Безопасно ли беспроводное электричество

Irina1970

http://kf-news.ru/science/besprovodnoe-elektrichestvo-porazi...
Беспроводное электричество поразило своих создателей
Питающиеся неосязаемым способом бытовые приборы, освобождённые от электрических проводов, не первый раз будоражат умы изобретателей. Но именно теперь специалисты подошли к тому, чтобы научить серийные пылесосы, торшеры, телевизоры, автомобили, имплантаты, мобильные роботы и лэптопы эффективно и безопасно получать ток из беспроводного источника.
Недавно команда учёных из Массачусетского технологического института (MIT возглавляемая Марином Солячичем (Marin Soljačic совершила очередной шаг на пути превращения технологии беспроводного электричества из лабораторного "фокуса" в пригодную для тиражирования технологию. Совершенно неожиданно они обнаружили эффект, позволяющий поднять КПД передачи. Но прежде чем рассказать о новом эксперименте, стоит сделать отступление.
В качестве переносчика энергии в данном случае используется ближнее магнитное поле, осциллирующее с высокой частотой в несколько мегагерц. Для переброски необходимы две магнитные катушки, настроенные на одинаковую частоту резонанса. Перекачку энергии между ними учёные сравнивают с разрушением резонирующего стеклянного бокала, когда он "слышит" звук строго определённой частоты.
В результате взаимодействия катушек и получается то, что было названо "Беспроводным электричеством" (WiTricity). Кстати, слово это — торговая марка, которая принадлежит одноимённой корпорации, основанной Солячичем и рядом его коллег из MIT. Корпорация указывает, что данный термин применим только к её технологии и к продуктам, созданным на её основе. Большая просьба – не использовать "уайтрисити" как синоним беспроводной передачи энергии вообще.
Изобретатели также просят не путать WiTricity с передачей энергии посредством электромагнитных волн: мол, новый метод — "неизлучающий".
И ещё несколько важных "не", указанных создателями. WiTricity — не аналог трансформатора с разведёнными на несколько метров обмотками (последний в таком случае перестаёт работать). Это не улучшенная электрическая зубная щётка: она хоть и умеет заряжаться без электрического контакта, но всё равно требует помещения в "док-станцию" для сближения передающей и приёмной индуктивных катушек до расстояния в миллиметр. "Уайтрисити" – не микроволновка, способная поджарить живой объект, поскольку пульсирующее магнитное поле, работающее в системе WiTricity, на человека не влияет. Наконец, "Беспроводное электричество" – даже не "таинственная и ужасная" башня Теслы (Wardenclyffe Tower при помощи которой великий изобретатель намеревался продемонстрировать передачу энергии на большое расстояние.
Первый опыт по беспроводной передаче энергии методом WiTricity на 60-ваттную лампочку, удалённую на два с лишним метра от источника, Марин и его коллеги провели в 2007 году. КПД был невелик – порядка 40%, зато уже тогда изобретатели указывали на ощутимый плюс новинки — безопасность.
Применяемое в системе поле в 10 тысяч раз слабее, чем то, что царит в сердцевине магнитно-резонансного томографа. Так что ни живые организмы, ни медицинские имплантаты, ни кардиостимуляторы и прочая чувствительная техника такого рода, ни бытовая электроника почувствовать на себе действие этого поля не могут.

Теперь же Солячич и его соратники открыли, что на КПД системы WiTricity влияют не только размер, геометрия и настройка катушек, а также дистанция между ними, но и число потребителей. Парадоксально, на первый взгляд, однако два приёмных прибора, размещённые на расстоянии от 1,6 до 2,7 метра по обе стороны от передающей "антенны", показали на 10% лучший КПД, чем в случае если связь осуществлялась только между одним источником и потребителем, как было в предыдущих опытах.
Причём улучшение прослеживалось независимо от того, каков был КПД для пар передатчик-приёмник по отдельности. Учёные предположили, что при дальнейшем добавлении новых потребителей КПД будет ещё повышаться, хотя пока не вполне ясно — насколько. (Детали эксперимента раскрывает статья в Applied Physics Letters.)
Передающая катушка в новом эксперименте насчитывала площадь в 1 квадратный метр, а приёмные — всего по 0,07 м2 каждая. И это тоже интересно: громоздкость "приёмников" в прежних опытах ставила под сомнение желание производителей техники снабжать такими системами свою аппаратуру — едва ли вам понравился бы самозаряжающийся ноутбук, блок WiTricity которого по размеру сопоставим с самим компьютером.

