לגלות כיצד חשמל אלחוטי עובד ושימושיו

האם חשמל אלחוטי של טסלה עובד

חשמל אלחוטי, מושג שנוצר על ידי ניקולה טסלה, קיים כבר למעלה ממאה שנה. טסלה גילתה שכאשר אתה מחליף זרם, נוצר שדה מגנטי. על ידי התנודה בשדה מגנטי זה והעברת חוט לתוכו, ניתן לערוך זרם לסירוגין. חשמל אלחוטי עובד על ידי המרת AC לשדה מגנטי באמצעות משדר, אשר נאסף אז על ידי מכשיר ומומר בחזרה ל- AC. המפתח להעברת חשמל אלחוטית הוא העברת אנרגיה תהודה מגנטית, המאפשרת העברת אנרגיה יעילה למרחקים ארוכים. טסלה הצליחה להפעיל 200 נורות מ -26 מיילים משם בשנת 1899, אך ההתקדמות המודרנית הפכה את החשמל האלחוטי להרבה יותר קיימא ונגיש יותר.

1. איך עובד חשמל אלחוטי?

חשמל אלחוטי עובד על ידי המרת AC לשדה מגנטי באמצעות משדר, אשר נאסף אז על ידי מכשיר ומומר בחזרה ל- AC. המשדר והמכשיר רוטט באותה תדר מהדהד, ומאפשר העברת אנרגיה יעילה למרחקים ארוכים.

2. מה תרם ניקולה טסלה לחשמל אלחוטי?

ניקולה טסלה היה חלוץ החשמל האלחוטי. הוא גילה את הרעיון של זרם מתחלף והחיבור שלו לשדות מגנטיים, והניח את הבסיס להעברת חשמל אלחוטית. למרות אתגרים, טסלה הצליחה להפגין חשמל אלחוטי על ידי הפעלת 200 נורות ממרחק של 26 מיילים משם.

3. מהי העברת אנרגיה תהודה מגנטית?

העברת אנרגיה לתהודה מגנטית היא התופעה המאפשרת העברת חשמל אלחוטית יעילה. כאשר קיימים שני שדות מגנטיים עם אותה תדר תהודה, העברת אנרגיה מתרחשת על פני מרחקים ארוכים. זה מקביל לזמר אופרה המנפץ כוס עם קולה על ידי התאמת התדר המהדהד של הזכוכית.

4. איך חשמל אלחוטי מועיל לצרכנים?

חשמל אלחוטי מבטל את הצורך בכבלים ובחוטים, מצמצם את העומס ומתן מקור כוח נוח יותר. מכשירים יכולים להתחיל לטעון אוטומטית בעת טווח משדר, ולטכנולוגיה יש פוטנציאל לספק כוח למכשירים שונים כמו נורות ומחשבים ניידים.

5. חשמל אלחוטי זמין באופן נרחב?

אמנם טכנולוגיית החשמל האלחוטית מתקדמת משמעותית, אך היא עדיין לא זמינה ברמה הצרכנית. עם זאת, ישנם מאמצים מתמשכים לשלב פתרונות כוח אלחוטיים בחיי היומיום, מה שעלול להוביל לנגישות רחבה יותר בעתיד.

6. מהם כמה יישומים פוטנציאליים של חשמל אלחוטי?

לחשמל אלחוטי יש פוטנציאל לחולל מהפכה בתעשיות שונות. זה יכול לשמש להפעלת בתים ומשרדים חכמים, לטעון רכבים חשמליים באופן אלחוטי ולספק כוח ללא הפרעה למיקומים מרוחקים. בנוסף, ניתן לשלב אותו במכשירים יומיומיים, ולבטל את הצורך בשיטות טעינה מסורתיות.

7. כיצד חשמל אלחוטי משפיע על יעילות האנרגיה?

העברת חשמל אלחוטית עדיין עומדת בפני אתגרים עם בזבוז אנרגיה, בדומה למגדלים המוקדמים שתוכננו על ידי טסלה. עם זאת, להתקדמות בטכנולוגיה ובתשתיות יש פוטנציאל לשפר את יעילות האנרגיה ולהפחית את הבזבוז במערכות כוח אלחוטיות.

