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Metodi di trasmissione dell'energia wireless
La legge dell'interazione delle correnti elettriche, scoperta da Andre Marie Ampere nel 1820, gettò le basi per l'ulteriore sviluppo della scienza dell'elettricità e del magnetismo. Dopo 11 anni, Michael Faraday ha dimostrato sperimentalmente che un campo magnetico mutevole generato da una corrente elettrica è in grado di indurre una corrente elettrica in un altro conduttore. Quindi è stato creato primo trasformatore elettrico.
Nel 1864, James Clerk Maxwell alla fine sistematizzò i dati sperimentali di Faraday, dando loro la forma di equazioni matematiche esatte, grazie alle quali furono create le basi dell'elettrodinamica classica, perché queste equazioni descrivevano la relazione del campo elettromagnetico con correnti e cariche elettriche, e la conseguenza di ciò dovrebbe essere l'esistenza delle onde elettromagnetiche.
Nel 1888, Heinrich Hertz confermò sperimentalmente l'esistenza di onde elettromagnetiche previste da Maxwell. Il suo trasmettitore a scintilla con un chopper basato su una bobina di Rumkorff potrebbe produrre onde elettromagnetiche con una frequenza fino a 0,5 gigahertz, che potrebbero essere ricevute da diversi ricevitori sintonizzati in risonanza con il trasmettitore.
I ricevitori potevano trovarsi a una distanza massima di 3 metri e quando si verificava una scintilla nel trasmettitore, apparivano anche scintille nei ricevitori. Quindi si sono tenuti primi esperimenti sulla trasmissione wireless di energia elettrica usando le onde elettromagnetiche.
Nel 1891 Nikola Tesla, mentre studia correnti alternate di alta tensione e alta frequenza, giunge alla conclusione che è estremamente importante selezionare sia la lunghezza d'onda che la tensione di funzionamento del trasmettitore per scopi specifici, e non è necessario rendere la frequenza troppo alta.
Lo scienziato osserva che il limite inferiore di frequenze e tensioni a cui in quel momento era in grado di ottenere i migliori risultati è da 15.000 a 20.000 oscillazioni al secondo con un potenziale di 20.000 volt. Tesla ha ricevuto una corrente ad alta frequenza e alta tensione usando una scarica oscillatoria di un condensatore (vedi - Tesla Transformer). Ha notato che questo tipo di trasmettitore elettrico è adatto sia per la produzione di luce che per la trasmissione di elettricità per la produzione di luce.
Nel periodo dal 1891 al 1894, lo scienziato ha ripetutamente dimostrato la trasmissione wireless e il bagliore dei tubi a vuoto in un campo elettrostatico ad alta frequenza, osservando che l'energia del campo elettrostatico viene assorbita dalla lampada, convertita in luce e l'energia del campo elettromagnetico utilizzata per l'induzione elettromagnetica al fine di ottenere un analogo Il risultato viene principalmente riflesso e solo una piccola parte di esso viene convertita in luce.
Anche usando la risonanza nella trasmissione usando un'onda elettromagnetica, una quantità significativa di energia elettrica non può essere trasmessa, ha affermato lo scienziato. Il suo obiettivo durante questo periodo di lavoro era trasferire precisamente una grande quantità di energia elettrica in modalità wireless.
Fino al 1897, parallelamente al lavoro di Tesla, la ricerca sulle onde elettromagnetiche fu condotta da: Jagdish Boche in India, Alexander Popov in Russia e Guglielmo Marconi in Italia.
Dopo le lezioni pubbliche di Tesla, Jagdish Bose parla nel novembre del 1894 a Calcutta con una dimostrazione della trasmissione wireless di elettricità, dove accende la polvere da sparo, trasmettendo energia elettrica a distanza.
Dopo Boche, precisamente il 25 aprile 1895, Alexander Popov, usando il codice Morse, trasmise il primo messaggio radio e questa data (7 maggio in un nuovo stile) viene ora celebrata ogni anno in Russia come Radio Day.
