Saya membaca tentang Nikola Tesla hari ini (melalui Oatmeal ) dan membaca tentang Menara Wardenclyffe yang (antara lain) dimaksudkan untuk mengirimkan listrik secara nirkabel. Maafkan kenaifan dari pertanyaan itu, tetapi jika teknologi yang dapat mentransmisikan arus listrik secara nirkabel ditemukan lebih dari 100 tahun yang lalu, mengapa kita tidak menggunakan listrik nirkabel dalam kehidupan kita sehari-hari saat ini? Dengan kata lain, mengapa kita harus secara fisik menyambungkan perangkat listrik kita (telepon / komputer, dll) jika ada yang namanya listrik nirkabel? Jika ini masalah efisiensi / biaya maka saya akan membayangkan bahwa beberapa orang kaya masih tidak keberatan membayar ekstra, mengingat pemborosan, untuk kenyamanan tambahan.

Tolong jelaskan dalam istilah awam (meskipun jawaban sederhana sudah cukup).

Saya menggunakan listrik nirkabel setiap hari.

Di sikat gigi saya:

Dan di ponsel saya:

Metode yang digunakan dalam perangkat saya disebut Pengisian Induktif . Saya berbicara lebih banyak tentang hal itu dalam jawaban saya untuk pertanyaan ini . Ini adalah bentuk transmisi energi yang paling umum dan paling praktis saat ini. Tetapi seperti banyak komentar telah dicatat, ini dianggap dekat transmisi lapangan. Dan dengan jarak efektif hanya beberapa milimeter, jaraknya sangat dekat.

The jumlah energi yang ditransfer dan efisiensi transfer dapat meningkat sedikit (meskipun masih dianggap dekat lapangan) dengan menambahkan sebuah kapasitor untuk masing-masing kumparan induktor dan tuning jaringan RLC yang dihasilkan memiliki faktor Q tinggi di frekuensi (resonansi) yang sama. Sebuah tim dari MIT melakukan penelitian untuk menggunakan resonansi induktif sebagai sistem transfer daya nirkabel.

Para peneliti telah membentuk perusahaan bernama WiTricity untuk mengembangkan teknologi lebih lanjut. Sementara mereka masih belum membawa produk ke pasar komersial, mereka telah membuat beberapa demonstrasi yang mengesankan :

Istilah WiTricity digunakan untuk proyek yang berlangsung di MIT, dipimpin oleh Marin Soljačić pada 2007. Para peneliti MIT berhasil menunjukkan kemampuan untuk menyalakan bola lampu 60 watt secara nirkabel, menggunakan dua kumparan tembaga 5 putaran 60 cm (24 in ) diameter, yang berjarak 2 m (7 kaki), dengan efisiensi sekitar 45%. Koil dirancang untuk beresonansi bersama pada 9,9 MHz (≈ panjang gelombang 30 m) dan berorientasi sepanjang sumbu yang sama. Satu terhubung secara induktif ke sumber daya, dan yang lainnya ke bohlam. Pengaturan menyalakan bola lampu, bahkan ketika garis pandang langsung diblokir menggunakan panel kayu. Para peneliti mampu menyalakan bola lampu 60 watt dengan efisiensi sekitar 90% pada jarak 3 kaki. Proyek penelitian dipisah menjadi perusahaan swasta, juga disebut WiTricity.

Penting untuk dicatat bahwa jarak antara pemancar dan penerima memainkan faktor penting dalam menentukan berapa banyak energi yang dapat ditransfer dengan andal. Seperti yang dapat dilihat dalam makalah ini berdasarkan proyek MIT, peluruhan tegangan sehubungan dengan jarak antara kumparan adalah eksponensial:

Tetapi ada banyak metode lain seperti microwave dan laser yang mampu jarak jauh lebih besar. Namun, metode ini sangat terarah dan juga berlaku di area yang jauh lebih kecil daripada Menara Wardenclyffe yang diusulkan Tesla yang akan menjadi omnidirectional. Ada juga banyak faktor lain yang perlu dipertimbangkan ketika menerapkan salah satu metode ini:

Microwave:

Transmisi daya melalui gelombang radio dapat dibuat lebih terarah, memungkinkan pemancar daya jarak jauh, dengan panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang lebih pendek, biasanya dalam rentang gelombang mikro. Sebuah rectenna dapat digunakan untuk mengubah energi gelombang mikro kembali menjadi listrik. Efisiensi konversi rektena melebihi 95% telah direalisasikan. Daya yang dipancarkan dengan menggunakan gelombang mikro telah diusulkan untuk transmisi energi dari yang mengorbit satelit tenaga surya ke Bumi dan pancaran daya ke pesawat ruang angkasa yang meninggalkan orbit telah dipertimbangkan.
...
Untuk aplikasi yang dibumikan, array penerima berdiameter 10 km yang luas memungkinkan tingkat daya total yang besar untuk digunakan saat beroperasi pada kepadatan daya yang rendah yang disarankan untuk keselamatan paparan elektromagnetik manusia. Kepadatan daya aman manusia 1 mW / cm2 didistribusikan di area berdiameter 10 km sesuai dengan level daya total 750 megawatt. Ini adalah tingkat daya yang ditemukan di banyak pembangkit listrik modern.
...
Transmisi daya tinggi nirkabel menggunakan gelombang mikro sudah terbukti. Eksperimen dalam puluhan kilowatt telah dilakukan di Goldstone di California pada tahun 1975 dan yang lebih baru (1997) di Grand Bassin di Pulau Reunion. Metode ini mencapai jarak dalam urutan satu kilometer.

Laser

Keuntungan dari transfer energi berbasis laser dibandingkan dengan metode nirkabel lainnya adalah:

1. propagasi muka gelombang monokromatik terkolimasi memungkinkan area penampang balok sempit untuk transmisi energi pada rentang besar.
2. ukuran padat dari dioda semikonduktor laser-photovoltaics solid state cocok menjadi produk kecil.
3. tidak ada gangguan frekuensi radio ke komunikasi radio yang ada seperti Wi-Fi dan ponsel.
4. kontrol akses; hanya penerima yang diterangi oleh laser yang menerima daya.

Kelemahannya adalah:

1. Radiasi laser berbahaya, bahkan pada tingkat daya rendah dapat membutakan orang dan hewan, dan pada tingkat daya tinggi dapat membunuh melalui pemanasan tempat lokal
2. Konversi ke cahaya, seperti dengan laser, tidak efisien
3. Konversi kembali menjadi listrik tidak efisien, dengan sel fotovoltaik mencapai efisiensi 40% -50%. (Perhatikan bahwa efisiensi konversi agak lebih tinggi dengan cahaya monokromatik daripada dengan insolasi panel surya).
4. Penyerapan atmosfer, dan penyerapan dan hamburan oleh awan, kabut, hujan, dll., Menyebabkan kerugian, yang bisa setinggi kerugian 100%
5. Seperti halnya gelombang mikro, metode ini membutuhkan garis pandang langsung dengan target.

Dan tentu saja ada metode "muatan tanah dan udara yang terganggu" yang digunakan oleh Tesla. Sejauh sistem Tesla berjalan, itu ditutup karena dana habis dan pasar saham jatuh . Adapun mengapa itu belum dicoba sejak itu, itu terutama karena sistem seperti itu tidak dapat diukur secara ketat. Oleh karena itu, perusahaan listrik tidak dapat mengenakan biaya per penggunaan dan menghasilkan banyak uang. Tanpa cara memonetisasi teknologinya, tidak ada investasi dalam penelitian dan pengembangan yang akan dilakukan. Lagipula itulah teori (konspirasi). Meskipun ada banyak alasan lain mengapa metode ini tidak layak atau hanya tidak akan berhasil.

Saya tidak dapat menemukan artikel dengan angka pasti untuk efisiensi. Tapi saya duga efisiensi adalah alasan utama Anda tidak melihat teknologi ini dalam penggunaan yang lebih luas. Namun, itu memang ada, orang-orang seperti saya (baca: tidak kaya) memang memiliki akses ke sana, dan itu bekerja dengan cukup baik.

Sunting:

Saya menemukan studi kasus yang dilakukan oleh Wireless Power Consortium, pembuat charger qi untuk ponsel saya, yang menyatakan (penekanan milik saya):

Pada bagian ini kami membandingkan total konsumsi daya dalam periode 5 tahun

Studi kasus:

Efisiensi sistem rata-rata charger nirkabel N sys-wireless = 0,50 (50%)

Efisiensi sistem rata-rata dari adaptor daya kabel N sys-wired = 0.72 (72%) Asumsikan bahwa daya pengisian rata-rata adalah 2W.

Jadi bagian kabel dari sistem mereka memiliki efisiensi 72% dan bagian nirkabel memiliki efisiensi 50%. Itu menggunakan metode induktif di mana kumparan terpisah beberapa milimeter. Bandingkan dengan WiTricity dari Joel yang menyatakan efisiensi 40% lebih dari 2 meter.

Faktor dalam biaya tambahan yang terkait dengan keliling ekstra dan komponen untuk sistem nirkabel dibandingkan dengan biaya panjang kawat tembaga dan Anda dapat melihat mengapa transfer energi nirkabel jarak jauh masih dianggap tidak praktis untuk penggunaan pasar massal.