8. האם יש חסרונות בחשמל אלחוטי?

בעוד שחשמל אלחוטי מציע יתרונות רבים, ישנם כמה חסרונות שיש לקחת בחשבון. בזבוז אנרגיה, טווח מוגבל והצורך במכשירים ותשתיות תואמים הם גורמים שצריך לטפל בהם לאימוץ רחב יותר של טכנולוגיית חשמל אלחוטית.

9. כיצד יכול חשמל אלחוטי לתרום לפתרונות אנרגיה בת קיימא?

לחשמל אלחוטי יש פוטנציאל לתרום לפתרונות אנרגיה בר -קיימא על ידי הפחתת ההסתמכות על מקורות כוח מסורתיים. זה יכול לאפשר שימוש נרחב באנרגיה מתחדשת על ידי מתן שיטות העברה והפצה יעילות למקורות אנרגיה נקיים.

10. מה עומד לפני טכנולוגיית חשמל אלחוטית?

כאשר טכנולוגיית החשמל האלחוטית ממשיכה להתפתח, היא מקיימת הבטחה לעתיד עם פחות חוטים וכבלים. שילוב של פתרונות כוח אלחוטיים לתעשיות שונות ופיתוח שיטות העברה יעילות יותר יניעו ככל הנראה את צמיחתו ואימוץ.

לגלות כיצד חשמל אלחוטי עובד ושימושיו

אלנה גאורה לא עובדת, להתייעץ, לבעלות על מניות או מקבלות מימון מכל חברה או ארגון שיועיל ממאמר זה, ולא חשף שום שיוך רלוונטי מעבר למינוי האקדמי שלהם.

האם חשמל אלחוטי של טסלה עובד

Б эой сранице

Ы зé. С помדיר. Почем эо мого?

Эа сраница о бображае тех сах, кога воматеשיים си сисלוח рmе рגות р רבות ш רבות р р рוהים р рוהים которые нé. Сраница пересанет ообрוחים. До эого момента д.

Исочником запросов может сmжж вредоносfte по, подаееые моди базלוח нилm mчnзnзnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчnчзדי ы з запросов. Еи ы иололalty ощий дדיר. O. Подробнרבה.

Проверка по сов может тelte пояяе, еи ы водите сדיר еами, или же водите запроы ченн часо.

לגלות כיצד חשמל אלחוטי עובד ושימושיו

Rheanna Sand: אז סוף סוף אנחנו הולכים לחתוך את החוט. נפרד מהבלגן של הכבלים השופכים מהשולחן שלך או את אותו חוט מעצבן שמגיע מהרמקולים שלך. הכוח הולך אלחוטי.

הרעיון קיים כבר למעלה ממאה שנה. ניקולה טסלה העלתה את זה זמן קצר לאחר שגילה זרם לסירוגין, או AC. AC הוא זרימת האלקטרונים דרך מוליך שמתחלף קדימה ואחורה. טסלה ידעה שכשאתה מחליף זרם אתה יוצר שדה מגנטי. לעומת זאת, אם אתה מתנדנד שדה מגנטי ותעביר לתוכו חוט, החוט הזה יוביל AC.

חשמל אלחוטי עובד בדרך זו: המשדר ממייר AC לשדה מגנטי. המכשיר מרים את השדה וממיר אותו בחזרה ל- AC. נשמע די פשוט, אבל יש סיבה שלקח יותר ממאה שנה להיות בר -קיימא. נקודת ההדבקה הייתה משהו שנקרא העברת אנרגיה תהודה מגנטית. ללא תופעה זו, חשמל אלחוטי לא יעביר מספיק רחוק כדי להיות מועיל. כך זה עובד: כל השדות המגנטיים רוטטים בתדר מהדהד. אם לשני שדות סמוכים יש אותה תדר מהדהד, אנרגיית ההעברה משתנה ביעילות לאורך מרחקים ארוכים. כך זמרת אופרה, למשל, יכולה לנפץ כוס רק עם קולה.

בחשמל אלחוטי המשדר והמכשיר רוטטים באותה תדר תהודה. זו לא הייתה משימה קלה עבור טסלה, אם כי בשנת 1899 הוא הניע 200 נורות מ -26 מיילים משם.

