Nikola Tesla

Dvije nove tehnologije mogle bi donijeti zaista bežičnu električnu energiju, čak i u pokretu

Baterije nam omogućavaju život u pokretu: napajaju laptopove, mobilne telefone, muzičke plejere koji nas svuda prate. Ipak, iako s nama dospijevaju do najrazličitijih krajeva Zemlje svi oni na kraju završe na istom mjestu priključeni u utičnicu.

Međutim, to se mijenja. Baterijama je potrebno punjenje ali dvije nove tehnologije koje će nas osloboditi zapetljanih kablova i utičnica su već u ubrzanom razvoju.

Bežični prenos struje je prva od tih tehnologija. Električne četkice za zube i neki mobilni telefoni već koriste ovu tehnologiju. Da bi ih napunili dovoljno ih je postaviti na specijalnu bazu ili podlogu. Neki modeli električnih automobila takođe mogu dopuniti svoje baterije bežičnim putem dok su parkirani u garaži. Još naprednija, eksperimentalna vozila imaju mogućnost bežične dopune u pokretu zahvaljujući električnim uređajima postavljenim ispod djelova saobraćajnice. Ukoliko ova tehnologija zaživi ona bi mogla riješiti dva velika problema električnih vozila – mogućnost pražnjenja baterije usred putovanja i dugo čekanje za dopunu baterija.

Druga takva tehnologija je „žetva energije” (energy harvesting) koja bi nam mogla omogućiti da u potpunosti dostignemo bežičnost prenosa energije. Ova tehnologija koristi energiju koja se nalazi svuda oko nas – u formi radio i mikro-talasa i pretvara je u elektricitet. Ovako dobijena energija mogla bi napajati male uređaje a možda čak i veće kućne aparate. Uređaji bi se mogli sami dopunjavati bez potrebe da mi uplićemo prste.

Zajedno, ove tehnologije bi nas mogle osloboditi brige o priključivanju naših elektronskih i ostalih uređaja. Takođe bi mogla smanjiti količine otpada i gasova koji uzrokuju efekat staklene bašte.

Promjene dolaze ali ne preko noći. Da bi u potpunosti iskoristili mogućnosti ovih obećavajućih tehnologija potrebno je još mnogo istraživanja, kao i vremena i novca.

Autobus za budućnost

Prošlog avgusta, dva samo-puneća električna autobusa puštena su u saobraćaj u Gumiju. Ovaj industrijski grad leži u srcu Južne Koreje. Baterije koje ovi autobusi koriste nikad se ne moraju priključivati na izvor struje – umjesto toga ispod djelova rute ovih autobusa postavljeni su kalemovi koji električnu energiju ovim autobusima šalju električnim putem.

 

Elektricitet – kidanje žica Tehnologija

Električni autobus iz Gumija

Ovi inovativni autobusi razvijeni su na korejskom Institutu za naprednu nauku i tehnologiju u Daejonu. „Autobusi se nigdje ne moraju zaustaviti da bi se dopunili, to se dešava potpuno automatski dok su u pokretu”, objašnjava inžinjer Nam P. Suh koji je učestvovao u razvoju ovih autobusa dok je bio na Institutu. On sada radi na MIT-u.

Princip iza bežičnog prenosa elektriciteta je vrlo jednostavan i počiva na odnosu električnog i magnetnog polja.

Magnetizam i elektricitet su u stvari ,,dvije strane istog novčića”, objašnjava Elza Erkip, profesor na Politehničkom institutu Univerziteta Nju Jork. U elektro-inžinjerstvu to se naziva elektromagnetna energija.

Kad god postoje električni signali, postoje i magnetni signali i obrnuto – električna i magnetna polja se međusobno indukuju. Dakle, možemo reći da su električno i magnetsko polje dva pojavna oblika istog fenomena.

Ukoliko obmotate željezni ekser provodnikom i kroz provodnik propustite struju uspostavićete magnetno polje u ekseru. Ovo magnetizuje ekser i tada može privlačiti magnetne materijale npr. željezne opiljke. Kažemo da se ekser ponaša kao elektromagnet. Čak i ako izvučete ekser iz namotaja, magnetno polje i dalje postoji oko namotaja – sve dok kroz njega teče struja. Dakle struja je indukovala magnetno polje.

Ovaj proces se može primjeniti i u suprotnom pravcu. Magnetno polje može indukovati električnu struju i u stvari većina elektrana se koristi upravo ovim principom okrećuću namotaje provodnika u magnetnom polju oni pretvaraju jednu formu energije u električnu energiju.