Jika Anda memancarkan daya secara bola (sama di semua arah), daya yang diterima di ujung yang lain akan sebanding dengan persentase bola yang dicakup oleh penerima. Semakin jauh Anda dapatkan, semakin sedikit energi yang Anda tangkap untuk antena ukuran yang sama, sebanding dengan 1 / r ^ 2. Sisa energi dibuang ke ruang bebas. Ini adalah model yang disederhanakan secara besar-besaran, tentu saja. Jika Anda tahu di mana penerima berada Anda akan membuat arah pemancar, gunakan resonansi dll, tetapi Anda mendapatkan idenya. Energi nirkabel tidak secara ajaib menemukan jalannya ke receiver Anda dengan efisiensi 100%. Selain itu, Anda memiliki sirkuit konversi daya yang juga tidak 100% efisien.

Jika kirim & terima terpisah milimeter dan tingkat daya rendah, seperti pada sikat gigi atau dok telepon, maka efisiensi dapat ditoleransi dan daya yang hilang tidak perlu biaya banyak. Sikat gigi hanya berharga satu sen per tahun untuk biaya tetap, sehingga menukar biaya energi tambahan dengan produk anti air untuk lingkungan kamar mandi tidak sia-sia. Sebuah bantalan di bawah mobil listrik Anda mentransmisikan ribuan watt di atas tanah ground clearance akan menghabiskan puluhan dolar sebulan dalam biaya energi dibandingkan dengan mencolokkan. Mencoba untuk menjalankan pengering pakaian langsung dari menara perusahaan listrik di atas bukit mil jauhnya tidak akan berhasil.

Kita mungkin belum melihat daya nirkabel atau ambient menjadi populer untuk perangkat tertanam kecil, seperti mikrokontroler daya rendah yang memantau sesuatu. Jika konsumsi daya mikrokontroler menjadi cukup rendah, itu dapat berjalan terus menerus dari panel surya kecil, gulungan kawat seperti pada lencana RFID, perangkat piezoelektrik atau sebagainya. Energi dapat dipanen dari sinyal WiFi, panas, gerakan mekanis, atau cara lain yang tidak digunakan saat ini karena level daya terlalu rendah untuk berguna. Mentransmisikan data yang dikumpulkan melalui, katakanlah, Bluetooth LE membutuhkan lebih banyak energi daripada hanya menjalankan mikrokontroler, sehingga burst pengiriman harus pendek dan jarang, dengan beberapa penyimpanan energi (kapasitor) mengisi secara perlahan di antaranya. Ini adalah bidang microwatt atau mungkin nanowatt, jadi lupakan ponsel Anda terus terisi daya saat Anda berjalan-jalan.

Alasan kami tidak mendistribusikan daya seperti yang Tesla coba adalah karena tidak berfungsi. Ini pada dasarnya ide yang bodoh karena:

1. Daya yang tersedia dalam volume tetap berkurang dengan kubus jarak dari pemancar. Katakanlah misalnya bahwa Anda dapat mengekstrak 100 kW dari meter kubik 10 meter dari pemancar. Pada 100 meter itu akan menjadi 100 W. Pada 200 meter 12,5 Watt, yang hampir tidak cukup untuk menyalakan lampu.

2. Tidak ada cara untuk mengukur penggunaan individu, jadi bagaimana Anda menagih orang? Anda tidak dapat mengharapkan saya membayar hanya karena Anda memasang menara. Saya dapat mengklaim bahwa saya tidak pernah menggunakan kekuatan apa pun, dan Anda tidak dapat membuktikan sebaliknya.

3. Kami tidak benar-benar tahu apa efek kesehatan dari paparan jangka panjang pada medan listrik yang sangat kuat. Pikirkan tentang itu. Jika bola lampu seharusnya mencegat kekuatan dari bidang ini ke cahaya itu sendiri, bagaimana tepatnya tubuh Anda tidak seharusnya mencegat kekuatan?

4. Bagaimana Anda menjaga benda biasa yang memiliki sifat listrik yang tepat untuk memotong daya dan memanas? Anda harus sangat berhati-hati dalam menggunakan bahan apa pun yang bukan isolator yang baik. Anda harus mengingat ukuran, orientasi, dan impedansinya dengan hati-hati untuk menghindari perebutan daya dari bidang E di sekitarnya. Pikirkan semua benda logam yang Anda anggap remeh. Bahkan kaleng soda aluminium bisa menjadi masalah.