ההתקדמות המודרנית הקלה על כך הרבה יותר. ועכשיו חשמל אלחוטי עומד לפגוע בשוק בגדול. רק דמיין משדרים שנראים כמו מסגרות תמונה המספקות כוח לאור ונייד או מטעני טלפון שמתחילים לטעון את הטלפון שלך ממש כשאתה מתיישב ליד שולחן העבודה שלך. האפשרויות באמת מטלטלות.

ניקולה טסלה: רשת 5G יכולה לממש את החלום שלו על חשמל אלחוטי, מאה שנה לאחר הניסויים נכשלו

ג’יימס פיטר ברוסי מקבל מימון מהאיחוד האירופי אופק 2020 כחלק מפרויקט הדומוס.

אלנה גאורה לא עובדת, להתייעץ, לבעלות על מניות או מקבלות מימון מכל חברה או ארגון שיועיל ממאמר זה, ולא חשף שום שיוך רלוונטי מעבר למינוי האקדמי שלהם.

שותפים

אוניברסיטת קובנטרי מספקת מימון כחבר השיחה בבריטניה.

בשיא הקריירה שלו, מהנדס החשמל החלוצי ניקולה טסלה הפך לאובססיבי לרעיון. הוא תיאורטי שאפשר להעביר חשמל באופן אלחוטי דרך האוויר במרחקים ארוכים – או באמצעות סדרה של מגדלים ממוקמים אסטרטגית, או קפיצה על פני מערכת של בלונים תלויים.

הדברים לא עשו’לא ללכת לתוכנית, וטסלה’השאיפות לאספקת חשמל גלובלית אלחוטית מעולם לא התגשמו. אבל התיאוריה עצמה הייתה’לא הופרך: זה פשוט היה דורש כמות כוח יוצאת דופן, שרבים מהם היו מבוזבזים.

כעת, עיתון מחקר הציע כי אדריכלי רשת 5G עשויים בנו מבלי משים את מה שטסלה לא הצליחה לבנות בסוף המאה העשרים: א “רשת כוח אלחוטית” ניתן להתאים אותו לטעינה או כוח מכשירים קטנים המוטמעים במכוניות, בתים, מקומות עבודה ומפעלים.

כי 5G מסתמך על רשת צפופה של תרנים וסדרה עוצמתית של אנטנה, זה’יתכן שאותה תשתית, עם כמה ציוצים, יכולה לקרן כוח למכשירים קטנים. אבל השידור עדיין יסבול מהחסרון העיקרי של טסלה’מגדלי S: בזבוז אנרגיה גבוהה, שעשוי להיות קשה להצדיק בהתחשב בדחיפות משבר האקלים.

רשתות 5G

לפני עשרות שנים התגלה כי קרן רדיו ממוקדת בחוזקה יכולה להעביר כוח על מרחקים גדולים יחסית מבלי להשתמש בחוט כדי לשאת את המטען. אותה טכנולוגיה משמשת כיום ברשת 5G: הדור האחרון של הטכנולוגיה לקורה חיבור לאינטרנט לטלפון שלך, באמצעות גלי רדיו המועברים מאנטנה מקומית.

טכנולוגיית 5G זו שמה לה למטרה לספק עלייה בקיבולת של פי 1,000 במהלך הדור האחרון, 4G, כדי לאפשר עד מיליון משתמשים להתחבר לקילומטר רבוע-מה שהופך את הרגעים האלה לחפש אות בפסטיבלי מוזיקה או אירועי ספורט לנחלת העבר.

כדי לתמוך בשדרוגים אלה, 5G משתמשת בקסם הנדסי, וקסם זה מגיע בשלושה חלקים: רשתות צפופות מאוד עם הרבה יותר תרנים, טכנולוגיית אנטנה מיוחדת, והכללת העברת גל מילימטר (MMWAVE) לצד להקות מסורתיות יותר.

האחרון שבהם, MMWave, פותח רוחב פס הרבה יותר במחיר של מרחקי העברה קצרים יותר. לצורך הקשר, רוב נתבי ה- WiFi פועלים בלהקת 2GHz. אם לנתב שלך יש אפשרות 5GHz, אתה’אני שם לב שהסרטים זורמים בצורה חלקה יותר – אבל אתה צריך להיות קרוב יותר לנתב שלך כדי שזה יעבוד.

