Реальные проекты в наши дни
За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.
Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1 км.
Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.
Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.
Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.
Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.
На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.
Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.
Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею – вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.
Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.
Этакая “звезда смерти” в наших земных реалиях.
На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.
Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше – 5км (размер Садового кольца).
Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.
Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.
Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.
Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос – увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?
К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.
Источники
- https://ectrl.ru/osveshchenie/peredacha-elektroenergii.html
- https://amperof.ru/teoriya/besprovodnaya-peredacha-elektroenergii.html
- https://samelectrik.ru/kak-proisxodit-peredacha-i-raspredelenie-elektroenergii.html
- https://amperof.ru/elektroenergia/peredacha-elektroenergii-na-rasstoyanie.html
- https://oxotnadzor.ru/kak-osushchestvlyayetsya-peredacha-elektroenergii-postoyannym-tokom/
- https://domikelectrica.ru/3-sposoba-peredachi-energii-bez-provodov/
Принцип действия лампы дневного света
Принципиальное отличие ЛДС от лампы накаливания в том, что преобразование электроэнергии в свет происходит благодаря протеканию тока через пары ртути, смешанные с инертным газом в колбе. Ток начинает протекать после пробоя газа высоким напряжением, приложенным к электродам лампы.
- Дроссель.
- Колба лампы.
- Люминесцентный слой.
- Контакты стартера.
- Электроды стартера.
- Корпус стартера.
- Биметаллическая пластина.
- Газ.
- Нити накала лампы.
- Ультрафиолетовое излучение.
- Ток разряда.
Образующееся ультрафиолетовое излучение лежит в невидимой для человеческого глаза части спектра. Для его преобразования в видимый световой поток стенки колбы покрывают специальным слоем, люминофором. Меняя состав этого слоя можно получать разные световые оттенки. Перед непосредственным запуском ЛДС электроды на её концах разогреваются прохождением через них тока или же за счёт энергии тлеющего разряда. Высокое напряжения пробоя обеспечивает ПРА, который может быть собран по известной традиционной схеме или же иметь более сложную конструкцию.
Основа рекламы
Изучив рынок продукции и плюсы беспроводных зарядных устройств, можно приступить к созданию рекламного видеоролика. Передо мной стоит главная цель: заинтересовать зрителей.
На чем нужно акцентировать внимание:
1. Свобода. Это слово должно красной нитью проходить через всё видео, потому что для людей в современном мире очень важна мобильность, независимость, самостоятельность.
- Свобода от повреждённых разъемов;
- Свобода от угрозы здоровью;
- Свобода от необходимости поиска нужного провода;
- Свобода от потери времени.
2. Локации. Локации должны выглядеть современно, чтобы зрители могли увидеть простейшую картину инновационного будущего, к которому хочется стремиться. Для съемок были выбраны следующие места Санкт-Петербурга: парк 300-летия, ТРЦ «Галерея», третья (зелёная) ветка санкт-петербургского метрополитена, магазины техники, Крестовский остров.
3. Текст. Помимо упоминания свободы, текст должен быть четким и лаконичным, простым и понятным. Текст представлен в Приложении 3.
Заключение
В ходе исследования были успешно выполнены все поставленные задачи.
Исторические факты об электромагнитной индукции и физические основы данного явления изучены и представлены слушателям. Недостаточный уровень развития технологий в сфере электромагнитной индукции подтверждается малым количеством и высокой стоимостью устройств, использующих вышеуказанное явление.
Также с помощью анкетирования подтвердилась выдвинутая гипотеза: уровень информирования людей о беспроводной передаче электрического тока недостаточен. Кроме того, отснят рекламный видеоролик беспроводных зарядных устройств для повышения уровня информирования слушателей и их интереса к научной сфере электромагнитной индукции.
Приложение. Текст рекламы
Идти в ногу со временем может каждый. Взять те же различные беспроводные технологии. Мы уже не можем представить свою жизнь без вай-фая, и я уверена, что то же самое произойдет и с беспроводными зарядками. Многие люди думают, что это что-то сложное, недоступное для большинства. Но мало того, что они безопаснее и удобнее проводных, их проще использовать. Готовы взглянуть в будущее?
