Drahtlose Energieübertragungsmethoden

Das 1820 von Andre Marie Ampere entdeckte Gesetz der Wechselwirkung elektrischer Ströme legte den Grundstein für die Weiterentwicklung der Wissenschaft von Elektrizität und Magnetismus. Nach 11 Jahren stellte Michael Faraday experimentell fest, dass ein sich änderndes Magnetfeld, das durch elektrischen Strom erzeugt wird, einen elektrischen Strom in einem anderen Leiter induzieren kann. So wurde es geschaffen erster elektrischer Transformator.

Im Jahr 1864 systematisierte James Clerk Maxwell schließlich die experimentellen Daten von Faraday und gab ihnen die Form exakter mathematischer Gleichungen, dank derer die Grundlage der klassischen Elektrodynamik geschaffen wurde, da diese Gleichungen die Beziehung des elektromagnetischen Feldes zu elektrischen Strömen und Ladungen beschrieben und die Folge davon die Existenz elektromagnetischer Wellen sein sollte.

Heinrich Hertz bestätigte 1888 experimentell die Existenz elektromagnetischer Wellen, die von Maxwell vorhergesagt wurden. Sein Funkensender mit einem Chopper auf Basis einer Rumkorff-Spule könnte elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von bis zu 0,5 Gigahertz erzeugen, die von mehreren Empfängern empfangen werden können, die auf Resonanz mit dem Sender abgestimmt sind.

Die Empfänger konnten sich in einer Entfernung von bis zu 3 Metern befinden, und wenn im Sender ein Funke auftrat, traten auch Funken in den Empfängern auf. So wurden gehalten erste Experimente zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie mit elektromagnetischen Wellen.

Im Jahr 1891 Nikola TeslaWährend er Wechselströme von Hochspannung und Hochfrequenz untersucht, kommt er zu dem Schluss, dass es äußerst wichtig ist, sowohl die Wellenlänge als auch die Betriebsspannung des Senders für bestimmte Zwecke auszuwählen, und dass es nicht notwendig ist, die Frequenz zu hoch zu machen.

Der Wissenschaftler stellt fest, dass die untere Grenze der Frequenzen und Spannungen, bei der er zu diesem Zeitpunkt die besten Ergebnisse erzielen konnte, zwischen 15.000 und 20.000 Schwingungen pro Sekunde mit einem Potenzial von 20.000 Volt liegt. Tesla erhielt einen Hochfrequenz- und Hochspannungsstrom unter Verwendung einer oszillierenden Entladung eines Kondensators (siehe - Tesla-Transformator) Er stellte fest, dass diese Art von elektrischem Sender sowohl zur Erzeugung von Licht als auch zur Übertragung von Elektrizität zur Erzeugung von Licht geeignet ist.

In der Zeit von 1891 bis 1894 demonstrierte der Wissenschaftler wiederholt die drahtlose Übertragung und das Leuchten von Vakuumröhren in einem hochfrequenten elektrostatischen Feld, wobei er feststellte, dass die Energie des elektrostatischen Feldes von der Lampe absorbiert, in Licht umgewandelt und die Energie des elektromagnetischen Feldes für die elektromagnetische Induktion verwendet wird, um eine ähnliche zu erhalten Das Ergebnis wird hauptsächlich reflektiert und nur ein kleiner Teil davon wird in Licht umgewandelt.

Selbst wenn Resonanz bei der Übertragung unter Verwendung einer elektromagnetischen Welle verwendet wird, kann eine signifikante Menge elektrischer Energie nicht übertragen werden, behauptete der Wissenschaftler. Sein Ziel während dieser Arbeitszeit war es, genau eine große Menge elektrischer Energie drahtlos zu übertragen.

Parallel zur Arbeit von Tesla wurden bis 1897 elektromagnetische Wellen erforscht von: Jagdish Boche in Indien, Alexander Popov in Russland und Guglielmo Marconi in Italien.

Nach Teslas öffentlichen Vorträgen spricht Jagdish Bose im November 1894 in Kalkutta mit einer Demonstration der drahtlosen Übertragung von Elektrizität, bei der er Schießpulver entzündet und elektrische Energie auf Distanz überträgt.

Nach Boche, nämlich am 25. April 1895, sendete Alexander Popov unter Verwendung des Morsecodes die erste Funknachricht, und dieses Datum (7. Mai in einem neuen Stil) wird nun in Russland jährlich als Radiotag gefeiert.

