Descubra como a eletricidade sem fio funciona e seus usos
Trabalha de eletricidade sem fio Tesla
A eletricidade sem fio, um conceito criado por Nikola Tesla, existe há mais de um século. Tesla descobriu que, quando você alterna a corrente, um campo magnético é criado. Oscilando este campo magnético e movendo um fio para dentro dele, a corrente alternada pode ser conduzida. A eletricidade sem fio funciona convertendo CA em um campo magnético usando um transmissor, que é então capturado por um dispositivo e convertido de volta ao AC. A chave para a transmissão sem fio de eletricidade é a transferência de energia de ressonância magnética, que permite transferência de energia eficiente em longas distâncias. Tesla conseguiu alimentar 200 lâmpadas a 26 quilômetros de distância em 1899, mas os avanços modernos tornaram a eletricidade sem fio muito mais viável e acessível.
1. Como funciona a eletricidade sem fio?
A eletricidade sem fio funciona convertendo CA em um campo magnético usando um transmissor, que é então capturado por um dispositivo e convertido de volta ao AC. O transmissor e o dispositivo vibram na mesma frequência ressonante, permitindo transferência de energia eficiente em longas distâncias.
2. O que Nikola Tesla contribuiu para a eletricidade sem fio?
Nikola Tesla foi o pioneiro da eletricidade sem fio. Ele descobriu o conceito de corrente alternada e sua conexão com os campos magnéticos, estabelecendo a base para a transmissão de eletricidade sem fio. Apesar de enfrentar desafios, Tesla conseguiu demonstrar eletricidade sem fio, alimentando 200 lâmpadas a uma distância de 26 quilômetros de distância.
3. O que é transferência de energia de ressonância magnética?
A transferência de energia de ressonância magnética é o fenômeno que permite transmissão eficiente de eletricidade sem fio. Quando dois campos magnéticos com a mesma frequência ressonante estão presentes, a transferência de energia ocorre a longas distâncias. Isso é análogo a uma cantora de ópera quebrando um copo com sua voz combinando a frequência ressonante do vidro.
4. ?
A eletricidade sem fio elimina a necessidade de cabos e fios, reduzindo a desordem e fornecendo uma fonte de energia mais conveniente. Os dispositivos podem começar a carregar automaticamente quando no alcance de um transmissor, e a tecnologia tem o potencial de fornecer energia a vários dispositivos, como lâmpadas e laptops.
5. A eletricidade sem fio está amplamente disponível?
Embora a tecnologia de eletricidade sem fio tenha avançado significativamente, ela ainda não está amplamente disponível em nível de consumidor. No entanto, existem esforços contínuos para integrar soluções de energia sem fio à vida cotidiana, o que pode levar a uma acessibilidade mais ampla no futuro.
6. Quais são algumas aplicações em potencial de eletricidade sem fio?
A eletricidade sem fio tem o potencial de revolucionar várias indústrias. Pode ser usado para alimentar casas e escritórios inteligentes, carregar veículos elétricos sem fio e fornecer energia ininterrupta para locais remotos. Além disso, pode ser integrado aos dispositivos cotidianos, eliminando a necessidade de métodos tradicionais de carregamento.
7. Como a eletricidade sem fio afeta a eficiência energética?
A transmissão de eletricidade sem fio ainda enfrenta desafios com desperdício de energia, semelhante às primeiras torres projetadas por Tesla. No entanto, os avanços em tecnologia e infraestrutura têm o potencial de melhorar a eficiência energética e reduzir o desperdício em sistemas de energia sem fio.
8. Existem desvantagens na eletricidade sem fio?
Embora a eletricidade sem fio ofereça inúmeros benefícios, há algumas desvantagens a serem consideradas. Desperdício de energia, alcance limitado e a necessidade de dispositivos e infraestrutura compatíveis são fatores que precisam ser abordados para a adoção mais ampla de tecnologia de eletricidade sem fio.
9. Como a eletricidade sem fio pode contribuir para soluções de energia sustentável?
A eletricidade sem fio tem o potencial de contribuir para soluções de energia sustentável, reduzindo a dependência de fontes de energia tradicionais. Ele pode permitir o uso generalizado de energia renovável, fornecendo métodos eficientes de transmissão e distribuição para fontes de energia limpa.
10. O que está por vir para a tecnologia de eletricidade sem fio?
À medida que a tecnologia de eletricidade sem fio continua a evoluir, é promissora para um futuro com menos fios e cabos. A integração de soluções de energia sem fio em várias indústrias e o desenvolvimento de métodos de transmissão mais eficientes provavelmente impulsionarão seu crescimento e adoção.
