, ecc.) Se esiste qualcosa come l'elettricità wireless? Se si tratta di un problema di efficienza / costo, immaginerei che ad alcuni ricchi non dispiacerebbe pagare di più, alla luce degli sprechi, per la comodità aggiuntiva.

Spiega in parole povere (anche se una semplice risposta sarebbe sufficiente).

Uso l'elettricità wireless ogni giorno.

Nel mio spazzolino:

E nel mio cellulare:

Il metodo utilizzato nei miei dispositivi si chiama Ricarica induttiva . Ne parlo un po 'di più nella mia risposta a questa domanda . Questa è la forma più comune e più pratica per trasmettere energia in modalità wireless al momento. Ma come molti commenti hanno notato, questo è considerato vicino alla trasmissione sul campo. E con una portata effettiva di pochi millimetri, è molto vicino al campo.

La quantità di energia trasferita e l'efficienza del trasferimento possono essere aumentate un po '(anche se ancora considerate vicine al campo) aggiungendo un condensatore a ciascuna delle bobine dell'induttore e sintonizzando le reti RLC risultanti per avere un elevato fattore Q in corrispondenza del stessa frequenza (risonante). Un team del MIT ha fatto ricerche sull'uso della risonanza induttiva come sistema di trasferimento di energia wireless.

Da allora i ricercatori hanno costituito una società chiamata WiTricity per sviluppare ulteriormente la tecnologia. Sebbene non abbiano ancora portato un prodotto sul mercato commerciale, hanno fatto alcune dimostrazioni impressionanti :

Il termine WiTricity è stato utilizzato per un progetto che ha avuto luogo presso il MIT, guidato da Marin Soljačić nel 2007. I ricercatori del MIT hanno dimostrato con successo la capacità di alimentare una lampadina da 60 watt in modalità wireless, usando due bobine di rame a 5 giri da 60 cm (24 pollici ) di diametro, distanti 2 m (7 piedi), con un'efficienza di circa il 45%. Le bobine sono state progettate per risuonare insieme a 9,9 MHz (≈ lunghezza d'onda 30 m) e sono state orientate lungo lo stesso asse. Uno era collegato induttivamente a una fonte di alimentazione e l'altro a una lampadina. L'impianto ha acceso la lampadina, anche quando la linea di mira diretta è stata bloccata utilizzando un pannello di legno. I ricercatori sono stati in grado di alimentare una lampadina da 60 watt con un'efficienza di circa il 90% a una distanza di 3 piedi. Il progetto di ricerca è stato trasformato in una società privata, chiamata anche WiTricity.

È importante notare che la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore gioca un fattore cruciale nel determinare quanta energia può essere trasferita in modo affidabile. Come si può vedere in questo articolo basato sul progetto MIT, il decadimento della tensione rispetto alla distanza tra le bobine è esponenziale:

Ma ci sono molti altri metodi come microonde e laser che sono in grado di percorrere distanze molto maggiori. Tuttavia, questi metodi sono molto direzionali e quindi sono applicabili su un'area molto più piccola rispetto alla proposta Torre di Wardenclyffe di Tesla che sarebbe omnidirezionale. Ci sono anche molti altri fattori da considerare quando si implementa uno di questi metodi:

Microonde:

La trasmissione di potenza tramite onde radio può essere resa più direzionale, consentendo un fascio di energia a distanza maggiore, con lunghezze d'onda più brevi di radiazione elettromagnetica, tipicamente nella gamma delle microonde. Una rectenna può essere utilizzata per riconvertire l'energia delle microonde in elettricità. Sono state realizzate efficienze di conversione di rectenna superiori al 95%. Il fascio di energia mediante microonde è stato proposto per la trasmissione di energia dall'orbita dei satelliti di energia solare verso la Terra ed è stato preso in considerazione il fascio di energia verso l'orbita in uscita dai veicoli spaziali.
...
Per applicazioni terrestri, un array di ricezione di 10 km di diametro su una vasta area consente di utilizzare livelli di potenza totale elevati durante il funzionamento a bassa densità di potenza suggerita per la sicurezza dell'esposizione elettromagnetica umana. Una densità di potenza sicura per l'uomo di 1 mW / cm2 distribuita su un'area del diametro di 10 km corrisponde a un livello di potenza totale di 750 megawatt. Questo è il livello di potenza riscontrato in molte moderne centrali elettriche.
... La
trasmissione wireless ad alta potenza con microonde è ben collaudata. Esperimenti sulle decine di kilowatt sono stati eseguiti a Goldstone in California nel 1975 e più recentemente (1997) a Grand Bassin sull'isola di Reunion. Questi metodi raggiungono le distanze nell'ordine di un chilometro.

