Die Tesla-Theorie: Wer gewinnt das Rennen um die drahtlose Stromversorgung?

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Wenn Sie an drahtlose Stromversorgung denken, rasen Bilder von Blitzen aus eine Tesla-Spule 10 der besten Tesla Coils-Musikvideos auf YouTubeNikola Tesla gilt zu Recht als einer der größten wissenschaftlichen Köpfe aller Zeiten. Seine Pionierarbeit als Ingenieur, insbesondere auf dem Gebiet der Elektrizität und des Elektromagnetismus, bedeutet, dass sein Name gleichbedeutend ist mit ... Weiterlesen zu einem anderen wahrscheinlich in den Sinn kommen, oder vielleicht Bilder von dem Moment, als Frankensteins Monster lebendig wurde.

Während die Idee lächerlich und fast unmöglich erscheint, werden Sie überrascht sein zu erfahren, dass die drahtlose Stromversorgung schnell Realität wird.

Es gibt eine Reihe von Theorien und Vorschlägen, um das futuristische Kunststück der Übertragung von Elektrizität durch die Luft zu erreichen Geräte in Ihrem Zuhause - auf die wir in diesem Artikel noch eingehen werden - aber zuerst ist es wichtig, sowohl das Potenzial als auch die Einschränkungen zu verstehen von

die Wissenschaft 10 Wissenschafts-YouTube-Kanäle, die Sie nicht verpassen dürfenDas Wort Wissenschaft bedeutet im Wesentlichen Wissen, und es ist diese Suche nach Lernen und Verstehen, die die Menschheit auf den Höhepunkt ihrer Macht getrieben hat. Das Web bietet reichlich Gelegenheit, dieses Wissen zu verbreiten, um ... Weiterlesen hinter diesen Versuchen.

Was ist drahtlose Stromversorgung?

Wenn die meisten Menschen an Elektrizität denken, denken sie an den herkömmlichen Ein- oder Zweidrahtstecker mit einem positiven Anschluss, einem negativen Anschluss und manchmal einem Erdungskabel. Die positiven und negativen Anschlüsse bilden im Wesentlichen einen Stromkreis, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Dies ist das einfachste Beispiel für einen Stromkreis. Nun, das Entfernen des Schalters wäre einfacher, aber Sie verstehen es.

Die Batterieklemmen „+“ und „-“ sind die roten und schwarzen Kabel in Ihrem Netzstecker, unabhängig davon, ob Sie eine Lampe, einen Computer oder etwas anderes anschließen.

Auf seiner fundamentalen Ebene kann Elektrizität als der Fluss eines „Stroms“ von positiven zu negativen Anschlüssen beschrieben werden. Ich werde eine theoretische Diskussion über die Bewegung der tatsächlich geladenen Teilchen vermeiden. Verstehen Sie einfach, dass für die Stromversorgung eines elektrischen Geräts eine Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Klemmen erforderlich ist.

Wie ist es also möglich, ein System zu drehen, dessen Ladungsfluss offensichtlich von einem Leiter wie einem elektrischen Draht abhängt? Was sollst du tun? schießen die Ladung von der Spitze eines Drahtes zum anderen? Nun... Sorta.

Lassen Sie mich Ihnen den Transformator vorstellen.

Dies ist eigentlich ein Konzept, das es seit Tesla selbst gibt. Sie nehmen ein Kabel, das Ihre Quellenspannung führt (z. B. an eine Haushaltssteckdose mit 60 Hz Wechselstrom angeschlossen), und wickeln es in vielen Schleifen um. Oh, zum Teufel, benutze ein Stück Eisen, um das Wickeln der Schlaufen zu erleichtern.

Wickeln Sie dann einen zweiten Draht ein kurzes Stück von der ersten Spule entfernt ein. Sie werden Strom in der zweiten Spule induzieren, genau wie Magie.

Okay, nicht ganz magisch, aber ziemlich nah. Grundsätzlich induziert jeder Draht mit Wechselspannung ein elektromagnetisches Feld, das als Fluss bezeichnet wird. Wenn Sie den Draht aufwickeln, verstärken Sie dieses Feld. Wenn Sie magnetisches Material wie Eisen in diese Spule schieben, verbessern Sie Ihre Fähigkeit, die Energie auf diese zweite Spule zu übertragen. Aber - hier ist der Kicker - dasselbe kann direkt durch die Luft passieren.

Hast du jemals einen Induktionsofen benutzt?

