انتقال بیسیم الکتریسیته
در
اواخر قرن نوزدهم آگاهی از امکان تبدیل الکتریسیته به نور با استفاده از
لامپهای حبابی، موجب مسابقه بزرگی برای یافتن بهترین روش انتقال آن شد.
سردمدار این مسابقه شخصی به نام نیکلا تسلا بود که طرح عظیمی را برای
روشنایی بخشیدن به تمام دنیا با استفاده از نیروی الکتریسیته داشت...
در
اواخر قرن نوزدهم آگاهی از امکان تبدیل الکتریسیته به نور با استفاده از
لامپهای حبابی، موجب مسابقه بزرگی برای یافتن بهترین روش انتقال آن شد.
سردمدار این مسابقه شخصی به نام نیکلا تسلا بود که طرح عظیمی را برای
روشنایی بخشیدن به تمام دنیا با استفاده از نیروی الکتریسیته داشت. تسلا به
دلیل سختی پیش بینی ساختارهای سیمی مورد نیاز برای توسعه سیمکشی به تمام
شهرها، ساختمانها و اتاقها به این نتیجه رسید که بهترین شیوه انجام این
کار، انتقال الکتریسیته بدون استفاده از سیم است. وی طرحهایی را برای ساخت
یک برج 57 متری ترسیم کرد. وی معتقد بود، با استفاده از این برج میتوان
الکتریسیته را به کیلومترها دورتر انتقال داد. او در منطقه لانگ آیلند به
ساخت یکی از این برجها اقدام کرد. با وجود این که گروه وی آزمایشهایی را
به انجام رساند، پیش از تکمیل پروژه سرمایه آن به پایان رسید. با تمایل
صنایع به استفاده از سیمکشی به زودی وعده انتقال بیسیم الکتریسیته به دست
فراموشی سپرده شد.
چند سال
قبل مارین سولیاچیک، استادیار اساتید فیزیک در MIT با صدای زنگ اخطار تلفن
همراه خود از خواب بیدار شد. وی میگوید: «صدای گوشی قطع نمیشد تا برای
شارژ دوباره به پریز برق متصل شود.» وی در آن شرایط ناخوشایند آرزو کرد،
کاش به محض واردشدن به خانه، امکان شارژ دوباره تلفن بهطور خودکار وجود
داشت. بنابراین، سولیاچیک برای یافتن راهکاری مناسب به منظور انتقال
بیسیم نیروی الکتریسیته،جستوجو آغاز کرد. وی برخلاف تسلا، بهجای دنبال
کردن روشهایی برای انتقال راهدور الکتریسیته، تصمیمگرفت راهکاری را
برای انتقال الکتریسیته در فواصل متوسط بیابد تا با استفاده از آن
دستگاههایی مانند گوشیهای همراه، PDA و کامپیوترهای کیفی را دوباره شارژ
کرده یا به احتمال نیروی موردنیاز آنها را تأمین کند. وی استفاده از
امواج رادیویی را که اطلاعات را بهطور مؤثر در فضا ارسال میکنند، در
دستور کار خود قرار داد. اما به زودی دریافت که قسمت اعظم انرژی این امواج
در فضا از بین میرود. روشهای دقیقتری مانند لیزر نیازمند باز بودن مسیر
انتقال بودند و میتوانستند برای اشیایی که در مسیر انتقال قرار میگیرند،
مضر باشند. بنابراین سولیاچیک به جستوجوی شیوهای مؤثر و ایمن پرداخت (که
قابلیت انتقال مستقیم نیرو به تجهیزات دریافتکننده را بدون اتلاف و
پراکنندگی آن در اثر برخورد با عوامل محیطی داشته باشد). وی سرانجام با
استفاده از پدیده جفتهای ارتعاشی به نتایجی دستیافت. در این پدیده، دو
شیء با فرکانس یکسان به گونهای تنظیم میشوند که انرژی را با قدرت بسیار
با یکدیگر مبادله میکنند. با وجود این، اثر متقابل آنها با سایر اشیاء
بسیار ضعیف است. یک مثال کلاسیک از جفت ارتعاشی، لیوانهای همشکل پر از
مایعات یکسان تا سطوح مختلف است که هریک از آنها با فرکانس متفاوتی ارتعاش
میکند. چنانچه صوتی با فرکانس مشابه لیوان تولید شود، این لیوان به
اندازهای نیروی صوت را جذب میکند که درنهایت خرد میشود. در عین حال،
سایر لیوانها بدون هیچ تغییری باقی میمانند. سولیاچیک، تشدید میدان
مغناطیسی را یک ابزار مناسب برای انتقال الکتریسیته یافت؛ زیرا میدانهای
مغناطیسی آزادانه در فضا منتشر شده و تأثیر اندکی روی محیط اطراف یا
فرکانسهای ایجاد شده توسط موجودات زنده بر جای میگذارند. وی با همکاری
جان جانوپولوس و پیتر فیشر، اساتید فیزیک MIT و همچنین سه نفر از دانشجویان
این دانشگاه، ساختار سادهای را ایجاد کرد که نیروی برق موردنیاز را برای
روشن کردن یک لامپ حبابی شصت واتی تأمین میکرد. محققان دو سیمپیچ
ارتعاشی ایجاد و آنها را با فاصله دومتر از سقف اتاق آویزان کردند. وقتی
یکی از این سیمپیچها را به سوکت برق متصلکردند، جریان متناوب برق وارد
آن شد و یک میدان مغناطیسی ایجاد کرد. سیمپیچ دیگر با فرکانس مشابهی تنظیم
شده و به یک لامپ حبابی متصل بود که حتی با وجود یک دیوار نازک در بین
سیمپیچها، تحتتأثیر میدان مغناطیسی قرار میگرفت و جریان برقی را ایجاد
میکرد که موجب روشنایی لامپ حبابی میشد. ...