Laser

I vantaggi del trasferimento di energia basato sul laser rispetto ad altri metodi wireless sono:

1. la propagazione del fronte d'onda monocromatica collimata consente un'area della sezione trasversale del fascio stretto per la trasmissione di energia su grandi distanze.
2. le dimensioni compatte dei diodi semiconduttori laser a stato solido-fotovoltaico si adattano a piccoli prodotti.
3. nessuna interferenza di radiofrequenza per comunicazioni radio esistenti come Wi-Fi e telefoni cellulari.
4. controllo di accesso; solo i ricevitori illuminati dal laser ricevono energia.

Gli svantaggi sono:

1. Le radiazioni laser sono pericolose, anche a bassi livelli di potenza possono accecare persone e animali e ad alti livelli di potenza possono uccidere attraverso il riscaldamento localizzato
2. La conversione alla luce, ad esempio con un laser, è inefficiente
3. La conversione in energia elettrica è inefficiente, con celle fotovoltaiche che raggiungono un'efficienza del 40% -50%. (Si noti che l'efficienza di conversione è piuttosto maggiore con la luce monocromatica che con l'insolazione dei pannelli solari).
4. L'assorbimento atmosferico e l'assorbimento e la dispersione da parte di nuvole, nebbia, pioggia, ecc., Causano perdite, che possono arrivare fino al 100%
5. Come nel caso del microonde, questo metodo richiede una linea di mira diretta con il bersaglio.

E naturalmente c'è il metodo "disturbo disturbato di terra e aria" usato da Tesla. Per quanto riguarda il sistema Tesla, questo è stato chiuso perché i finanziamenti si sono esauriti e il mercato azionario si è schiantato . Per quanto riguarda il motivo per cui non è stato provato da allora, è principalmente perché un tale sistema non poteva essere rigorosamente misurato. Pertanto, le società elettriche non potevano addebitare costi per utilizzo e fare un sacco di soldi. Senza un modo per monetizzare la tecnologia, non verranno mai effettuati investimenti in ricerca e sviluppo. Questa è la teoria (della cospirazione), comunque. Sebbene ci siano molte altre ragioni per cui questo metodo è irrealizzabile o semplicemente non funziona.

Non sono riuscito a trovare un articolo con numeri definitivi sull'efficienza. Ma credo che l'efficienza sia il motivo principale per cui non si vede questa tecnologia in un uso più diffuso. Tuttavia, esiste, le persone come me (leggi: non ricche) hanno accesso ad esso e funziona abbastanza bene.

Modificare:

Ho trovato un caso di studio condotto dal Wireless Power Consortium, produttore di caricabatterie qi per il mio telefono, in cui si afferma (enfasi il mio):

In questa sezione confrontiamo il consumo totale di energia in un periodo di 5 anni

Argomento di studio:

Efficienza media del sistema del caricabatterie wireless N sys-wireless = 0,50 (50%)

Efficienza media del sistema dell'adattatore di alimentazione cablato N sys-wired = 0,72 (72%) Supponiamo che la potenza di ricarica media sia di 2 W.

Quindi la parte cablata del loro sistema ha un'efficienza del 72% e la parte wireless ha un'efficienza del 50%. Quello sta usando un metodo induttivo in cui le bobine sono distanti pochi millimetri. Confrontalo con il WiTricity di Joel che afferma un'efficienza del 40% su 2 metri.

Tenete conto dei costi aggiuntivi associati alla circuità e ai componenti aggiuntivi per un sistema wireless rispetto al costo di una lunghezza di filo di rame e potete vedere perché il trasferimento di energia wireless a lunga distanza è ancora considerato poco pratico per l'uso sul mercato di massa.