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Elena Gaura não trabalha, consulte, possui ações ou recebem financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficiaria deste artigo e não divulgou nenhuma afiliação relevante além de sua nomeação acadêmica.
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Rheanna Sand: Então, finalmente vamos cortar o cordão. . A energia está indo sem fio.
O conceito existe há mais de um século. . CA é o fluxo de elétrons através de um condutor que alterna para frente e para trás. Tesla sabia que quando você alterna a corrente você cria um campo magnético. Por outro lado, se você oscilar um campo magnético e mover um fio para dentro dele, esse fio conduzirá AC.
A eletricidade sem fio funciona dessa maneira: o transmissor converte CA em um campo magnético. O dispositivo pega o campo e o converte de volta para CA. Parece bastante simples, mas há uma razão pela qual levou mais de um século para se tornar viável. O ponto de discórdia tem sido algo chamado transferência de energia de ressonância magnética. Sem esse fenômeno, a eletricidade sem fio não se transmitirá o suficiente para ser útil. É assim que funciona: todos os campos magnéticos vibram em uma frequência ressonante. Se dois campos próximos tiverem a mesma frequência ressonante, a energia de transferência varia de maneira eficiente a longas distâncias. É assim que uma cantora de ópera, por exemplo, pode quebrar um copo com apenas a voz dela.
Na eletricidade sem fio, o transmissor e o dispositivo estão vibrando na mesma frequência ressonante. Esta não foi uma tarefa fácil para Tesla, embora em 1899 ele tenha alimentado 200 lâmpadas a 26 quilômetros de distância.
Os avanços modernos tornaram isso muito mais fácil. E agora a eletricidade sem fio está prestes a chegar ao mercado em grande parte. Imagine transmissores que se parecem com quadros de imagens que fornecem energia para luz e laptops ou carregadores de telefone que começam a carregar seu telefone quando você se senta em sua mesa. As possibilidades realmente estão sacudindo.
Nikola Tesla: Rede 5G poderia realizar seu sonho de eletricidade sem fio, um século depois que os experimentos falharam
James Peter Brusey recebe financiamento da UE Horizon 2020 como parte do projeto Domus.
Elena Gaura não trabalha, consulte, possui ações ou recebem financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficiaria deste artigo e não divulgou nenhuma afiliação relevante além de sua nomeação acadêmica.
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No auge de sua carreira, o engenheiro elétrico pioneiro Nikola Tesla ficou obcecado por uma ideia. Ele teorizou que a eletricidade poderia ser transmitida sem fio através do ar a longas distâncias – por meio de uma série de torres estrategicamente posicionadas ou pulando em um sistema de balões suspensos.
As coisas não’eu vou planejar, e tesla’As ambições de um suprimento global de eletricidade sem fio nunca foram realizadas. Mas a própria teoria não era’T refutado: seria simplesmente exigir uma quantidade extraordinária de poder, muito dos quais teria sido desperdiçado.
Agora, um artigo de pesquisa sugeriu que os arquitetos da rede 5G podem ter construído involuntariamente o que Tesla não conseguiu construir na virada do século XX: um “grade de energia sem fio” Isso pode ser adaptado para cobrar ou alimentar pequenos dispositivos incorporados em carros, casas, locais de trabalho e fábricas.
Porque 5G se baseia em uma densa rede de mastros e uma poderosa série de antenas’é possível que a mesma infraestrutura, com alguns ajustes, possa transmitir energia para pequenos dispositivos. Mas a transmissão ainda sofrerá com a principal desvantagem de Tesla’S Torres: Alto desperdício de energia, o que pode ser difícil de justificar, dada a urgência da crise climática.
Redes 5G
Décadas atrás, descobriu -se que um feixe de rádio fortemente focado pode transmitir energia a distâncias relativamente grandes sem usar um fio para carregar a carga. A mesma tecnologia agora é usada na rede 5G: a última geração de tecnologia para transmitir a conexão com a Internet com o seu telefone, via ondas de rádio transmitidas de uma antena local.
Essa tecnologia 5G tem como objetivo fornecer um aumento de 1.000 vezes na última geração, 4G, para permitir que até um milhão de usuários se conectem por quilômetro quadrado-tornando esses momentos em busca de sinal em festivais de música ou eventos esportivos uma coisa do passado.
