Ich habe heute über Nikola Tesla gelesen (über Haferflocken ) und über den Wardenclyffe Tower, der (unter anderem) dazu gedacht war, Elektrizität drahtlos zu übertragen. Verzeihen Sie die Naivität der Frage, aber wenn die Technologie, die elektrischen Strom drahtlos übertragen kann, vor über 100 Jahren erfunden wurde, warum nutzen wir heute nicht drahtlosen Strom in unserem Alltag? Mit anderen Worten, warum müssen wir unsere elektrischen Geräte (Telefone / Computer usw.) physisch anschließen, wenn es so etwas wie drahtlosen Strom gibt? Wenn es um Effizienz / Kosten geht, würde ich mir vorstellen, dass es einigen reichen Leuten immer noch nichts ausmacht, im Lichte der Verschwendung extra für den zusätzlichen Komfort zu zahlen.
Erklären Sie dies bitte in Laienbegriffen (obwohl eine einfache Antwort ausreichen würde).
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Antworten:
Ich benutze jeden Tag drahtlosen Strom.
In meiner Zahnbürste:
Und in meinem Handy:
Die in meinen Geräten verwendete Methode heißt Induktives Laden . Ich spreche ein bisschen mehr darüber in meiner Antwort auf diese Frage . Dies ist derzeit die gebräuchlichste und praktischste Form der drahtlosen Energieübertragung. Wie in vielen Kommentaren erwähnt, wird dies jedoch als Nahfeldübertragung angesehen. Und mit einer effektiven Reichweite von nur wenigen Millimetern ist es sehr nah am Feld.
Die übertragene Energiemenge und die Effizienz der Übertragung können beträchtlich gesteigert werden (obwohl dies immer noch als Nahfeld betrachtet wird), indem jeder der Induktionsspulen ein Kondensator hinzugefügt wird und die resultierenden RLC-Netzwerke so abgestimmt werden, dass sie einen hohen Q-Faktor haben gleiche (Resonanz-) Frequenz. Ein Team vom MIT forschte an der Verwendung von induktiver Resonanz als drahtloses Energieübertragungssystem.
Die Forscher haben seitdem eine Firma namens WiTricity gegründet , um die Technologie weiterzuentwickeln. Obwohl sie noch kein Produkt auf den kommerziellen Markt gebracht haben, haben sie einige beeindruckende Vorführungen gemacht :
Es ist wichtig zu beachten, dass der Abstand zwischen Sender und Empfänger einen entscheidenden Faktor für die zuverlässige Energieübertragung darstellt. Wie in diesem Artikel zu sehen ist , der auf dem MIT-Projekt basiert, ist der Spannungsabfall in Bezug auf den Abstand zwischen den Spulen exponentiell:
Es gibt jedoch viele andere Methoden wie Mikrowellen und Laser, die viel größere Entfernungen bewältigen können. Diese Methoden sind jedoch sehr direktional und können daher auf einer viel kleineren Fläche angewendet werden als der von Tesla vorgeschlagene Wardenclyffe-Turm, der omnidirektional wäre. Bei der Implementierung einer dieser Methoden sind noch viele andere Faktoren zu berücksichtigen:
Und natürlich gibt es die von Tesla angewandte Methode der "gestörten Aufladung von Boden und Luft". Was das Tesla-System angeht, wurde es eingestellt, weil die Finanzierung knapp wurde und die Börse abstürzte . Warum es seitdem nicht mehr ausprobiert wurde, liegt hauptsächlich daran, dass ein solches System nicht genau gemessen werden konnte. Daher konnten die Energieversorger keine Gebühren pro Nutzung erheben und viel Geld verdienen. Ohne die Möglichkeit, die Technologie zu monetarisieren, werden niemals Investitionen in Forschung und Entwicklung getätigt. Das ist jedenfalls die (Verschwörungs-) Theorie. Obwohl es viele andere Gründe gibt, warum diese Methode entweder nicht durchführbar ist oder einfach nicht funktioniert.
Ich konnte keinen Artikel mit eindeutigen Zahlen zur Effizienz finden. Aber ich vermute, dass Effizienz der Hauptgrund dafür ist, dass Sie diese Technologie nicht in einem weiter verbreiteten Einsatz sehen. Es existiert jedoch, Leute wie ich (sprich: nicht reich) haben Zugang dazu und es funktioniert ganz gut.
Bearbeiten:
Ich fand eine Fallstudie des Wireless Power Consortium, Hersteller von Qi-Ladegeräten für mein Telefon, in der es heißt (Schwerpunkt meins):
Der kabelgebundene Teil ihres Systems hat also einen Wirkungsgrad von 72% und der kabellose Teil einen Wirkungsgrad von 50%. Das ist ein induktives Verfahren, bei dem die Spulen einige Millimeter voneinander entfernt sind. Vergleichen Sie das mit der WiTricity von Joel, die einen Wirkungsgrad von 40% über 2 Meter angibt.
Berücksichtigen Sie die zusätzlichen Kosten, die mit der zusätzlichen Schaltung und den zusätzlichen Komponenten für ein Funksystem im Vergleich zu den Kosten für eine Kupferdrahtlänge verbunden sind, und Sie können sehen, warum die drahtlose Energieübertragung über große Entfernungen für den Massenmarkt immer noch als unpraktisch angesehen wird.
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Wenn Sie die Leistung sphärisch abstrahlen (in alle Richtungen gleich), ist die am anderen Ende empfangene Leistung proportional zum Prozentsatz der vom Empfänger abgedeckten Kugel. Je weiter Sie davon entfernt sind, desto weniger Energie nehmen Sie für eine Antenne der gleichen Größe auf, proportional zu 1 / r ^ 2. Der Rest der Energie wird in den freien Raum verschwendet. Dies ist natürlich ein stark vereinfachtes Modell. Wenn Sie wissen, wo sich der Empfänger befindet, können Sie den Sender richten, Resonanz usw. verwenden, aber Sie haben die Idee. Drahtlose Energie gelangt nicht auf magische Weise mit 100% Effizienz zu Ihrem Empfänger. Darüber hinaus verfügen Sie über Stromumwandlungsschaltungen, die ebenfalls nicht zu 100% effizient sind.
Wenn der Abstand zwischen Senden und Empfangen Millimeter beträgt und die Leistung niedrig ist, wie bei einer Zahnbürste oder einem Telefondock, ist die Effizienz erträglich und der Stromausfall kostet nicht viel. Eine Zahnbürste kostet nur ein paar Cent pro Jahr, weshalb es sich lohnt, die zusätzlichen Energiekosten gegen die Wasserdichtigkeit des Produkts für ein Badezimmer einzutauschen. Ein Pad unter Ihrem Elektroauto, das Tausende von Watt über einen Meter Bodenfreiheit überträgt, würde im Vergleich zum Anschließen zig Dollar pro Monat an Energiekosten verschwenden. Der Versuch, einen Wäschetrockner direkt von einem Turm einer Elektrofirma auf einem kilometerweit entfernten Hügel aus zu betreiben würde einfach nicht funktionieren.
Möglicherweise wird Drahtlos- oder Umgebungsstrom für winzige eingebettete Geräte, wie z. B. einen stromsparenden Mikrocontroller, der etwas überwacht, immer beliebter. Wenn der Stromverbrauch eines Mikrocontrollers niedrig genug ist, kann er kontinuierlich von einem winzigen Solarmodul, einer Drahtspule wie einem RFID-Ausweis, einem piezoelektrischen Gerät usw. ablaufen. Energie könnte aus WiFi-Signalen, Wärme, mechanischen Bewegungen oder anderen Möglichkeiten gewonnen werden, die heute nicht genutzt werden, da die Leistungspegel zu niedrig sind, um nützlich zu sein. Das Übertragen gesammelter Daten über beispielsweise Bluetooth LE erfordert viel mehr Energie als das einfache Betreiben des Mikrocontrollers. Daher müssen die Übertragungsbursts kurz und selten sein und einige Energiespeicher (Kondensatoren) müssen sich langsam dazwischen füllen. Dies ist der Bereich der Mikrowatt- oder Nanowatt-Technologie. Vergessen Sie also, Ihr Mobiltelefon während des Gehens ständig aufladen zu lassen.
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Der Grund, warum wir keine Macht verteilen, wie Tesla es versucht hat, ist, dass es nicht funktioniert. Es ist im Grunde eine blöde Idee, weil:
Wie ich schon sagte, es ist eine blöde Idee, und es war eine blöde Idee, als Tesla es auch versuchte, wie einige seiner eigenen Gleichungen es ihm hätten sagen sollen.
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Rat:
Tesla:
Tesla war nicht dumm!
:)
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Ich habe irgendwo gelesen, dass er es gestoppt hat, weil er befürchtet, das System könnte physische Auswirkungen auf uns haben. Am Ende denke ich, wenn er sagt, dass es funktionieren würde, dann wird es funktionieren ... muss er mit dem Typen gehen, der den Strom erfunden hat, wie wir ihn bis heute benutzen ... und das Radio ... und Röntgen. Schade, dass er noch nicht da ist, die Fortschritte, die er heute machen würde!
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