Se irradi energia sferica (uguale in tutte le direzioni), l'energia ricevuta all'altra estremità sarà proporzionale alla percentuale della sfera coperta dal ricevitore. Più lontano ottieni, meno energia catturi per l'antenna delle stesse dimensioni, proporzionale a 1 / r ^ 2. Il resto dell'energia viene sprecato nello spazio libero. Questo è un modello enormemente semplificato, ovviamente. Se sai dove si trova il ricevitore, rendi direzionale il trasmettitore, usi la risonanza, ecc., Ma ottieni l'idea. L'energia wireless non arriva magicamente al ricevitore con un'efficienza del 100%. Inoltre, disponi di un circuito di conversione della potenza che non è efficiente al 100%.

Se l'invio e la ricezione sono distanti millimetri e i livelli di potenza sono bassi, come in uno spazzolino da denti o in un telefono, l'efficienza è tollerabile e la perdita di energia non costa molto. Uno spazzolino da denti costa solo pochi centesimi all'anno per essere caricato, quindi vale la pena scambiare costi energetici extra contro l'impermeabilizzazione del prodotto per un ambiente bagno. Un tappetino sotto la tua auto elettrica che trasmette migliaia di watt a un'altezza da terra di un piede sprecherebbe decine di dollari al mese in costi energetici rispetto al collegamento. semplicemente non funzionerebbe.

Potremmo ancora vedere la potenza wireless o ambientale diventare popolare per i piccoli dispositivi embedded, come un microcontrollore a bassa potenza che controlla qualcosa. Se il consumo di energia del microcontrollore diventa abbastanza basso, può funzionare continuamente da un piccolo pannello solare, una bobina di filo come in un badge RFID, un dispositivo piezoelettrico o così via. L'energia potrebbe essere raccolta da segnali WiFi, calore, movimento meccanico o altri modi che non vengono utilizzati oggi perché i livelli di potenza sono troppo bassi per essere utili. Trasmettendo i dati raccolti tramite, ad esempio, Bluetooth LE richiede molta più energia rispetto al semplice funzionamento del microcontrollore, quindi le esplosioni di trasmissione devono essere brevi e poco frequenti, con un certo accumulo di energia (condensatore) che si riempie lentamente nel mezzo. Questo è il regno dei microwatt o forse dei nanowatt, quindi dimentica di ricaricare continuamente il tuo cellulare mentre cammini.

Il motivo per cui non distribuiamo energia come aveva provato Tesla è perché non funziona. È fondamentalmente un'idea stupida perché:

1. La potenza disponibile in qualsiasi volume fisso diminuisce con il cubo della distanza dal trasmettitore. Diciamo ad esempio che è possibile estrarre 100 kW da un metro cubo a 10 metri dal trasmettitore. A 100 metri sarebbe 100 W. A 200 metri 12,5 Watt, che è appena sufficiente per alimentare una luce.

2. Non c'è modo di misurare l'uso individuale, quindi come si fa a pagare le persone? Non puoi aspettarti che paghi solo perché hai messo su una torre. Posso affermare di non aver mai usato alcun potere, e non puoi provare il contrario.

3. Non sappiamo davvero quali siano gli effetti sulla salute dell'esposizione a lungo termine a campi elettrici significativamente potenti. Pensaci. Se si suppone che una lampadina intercetti la potenza di questo campo per illuminare se stessa, come fa esattamente il tuo corpo a non intercettare un certo potere?

4. Come si fa a mantenere un oggetto ordinario che ha le giuste proprietà elettriche di intercettare l'energia e riscaldarsi? Dovresti stare molto attento all'utilizzo di qualsiasi materiale che non sia un buon isolante. Dovresti tenere a mente le dimensioni, l'orientamento e l'impedenza con attenzione per evitare che afferri il potere dal campo E che lo circonda. Pensa a tutti gli oggetti metallici che dai per scontati. Anche una lattina di alluminio di soda potrebbe essere un problema.

