Tesla-teorin: Vem vinner loppet för trådlös kraft?

Annons

När du tänker på trådlös ström, bilder av blixtbultar tävlar från en Tesla-spole 10 av de bästa Tesla Coils musikvideor på YouTubeNikola Tesla betraktas med rätta som en av de största vetenskapliga sinnen genom tiderna. Hans banbrytande arbete som ingenjör, särskilt inom området elektricitet och elektromagnetism, betyder att hans namn är synonymt med ... Läs mer till en annan kommer troligen att tänka på, eller kanske bilder av det ögonblick som Frankensteins monster återupplevde.

Även om idén verkar löjlig och nästan omöjlig kan du bli förvånad över att få veta att trådlös ström snabbt blir en verklighet.

Det finns ett antal teorier och förslag som läggs fram för att uppnå den futuristiska bristen på att överföra elektricitet genom luften till enheter i ditt hem - som vi kommer till i den här artikeln - men först är det viktigt att förstå både potentialen och begränsningarna av vetenskapen 10 vetenskapliga YouTube-kanaler du inte kan missaOrdet vetenskap betyder i huvudsak kunskap, och det är denna strävan efter lärande och förståelse som har drivit mänskligheten till dess krafts höjd. Webben erbjuder gott om möjlighet att sprida den kunskapen till ...

Läs mer bakom dessa försök.

Vad är trådlös ström?

När de flesta tänker på elektricitet tänker de på den traditionella en eller två trådkontakten som har en positiv terminal, en negativ terminal och ibland en jordledning. De positiva och negativa terminalerna utgör vad som i huvudsak är en elektrisk krets, som visas i diagrammet nedan.

Detta är det enklaste exemplet på en elektrisk krets. Tja, att faktiskt ta bort omkopplaren skulle vara enklare, men du får poängen.

Batteriets "+" och "-" terminaler är de röda och svarta kablarna i nätkontakten, oavsett om du kopplar in en lampa, en dator eller något annat.

På dess grundläggande nivå kan el beskrivas som flödet av en "ström" från positiva till negativa terminaler. Jag kommer att undvika en teoretisk diskussion om rörelsen hos de faktiska laddade partiklarna. Förstå bara att den behöver en spänningsskillnad mellan dessa två terminaler för att driva en elektrisk enhet.

Så hur är det möjligt att vrida ett system som uppenbarligen beror på en ledare som en elektrisk ledning för laddningsflödet? Vad ska du göra, skjuta laddningen från spetsen på en tråd till en annan? Tja... .sorta.

Låt mig presentera dig för transformatorn.

Detta är faktiskt ett koncept som har funnits sedan Teslas själv tid. Du tar en tråd som bär källspänningen (ansluten till ett hushållsuttag på 60 Hz till exempel) och lindar den runt i många slingor. Åh jävla, använd en bit järn för att göra det enkelt att linda in öglorna.

Dra sedan in en andra tråd ett kort avstånd från den första spolen. Du kommer att inducera ström i den andra spolen, precis som magi.

Okej, inte riktigt magi, men ganska nära. I princip inducerar varje tråd som har växelspänning ett elektromagnetiskt fält runt det, kallat flöde. När du spolar upp tråden förstärker du det fältet. Dra magnetiskt material som järn i den spolen, och du förbättrar din förmåga att överföra energin till den andra spolen. Men - här är kickaren - samma sak kan hända direkt genom luften.

Har du någonsin använt en induktionsugn?

Om du får chansen att se en, vänd den upp till full värme och lägg handen över brännaren. Nej, allvarligt - röra vid allt du gillar. Du blir inte bränd. Dessa spiraltrådar är avsedda att inducera virvelströmmar i gjutjärns köksredskap som placeras på spisen. Detta värmer i sin tur upp potten, som värmer upp maten.

Denna överföring av elektrisk energi genom luften är hur generatorer, motorer och till och med din elektriska tandborstladdare fungerar. I dessa fall, istället för en järnkärna, är det en "luftkärna". Det är flödet som överför den elektriska energin.

Genombrott i trådlös ström

Så varför har inte forskare kunnat trådlöst överföra kraft med induktion tidigare? Tja, för att förstå detta måste du verkligen gå till de människor som började allt - eller åtminstone plockade upp Nikola Teslas fackla.

I en 2006 papper publicerade i Annals of Physics, beskrev MIT-forskare hur de avsåg bevisa att dessa fält kunde användas för att trådlöst överföra ström.

Vi undersöker om, och i vilken utsträckning, det fysiska fenomenet med lång livslängd resonanta elektromagnetiska tillstånd med lokaliserade långsamt evanescenta fältmönster kan användas för att överföra energi effektivt över icke-försumbara avstånd, även i närvaro av främmande miljöobjekt.

På vanlig engelska sa forskarna att de trodde att genom att använda rätt konfiguration kan dessa induktionsfält användas för att överföra kraft över ett avstånd, även med föremål i vägen.

Och gissa vad de bevisade det 2007 och publicerade sina resultat i ett experimentpapper publicerat i Science magazine.

Med användning av självresonansspolar i ett starkt kopplat regime visade vi experimentellt effektiv icke-bestrålande kraftöverföring över avstånd upp till 8 gånger spolarnas radie. Vi kunde överföra 60 watt med ~ 40% effektivitet över avstånd över 2 meter.

