2007-06-08 15:07

WiTricity - bezprzewodowy prąd

Autor: Mariusz Błoński

Być może już wkrótce, dzięki pracom naukowców z Massachusetts Institute of Technology, z naszego domu znikną kable przesyłające... energię elektryczną. Uczonym z Wydziałów Fizyki, Inżynierii Elektrycznej oraz Nauk Komputerowych udało się przybliżyć ten dzień.

Zespół pod kierunkiem profesora Marina Soljacica zapalił 60-watową żarówkę, która znajdowała się w odległości 2 metrów od źródła zasilania. Pomiędzy żarówką a źródłem nie było żadnego fizycznego połączenia. Nowa technologia została nazwana WiTricity, od wireless electricity (bezprzewodowa elektryczność).

Idea rozpoczęcia badań nad bezprzewodowym przesyłaniem energii elektrycznej zrodziła się w głowie profesora Soljacica przed sześcioma laty, gdy po raz kolejny obudził go telefon komórkowy sygnalizujący, że wyczerpują się baterie. Soljacicowi zamarzył się dzień, w którym urządzenia same będą się ładowały, bez pomocy człowieka. Profesor zaczął zastanawiać się nad zjawiskiem fizycznym, które można by wykorzystać do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej.

Takie zjawiska znane są od dawna. Energia przesyłana jest przez promieniowanie elektromagnetyczne, wykorzystywane np. w transmisji radiowej. Jest to świetna metoda przesyłania informacji, jednak mało skuteczna podczas przesyłania energii. Promieniowanie rozchodzi się we wszystkich kierunkach, więc do odbiornika trafiałaby niewielka część emitowanej energii. Można oczywiście wykorzystać lasery, ale jest to metoda niepraktyczna i często niebezpieczna.

WiTricity wykorzystuje obiekty, które rezonują. Dwa takie obiekty, których rezonans ma tę samą częstotliwość, wymieniają energię bardzo efektywnie, a jednocześnie niemal nie oddziałują z innymi obiektami.

Przykładem takich obiektów może być np. głos śpiewaka operowego i kieliszek z winem. Jeśli w pokoju ustawimy szereg kieliszków, napełnionych w różnych stopniu winem, będą miały one różne częstotliwości rezonansu. Gdy w tym samym pokoju solista operowy zacznie śpiewać to, przynajmniej teoretycznie, kieliszek o tej samej częstotliwości rezonansu co jego głos może zakumulować tyle energii, że pęknie. Inne kieliszki pozostaną nienaruszone.

W każdym układzie dwóch rezonatorów istnieje pewna granica, która, po osiągnięciu, gwarantuje bardzo efektowne przesyłanie pomiędzy nimi energii.

Zespół z MIT skupił się na badaniach nad rezonatorami magnetycznymi. "Oto magia zjawiska rezonansu. Zwykła indukcja magnetyczna jest około miliona razy mniej efektywna, niż nasz system" - mówi Aristeidis Karalis, jeden z członków zespołu badawczego.Badania wykazały, że wspomniana granica efektywnego przesyłania energii może zostać osiągnięta nawet wówczas, jeśli odległość pomiędzy rezonatorami jest kilkukrotnie większa, niż same rezonatory.

Zjawisko rezonansu magnetycznego byłoby szczególnie użyteczne przy przesyłaniu energii pomiędzy urządzeniami domowymi, ponieważ materiały, z których są one zbudowane, powodują, że emitowane przez nie pole magnetyczne wpływałoby bardzo słabo na otocznie. Ważnym czynnikiem jest też fakt, że pole magnetyczne słabo oddziałuje na organizmy żywe, a więc jest dla nich bezpieczne.

Uczeni z MIT wykorzystali dwa miedziane zwoje z własnymi rezonatorami. Jeden z nich, podłączony do źródła prądu, był nadajnikiem. Wytwarzał on pole magnetyczne o częstotliwości mierzonej w megahercach. Oddziaływało ono na drugi rezonator, odbiornik. Jednocześnie oddziaływanie z otoczeniem było bardzo słabe. Akademicy udowodnili, że można w bezpieczny sposób przesyłać energię elektryczną.

Wykorzystanie pola magnetycznego ma tę przewagę nad polem elektromagnetycznym, że jest bezpieczne. Jego minusem jest zaś fakt, że odległość, na jaką można przesłać energię, jest stosunkowo niewielka. Jest jednak wystarczająco duża, by np. zasilić laptop znajdujący się w pomieszczeniu. Co więcej, w przesłaniu prądu nie przeszkadzają ani inne znajdujące się tam przedmioty, ani kształt samego pomieszczenia.

WiTricity może nieco przypominać zjawisko indukcji magnetycznej, ale nim nie jest. Dzięki indukcji można przesłać prąd na minimalne odległości. Gdy zwiększymy odległość pomiędzy zwojami, energia nie zostanie przesłana.