Принципы передачи электричества
VII региональный дистанционный конкурс учителей физики
«Истина где-то рядом»
Номинация №7 «Я – исследователь»
Исследовательский проект
«Беспроводная система передачи электрического тока»
Выполнил: учащийся 10 класса
МОУ-СОШ № 1 им. 397-й Сарненской дивизии г. Аткарска
Вейнберг Данила Андреевич
Руководитель: учитель математики и физики
Илларионова Наталья Викторовна
2020 г.
ВВЕДЕНИЕ
Трудно сейчас представить нашу жизнь без электричества. Электричество повысило коммуникабельность, позволило ускорить и автоматизировать многие процессы в нашей жизни. С использованием электричества осуществляется обустройство жилищ, на электричестве работают некоторые виды транспорта, в больницах от электричества зависят многие аппараты, поддерживающие жизни пациентов.
Но с появлением электричества и сама наша жизнь чрезвычайно усложнилась. Главный недостаток электричества – использование для его передачи проводов и различных линий электропередач. Если бы была возможность передачи электричества по воздуху, то многие бы проблемы были решены. Эксперты утверждают, что через некоторое время беспроводная передача электроэнергии прочно войдет в нашу жизнь.
Актуальность выбранной темы обосновывается тем, что на сегодняшний день потребление электроэнергии возрастает с каждым днем. И вся эта нагрузка ложится на передающие линии, что в свою очередь требует постоянной модернизации электросетей, а значит новых затрат.
|
|
|
Цель работы:
· изучить и понять систему передачи тока без проводов;
· изготовить передатчик и приемник для передачи и приема электрической энергии;
· рассмотреть применение таких передатчиков и приемников в электротехнической промышленности, их достоинства и недостатки.
Задачи исследования:
1. Изучить информацию по заявленной теме.
2. Подобрать для исследования данные в сети Интернет.
3. Разработать схему устройства для беспроводной передачи электричества.
4. Собрать устройство для беспроводной передачи электричества и провести эксперименты.
Гипотеза: передача электричества возможна беспроводным путем.
Объект исследования: процесс беспроводной передачи электричества.
Предмет исследования: беспроводное электричество
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии. Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается, были, притом очень давно, и изобретателей таких было множество.
|
|
|
Так еще в далеком 1893 г. прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При этом, все они были без проводов.
Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше. Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.
В России в 1895 г. А. Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии. Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах: как далеко можно передать электроэнергию таким способом и какое количество.
Принцип работы
Если рассмотреть беспроводное электричество более детально, то можно понять, что оно предоставляет возможность передавать электрическую энергию на расстояния. Многие сравнивают подобную технологию с радио или сотовой связью. Принцип работы достаточно простой. Он основывается на наличии в системе двух катушек. Передача электроэнергии на расстояние осуществляется с помощью приемника и передатчика:
|
|
|
1. В системе присутствует передатчик и приемник, которые способны генерировать переменное магнитное поле.
2. Магнитное поле позволяет создать напряжение в катушке приемника.
3. При направлении электрического тока через провод вокруг кабеля может образоваться круговое магнитное поле.
4. На мотке проволоки, куда не поступает электрический ток напрямую, начнет поступать электрический ток от первой катушки через магнитное поле, что обеспечит индуктивную связь.
Принципы передачи электричества
До последнего времени наиболее оптимальной и популярной считалась магнитно-резонансная система CMRS. Ее создали еще в 2007 году. Благодаря этой технологии специалистам удавалось передавать электричество на расстояние в 2.1 метр. Однако ее не удавалось запустить в массовое производство, так как частота передачи была слишком высокой, а катушки имели сложную конфигурацию и были больших размеров.
Электроэнергия без проводов позволяет заряжать мобильный телефон
|
|
|
Сравнительно недавно ученые из Южной Кореи создали новый передатчик, который позволяет передавать электричество на расстояние в 5 метров. Система не имеет никаких недостатков и при необходимости ее можно будет установить в стены квартиры. В результате проведения этого эксперимента на частоте в 20 кГц специалистам удалось передать:
- 209 Вт на 5 метров;
- 471 Вт на 4 метра;
- 1403 Вт на 3 метра.
Благодаря беспроводному излучению можно будет запитать большие ЖК телевизоры, которые требуют всего 40 Вт на расстоянии в 5 метров.
Сейчас существуют и другие технологии, которые позволяют передавать электроэнергию без проводов. К ним можно отнести:
ü Лазерное излучение. Дальность действия достаточно большая. Однако необходима прямая видимость между приемником и передатчиком. Компания Lockheed Martin уже испытала беспилотный летательный аппарат Stalker, который питается от лазерного луча и способен оставаться в воздухе до 48 часов.
ü Микроволновое излучение. Этот вид позволяет обеспечивать большую дальность действия, но стоимость оборудования достаточно высока. При увеличении расстояния передачи значительно увеличивается стоимость и габариты оборудования. В свою очередь микроволновое излучение может приносить вред для окружающей среды.
Особенности технологии
Теперь пришло время рассмотреть все особенности этой популярной технологии:
1. Беспроводное питание проводится на основе электромагнитной индукции. Сейчас активно ведутся работы по масштабированию этой технологии, но здесь проявляется вред для здоровья.
2. Технологии, которые обеспечивают передачу электроэнергии с помощью ультразвука, лазера и микроволнового излучения также найдут свое применение.
3. Орбитальные спутники имеют громоздкие батареи и аккумуляторы. Однако возможно, что в скором времени им начнут передавать электроэнергию с помощью лазера или СВЧ.
4. Сейчас все крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования начали объединяться между собой. Поэтому начался активный выпуск мобильных телефонов с функцией беспроводной зарядки. Единым стандартом на данный момент является технология Qi.
Беспроводная зарядка с технологией Qi
Применение
1. Микроволновый вертолет. Модель этого уникального вертолета могла подыматься на высоту в 15 метров.
2. Беспроводное электричество активно применяется для зубных щеток. Щетка имеет полную герметичность, и вы можете избежать дальнейшего удара током.
3. Питание самолетов с помощью лазера.
4. В продаже уже появились системы беспроводной зарядки для мобильных телефонов.
5. Универсальная зарядная площадка, которая одновременно может питать несколько смартфонов.
Преимущества и недостатки
Беспроводное электричество обладает следующими достоинствами:
Ø не нужны источники питания;
Ø можно отказаться от проводов;
Ø требуется меньшее количество технического обслуживания.
Однако современная технология также имеет и ряд недостатков:
Ø проработка технологии еще не завершена;
Ø сейчас существует ограниченность по расстоянию;
Ø магнитные поля не безопасны для человека;
Ø стоимость оборудования достаточно высока.
Способы беспроводной передачи электричества на расстояние 
При своем появлении переменный электрический ток казался фантастикой. Его изобретатель, гениальный физик Никола Тесла, еще на рубеже XIX и XX столетий исследовал проблему беспроводной передачи электричества на большие расстояния. Пока что эта проблема решена не до конца, но полученные результаты обнадеживают.
Беспроводная передача энергии – это способ транспортировки, при котором не используются какие-либо проводники или сети кабелей, а ток передается на значительное расстояние до потребителя с максимальным коэффициентом полезной мощности по воздуху. Для этого применяются устройства для генерации электричества, а также передатчик, который накапливает в себе ток и рассеивает его во всех направлениях, а также приемник с потребляющим прибором. Приемник улавливает электромагнитные волны и поля и путем их концентрации на коротком участке проводника передает энергию на лампу или любой другой прибор определенной мощности.
Существует множество способов для беспроводной передачи электричества. Остановимся на некоторых из них.
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!