Para apoiar essas atualizações, o 5G usa alguma magia de engenharia, e essa mágica vem em três partes: redes muito densas com muitos mais mastros, tecnologia de antena especial e a inclusão de transmissão de onda milimétrica (MMWAVE) ao lado de bandas mais tradicionais.
O último deles, mmwave, abre muito mais largura de banda ao custo de distâncias de transmissão mais curtas. Para o contexto, a maioria dos roteadores wifi opera na banda de 2 GHz. Se o seu roteador tiver uma opção de 5 GHz, você’Eu notarei que os filmes transmitem mais suavemente – mas você precisa estar mais perto do seu roteador para que ele funcione.
Aumente ainda mais a frequência (como o MMWave, que opera a 30 GHz ou mais) e você vê melhorias ainda maiores na largura de banda – mas você precisa estar mais próximo da estação base para acessar. É por isso que os mastros 5G são mais densamente agrupados do que os mastros 4G.
O último pedaço de magia é adicionar muito mais antenas – entre 128 e 1.024 em comparação com um número muito menor (apenas dois em alguns casos) para 4g. Várias antenas permitem que mastros formem centenas de vigas semelhantes a lápis que visam dispositivos específicos, fornecendo Internet eficiente e confiável ao seu telefone em movimento.
Estes são os mesmos ingredientes crus necessários para criar uma grade de energia sem fio. O aumento da densidade da rede é particularmente importante, porque abre a possibilidade de usar bandas mmwave para transmitir diferentes ondas de rádio que podem transportar conexão com a Internet e energia elétrica.
Experimentando com potência 5G
Os experimentos usaram novos tipos de antena para facilitar o carregamento sem fio. No laboratório, os pesquisadores foram capazes de gerar energia 5G a uma distância relativamente curta de pouco mais de 2 metros, mas esperam que uma versão futura de seu dispositivo seja capaz de transmitir 6μW (6 milhões de watt) a uma distância de 180 metros.
Para colocar isso em contexto, os dispositivos comuns da Internet das Coisas (IoT) consomem cerca de 5μW – mas somente quando no modo de suspensão mais profundo. Obviamente, os dispositivos IoT exigirão cada vez menos poder para executar como algoritmos inteligentes e eletrônicos mais eficientes são desenvolvidos, mas 6μW ainda é uma quantidade muito pequena de energia.
. Mas poderia cobrar ou alimentar dispositivos IoT, como sensores e alarmes, que devem ficar difundidos no futuro.
Nas fábricas, por exemplo, é provável que centenas de sensores de IoT sejam usados para monitorar as condições em armazéns, prever falhas nas máquinas ou rastrear o movimento de peças ao longo de uma linha de produção. Ser capaz de transmitir energia diretamente para esses dispositivos IoT incentivará a mudança para práticas de fabricação muito mais eficientes.
Problemas de dentes
Mas haverá desafios a serem superados antes disso. Para fornecer energia sem fio, os mastros 5G consumirão cerca de 31kW de energia – equivalente a 10 chaleiras constantemente.
Embora as preocupações de que a tecnologia 5G possa causar câncer tenha sido amplamente desmascarada pelos cientistas, essa quantidade de poder emanada de mastros pode ser insegura. Um cálculo aproximado sugere que os usuários precisarão ser mantidos a pelo menos 16 metros dos mastros para cumprir os regulamentos de segurança estabelecidos pela Comissão Federal de Comunicações dos EUA.
Dito isto, essa tecnologia está em sua infância. Isto’é certamente possível que abordagens futuras, como nova antena com vigas mais estreitas e mais direcionadas, possam reduzir significativamente a energia necessária – e desperdiçada – por cada mastro.
Atualmente, o sistema proposto lembra bastante o ficcional “Wonkavision” Em Roald Dahl’S Charlie e The Chocolate Factory, que alcançaram o feito de radiar confeitaria em TVs – mas tiveram que usar um grande bloco de chocolate para produzir um muito menor no outro lado.
Porque isso’consumirá uma grande quantidade de energia em comparação com a energia’Entregará aos dispositivos, a energia sem fio 5G é, no momento, especulativa. Mas se os engenheiros podem encontrar maneiras mais eficientes de transmitir eletricidade pelo ar, pode ser que Nikola Tesla’O sonho de energia sem fio pode ser realizado – mais de 100 anos desde que suas tentativas falharam.
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Eletricidade sem fio? Como funciona a bobina Tesla
Entre suas inúmeras inovações, Nikola Tesla sonhou em criar uma maneira de fornecer energia ao mundo sem amarrar fios em todo o mundo. O inventor chegou perto de realizar isso quando seus experimentos “loucos” com eletricidade levaram à criação da bobina de Tesla.