تاکنون
مؤثرترین ساختار، متشکل از سیمپیچهای مسی شصت سانتی و یک میدان
مغناطیسی ده مگاهرتزی بوده است. این ساختار قابلیت انتقال توان الکتریکی را
به فاصله دومتر و با راندمان پنجاه درصد دارد. اعضای گروه به دنبال
استفاده از نقره و فلزات دیگر برای کاهش ابعاد سیمپیچ و بهبود راندمان
هستند. سولیاچیک میگوید: «با وجود این که سیستم مذکور در حالت ایدهآل
میتواند بازدهی معادل صددرصد داشته باشد، در یک نمونه عادی میتوان به
بازدهی بین هفتاد تا هشتاد درصد دست یافت.» روشهای دیگری نیز برای شارژ
بیسیم باتریها در حال ظهور است. بهعنوان مثال، شرکتهای Powercast،
Fulton Innovation و WildeCharge شروع به عرضه مبدلها و واسطهایی
کردهاند که امکان شارژ بیسیم گوشیهای همراه، دستگاههای پخش MP3 و سایر
دستگاههای خانگی و اداری و در مواردی نیز تجهیزات اتومبیل را برای کاربران
فراهم میکنند. اما تفاوت تکنیک سولیاچیک با روشهای مذکور در این است که
روزی امکان شارژ خودکار دستگاهها را بدون نیاز به استفاده از ابزارهای
واسط فراهم میکند. برای این منظور باید تجهیزات در محدوده تحتپوشش
گسیلگر میدان مغناطیسی قرار گیرند. تحقیقات MIT توجه بسیاری از شرکتهای
فعال در زمینه محصولات الکترونیکی و صنایع خودکارسازی را جلب کرده است. به
هرحال سولیاچیک درباره همکاریهای احتمالی با صنایع هیچ اظهار نظری نکرده
است. وی میگوید: «در دنیای امروز که بسیاری از ابزارها با باتری کار
میکنند، کاربردهای بسیاری برای این فناوری یافت میشود. این فناوری،
ظرفیتهای زیادی دارد.
برخی روشهای انتقال بیسیم انرژی
برج تسلا
این
برج برای یونیزهکردن قسمت بالای اتمسفر و ایجاد جریان الکتریکی در مقیاس
وسیع ساخته شد تا آنتنهای خانگی بتوانند توان الکتریکی را از فضای بالا
دریافت کنند؛ این راهکار برای انتقال انرژی به فواصل دور ارائه شده بود.
القاگر مغناطیسی
این
وسیله برای ایجاد جریان بین دو رسانا از میدان مغناطیسی بهره میبرد؛ فقط
در فواصل بسیار کوتاه میتوان القاگر مغناطیسی را مورد استفاده قرار داد.
به عنوان مثال متداول میتوان به شارژر مسواکهای برقی اشاره کرد.
تابش مستقیم
انتقال
انرژی در قالب پرتوهای متمرکز؛ این نوع پرتوها مستقیم (و گاهی توانمند)
بوده و میتوانند مسافتهای طولانی را پوشش دهند. به عنوان یک مثال متداول
میتوان اشارهگرهای لیزری را نام برد.
توان تابشی
گسیل
انرژی توسط میدانهای الکترومغناطیسی؛ امواج الکترومغناطیس با سرعت نور
توسط منبع توان الکتریکی گسیل میشوند. به عنوان مثال میتوان از نور
خورشید، رادیو، تلویزیون و فناوری وایفای نام برد.
منبع: ماهنامه شبکه