Nel 1896, Marconi, arrivando nel Regno Unito, sfoggiò il suo apparato trasmettendo un segnale a 1,5 chilometri dal tetto dell'ufficio postale di Londra a un altro edificio usando il codice Morse.Successivamente, ha migliorato la sua invenzione e è riuscito a trasmettere un segnale lungo la pianura di Salisbury già a una distanza di 3 chilometri.
Nel 1896 Tesla trasmette e riceve con successo segnali a distanza tra il trasmettitore e il ricevitore di circa 48 chilometri. Tuttavia, finora nessuno dei ricercatori è riuscito a trasmettere una notevole quantità di energia elettrica a grande distanza.
Sperimentando a Colorado Springs, nel 1899, Tesla scrive: "Il fallimento del metodo di induzione sembra enorme rispetto al metodo di eccitazione della carica di terra e aria". Questo sarà l'inizio della ricerca di uno scienziato volta a trasmettere l'elettricità su distanze considerevoli senza usare fili. Nel gennaio 1900, Tesla prenderà nota nel suo diario del successo del trasferimento di energia alla bobina, "trasportato lontano nel campo" da cui è stata alimentata la lampada.
E il più grandioso successo dello scienziato sarà il lancio, il 15 giugno 1903, della torre Vordencliff a Long Island, progettata per trasmettere energia elettrica a grande distanza in grandi quantità senza fili. L'avvolgimento secondario collegato a terra del trasformatore risonante, sormontato da una cupola sferica in rame, avrebbe dovuto eccitare una carica della terra e strati conduttivi di aria per diventare un elemento di un grande circuito risonante.
Quindi lo scienziato è riuscito a alimentare 200 lampade da 50 watt a una distanza di circa 40 chilometri dal trasmettitore. Tuttavia, sulla base della fattibilità economica, il finanziamento del progetto è stato interrotto da Morgan, che fin dall'inizio ha investito denaro nel progetto con l'obiettivo di ricevere comunicazioni wireless e trasferire energia gratuita su scala industriale a distanza come un uomo d'affari categoricamente non gli andava bene. Nel 1917, la torre, progettata per la trasmissione wireless di energia elettrica, fu distrutta.
Leggi di più sugli esperimenti di Nikola Tesla qui:Metodo risonante di trasmissione wireless di energia elettrica di Nikola Tesla
Molto più tardi, nel periodo dal 1961 al 1964, un esperto nel campo dell'elettronica a microonde, William Brown, sperimentò negli Stati Uniti i percorsi di trasmissione dell'energia a microonde.
Nel 1964, testò per la prima volta un dispositivo (modello di elicottero) in grado di ricevere e utilizzare l'energia a microonde sotto forma di corrente continua, grazie a un array di antenne costituito da dipoli a semionda, ognuno dei quali è caricato con diodi Schottky ad alta efficienza. Nel 1976 William Brown aveva trasferito una potenza a microonde di 30 kW a una distanza di 1,6 km con un'efficienza superiore all'80%.
Nel 2007, un gruppo di ricerca del Massachusetts Institute of Technology sotto la direzione della professoressa Marina Solyachich è stato in grado di trasmettere energia senza fili a una distanza di 2 metri. La potenza trasmessa era sufficiente per alimentare una lampadina da 60 watt.
Al centro della loro tecnologia (chiamato WiTricity) risiede il fenomeno della risonanza elettromagnetica. Il trasmettitore e il ricevitore sono due bobine di rame di 60 cm di diametro che risuonano alla stessa frequenza. Il trasmettitore è collegato a una fonte di energia e il ricevitore è collegato a una lampada a incandescenza. I circuiti sono sintonizzati su una frequenza di 10 MHz. Il ricevitore in questo caso riceve solo il 40-45% dell'elettricità trasmessa.
Allo stesso tempo, Intel ha dimostrato una tecnologia simile per la trasmissione di energia wireless.
Nel 2010, Haier Group, un produttore cinese di elettrodomestici, ha presentato al CES 2010 il suo prodotto unico: una TV LCD completamente wireless basata su questa tecnologia.
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