Но главное – эффект улучшения общего КПД при одновременной работе с несколькими потребителями означает зелёную улицу для голубой мечты Солячича — дома, заполненного разнообразной техникой, получающей питание из невидимых "неизлучающих излучателей", спрятанных в потолках или стенах комнат.
А может быть, и не только в комнатах, но и в гараже? Конечно, зарядить электромобиль можно и обычным способом. Но прелесть WiTricity в том, что ничего никуда не нужно подключать и даже помнить об этом — теоретически машину можно научить самой по прибытию в гараж (или на автостоянку компании) посылать "запрос" системе и подпитывать аккумулятор от магнитной катушки, уложенной в полу.
Кстати, в некоторых экспериментах специалисты WiTricity довели мощность передачи до трёх киловатт (а начинали, напомним, с 60-ваттной лампочки). КПД же варьируется в зависимости от целого набора параметров, однако, как утверждает корпорация, при достаточно близких катушках он может превышать 95%.
Нетрудно догадаться, что перспективный метод передачи электроэнергии на несколько метров без проводов и необходимости в прицеливании каких-нибудь "силовых лучей" должен заинтересовать широкий спектр компаний. Некоторые уже работают в этом направлении самостоятельно.
Например, отталкиваясь от принципов, обоснованных и испытанных Солячичем и его коллегами, Intel ныне развивает свою модификацию резонансной передачи электроэнергии — Wireless Resonant Energy Link (WREL). Ещё в 2008 году компания достигла на данном поприще блестящего результата, продемонстрировав "магнитную" передачу тока с КПД 75%.

Собственные опыты, воспроизводящие эксперименты физиков из Массачусетского технологического, ставит сейчас и Sony.
Однако Солячич уверен, что его инновация не затеряется среди продукции коллег-конкурентов. Ведь именно первооткрыватели технологии больше всех набили с ней шишек и готовы к углублённому её изучению и совершенствованию. Скажем, настройка даже пары катушек не так проста, как кажется на поверхностный взгляд. Учёный несколько лет подряд ставил опыты в лаборатории, прежде чем построил систему, которая работает действительно надёжно.
"Беспроводное электричество", по словам его авторов, изначально задумывалось как OEM-продукт. Потому в будущем можно ожидать появления данной технологии в товарах других компаний.
И пробный шар в сторону потенциальных потребителей уже запущен. В январе в Лас-Вегасе на выставке CES 2010 китайская компания Haier показала первый в мире полностью беспроводной HDTV-телевизор. На его экран по воздуху передавался не только видеосигнал с проигрывателя (для чего применялся официально родившийся буквально месяцем раньше стандарт Wireless Home Digital Interface но и электропитание. Последнее обеспечивала именно технология WiTricity.
А ещё компания Солячича ведёт переговоры с производителями мебели об установке катушек в столы и стены шкафов. Первое объявление о серийном продукте партнёра WiTricity ожидается к концу 2010 года.
Вообще же специалисты предсказывают появление на рынке настоящих бестселлеров — новых продуктов со встроенным приёмником WiTricity. Причём никто ещё не может уверенно сказать — что это будут за вещи.
Любопытно, что история WiTricity началась несколько лет назад с ряда досадных пробуждений Марина. Несколько раз в течение месяца его будил сигнал разряженного телефона, просящего "поесть". Забывавший вовремя подключить мобильник к розетке учёный удивлялся: разве не смешно, что телефон находится в нескольких метрах от электрической сети, но не в состоянии получить эту энергию. После очередного пробуждения в три часа ночи Солячич подумал: было бы здорово, если б телефон смог позаботиться о своей зарядке сам.