Wenn Sie die Chance haben, einen zu sehen, drehen Sie ihn auf volle Hitze und legen Sie Ihre Hand über den Brenner. Nein, im Ernst - fass alles an, was du willst. Sie werden sich nicht verbrennen. Diese gewickelten Drähte sollen Wirbelströme in das gusseiserne Kochgeschirr auf dem Herd induzieren. Dies erwärmt wiederum den Topf, wodurch das Essen erwärmt wird.

Bei dieser Übertragung elektrischer Energie durch die Luft funktionieren Generatoren, Motoren und sogar Ihr elektrisches Zahnbürstenladegerät. In diesen Fällen handelt es sich anstelle eines Eisenkerns um einen „Luftkern“. Es ist der Fluss, der die elektrische Energie überträgt.

Durchbrüche in der drahtlosen Stromversorgung

Warum war es Wissenschaftlern bisher nicht möglich, Energie mithilfe von Induktion drahtlos zu übertragen? Um das zu verstehen, müssen Sie wirklich zu den Leuten gehen, die alles angefangen haben - oder zumindest Nikola Teslas Fackel aufgehoben haben.

In einem 2006 Papier MIT-Forscher, die in den Annals of Physics veröffentlicht wurden, beschrieben, wie sie beweisen wollten, dass diese Felder zur drahtlosen Übertragung von Energie verwendet werden können.

Wir untersuchen, ob und in welchem ​​Ausmaß das physikalische Phänomen langlebiger resonanter elektromagnetischer Zustände lokalisiert ist Langsam abklingende Feldmuster können verwendet werden, um Energie effizient über nicht zu vernachlässigende Entfernungen zu übertragen, selbst wenn Fremdkörper vorhanden sind Umweltobjekte.

Im Klartext sagten die Forscher, sie glaubten, dass mit der richtigen Konfiguration diese Induktionsfelder verwendet werden könnten, um Energie über eine Distanz zu übertragen, selbst wenn Objekte im Weg sind.

Und raten Sie mal, was sie bis 2007 bewiesen und ihre Ergebnisse in einem experimentellen Artikel veröffentlicht haben, der im Science Magazine veröffentlicht wurde.

Unter Verwendung von selbstresonanten Spulen in einem stark gekoppelten Bereich haben wir experimentell eine effiziente nicht strahlende Kraftübertragung über Entfernungen bis zum 8-fachen des Radius der Spulen demonstriert. Wir konnten 60 Watt mit einem Wirkungsgrad von ~ 40% über Entfernungen von mehr als 2 Metern übertragen.

Dies war eine erstaunliche Leistung. Für diejenigen unter Ihnen, die noch nicht gut auf das metrische System eingestellt sind, sind 2 Meter etwas mehr als sechseinhalb Fuß. Grundsätzlich könnten sie die Kraft von einer Spule zur anderen übertragen, die Entfernung einer sehr großen Person.

Was war ihr Geheimnis? Es war das, was sie "Resonanzspulen" nannten. Sie haben die Spulen - die Anzahl, den Radius und andere Faktoren - fein abgestimmt, um eine Art „Resonanz“ zwischen den beiden Spulen zu erreichen.

Es ist wichtig, dass die Spulen in Resonanz sind, damit die Leistungsübertragung praktisch ist (6). Wir stellen experimentell fest, dass die auf die Last übertragene Leistung stark abfällt, wenn eine der Spulen von der Resonanz verstimmt wird.

Unabhängig davon löste diese Errungenschaft die rasche Entwicklung drahtloser Energieanwendungen aus. Das Rennen war eröffnet.

Das Rennen, um die Macht zu nutzen

Rennen, das sie gemacht haben.

Eines der ersten Startups, das diese Technologie für kommerzielle Zwecke nutzte, war WiTricity. Bereits 2009 gab CEO Eric Giler auf der TEDGlobal 2009 eine Demo der drahtlosen Energietechnologie.

Er war nicht der einzige. Viele Unternehmen setzten sofort auf diese Technologie für Anwendungen, die auf kurzen Strecken praktisch und einfach waren. Das drahtlose Laden tragbarer Geräte war eine offensichtliche erste Wahl und 2009 die erste induktive Ladekissen Lädt sich das Duracell myGrid wirklich so gut auf wie ein Netzkabel?Netzkabel sind in der heutigen drahtlosen Welt ein zunehmend veraltetes Konzept, bleiben jedoch bislang eine Notwendigkeit. Niemand möchte gezwungen werden, seine Elektronik an das Schnurnest einer Ratte zu binden ... Weiterlesen auf den Markt kommen.

Jetzt können Sie Ihre Mobilgeräte auf diesen Pads platzieren und sie werden aufgeladen. Sie müssen nicht mehr nach dem Netzstecker Ihres Telefons suchen.

