Почему электричество не передается по беспроводной сети?

Энергия передается по беспроводной сети во многих приложениях, но не там, где эффективность передачи имеет большое значение. И именно поэтому этого не делается больше: эффективность. На низких частотах гальваническая (то есть металлическая) проводимость электричества на много, много, много порядков эффективнее, чем, скажем, воздушная.

На более высоких частотах можно использовать электричество для создания электромагнитных волн, которые хорошо распространяются в воздухе (или даже в космосе); но проблема в том, что среда, в которой они путешествуют, обычно является трехмерной (а не функционально одномерной траекторией в электрической цепи), поэтому материал сильно размазывается, а принимающая станция получает лишь очень небольшую его часть (ваш автомобиль или например, домашнее радио, принимающее сигнал от радиовещательной станции).

Методы разрабатывались и постоянно разрабатываются, чтобы заставить энергию двигаться в одномерном, а не в трехмерном режиме, в воздухе без волноводов. Некоторые успехи включают радары с фазированной решеткой, лазеры, микроволновые антенны для телекоммуникаций, антенны Yagi и параболические параболические антенны. Однако не появилось ни одного коммерчески жизнеспособного метода для перемещения большого количества электроэнергии на большие расстояния без длинных участков металла.

Электричество — это поток электрического заряда — обычно электрически заряженных частиц, называемых электронами, в проводе. Он не может течь через воздух, кроме как в виде электрически заряженных частиц воздуха — как в искре или ударе молнии.

Магнитные поля могут перемещаться по воздуху, поэтому вы можете посылать электричество, используя его для создания магнитного поля, а затем используя магнитное поле на другом конце для производства электричества. Так работает трансформатор, но он работает эффективно только в том случае, если два набора проводов, создающих магнитное поле, расположены очень близко.

Вы можете использовать его для передачи небольшого количества электроэнергии на короткое расстояние, где провод (или разъем) будет затруднен, например, для зарядки электрической зубной щетки, но это неэффективно для больших объемов или больших расстояний.

Это можно сделать с помощью электромагнитных волн. Чем выше частота передачи, тем лучше. Тесла хотел это сделать. Но это очень неэффективно, большая часть энергии будет рассеиваться там, где она не принесет вам никакой пользы (например, на обогрев земли), или будет переманена неплательщиками, которые научились ее собирать. Есть некоторые работы над антеннами, которые можно использовать для получения энергии из окружающей среды (в основном радиоволн), но они предназначены для удаленных устройств с очень малой мощностью и не подходят для приложений с большой мощностью.

На самом деле было сделано несколько беспроводных зарядных устройств , в которых энергия передается с помощью электромагнитного поля. В любом случае КПД таких зарядок значительно ниже проводных по следующим причинам:

1. Антенна (дистанционное зарядное устройство) не улавливает все электромагнитное поле, поэтому принимается только определенное количество доступной энергии.

2. Мощность уменьшается с расстоянием.

Первую проблему можно решить с помощью направленной антенны (в этом случае, на мой взгляд, гораздо проще воткнуть кабель напрямую в источник питания, чем закреплять приемник - выносное зарядное устройство - в оптимальной точке приема)

Что касается уменьшающихся амплитуд поля, электромагнитное поле состоит из дальнего и ближнего поля. ближнее поле преобладает вблизи источника, а дальнее поле простирается примерно на расстоянии двух длин волн от антенны до бесконечности. Однако ближнее поле уменьшается быстрее (1/d^3), тогда как дальнее поле уменьшается с 1/d^2. Из-за этих фактов беспроводная связь использует дальнее поле и высокие частоты.

В завершение ответа я бы сказал, что, хотя и можно передавать энергию по беспроводной сети, это не по карману.

Хотя у меня никоим образом нет университетской степени в области физики или электромагнетизма, я хотел бы попытаться дать ответ.

Во-первых, нам нужно понять, что такое электричество. По сути, электричество — это поток частиц с любым электрическим зарядом. Есть две обычные материальные частицы с зарядом: протоны и электроны. Поскольку масса протона намного больше, чем у электрона, и тот факт, что протоны удерживаются вместе в более крупных ядрах с помощью глюонов (переносчиков сильного взаимодействия), электричество можно рассматривать как поток электронов. Их гораздо легче перемещать, поскольку они удерживаются в атомах менее прочно и имеют менее 1/1000 массы протона, несмотря на одинаковый заряд (противоположный заряд). Простая электродинамика диктует, что электроны перетекают из более отрицательно заряженной системы в менее отрицательно заряженную, почти так же и с теплом.

При этом, когда вы говорите о беспроводной технологии, я бы предположил, что вы говорите, например, о беспроводном маршрутизаторе или точке доступа, которые используют электромагнетизм (фотоны на разных длинах волн) для передачи информации, а не электроны. В физике, конечно, фотоны высокой энергии можно преобразовать в равное количество электронов и позитронов, но ускоритель частиц в ноутбуке кажется... неэффективным.

Электромагнетизм был бы лучшим выбором для передачи энергии (точнее, электронов) по беспроводной технологии, но на данный момент электромагнитная зарядная станция на большие расстояния непрактична и неразумна.

Мне жаль, что я не могу предоставить формулы или дополнительные темы, но я надеюсь, что смог оказать некоторую помощь.

У меня есть один пример передачи полезной энергии на большие расстояния.

Когда я был ребенком, у меня был набор электроники, и одной из схем, которые можно было собрать, был радиоприемник без питания — энергии широковещательного сигнала было достаточно, чтобы управлять наушником. Его еще называют хрустальным набором, подробнее можно прочитать в википедии .

Никола Тесла на самом деле наблюдал за этой беспроводной передачей энергии с помощью своих катушек телсы . На самом деле он разработал большие электромагнитные катушки, которые можно было разместить рядом с генерирующей станцией, и катушки меньшего размера на стороне абонента.

Ну, люди в то время, особенно под влиянием Эдисона (они были заклятыми врагами), издевались над ним и вскоре после его смерти покушение было заброшено (можно назвать это теорией заговора)...

Но тогда можно....

EDIT1: Одним из жизнеспособных решений является Tesla Coil .