Métodos de transmissão de energia sem fio

A lei da interação de correntes elétricas, descoberta por Andre Marie Ampere em 1820, lançou as bases para o desenvolvimento futuro da ciência da eletricidade e do magnetismo. Após 11 anos, Michael Faraday estabeleceu experimentalmente que um campo magnético variável gerado por uma corrente elétrica é capaz de induzir uma corrente elétrica em outro condutor. Então foi criado primeiro transformador elétrico.

Em 1864, James Clerk Maxwell finalmente sistematizou os dados experimentais de Faraday, dando-lhes a forma de equações matemáticas exatas, graças às quais a base da eletrodinâmica clássica foi criada, porque essas equações descreviam a relação do campo eletromagnético com correntes e cargas elétricas, e a consequência disso deveria ser a existência de ondas eletromagnéticas.

Em 1888, Heinrich Hertz confirmou experimentalmente a existência de ondas eletromagnéticas previstas por Maxwell. Seu transmissor de faísca com um helicóptero baseado em uma bobina de Rumkorff poderia produzir ondas eletromagnéticas com uma frequência de até 0,5 gigahertz, que poderia ser recebida por vários receptores sintonizados em ressonância com o transmissor.

Os receptores podem estar localizados a uma distância de até 3 metros e, quando ocorre uma faísca no transmissor, também aparecem faíscas nos receptores. Então foram realizadas primeiros experimentos em transmissão sem fio de energia elétrica usando ondas eletromagnéticas.

Em 1891 Nikola Tesla, enquanto estudava correntes alternadas de alta tensão e alta frequência, ele conclui que é extremamente importante selecionar o comprimento de onda e a tensão operacional do transmissor para fins específicos, e não é necessário aumentar a frequência.

O cientista observa que o limite mais baixo de frequências e tensões nas quais ele conseguiu atingir os melhores resultados é de 15.000 a 20.000 flutuações por segundo, com um potencial de 20.000 volts. Tesla recebeu uma corrente de alta frequência e alta tensão usando uma descarga oscilatória de um capacitor (consulte - Transformador Tesla) Ele observou que esse tipo de transmissor elétrico é adequado tanto para a produção de luz quanto para a transmissão de eletricidade para a produção de luz.

No período de 1891 a 1894, o cientista demonstrou repetidamente a transmissão sem fio e o brilho dos tubos de vácuo em um campo eletrostático de alta frequência, observando que a energia do campo eletrostático é absorvida pela lâmpada, convertida em luz, e a energia do campo eletromagnético usada na indução eletromagnética para obter uma similar O resultado é refletido principalmente e apenas uma pequena fração é convertida em luz.

Mesmo usando ressonância na transmissão usando uma onda eletromagnética, uma quantidade significativa de energia elétrica não pode ser transmitida, afirmou o cientista. Seu objetivo durante esse período de trabalho era transferir com precisão uma grande quantidade de energia elétrica sem fio.

Até 1897, paralelamente ao trabalho de Tesla, as pesquisas sobre ondas eletromagnéticas eram realizadas por: Jagdish Boche na Índia, Alexander Popov na Rússia e Guglielmo Marconi na Itália.

Após as palestras públicas de Tesla, Jagdish Bose fala em novembro de 1894 em Calcutá com uma demonstração da transmissão sem fio de eletricidade, onde acende a pólvora, transmitindo energia elétrica à distância.

Depois de Boche, em 25 de abril de 1895, Alexander Popov, usando o código Morse, transmitiu a primeira mensagem de rádio, e essa data (7 de maio em um novo estilo) é agora comemorada anualmente na Rússia como Dia da Rádio.

Em 1896, Marconi, chegando ao Reino Unido, exibiu seu aparelho transmitindo um sinal a 1,5 km do telhado do edifício dos correios em Londres para outro edifício usando o código Morse.Depois disso, ele melhorou sua invenção e conseguiu transmitir um sinal ao longo da planície de Salisbury, a uma distância de 3 quilômetros.

Tesla em 1896 transmite e recebe sinais com sucesso a uma distância entre o transmissor e o receptor de cerca de 48 quilômetros. No entanto, até agora nenhum dos pesquisadores conseguiu transmitir uma quantidade significativa de energia elétrica a uma grande distância.

Experimentando em Colorado Springs, em 1899, Tesla escreve: "O fracasso do método de indução parece enorme comparado ao método de excitar a carga da terra e do ar". Este será o começo da pesquisa de um cientista que visa transmitir eletricidade a distâncias consideráveis ​​sem usar fios. Em janeiro de 1900, Tesla fará uma anotação em seu diário sobre a transferência bem-sucedida de energia para a bobina, "transportada para longe no campo", da qual a lâmpada foi alimentada.

E o sucesso mais grandioso do cientista será o lançamento, em 15 de junho de 1903, da torre Vordencliff em Long Island, projetada para transmitir energia elétrica a uma distância considerável em grandes quantidades sem fios. O enrolamento secundário aterrado do transformador ressonante, encimado por uma cúpula esférica de cobre, deveria excitar uma carga de terra e camadas condutoras de ar para se tornar um elemento de um grande circuito ressonante.

Assim, o cientista conseguiu alimentar 200 lâmpadas de 50 watts a uma distância de cerca de 40 quilômetros do transmissor. No entanto, com base na viabilidade econômica, o financiamento do projeto foi interrompido por Morgan, que desde o início investiu dinheiro no projeto com o objetivo de receber comunicações sem fio e transferir energia livre em escala industrial para a distância, pois um empresário categoricamente não lhe convinha. Em 1917, a torre, projetada para transmissão sem fio de energia elétrica, foi destruída.

Leia mais sobre os experimentos de Nikola Tesla aqui:Método ressonante de transmissão sem fio de energia elétrica por Nikola Tesla

Muito depois, de 1961 a 1964, um especialista no campo da eletrônica para microondas, William Brown, experimentou nos Estados Unidos caminhos de transmissão de energia por microondas.

Em 1964, ele testou pela primeira vez um dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de receber e usar energia de microondas na forma de corrente contínua, graças a um conjunto de antenas constituídas por dipolos de meia onda, cada um deles carregado com diodos Schottky altamente eficientes. Em 1976, William Brown havia transferido uma potência de microondas de 30 kW para uma distância de 1,6 km, com uma eficiência superior a 80%.

Em 2007, uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, sob a direção da professora Marina Solyachich, conseguiu transmitir energia sem fio a uma distância de 2 metros. A energia transmitida foi suficiente para alimentar uma lâmpada de 60 watts.

No coração de sua tecnologia (chamada WiTricity) reside o fenômeno da ressonância eletromagnética. O transmissor e o receptor são duas bobinas de cobre com 60 cm de diâmetro que ressoam na mesma frequência. O transmissor está conectado a uma fonte de energia e o receptor está conectado a uma lâmpada incandescente. Os circuitos são sintonizados para uma frequência de 10 MHz. O receptor neste caso recebe apenas 40-45% da eletricidade transmitida.

Na mesma época, a Intel demonstrou uma tecnologia semelhante para transmissão de energia sem fio.

Em 2010, o Haier Group, um fabricante chinês de eletrodomésticos, apresentou na CES 2010 seu produto exclusivo - uma TV LCD totalmente sem fio com base nessa tecnologia.

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