Im Jahr 1896 zeigte Marconi, der in Großbritannien ankam, seinen Apparat, indem er ein Signal 1,5 Kilometer vom Dach des Postgebäudes in London mit Morsecode an ein anderes Gebäude sendete.Danach verbesserte er seine Erfindung und schaffte es, bereits in einer Entfernung von 3 Kilometern ein Signal entlang der Salisbury Plain zu senden.

Tesla sendet und empfängt 1896 erfolgreich Signale in einer Entfernung zwischen Sender und Empfänger von etwa 48 Kilometern. Bisher ist es jedoch keinem der Forscher gelungen, eine signifikante Menge elektrischer Energie auf eine große Entfernung zu übertragen.

Tesla experimentiert 1899 in Colorado Springs und schreibt: "Das Versagen der Induktionsmethode scheint im Vergleich zu der Methode zur Anregung der Ladung von Erde und Luft enorm zu sein." Dies wird der Beginn einer wissenschaftlichen Forschung sein, die darauf abzielt, Elektrizität über beträchtliche Entfernungen ohne Verwendung von Drähten zu übertragen. Im Januar 1900 wird Tesla in seinem Tagebuch eine Notiz über die erfolgreiche Übertragung von Energie auf die Spule machen, die "weit weg ins Feld getragen" wurde und von der aus die Lampe angetrieben wurde.

Der großartigste Erfolg des Wissenschaftlers wird der Start des Vordencliff-Turms auf Long Island am 15. Juni 1903 sein, der elektrische Energie über große Entfernungen in großen Mengen ohne Kabel übertragen soll. Die geerdete Sekundärwicklung des Resonanztransformators, die von einer kugelförmigen Kupferkuppel gekrönt wird, sollte eine Ladung Erde und leitende Luftschichten anregen, um ein Element eines großen Resonanzkreises zu werden.

So gelang es dem Wissenschaftler, 200 Lampen mit 50 Watt in einer Entfernung von etwa 40 Kilometern vom Sender zu betreiben. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde die Finanzierung des Projekts jedoch von Morgan gestoppt, der von Anfang an Geld in das Projekt investierte, um drahtlose Kommunikation zu empfangen und freie Energie im industriellen Maßstab auf Distanz zu übertragen, da ein Geschäftsmann ihm kategorisch nicht zusagte. 1917 wurde der Turm für die drahtlose Übertragung elektrischer Energie zerstört.

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Viel später, von 1961 bis 1964, experimentierte William Brown, ein Experte auf dem Gebiet der Mikrowellenelektronik, in den USA mit Übertragungswegen für Mikrowellenenergie.

1964 testete er erstmals ein Gerät (Hubschraubermodell), das Mikrowellenenergie in Form von Gleichstrom empfangen und nutzen kann, dank eines Antennenarrays aus Halbwellendipolen, die jeweils mit hocheffizienten Schottky-Dioden beladen sind. Bis 1976 hatte William Brown eine Mikrowellenleistung von 30 kW auf eine Entfernung von 1,6 km mit einem Wirkungsgrad von mehr als 80% übertragen.

2007 konnte ein Forschungsteam am Massachusetts Institute of Technology unter der Leitung von Professor Marina Solyachich Energie drahtlos auf eine Entfernung von 2 Metern übertragen. Die übertragene Leistung reichte aus, um eine 60-Watt-Glühbirne mit Strom zu versorgen.

Im Zentrum ihrer Technologie (genannt WiTricity) liegt das Phänomen der elektromagnetischen Resonanz. Der Sender und der Empfänger sind zwei Kupferspulen mit einem Durchmesser von 60 cm, die bei derselben Frequenz schwingen. Der Sender ist an eine Energiequelle angeschlossen, und der Empfänger ist an eine Glühlampe angeschlossen. Die Schaltungen sind auf eine Frequenz von 10 MHz abgestimmt. Der Empfänger empfängt in diesem Fall nur 40-45% des übertragenen Stroms.

Etwa zur gleichen Zeit demonstrierte Intel eine ähnliche Technologie für die drahtlose Energieübertragung.

2010 präsentierte die Haier Group, ein chinesischer Hersteller von Haushaltsgeräten, auf der CES 2010 ihr einzigartiges Produkt - einen vollständig drahtlosen LCD-Fernseher, der auf dieser Technologie basiert.

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