Шаг первый: положите телефон на зарядку. Готово!
Все еще убеждены в том, что вам не нужна беспроводная зарядка? Она даст вам свободу.
Свобода от поврежденных разъемов. Многие из нас сталкиваются с расшатанными из-за проводов разъемами. Беспроводная зарядка же сохранит их целыми.
Свобода от угрозы здоровью. Поломки неприятны, а в случае электрических устройств они могут быть даже опасны.
Свобода от поиска нужного провода. Многие провода совместимы лишь с телефонами одной фирмы, а беспроводная зарядка поддерживает почти любой смартфон.
Хоть и последнее, но очень важное. Беспроводная зарядка даёт свободу от потери времени. Заряжать без проводов — быстрее!
Заряжать без проводов — быстрее!
Будущее ближе, чем кажется. Самое время стать его частью.
Глоссарий
Гальванометр — высокочувствительный прибор для измерения силы малых постоянных электрических токов.
Гальванический элемент — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока.
Магнетизм — форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля.
Поляризация волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Проводящий контур — любой замкнутый участок электрической цепи.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальной среды в магнитном поле.
Список литературы
- Веденеев Б.Е., «Электричество», «ГОСЭНЕРГОИЗДАТ», 1945, №5, 72 с.
- Семенов О. Ю., «Молодой ученый», «Издательство молодой ученый», 2016, №10, 74 с.
- М. И. Радовский, «Фарадей», «Журнально-газетное объединение», 1936, серия «Жизнь замечательных людей» в. 19-20, 162 с.
- Гл. ред. А.М. Прохоров «Физическая энциклопедия», «Большая Российская энциклопедия», 1998, Т.5, 692 с.
- Интернет-ресурсы
Классификация линий электропередач
Беспроводная передача электроэнергии
Существует множество разновидностей ЛЭП. Каждый из видов заточен под свои определённые нужды и задачи. В соответствии с этим, ПУЭ регламентирует следующую классификацию воздушных линий электропередач.
По классу напряжению ЛЭП бывают:
- низковольтные, до 1 кВ;
- высоковольтные, свыше 1 кВ.
По назначению:
- Межсистемные линии с напряжением от 500 кВ и выше;
- Магистральные, 220-500 кВ;
- Распределительные, 110-220 кВ;
- Линии 35 кВ для питания сельхоз потребителей;
- ЛЭП 1-20 кВ, используемые в пределах одного населённого пункта.
Род электрического тока в ЛЭП подразделяются на:
- переменный (практически все линии);
- постоянный ток (встречается редко, в основном 3,3 кВ контактной сети железной дороги).
Повышение КПД с помощью принципа резонанса
Резонанс-это свойство, которое существует во многих различных физических системах. Свойство можно рассматривать как собственную частоту, на которой энергия может быть наиболее эффективно добавлена к колебательной системе.
Качели на детской площадке — это пример колебательной системы, включающей потенциальную и кинетическую энергию. Ребенок раскачивается взад и вперед со скоростью, которая определяется длиной качания. Ребенок может заставить качели подняться выше, если он правильно координирует свои движения рук и ног с движением качелей. Качели колеблются на своей резонансной частоте, и простые движения ребенка эффективно передают энергию в систему.
Другой пример резонанса — способ, которым певец может разбить бокал вина, пропев одну громкую, ясную ноту. В этом примере бокал вина является резонансной колебательной системой. Звуковые волны, проходящие по воздуху, улавливаются стеклом, а звуковая энергия преобразуется в механические колебания самого стекла. Когда певец попадает на ноту, соответствующую резонансной частоте стекла, стекло поглощает энергию, начинает вибрировать и в конечном итоге может даже разбиться. Резонансная частота бокала зависит от его размера, формы, толщины и количества вина в нем.
Резонансная магнитная связь возникает, когда два объекта обмениваются энергией через свои изменяющиеся осциллирующие магнитные поля. Резонансная связь возникает, когда собственные частоты двух объектов приблизительно одинаковы.