Bežična električna energija koristi oba ova procesa. Prvo električna struja u jednom namotaju provodnika izazove magnetno polje. To magnetno polje izaziva struju u nekom drugom namotaju provodnika.

Ovaj proces se naziva indukcija.

Do kraja 19. vijeka Nikola Tesla je realizovao ideju da indukcija može bežičnim putem prenositi energiju o čemu svjedoči jedna od njegovih najčuvenijih fotografija.

Elektricitet – kidanje žica Tehnologija

Ipak, 120 godina kasnije tek nekoliko sitnih uređaja koristi indukciju za punjenje baterija. Ono što je bio limitirajući faktor široj upotrebi ove tehnologije je ograničena razdaljina na kojoj je ovaj prenos moguć. Većina induktivnih punjača ne funkcioniše na razdaljinama većim od oko 1cm prije svega jer magnetno polje je sve slabije što se više udaljavamo od izvora polja.

Tek nedavno naučnici su uspjeli da premoste razdaljine od 1m i više i postignu bežični prenos električne energije „oblikovanjem” magnetnih polja kontrolisanjem razdaljine između sjevernog i južnog pola magneta. Ovaj napredak omogućio je razvoj pomenutih korejskih autobusa.

„Štimovanje” prenosa energije

Ako je magnetno polje preslabo na rastojanju na kojem se nalazi uređaj onda neće indukovati dovoljno jaku struju da ga napaja. Prema tome, da bi bežični prenos struje bio moguć, sistem mora prenijeti dovoljno energije preko potrebnih razdaljina i mora biti efikasan.

Da bi postigli ove zahtjeve inžinjeri podešavaju rezonantne frekvencije prijemnika i predajnika u ovom sistemu. Rezonantna frekvencija je prirodna, svakom oscilatornom sistemu svojstvena, frekvencija na kojoj taj sistem ,,želi” da osciluje.

Uzmimo npr. gitarsku žicu. Kada je trgnete ona vibrira određenom frekvencijom. Ta frekvencija je prirodna tj. rezonatna frekvencija oscilovanja date žice. Ostale žice na gitari imaju druge, sebi svojstvene, rezonantne frekvencije usljed različitih mehaničkih i ostalih svojstava građe.

Isti princip važi i za električne materijale i električna kola. Njihova građa i sastav uslovljavaju različite rezonatne frekvencije. Imajući to u vidu možemo kola konstruisati tako da imaju tačno određene, željene, rezonatne frekvencije. Ovo je od velikog značaja za tehnologije o kojima je riječ  Dakle, možemo reći da su električno i magnetsko polje dva pojavna oblika istog fenomena – prenos energije je najefikasniji kada se odvija na rezonatnoj frekvenciji prijemnika. To možemo ilustrovati primjerom operskog pjevača koji držanjem visoke note razbija vinsku čašu. Zvučni talasi prenose energiju od pjevačevih usta do čaše ukoliko je frekvencija note jednaka rezonantnoj frekvenciji čaše onda se dovoljno energije može nakupiti da slomi čašu.

Elektricitet – kidanje žica Tehnologija

Pripreme za testiranje bežičnog punjenja u pokretu (Oak Ridge National Lab)

Primjene ove tehnologije su nepregledne. Npr. jedan bežični izvor u dnevnom boravku mogao bi puniti vaš mobilni telefon, laptop, muzički plejer i ostale uređaje istovremeno. No ono što je zaista uzbudljivo kod ovih tehnologija je mogućnost primjene u medicini za napajanje uređaja poput pejsmejkera koji se nalaze unutar tijela pacijenta.

 

 

Izvori:
Society For Science – Electricity: Cutting the cords, May 9th 2014 : https://student.societyforscience.org/article/electricity-cutting-cords

Priredio Đorđe Lacmanović

 

http://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2014/07/tesla.jpghttp://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2014/07/tesla-150x150.jpgadminTehnologijaElektricitet,Bežična električna energijaDvije nove tehnologije mogle bi donijeti zaista bežičnu električnu energiju, čak i u pokretu Baterije nam omogućavaju život u pokretu: napajaju laptopove, mobilne telefone, muzičke plejere koji nas svuda prate. Ipak, iako s nama dospijevaju do najrazličitijih krajeva Zemlje svi oni na kraju završe na istom mjestu priključeni u utičnicu. Međutim,...Elektricitet – kidanje žica Tehnologija
IASTE Crna Gora