5. È orribilmente inefficiente, anche se ha funzionato. Ci saranno molti oggetti ordinari come nel n. 4 sopra. Per non parlare di ciò che accade a quegli oggetti quando intercettano questo potere, ma pensa all'enorme spreco di potere da parte del produttore. Ogni ramo di albero bagnato, il terreno e ogni sorta di cose prenderanno energia da questo campo E.

Come ho detto, è un'idea stupida, ed è stata un'idea stupida quando anche Tesla l'ha provato, come avrebbero dovuto dirgli alcune delle sue equazioni.

Counsel:

Vediamo se lo capisco correttamente. Se hai radiazioni o onde elettromagnetiche che provengono dal tuo sistema, l'energia viene sprecata?

Tesla:

Assolutamente sprecato Dal mio circuito è possibile ottenere onde elettromagnetiche, il 90 percento delle onde elettromagnetiche, se lo si desidera, e il 10 percento nell'energia attuale che passa attraverso la terra. Oppure, puoi invertire il processo e ottenere il 10 percento dell'energia nelle onde elettromagnetiche e il 90 percento nell'energia della corrente che passa attraverso la terra.

È proprio così: ho inventato un coltello. Il coltello può tagliare con il bordo affilato. Dico all'uomo che applica la mia invenzione, che devi tagliare con il bordo tagliente. So perfettamente che puoi tagliare il burro con il bordo smussato, ma il mio coltello non è destinato a questo. Non devi fare in modo che l'antenna emetta il 90 percento in onde elettromagnetiche e il 10 percento in onde correnti, perché le onde elettromagnetiche si perdono quando sei pochi archi intorno al pianeta, mentre la corrente viaggia alla massima distanza del globo e può essere recuperato.

Questo punto di vista, a proposito, è ora confermato. Si noti, ad esempio, il trattato matematico di Sommerfeld, [*] che mostra che la mia teoria è corretta, che avevo ragione nelle mie spiegazioni dei fenomeni e che la professione era completamente fuorviata. Questo è il motivo per cui questi miei seguaci nelle correnti ad alta frequenza hanno commesso un errore. Volevano creare alternatori ad alta frequenza di 200.000 cicli con l'idea che avrebbero prodotto onde elettromagnetiche, il 90 percento in onde elettromagnetiche e il resto nell'energia attuale. Ho usato solo basse alternanze e ho prodotto il 90 percento in energia attuale e solo il 10 percento in onde elettromagnetiche, che sono sprecate, ed è per questo che ho ottenuto i miei risultati. . . .

Vedete, l'apparato che ho ideato era un apparato che permettesse di produrre enormi differenze di potenziale e correnti in un circuito di antenna. Questi requisiti devono essere soddisfatti, sia che si trasmetta da correnti di conduzione, sia che si trasmetta da onde elettromagnetiche. Volete correnti ad alto potenziale, volete una grande quantità di energia vibratoria; ma puoi laureare questa energia vibratoria. Con una corretta progettazione e scelta delle lunghezze d'onda, è possibile disporlo in modo da ottenere, ad esempio, il 5 percento in queste onde elettromagnetiche e il 95 percento nella corrente che attraversa la terra. Questo è quello che sto facendo. Oppure puoi ottenere, come questi uomini radio, il 95 percento nell'energia delle onde elettromagnetiche e solo il 5 percento nell'energia della corrente. . . . L'apparecchio è adatto per l'uno o l'altro metodo. Non sto producendo radiazioni con il mio sistema; Sopprimo le onde elettromagnetiche. . . . Nel mio sistema, dovresti liberarti dall'idea che ci sono radiazioni, che l'energia viene irradiata. Non è irradiato; è conservato. . . .

Tesla non era stupida!

:)

Ho letto da qualche parte che l'ha interrotto a causa dei timori degli effetti fisici che il sistema potrebbe avere su di noi. Alla fine, penso che se dicesse che funzionerà, funzionerà ... devo andare con il ragazzo che ha inventato l'elettricità mentre la usiamo fino ad oggi .... e la radio ... e i raggi x ... . peccato che non sia ancora in giro, i progressi che farebbe oggi!