Detta var en fantastisk prestation. För er som ännu inte är väl anpassade till det metriska systemet är 2 meter drygt sex och en halv meter. I grund och botten kunde de överföra kraft från en spole till en annan, avståndet till en mycket hög person.

Vad var deras hemlighet? Det var vad de kallade ”resonansspolar”. De finjusterade spolarna - antalet, radien och andra faktorer för att uppnå en sorts "resonans" mellan de två spolarna.

Det är viktigt att spolarna är i resonans för att kraftöverföringen ska vara praktisk (6). Vi finner experimentellt att kraften som överförs till lasten sjunker kraftigt när någon av spolarna är avstängd från resonans.

Hur som helst, denna prestation ledde till en snabb utveckling av trådlösa strömapplikationer. Loppet var på.

Loppet att utnyttja kraften

Race de gjorde.

En av de första startups som hoppade på denna teknik för kommersiella ändamål var WiTricity. Redan 2009 gav VD Eric Giler en demo av den trådlösa kraftteknologin vid TEDGlobal 2009.

Han var inte den enda. Många företag hoppade genast på denna teknik för applikationer som var praktiska och enkla över korta avstånd. Trådlöst laddning av bärbara enheter var ett uppenbart första val och 2009 det första induktiva laddningskuddar Laddar Duracell myGrid verkligen såväl som en nätsladd?Nätkablar är ett alltmer föråldrat koncept i dagens trådlösa värld, men hittills förblir de en nödvändighet. Ingen vill bli tvingad att binda sina elektronik i en råttor av sladdar ... Läs mer träffa marknaden.

Nu kan du placera dina mobila enheter på dessa kuddar och de kommer att ladda. Inget behov av att fumla runt för din telefons nätkontakt längre.

Om du tycker att det var en cool uppfinning, kan du tänka på hur långt industrin har kommit sedan MITs upptäckt. År 2011 heter ett företag Evatran skapade ett "Plugless Power" -system för elbilar som använder induktionstekniken för att ladda elfordon utan kablar.

Induktiv laddning är inte elbilarnas framtid, den är redan här.

Trådlös energis framtid

Nu när du vet var branschen är med trådlös ström, låt oss ta en titt på vart den håller på att gå.

I början av 2014 forskare vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) meddelade att de skulle ha utvecklat ett "Dipole Coil Resonant System" där de kunde göra det etablera ett "utökat intervall av induktiv kraftöverföring, upp till 5 meter mellan sändare och mottagare spolar.”

De kunde också krympa ned spolstorlekarna från vad MIT-teamet hade använt, vilket gjorde hela saken mer praktisk (även om den fortfarande är dyr) för kommersiella ändamål.

Chun T. Rim, chefen för forskningsprojektet, berättade Science Daily att han föreställde sig att ett sådant system skulle användas för att tillhandahålla "trådlösa hot-spots" precis som människor använder Internet-hotspots.

Precis som vi ser Wi-Fi-zoner överallt idag, kommer vi så småningom att ha många Wi-Power-zoner på platser som restauranger och gator som tillhandahåller trådlös elektrisk ström till elektroniska enheter.

Fem meter är nästan sexton och en halv meter. Nu pratar du om längden på ett typiskt rum i ett hus.

Under hela året har ett företag som heter Ossia gjort rundorna med sitt koncept som heter Cota, en teknik som företaget lovar kommer att möjliggöra trådlös laddning Vad är trådlös laddning och hur exakt fungerar det? [MakeUseOf Explains]Vi lever i en trådlös värld. Förutom att vi inte gör det. Visst kan vi skicka enorma mängder information över luftvågorna, men enheterna som kan skicka och ta emot den är bundna till nätkablar ... Läs mer av enheter upp till 30 fot från basstationen.

Men naturligtvis har Apple fanboys ingen rädsla, ditt företag är också i framkant i det här spelet.

I augusti fick Apple två patent som var relaterade till deras planerade tillämpning av trådlös kraftladdning för resonansinduktion.

Ett patent beskriver hur användare kommer att kunna ansluta en strömförsörjning - till exempel en dongel eller en enhet i en nyare datorsystem - och då laddar den strömförsörjningen trådlöst alla "lämpligt inställda" enheter i närheten.

Patentet lyder:

... den lämpligt inställda kringutrustningen kan betraktas som en del av en resonanskrets som kan inkludera NFMR-strömförsörjningen och alla andra perifera enheter så inställda.

Patentet avslöjar en hel elektronikindustri som tävlar för att utnyttja en teknik som helt kan förändra hur ett modernt hushåll ser ut.

Först kommer de mindre enheterna som är lättare att ladda, med lägre effektbehov. Men om de andra aktörerna i induktionskraftindustrin har något att säga om det, allt hushållsapparater - från din mikrovågsugn till din storskärms-TV - kommer att drivas utan strömsladdar helst.

En dag kanske människor tittar på eluttagen i ett hus på ungefär samma sätt som barn idag tittar på de gamla, dumma nätverksuttagen. Redo eller inte, trådlös ström är framtiden - och jag kommer säga att Nikola Tesla skrattar i hans grav.

Hur tycker du om trådlös ström? Kommer du att omfamna tekniken eller har du några problem? Dela dina tankar i kommentarerna nedan!

Bildkrediter: Plasma Via Shutterstock, Designua / Shutterstock, photoiconix / ShutterstockMIT / resonansspolar, Apple Patent / USPO.gov, Evikka / Shutterstock