Заметим, речь сразу пошла не о новом варианте "ковриков" для зарядки карманных приборов. Такие системы работают, только если устройство положить непосредственно на "коврик", а это ведь для забывчивых людей ничуть не лучше, чем необходимость просто втыкать проводок в розетку. Нет, телефон должен был получать электроэнергию в любом месте комнаты, а то и квартиры, и не важно, бросили ли вы его на столе, диване или подоконнике.
Тут обычная электромагнитная индукция, направленные микроволновые лучи и "осторожные" инфракрасные лазеры — не годились. Марин взялся за поиск других вариантов. Едва ли он тогда мог подумать, что через некоторое время пищащий и "голодный" телефон приведёт его к созданию собственной компании и появлению технологии, способной "делать заголовки" и, что куда важнее, заинтересовать промышленных партнёров.
Добавим, что о принципах, истории и будущем WiTricity некогда довольно подробно рассказал исполнительный директор корпорации Эрик Гилер (Eric Giler).

krysonka

Беспроводное электричество поразило своих создателей
Это в смысле бесов по проводу стали передавать? :confused:

Solefald

Ага, и бесконечность - это копыто

Irina1970

Хорош флудить! :)
Мне правдо мнение физиков интересно!

Asmodeus

Применяемое в системе поле в 10 тысяч раз слабее, чем то, что царит в сердцевине магнитно-резонансного томографа.
Пипец они фактами манипулируют! Если что, в магнитно резонансных томографах поле не просто сильное, а офигенно сильное (до нескольких тесла в моделях с криогенными магнитами).
Эт все равно что сказать, что слон он очень маленький и легкий, примерно в 100....000 раз легче луны.

Asmodeus

Парадоксально, на первый взгляд, однако два приёмных прибора, размещённые на расстоянии от 1,6 до 2,7 метра по обе стороны от передающей "антенны", показали на 10% лучший КПД, чем в случае если связь осуществлялась только между одним источником и потребителем, как было в предыдущих опытах.
Хм, ну кагбе магнитное поле пока лучем не научились передавать и оно зараза во все стороны прет. Соответственно с двух сторон можно снять больше.
при дальнейшем добавлении новых потребителей КПД будет ещё повышаться

подозреваю, что если потребителями полностью заэкранировать все пространство вокруг источника, КПД вообще вплотную к 100% приблизится.
теоретически машину можно научить самой по прибытию в гараж (или на автостоянку компании) посылать "запрос" системе и подпитывать аккумулятор от магнитной катушки, уложенной в полу

Но лучше научить ее подпитываться от гаража соседа ;)
как утверждает корпорация, при достаточно близких катушках он может превышать 95%

Ога, это называется трансформатор, если кто не знает. Две близко расположенных кутушки и КПД до 99%.