Технология применяющая принцип беспроводной передачи электричества — это специально разработанные магнитные резонаторы, которые эффективно передают энергию на расстояние через магнитное ближнее поле.
Эти конструкции источников и устройств, а также электронные системы, управляющие ими, поддерживают эффективную передачу энергии на расстояния, во много раз превышающие размеры самих источников/устройств.
Два резонансных объекта с одинаковой резонансной частотой имеют тенденцию эффективно обмениваться энергией, слабо взаимодействуя с посторонними нерезонансными объектами.
Магнитное ближнее поле обладает рядом свойств, которые делают его отличным средством передачи энергии в типичной потребительской, коммерческой или промышленной среде. Наиболее распространенные строительные и мебельные материалы, такие как дерево, гипсокартон, пластик, текстиль, стекло, кирпич и бетон, по существу, «прозрачны» для магнитных полей, что позволяет технологии эффективно передавать энергию через них.
Кроме того, магнитное ближнее поле обладает способностью огибать многие металлические препятствия, которые в противном случае могли бы блокировать магнитные поля.
Таким образом, основной принцип беспроводной передачи электричества с наибольшей эффективностью основан на магнитном резонансе.
Вред электромагнитного излучения не доказан. И не опровергнут
Это самый интересный вопрос, на который есть конкретный ответ только с определенными устройствами и границами. Безусловно, Qi-зарядки для гаджетов совершенно безопасны.
Даже самые мощные экземпляры, доступные для покупки в рознице, работоспособны только на малом расстоянии: мощность излучения не должна превышать 50 мВт/см2 на расстоянии 20 см от зарядки.
Правда, есть тонкость: расстояние и мощность на нём лимитировано правилами Комиссий по связи (разных стран). Поскольку предположения о возможном вреде существуют, но однозначно не установлены.
Дальше излучение практически не проникает ввиду своих свойств: электромагнитное излучение катушки с током распространяется кольцеобразно, образуя замкнутый контур.
Направленное излучение требует других частот, других мощностей, других типов излучения. Вред которых, кстати, чуть более изучен.
Маломощные радиопередающие устройства, в частности, мобильные телефоны, не оказывают влияния на организм человек: эксперименты показывают отсутствие негативного влияния на организм человека.
Облучение высокомощных станций, например, радиолокаторов и базовых станций, на определенных частотах вредно в непосредственной близости от источника и может вызывать недомогания. В остальном подтвержденной информации нет.
Что будет, если значительно увеличить мощность Qi-подобной зарядки? Очевидно, все зависит от конкретных параметров тока: силы, напряжения и частоты.
Их правильный подбор осуществить можно, но из-за человеческой глупости всегда можно получить внештатную ситуацию.
А вот излюбленный гиками «метод передачи тока Теслы» прекрасно выбивает автоматы, портит технику: резонанс частоты неизбежен.
Впрочем, и тут нужно только правильно подобрать параметры для исключения взаимодействия. И надеяться, что неподходящая под новый стандарт техника не окажется между зарядкой и заряжаемым устройством.
Основные технологические процессы в электроэнергетике
Нормативы потребления электроэнергии на человека без счетчика
Производство электроэнергии в России базируется на трёх китах энергетической системы. Это атомная, тепловая и гидроэнергетика.
Три вида генерирования электричества
| Электростанция | Топливо | Генерация |
| ТЭС | Уголь, мазут | Получение пара от сгорания топлива, который движет турбины генераторов |
| ГЭС | Потенциальная энергия потока воды | Движение турбин под напором воды |
| АЭС | Урановые сердечники | Получение пара от тепла ядерной реакции. Энергия пара движет генераторные паротурбины |
Ультразвуковой способ
Студентами Пенсильванского университета (США) на недавней выставке в 2011 году был продемонстрирован способ передачи электротока с помощью ультразвука. Передатчик генерировал акустические волны в ультразвуковом диапазоне, приёмник преобразовывал их в электрический ток. В качестве носителя энергии ультразвук был выбран не случайно. Его воздействие на организм человека абсолютно безвредно.