הגדל את התדר עוד יותר (כמו MMWave, הפועל במהירות של 30 ג’יגה הרץ ומעלה) ואתה רואה שיפורים גדולים עוד יותר ברוחב הפס – אבל אתה צריך להיות קרוב יותר לתחנת הבסיס כדי לגשת אליו. זו הסיבה שתורני 5G מקובצים בצפיפות יותר מ- 4G תרנים.

הקסם האחרון הוא להוסיף עוד אנטנות – בין 128 ל -1,024 בהשוואה למספר קטן בהרבה (רק שניים במקרים מסוימים) עבור 4G. אנטנות מרובות מאפשרות לתורנים ליצור מאות קורות דמויי עיפרון שמכוונות למכשירים מסוימים, ומספקים אינטרנט יעיל ואמין לטלפון שלך בתנועה.

במקרה אלה הם אותם מרכיבי גלם הדרושים ליצירת רשת כוח אלחוטית. צפיפות הרשת המוגברת חשובה במיוחד, מכיוון שהיא פותחת את האפשרות להשתמש בלהקות MMWave כדי להעביר גלי רדיו שונים שיכולים לשאת גם חיבור לאינטרנט וגם כוח חשמלי.

מתנסים בכוח 5G

הניסויים השתמשו בסוגים חדשים של אנטנה כדי להקל על טעינה אלחוטית. במעבדה החוקרים הצליחו להקים כוח 5G על מרחק קצר יחסית של קצת יותר משני מטרים, אך הם מצפים כי גרסה עתידית של המכשיר שלהם תוכל להעביר 6 מיקרו -וואט (6 מיליון וואט) במרחק של 180 מטר.

כדי להכניס את זה להקשר, מכשירי האינטרנט הנפוצים של הדברים (IoT) צורכים סביב 5 מיקרו -וואט – אך רק כאשר במצב השינה העמוק ביותר שלהם. כמובן שמכשירי IoT ידרשו פחות ופחות כוח לרוץ כאלגוריתמים חכמים ומפותחים אלקטרוניקה יעילה יותר, אך 6 מיקרו -וואט הוא עדיין כמות קטנה מאוד של כוח.

זה אומר שעד הפעם לפחות, סביר להניח כי כוח אלחוטי של 5G לא יהיה מעשי לטעינה של הטלפון הנייד שלך בזמן שאתה עוסק ביום שלך. אבל זה יכול לטעון או להפעיל מכשירי IoT, כמו חיישנים ואזעקות, שצפויים להיות נפוצים בעתיד.

במפעלים, למשל, מאות חיישני IoT עשויים לשמש לפיקוח על תנאים במחסנים, כדי לחזות כישלונות במכונות, או לעקוב אחר תנועת חלקים לאורך קו ייצור. היכולת לזרום כוח ישירות למכשירי IoT אלה תעודד את המעבר לשיטות ייצור יעילות בהרבה.

בעיות בקיעת שיניים

אבל יהיו אתגרים להתגבר לפני כן. כדי לספק כוח אלחוטי, תרנים 5G יצרכו כ- 31 קילוואט של אנרגיה – שווה ערך ל -10 קומקומים כל הזמן רותחים מים.

אף על פי שהדאגות כי טכנולוגיית 5G עלולה לגרום לסרטן הושלמו באופן נרחב על ידי מדענים, כמות כוח זו הנובעת מתארים עשויה להיות לא בטוחה. חישוב גס מציע כי יש צורך להרחיק את המשתמשים במרחק של לפחות 16 מטרים מהתרנים כדי לעמוד בתקנות הבטיחות שקבעה ועדת התקשורת הפדרלית האמריקאית.

עם זאת, הטכנולוגיה הזו נמצאת בחיתוליה. זה’בהחלט יתכן שגישות עתידיות, כמו אנטנה חדשה עם קורות צרות יותר וממוקדות יותר, יכולות להפחית משמעותית את האנרגיה הנדרשת – ובזבוז – על ידי כל תורן.