lebuhoff

Мне правдо мнение физиков интересно!
Данная статься слишком уж радостно-популистская, с откровенными ляпами (например, переменное магнитное поле всегда генерирует переменное электрическое поле - уравнения Максвелла ещё никто не отменял, поэтому и говорят об переменном электромагнитном поле - но в статье "изобретатели просят не путать с передачей энергии посредством электромагнитных волн"). :grin:
Посему обратился к первоисточнику (статье): http://link.aip.org/link/?APPLAB/96/044102/1
Где уже всё написано куда более спокойными словами и приведены параметры установки.
Основная идея - подбор катушек-приёмников так, что бы во всей системе (источник-приёмник) максимально увеличивался "параметр связи", описывающий отношение мощности передаваемой энергии к мощности рассеянной. Т.е. описывается этакий общий резонатор "источник-приёмник".
Более важное их замечание, что при размещении 2-ого приёмника зеркально с другой стороны источника, то эффективность всей системы увеличивается (на больших расстояниях в 2.5 м до 20%, правда, сама эффективность всёравно невелика). Причём исследовалось центрально-осевое, несмещённое, размещение приёмника относительно источника.
Теперь о размерах устройства.
Источник: катушка диаметром 113 см и высотой в 20 см. из 4-х витков полудюймовой медной трубы.
Приёмники: 2 катушки диаметром 30 см и высотой 18 см из 15-ти витков четверть-дюймовой медной трубки.
Расстояние между источником-приёмником варьируется от 1.4 м до 2.8 м. (при этом, судя по графику, эффективность уменьшается в 4 раза! - а во сколько она уменьшается относительно расстояния от самого источника - авторы умолчали ;) ).
Используемая нагрузка на приёмнике с имедансом в 50 Ом, а передаваемая энергия источнику достигала 25 Вт.
Частота источника - 6.5 МГц (длина волны 46 м т.е. это радиодиапазон коротких волн.
Насколько это "жизненно" сложно сказать (особенно с учётом необходимости синхронного зеркального размещения второго приёмника для улучшения эффекта также вероятна потеря эффективности при боковом смещении приёмника (и разумеется при его повороте). Да и про КПД такой передачи энергии в статье ни слова - а всё описывается относительной эффективностью. ;)
На безопасность для живых организмов данного метода никто в статье также не проверял (не знаю, на сколько безопасно КВ-радиоизлучение мощностью хотя бы в 25 Вт).
Но размеры устройств более-менее разумные. :)
P.S. Я не радиофизик, так что не пинайте сильно :)

Zyzlik

А если использовать не просто катушки, а катушки настроенные в резонанс и с специальными феро сердечниками :D ? Удастся ли достич метровой дальности?

Brina

Мне правдо мнение физиков интересно!
Как физик могу тебя заверить, что две катушки называется трансформатор.

urchin

Как физик могу тебя заверить, что две катушки называется трансформатор.
-------
-Вовочка, а кем работает твой папа?
-Трансформатором
-Это как?
-Получает 380, отдаёт 220, на остальные гудит

Irina1970

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%... web-страница
Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала .

Asmodeus

Трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило , на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала
Откройте для себя катушку тесла.

CLERiC_77rus

Пипец они фактами манипулируют! Если что, в магнитно резонансных томографах поле не просто сильное, а офигенно сильное (до нескольких тесла в моделях с криогенными магнитами).
Эт все равно что сказать, что слон он очень маленький и легкий, примерно в 100....000 раз легче луны.
ну они как бы намекают что МРТ для человека безопасно и так (ну может почти безопасно, я не в курсе а у них ещё в 10к раз меньше поле.

Asmodeus

Ну в общем я верю что все это вполне бозопасно, но все-таки не корректно сравнивать магнитное поле, в которое помещают человека на короткое время для диагностики или потрахаться и поле постоянно действующее в течении значительной части его жизни.
А то я вот скажу, что 10 000 мкр/час это тоже безопасно ибо в стопицот раз меньше, чем в некоторых стоматологических установках, где мощность дозы составляет 10 рентген в минуту.

krysonka

10 рентген в минуту.
10 рентген в минуту это как на крыше Чернобыльского реактора в ночь взрыва!

Asmodeus

Ага, примерно так и есть. Но не надо забывать, что сам процесс рентгеновской съемки длится секунду или меньше.
И к тому же очень локально.

Zyzlik

Переменные магнитные поля тем более большой мощности легко могут быть опасным для здоровья человека, так как в крови много железа.

Scud

Прямо в виде металлических стружек, да?

Zyzlik

в виде гемоглабина

Scud

Даю вторую подсказку - в гемоглобине двухвалентное железо.

Zyzlik

ну и слава богу
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: