De wet van de interactie van elektrische stromen, ontdekt door André Marie Ampere in 1820, legde de basis voor de verdere ontwikkeling van de wetenschap van elektriciteit en magnetisme. 11 jaar later stelde Michael Faraday experimenteel vast dat een veranderend magnetisch veld opgewekt door een elektrische stroom een elektrische stroom in een andere geleider kan opwekken. Dit is hoe de eerste elektrische transformator is gemaakt.
In 1864 systematiseerde James Clerk Maxwell eindelijk de experimentele gegevens van Faraday, waardoor ze de vorm kregen van nauwkeurige wiskundige vergelijkingen, waardoor de basis van de klassieke elektrodynamica werd gecreëerd, omdat deze vergelijkingen de relatie beschreven van het elektromagnetische veld met elektrische stromen en ladingen, en het bestaan van elektromagnetische golven zou een gevolg hiervan moeten zijn.
In 1888 bevestigde Heinrich Hertz experimenteel het bestaan van de door Maxwell voorspelde elektromagnetische golven. Zijn vonkzender met een Rumkorf-spoelchopper kon elektromagnetische golven tot 0,5 gigahertz produceren, die konden worden ontvangen door meerdere ontvangers die waren afgestemd op resonantie met de zender.
De ontvangers konden op een afstand van maximaal 3 meter worden geplaatst en als er een vonk in de zender optrad, verschenen er vonken in de ontvangers. Zo werden de eerste experimenten uitgevoerd met het draadloos overbrengen van elektrische energie met behulp van elektromagnetische golven.
In 1891 kwam Nikola Tesla, die wisselstromen van hoogspanning en hoge frequentie bestudeerde, tot de conclusie dat het voor specifieke doeleinden uiterst belangrijk is om zowel de golflengte als de bedrijfsspanning van de zender te kiezen, en het is helemaal niet nodig om de frequentie te hoog te maken.
De wetenschapper merkt op dat de ondergrens van frequenties en spanningen waarbij hij op dat moment de beste resultaten wist te behalen, van 15.000 tot 20.000 trillingen per seconde was bij een potentiaal van 20.000 volt. Tesla ontving een hoogfrequente en hoogspanningsstroom door een oscillerende ontlading van een condensator toe te passen (zie - Tesla's Transformer). Hij merkte dat dit soort elektrische zenders zowel geschikt is voor de productie van licht als voor de transmissie van elektriciteit om licht te produceren.
Promotie video:
In de periode van 1891 tot 1894 demonstreerde de wetenschapper herhaaldelijk draadloze transmissie en de gloed van vacuümbuizen in een hoogfrequent elektrostatisch veld, waarbij hij opmerkte dat de energie van het elektrostatische veld wordt geabsorbeerd door de lamp, wordt omgezet in licht, en de energie van het elektromagnetische veld wordt gebruikt voor elektromagnetische inductie om een soortgelijke het resultaat wordt grotendeels gereflecteerd en slechts een klein deel ervan wordt omgezet in licht.
Zelfs als resonantie wordt gebruikt wanneer deze wordt uitgezonden met behulp van een elektromagnetische golf, kan een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie niet worden overgedragen, stelde de wetenschapper. Zijn doel tijdens deze werkperiode was om een grote hoeveelheid elektrische energie draadloos over te dragen.
Tot 1897 werden, parallel met Tesla's werk, studies naar elektromagnetische golven uitgevoerd door Jagdish Boche in India, Alexander Popov in Rusland en Guglielmo Marconi in Italië.
Na Tesla's openbare lezingen sprak Jagdish Boche in november 1894 in Calcutta met een demonstratie van de draadloze transmissie van elektriciteit, waar hij buskruit aanstak en elektrische energie over een afstand overbrengt.
Na Boche, namelijk op 25 april 1895, zond Alexander Popov met behulp van morsecode het eerste radiobericht uit, en deze datum (7 mei, nieuwe stijl) wordt nu jaarlijks in Rusland gevierd als "Radiodag".