נכון לעכשיו, המערכת המוצעת מזכירה למדי את הבדיוני “Wonkavision” ברואלד דאהל’S צ’רלי ומפעל השוקולד, שהשיגו את הישג הקונדיטוריה הקורנית לטלוויזיות – אך נאלצו להשתמש בגוש שוקולד ענק כדי לייצר אחד קטן בהרבה בקצה השני.

כי זה’לצרוך כמות גבוהה של כוח בהשוואה לכוח שהוא’לספק למכשירים, כוח אלחוטי של 5G הוא כרגע ספקולטיבי. אבל אם מהנדסים יכולים למצוא דרכים יעילות יותר לקרן חשמל באוויר, יכול להיות שזה ניקולה טסלה’ניתן היה לממש את החלום על הכוח האלחוטי – למעלה ממאה שנה מאז ניסיונותיו נכשלו.

• חַשְׁמַל
• האינטרנט של הדברים
• אנטנות
• טעינה אלחוטית
• 5G
• גלי רדיו
• ניקולה טסלה
• תקשורת אלחוטית

חשמל אלחוטי? איך עובד סליל טסלה

בין החידושים הרבים שלו, ניקולה טסלה חלם ליצור דרך לספק כוח לעולם מבלי לחבר חוטים ברחבי העולם. הממציא התקרב להשיג זאת כאשר ניסויים “מדען מטורף” שלו עם חשמל הובילו ליצירתו של סליל טסלה.

המערכת הראשונה שיכולה להעביר באופן אלחוטי חשמל, סליל טסלה היה המצאה מהפכנית באמת. אנטנות רדיו מוקדמות וטלגרפיה השתמשו בהמצאה, אך וריאציות של הסליל יכולות גם לעשות דברים שהם פשוט מגניבים – כמו ברגי ברקים, לשלוח זרמים חשמליים בגוף וליצור רוחות אלקטרונים.

טסלה פיתחה את הסליל בשנת 1891, לפני ששנאי ליבת ברזל קונבנציונליים שימשו להפעלת דברים כמו מערכות תאורה ומעגלי טלפון. רובוטריקים קונבנציונליים אלה אינם יכולים לעמוד בתדירות הגבוהה ובמתח הגבוה שהסלילים המשוחררים יותר בהמצאת טסלה יכולים לסבול. הרעיון שמאחורי הסליל הוא למעשה די פשוט ועושה שימוש בכוח אלקטרומגנטי ובתהודה. בהעסקת בקבוקי חוטי נחושת וזכוכית, חשמלאי חובב יכול לבנות סליל טסלה שיכול לייצר רבע מיליון וולט. [אינפוגרפיקה: איך עובד סליל טסלה]

ההתקנה

סליל טסלה מורכב משני חלקים: סליל ראשוני וסליל משני, שלכל אחד מהם קבלים משלו. (קבלים מאחסנים אנרגיה חשמלית בדיוק כמו סוללות.) שני הסלילים והקבלים מחוברים על ידי פער ניצוץ – פער אוויר בין שתי אלקטרודות המייצר את ניצוץ החשמל. מקור חיצוני המחובר לשנאי מכריח את כל המערכת. בעיקרו של דבר, סליל טסלה הוא שני מעגלים חשמליים פתוחים המחוברים לפער ניצוץ.

סליל טסלה זקוק למקור כוח מתח גבוה. מקור כוח רגיל המוזן דרך שנאי יכול לייצר זרם עם הכוח הדרוש (לפחות אלפי וולט).

במקרה זה, שנאי יכול להמיר את המתח הנמוך של הכוח הראשי למתח הגבוה.

איך זה עובד

מקור הכוח מחובר לסליל הראשי. קבלו של הסליל הראשי פועל כמו ספוג ומפנה את האישום. הסליל העיקרי עצמו חייב להיות מסוגל לעמוד במטען המסיבי ובגדולים העצומים של הזרם, כך שהסליל בדרך כלל עשוי נחושת, מוליך טוב של חשמל. בסופו של דבר, הקבל בונה כל כך הרבה מטען שהוא מפרק את התנגדות האוויר בפער הניצוץ. ואז, בדומה לסחיטת ספוג ספוג, הזרם זורם מהקבל במורד הסליל הראשוני ויוצר שדה מגנטי.