Wenn Sie der Meinung sind, dass dies eine coole Erfindung war, überlegen Sie, wie weit die Industrie seit den Tagen der Entdeckung des MIT gekommen ist. Bis 2011 wurde ein Unternehmen namens Evatran hat ein „Plugless Power“ -System für Elektroautos entwickelt, das mithilfe der Induktionstechnologie Elektrofahrzeuge ohne Kabel auflädt.

Induktives Laden ist nicht die Zukunft von Elektroautos, es ist bereits da.

Die Zukunft der drahtlosen Stromversorgung

Nachdem Sie nun wissen, wo sich die Industrie mit drahtloser Stromversorgung befindet, werfen wir einen Blick darauf, wohin sie führt.

Anfang 2014 haben Forscher an der Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) gaben bekannt, dass sie ein "Dipolspulen-Resonanzsystem" entwickelt haben, wo sie dies konnten Stellen Sie einen erweiterten Bereich für die induktive Energieübertragung von bis zu 5 Metern zwischen Sender und Empfänger her Spulen. "

Sie waren auch in der Lage, die Spulengrößen gegenüber dem vom MIT-Team verwendeten zu verkleinern, was das Ganze für kommerzielle Zwecke praktischer (wenn auch immer noch teuer) machte.

Chun T. Rim, der Leiter des Forschungsprojekts, sagte Science Daily dass er sich vorstellte, dass ein solches System verwendet werden würde, um „Hotspots für drahtlose Stromversorgung“ bereitzustellen, genau wie Menschen Internet-Hotspots nutzen.

So wie wir heute überall Wi-Fi-Zonen sehen, werden wir irgendwann viele Wi-Power-Zonen an Orten wie Restaurants und Straßen haben, die elektronische Geräte drahtlos mit Strom versorgen.

Fünf Meter sind fast sechzehneinhalb Fuß. Jetzt sprechen Sie über die Länge eines typischen Raums in einem Haus.

In diesem Jahr hat ein Unternehmen namens Ossia mit seinem Konzept namens Cota die Runde gemacht, eine Technologie, die das Unternehmen verspricht Kabelloses Laden Was ist drahtloses Laden und wie genau funktioniert es? [MakeUseOf erklärt]Wir leben in einer drahtlosen Welt. Außer wir tun es nicht. Sicher, wir können riesige Mengen an Informationen über die Funkwellen senden, aber die Geräte, die diese senden und empfangen können, sind an Netzkabel gebunden ... Weiterlesen von Geräten bis zu 30 Fuß von der Basisstation entfernt.

Aber natürlich haben Apple-Fanboys keine Angst, Ihr Unternehmen steht auch bei diesem Spiel an vorderster Front.

Im August erhielt Apple zwei Patente, die sich auf die geplante Anwendung des drahtlosen Ladens mit resonanter Induktion beziehen.

Ein Patent beschreibt, wie Benutzer ein Netzteil anschließen können - beispielsweise einen Dongle oder ein Gerät in einem neueren Computersystem - und dann lädt dieses Netzteil alle „entsprechend abgestimmten“ Geräte drahtlos auf in der Nähe.

Das Patent lautet:

… Kann das entsprechend abgestimmte Peripheriegerät als Teil eines Resonanzkreises betrachtet werden, der das NFMR-Netzteil und alle anderen so abgestimmten Peripheriegeräte umfassen kann.

Das Patent zeigt, dass eine ganze Elektronikindustrie im Wettlauf ist, um von einer Technologie zu profitieren, die das Aussehen eines modernen Haushalts grundlegend verändern könnte.

Zuerst kommen die kleineren Geräte, die einfacher zu laden sind und einen geringeren Strombedarf haben. Wenn jedoch die anderen Akteure der Induktionskraftindustrie etwas dazu zu sagen haben, alles Haushaltsgeräte - von Ihrer Mikrowelle bis zu Ihrem Großbildfernseher - werden ohne Netzkabel mit Strom versorgt was auch immer.

Eines Tages sehen die Leute die Steckdosen in einem Haus vielleicht genauso, wie Kinder heute diese alten, albernen Netzwerkbuchsen sehen. Bereit oder nicht, drahtlose Stromversorgung ist die Zukunft - und ich wette, Nikola Tesla lacht in seinem Grab.

Wie stehen Sie zur drahtlosen Stromversorgung? Werden Sie die Technologie annehmen oder haben Sie Bedenken? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren unten!

Bildnachweis: Plasma Über Shutterstock, Designua / Shutterstock, photoiconix / ShutterstockMIT / Resonanzspulen, Apple Patent / USPO.gov, Evikka / Shutterstock