In 1896, toen Marconi in Groot-Brittannië aankwam, demonstreerde hij zijn apparaat door een signaal met morsecode over een afstand van 1,5 kilometer van het dak van het postkantoor in Londen naar een ander gebouw te verzenden. Daarna verbeterde hij zijn uitvinding en kon hij al op een afstand van 3 kilometer een signaal over de Salisbury Plain verzenden.
Tesla in 1896 verzendt en ontvangt met succes signalen op een afstand van ongeveer 48 kilometer tussen zender en ontvanger. Geen van de onderzoekers is er echter in geslaagd om een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie over een lange afstand over te brengen.
Tijdens zijn experimenten in Colorado Springs schreef Tesla in 1899: "De inconsistentie van de inductiemethode lijkt enorm te zijn vergeleken met de methode om de lading van aarde en lucht op te wekken." Dit is het begin van het onderzoek van de wetenschapper gericht op het transporteren van elektriciteit over lange afstanden zonder kabels te gebruiken. In januari 1900 zal Tesla een aantekening maken in zijn dagboek over de succesvolle overdracht van energie naar een spoel "uitgevoerd in het veld" van waaruit de lamp werd aangedreven.
En het meest grandioze succes van de wetenschapper zal de lancering op 15 juni 1903 zijn van de Wardencliffe Tower op Long Island, ontworpen om elektrische energie over een aanzienlijke afstand in grote hoeveelheden zonder kabels over te brengen. De geaarde secundaire wikkeling van de resonantietransformator, bekroond met een koperen bolvormige koepel, moest de aardlading en de geleidende luchtlagen exciteren om een element te worden van het grote resonantiecircuit.
Dus de wetenschapper slaagde erin om 200 lampen van 50 watt van stroom te voorzien op een afstand van ongeveer 40 kilometer van de zender. Op basis van economische haalbaarheid werd de financiering van het project echter stopgezet door Morgan, die vanaf het begin geld in het project investeerde om draadloze communicatie te krijgen, en de overdracht van vrije energie op industriële schaal over een afstand, als zakenman, was er categorisch niet tevreden mee. In 1917 werd de toren, ontworpen voor het draadloos overbrengen van elektrische energie, vernietigd.
Lees hier meer over de experimenten van Nikola Tesla: Resonante methode van draadloze transmissie van elektrische energie door Nikola Tesla.
Veel later, in de periode van 1961 tot 1964, experimenteerde William Brown, een expert op het gebied van microgolfelektronica, in de VS met paden voor de overdracht van energie door een microgolfbundel.
In 1964 testte hij voor het eerst een apparaat (helikoptermodel) dat de energie van een microgolfbundel in de vorm van gelijkstroom kan ontvangen en gebruiken, dankzij een antenne-array die bestaat uit halfgolfdipolen, die elk zijn geladen op zeer efficiënte Schottky-diodes. Al in 1976 had William Brown 30 kW aan vermogen overgedragen door een microgolfstraal over een afstand van 1,6 km met een efficiëntie van meer dan 80%.
In 2007 slaagde een onderzoeksgroep van het Massachusetts Institute of Technology onder leiding van professor Marina Solyachich erin om draadloos energie over een afstand van 2 meter te verzenden. Het uitgezonden vermogen was voldoende om een gloeilamp van 60 watt van stroom te voorzien.
Hun technologie (WiTricity genaamd) is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische resonantie. De zender en ontvanger zijn twee koperen spoelen met een diameter van 60 cm die elk op dezelfde frequentie resoneren. De zender is verbonden met een energiebron en de ontvanger is verbonden met een gloeilamp. De loops zijn afgestemd op 10 MHz. De ontvanger ontvangt in dit geval slechts 40-45% van de uitgezonden elektriciteit.
Rond dezelfde tijd demonstreerde Intel een vergelijkbare draadloze technologie voor energieoverdracht.
In 2010 onthulde de Haier Group, een Chinese fabrikant van huishoudelijke apparaten, zijn unieke product op CES 2010, een volledig draadloze lcd-tv gebaseerd op deze technologie.
Andrey Povny