כמות האנרגיה העצומה גורמת לשדה המגנטי להתמוטט במהירות, ומייצרת זרם חשמלי בסליל המשני. המתח רוכסן באוויר בין שני הסלילים יוצר ניצוצות בפער הניצוץ. האנרגיה מתנשאת קדימה ואחורה בין שני הסלילים כמה מאות פעמים בשנייה, ומצטברת בסליל המשני ובקבל הקבל. בסופו של דבר, המטען בקבל המשני מתגבר כל כך שהוא משתחרר בפרץ מרהיב של זרם חשמלי.

מתח התדר הגבוה שהתקבל יכול להאיר נורות פלורסנטיות במרחק של כמה מטרים ללא חיבור תיל חשמלי. [תמונות: המעבדה ההיסטורית של ניקולה טסלה ב- Wardenclyffe]

בסליל טסלה מעוצב בצורה מושלמת, כאשר הסליל המשני מגיע למטען המרבי שלו, כל התהליך צריך להתחיל מחדש והמכשיר צריך להיות עצמאי. אולם בפועל זה לא קורה. האוויר המחומם בפער הניצוץ מושך חלק מהחשמל מהסליל המשני ובחזרה לפער, כך שבסופו של דבר הסליל טסלה ייגמר לאנרגיה. זו הסיבה שיש לחבר את הסליל לאספקת חשמל חיצונית.

העיקרון שמאחורי סליל טסלה הוא להשיג תופעה הנקראת תהודה. זה קורה כאשר הסליל הראשי יורה בזרם לסליל המשני בדיוק בזמן הנכון למקסם את האנרגיה המועברת לסליל המשני. חשבו על זה כתזמון מתי לדחוף מישהו על נדנדה כדי לגרום לזה להתגבר ככל האפשר.

הגדרת סליל טסלה עם פער ניצוץ סיבוב מתכוונן מעניקה למפעיל שליטה רבה יותר על המתח של הזרם שהוא מייצר. כך יכולים סלילים ליצור תצוגות ברקים מטורפות ואף ניתן להגדיר אותם כדי לנגן מוזיקה מתוזמנת לפרצי זרם.

בעוד שלסליל טסלה אין יותר יישום מעשי, טסלה’ההמצאה של S חוללה מהפכה לחלוטין באופן בו הובנה והשימוש בחשמל. מכשירי רדיו וטלוויזיות עדיין משתמשים בווריאציות של סליל טסלה כיום.

עלון מדעי חי

הישאר מעודכן בחדשות המדע האחרונות על ידי הרשמה לניוזלטר Essentials שלנו.

על ידי הגשת המידע שלך אתה מסכים לתנאים וההגבלות (נפתח בכרטיסייה חדשה) ומדיניות פרטיות (נפתח בכרטיסייה חדשה) ובני 16 ומעלה.

ניתן להעביר חשמל דרך האוויר

חברה של ניו זילנד מנסה לגרום לרעיון ישן לעבוד באופן מסחרי

25 בפברואר 2021

ב אהינד ניקולה טסלה’ג מעבדה לשעבר ב- Wardenclyffe בלונג איילנד, ניו יורק, הם כמה יסודות ותיקים. הם כל שנותרו ממגדל בגודל 57 מטרים בו טסלה החלה לבנות בשנת 1901 כחלק מניסוי להעברת מידע וחשמל באופן אלחוטי על פני מרחקים ארוכים. זה חצי עבד. כפי שהוא חזה, לתקשורת אלחוטית היו השפעות משתנות עולמיות. אבל הוא לא הצליח לגרום לכוח החשמלי עצמו לנסוע רחוק מאוד. כתוצאה מכך, תוך חמש שנים נעצרו העבודה והמגדל נחרט מאוחר יותר כדי לעזור להחזיר את חובותיו. טסלה – חלוץ שבין היתר פיתח את הדור והעברת הזרם המתחלף – נדבק לטשטוש יחסי.

מהמהדורה של 27 בפברואר 2021

גלה סיפורים מקטע זה ועוד ברשימת התוכן