5. Sangat tidak efisien, bahkan jika itu berhasil. Akan ada banyak objek biasa seperti pada # 4 di atas. Apalagi apa yang terjadi pada benda-benda itu ketika mereka mencegat kekuatan ini, tetapi pikirkan pemborosan daya yang sangat besar dari sisi produsen. Setiap cabang pohon basah, tanah, dan segala hal akan mengambil kekuatan dari bidang E ini.

Seperti yang saya katakan, itu adalah ide bodoh, dan merupakan ide bodoh ketika Tesla mencobanya juga, karena beberapa persamaannya sendiri seharusnya mengatakan kepadanya.

Nasihat:

Mari kita lihat apakah saya mengerti ini dengan benar. Jika Anda memiliki radiasi atau gelombang elektromagnetik dari sistem Anda, energinya terbuang sia-sia?

Tesla:

Benar-benar sia-sia. Dari sirkuit saya, Anda bisa mendapatkan gelombang elektromagnetik, 90 persen gelombang elektromagnetik jika Anda suka, dan 10 persen dalam energi saat ini yang melewati bumi. Atau, Anda dapat membalikkan proses dan mendapatkan 10 persen energi dalam gelombang elektromagnetik dan 90 persen energi dari arus yang melewati bumi.

Persis seperti ini: Saya telah menemukan pisau. Pisau bisa dipotong dengan ujung yang tajam. Saya memberi tahu orang yang menerapkan penemuan saya, Anda harus memotong dengan ujung yang tajam. Saya tahu betul Anda bisa memotong mentega dengan ujung tumpul, tetapi pisau saya tidak dimaksudkan untuk ini. Anda tidak boleh membuat antena mengeluarkan 90 persen elektromagnetik dan 10 persen dalam gelombang saat ini, karena gelombang elektromagnetik hilang pada saat Anda beberapa busur di sekitar planet ini, sedangkan arus berjalan ke jarak terjauh dari dunia dan dapat diperoleh kembali.

Omong-omong, pandangan ini sekarang dikonfirmasi. Perhatikan, misalnya, risalah matematis Sommerfeld, [*] yang menunjukkan bahwa teori saya benar, bahwa saya benar dalam penjelasan fenomena itu, dan bahwa profesi itu sepenuhnya disesatkan. Ini adalah alasan mengapa pengikut saya dalam arus frekuensi tinggi telah melakukan kesalahan. Mereka ingin membuat alternator frekuensi tinggi 200.000 siklus dengan gagasan bahwa mereka akan menghasilkan gelombang elektromagnetik, 90 persen dalam gelombang elektromagnetik dan sisanya dalam energi saat ini. Saya hanya menggunakan pergantian rendah, dan saya menghasilkan 90 persen dalam energi saat ini dan hanya 10 persen dalam gelombang elektromagnetik, yang terbuang, dan itulah sebabnya saya mendapatkan hasil saya. . . .

Anda lihat, peralatan yang telah saya rancang adalah peralatan yang memungkinkan seseorang untuk menghasilkan perbedaan potensial dan arus yang luar biasa dalam rangkaian antena. Persyaratan ini harus dipenuhi, apakah Anda mentransmisikan oleh arus konduksi, atau apakah Anda mentransmisikan oleh gelombang elektromagnetik. Anda menginginkan arus potensial tinggi, Anda menginginkan sejumlah besar energi getaran; tetapi Anda dapat menularkan energi getaran ini. Dengan desain yang tepat dan pilihan panjang gelombang, Anda dapat mengaturnya sehingga Anda mendapatkan, misalnya, 5 persen dalam gelombang elektromagnetik ini dan 95 persen pada arus yang melewati bumi. Itulah yang saya lakukan. Atau Anda bisa mendapatkan, seperti laki-laki radio ini, 95 persen dalam energi gelombang elektromagnetik dan hanya 5 persen dalam energi saat ini. . . . Peralatan ini cocok untuk satu atau metode lainnya. Saya tidak menghasilkan radiasi dengan sistem saya; Saya menekan gelombang elektromagnetik. . . . Dalam sistem saya, Anda harus membebaskan diri dari gagasan bahwa ada radiasi, bahwa energi terpancar. Itu tidak terpancar; itu dilestarikan. . . .

Tesla tidak bodoh!

:)

Saya membaca di suatu tempat dia menghentikannya karena takut efek fisik yang mungkin ditimbulkan sistem pada kita. Pada akhirnya, saya pikir jika dia mengatakan itu akan berhasil itu akan berhasil .... harus pergi dengan orang yang menemukan listrik seperti yang kita gunakan sampai hari ini .... dan radio ... dan x-ray .. terlalu buruk dia masih belum ada, kemajuan yang akan dia buat hari ini!