Несовершенство этого способа заключается в том, что КПД передачи очень низкий, нужны прямая видимость между абонентами и ограниченность расстояния (7-10 метров).
Метод электромагнитной индукции
Работа обыкновенного трансформатора даёт представление о том, как осуществляется передача электричества без проводов методом электромагнитной индукции. В процессе участвуют две катушки. Магнитное поле, возбуждаемое протекающим током по виткам первичной обмотки, индуцирует электрический поток во вторичной обмотке трансформатора.
Примерами использования эффекта электромагнитной индукции могут быть зарядные устройства смартфонов и электрические зубные щётки. Недостатком такого способа передачи энергии является непременная близость катушек. Даже при небольшом увеличении промежутка между обмотками большая часть энергии начинает распыляться в пространстве.
Один из видов электромагнитной индукции – это использование резонанса. Суть способа заключается в том, что приёмник и передатчик функционируют в одном частотном диапазоне. Передающее и приёмное устройства представляют собой соленоид с одним слоем витков. Генерирующий прибор оснащён конденсаторной схемой, с помощью которой он настраивается на частоту приёмника.
Демонстрация метода электромагнитной индукции
Электростатическая индукция
В основе метода заложен принцип прохождения энергии через тело диэлектрика. Способ называют ёмкостной связью. Генератор создаёт в ёмкости электрическое поле, которое возбуждает разницу потенциалов между двумя электродами потребителя.
Никола Тесла для демонстрации беспроводной лампы освещения использовал именно метод электростатической индукции. Лампа получала питание от переменного электрического поля высокой частоты. Она светилась ровно, независимо от её перемещения в пространстве комнаты.
Микроволновое излучение
Специалисты космотехники разработали способ передачи электроэнергии от орбитальных солнечных батарей на космические корабли с помощью радиосигнала микроволнового диапазона. Проблема этого метода состоит в том, что для приёма и передачи пучкового излучения требуются антенны с очень большой диафрагмой.
Учёные НАСА в 1978 году пришли к выводу, что для передачи микроволнового луча частотой 2,45 ГГц излучающая антенна должна иметь диаметр отражающей поверхности 1 км. Приёмная ректенна должна быть диаметром 10 км. Уменьшить эти размеры возможно путём использования сверхкоротких волн. Однако сигналы такого диапазона быстро поглощаются атмосферой или блокируются дождевыми осадками.
Обратите внимание! Безопасная плотность мощности излучаемой энергии равняется 1 мВт/см2. Этой норме отвечает антенна диаметром 10 км с передающей мощностью потенциала 750 МВт
Электропроводность Земли
Существует теория использования недр и океанов Земли для беспроводной передачи энергии. Электропроводимость гидросферы, залежей металлических руд может быть использована для передачи низкочастотного переменного тока. Электростатическая индукция диэлектрических тел может возникать в огромных залежах кварцевого песка и тому подобных минералов.
Передача электрического тока возможна также через воздушное пространство методом электростатической индукции. Никола Тесла в своё время выдвинул предположение, что в будущем появятся технологии, которые для передачи электроэнергии будут использовать землю, океанические воды и атмосферу планеты.
Всемирная беспроводная система
Впервые о Всемирной беспроводной системе передачи электроэнергии стало известно от великого учёного Теслы. В 1904 году он заявил, что создание ВБС, используя высокую электрическую проводимость плазмы и Земли, вполне осуществимо.
Перспективы и будущее беспроводной передачи электроэнергии
Перспективы и будущее беспроводной передачи электроэнергии весьма обнадеживают, предоставляя множество возможностей для развития и изменения нашего обращения с энергией. Вот некоторые ключевые аспекты будущего этой технологии:
- Развитие беспроводной зарядки: Ожидается, что беспроводная зарядка станет еще более распространенной и удобной. Это включает в себя беспроводные зарядные устройства для автомобилей, умного дома и даже публичных мест. Появятся более эффективные системы, способные заряжать устройства на больших расстояниях.
- Зарядка в движении: Технологии беспроводной зарядки для электрических автомобилей будут развиваться, позволяя заряжать автомобили во время движения по дорогам. Это значительно увеличит удобство использования электромобилей и снизит зависимость от стационарных зарядных станций.
- Применение в промышленности: Беспроводная передача энергии найдет широкое применение в промышленности, позволяя питать и мониторить удаленные устройства и сенсоры, что повысит эффективность производства и сократит расходы.
- Энергия на большие расстояния: Исследования по беспроводной передаче энергии на большие расстояния продолжатся. Это может привести к созданию систем, способных передавать электроэнергию на отдаленные и труднодоступные места, такие как удаленные регионы или места бедствий.
- Энергетическая независимость: Беспроводная передача энергии может стать ключевым компонентом разработки умных городов и технологических экосистем, обеспечивая устройства и инфраструктуру энергией даже в условиях непредвиденных обстоятельств.
- Безопасность и нормативы: Развитие технологии будет сопровождаться ужесточением стандартов и нормативов, обеспечивающих безопасность беспроводной передачи энергии и защиту от возможных рисков.
- Солнечные источники энергии: Беспроводная передача энергии может быть интегрирована с солнечными панелями, позволяя эффективнее использовать солнечную энергию и передавать ее на большие расстояния.
Беспроводная передача электроэнергии представляет собой фундаментальный шаг в направлении более эффективного и удобного использования энергии. Ее будущее обещает более экологичное и устойчивое обеспечение энергией для общества, что будет способствовать улучшению качества нашей жизни и развитию новых технологических решений.
Придётся модернизировать энергоснабжение всего мира
Наконец, существует ещё одна причина, о которой любят вспоминать только противники электромобилей. Существующий мир уже опутан проводами определенного сечения, разработанными электросетями и обустроенными электростанциями.
Любое резкое повышение потребления электроэнергии требует серьезной модернизации.
В российских новостройках промышленных городов это почти незаметно. Но представьте: в Лондоне ещё существуют дома с «пробками», запитанные от тонких линий вековой давности. Сохранились целые улицы, запитанные при личном участие Вестингауза в начале прошлого века.
А тут предлагается не просто использовать повсеместно электричество, но делать это с низким КПД, огромными тепловыми потерями.
Большинство городов к этому не готово. Потому что беспроводную зарядку все равно нужно чем-то питать — и эту линию придётся сделать ОЧЕНЬ толстой, увеличив и выработку энергии.
То есть потребуется на 50% больше ветряков, солнечных панелей — или ещё одна ТЭЦ, поскольку они плохо масштабируются.
История мировой электроэнергетики
Электроэнергетика – стратегическая отрасль экономической системы любого государства. История возникновения и развития ЭЭ берёт своё начало с конца XIX столетия. Предтечей появления промышленной выработки электроэнергии являлись открытия основополагающих законов о природе и свойствах электрического тока.
Отправной точкой, когда возникли производство и передача электроэнергии, считают 1892 год. Именно тогда была построена первая электростанция в Нью-Йорке под руководством Томаса Эдисона. Станция стала источником электрического тока для ламп уличного освещения. Это был первый опыт перевода тепловой энергии от сгорания угля в электричество.
С тех пор началась эра массового строительства тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твёрдом топливе – энергетическом угле. С развитием нефтяной промышленности появились огромные запасы мазута, которые образовывались в результате переработки нефтепродуктов. Были разработаны технологии получения носителя тепловой энергии (пара) от сжигания мазута.
С тридцатых годов прошлого века получили широкое распространение гидроэлектростанции (ГЭС). Предприятия стали использовать энергию ниспадающих потоков воды рек и водохранилищ.
В 70-е годы началось бурное строительство атомных электростанций (АЭС). Одновременно с этим стали разрабатываться и внедряться альтернативные источники электроэнергии: это ветровые установки, солнечные батареи, щелочно-кислотные геостанции. Появились мини установки, использующие тепло для получения электричества в результате химических процессов разложения навоза и бытового мусора.