O primeiro sistema que poderia transmitir eletricidade sem fio, a bobina Tesla foi uma invenção verdadeiramente revolucionária. Antenas de rádio e telegraphy antecipados usaram a invenção, mas as variações da bobina também podem fazer coisas que são simplesmente legais – como raios de tiro, enviar correntes elétricas através do corpo e criar ventos de elétrons.
Tesla desenvolveu a bobina em 1891, antes que os transformadores convencionais do núcleo de ferro fossem usados para alimentar coisas como sistemas de iluminação e circuitos telefônicos. Esses transformadores convencionais não podem suportar a alta frequência e alta tensão que as bobinas mais frouxas na invenção de Tesla podem tolerar. O conceito por trás da bobina é realmente bastante simples e faz uso da força eletromagnética e da ressonância. Empregando fios de cobre e garrafas de vidro, um eletricista amador pode construir uma bobina de Tesla que pode produzir um quarto de milhão de volts. [Infográfico: como a bobina Tesla funciona]
A configuração
Uma bobina Tesla consiste em duas partes: uma bobina primária e uma bobina secundária, cada uma com seu próprio capacitor. (Os capacitores armazenam energia elétrica, assim como as baterias.) As duas bobinas e capacitores são conectados por uma lacuna de faísca – uma lacuna de ar entre dois eletrodos que gera a faísca de eletricidade. Uma fonte externa ligada a um transformador alimenta todo o sistema. Essencialmente, a bobina Tesla é dois circuitos elétricos abertos conectados a uma lacuna de faísca.
Uma bobina Tesla precisa de uma fonte de energia de alta tensão. Uma fonte de energia regular alimentada através de um transformador pode produzir uma corrente com o poder necessário (pelo menos milhares de volts).
Nesse caso, um transformador pode converter a baixa tensão de energia principal em alta tensão.
Como funciona
A fonte de energia é conectada à bobina primária. O capacitor da bobina primária age como uma esponja e absorve a carga. A bobina principal em si deve ser capaz de suportar a carga maciça e enormes surtos de corrente, de modo que a bobina geralmente é feita de cobre, um bom condutor de eletricidade. Eventualmente, o capacitor aumenta tanta acusação que quebra a resistência do ar no Spark Gap. Então, semelhante a esponja de uma esponja encharcada, a corrente flui para fora do capacitor na bobina primária e cria um campo magnético.
A quantidade maciça de energia faz o campo magnético entrar em colapso rapidamente e gera uma corrente elétrica na bobina secundária. A tensão percorre o ar entre as duas bobinas cria faíscas no Spark Gap. A energia desliza entre as duas bobinas várias centenas de vezes por segundo e se acumula na bobina e capacitor secundários. Eventualmente, a carga no capacitor secundário fica tão alta que se liberta em uma explosão espetacular de corrente elétrica.
A tensão de alta frequência resultante pode iluminar lâmpadas fluorescentes a vários metros de distância, sem conexão de fio elétrico. [Fotos: Laboratório Histórico de Nikola Tesla em WardenClyffe]
Em uma bobina Tesla perfeitamente projetada, quando a bobina secundária atingir sua carga máxima, todo o processo deve começar de novo e o dispositivo deve se tornar auto-sustentável. Na prática, no entanto, isso não acontece. O ar aquecido na lacuna de faísca afasta parte da eletricidade da bobina secundária e volta para a lacuna, então eventualmente a bobina de Tesla ficará sem energia. É por isso que a bobina deve ser conectada a uma fonte de alimentação externa.
O princípio por trás da bobina de Tesla é alcançar um fenômeno chamado ressonância. Isso acontece quando a bobina primária dispara a corrente para a bobina secundária no momento certo para maximizar a energia transferida para a bobina secundária. Pense nisso como o momento em que empurrar alguém em um balanço para torná -lo o mais alto possível.
A configuração de uma bobina de Tesla com uma diferença de faísca rotativa ajustável oferece ao operador mais controle sobre a tensão da corrente que produz. É assim que as bobinas podem criar exibições de raios malucos e podem até ser configurados para tocar música cronometrada para explosões de atuais.
Enquanto a bobina de Tesla não tem mais muita aplicação prática, Tesla’S invenção revolucionou completamente a maneira como a eletricidade foi entendida e usada. Rádios e televisões ainda usam variações da bobina Tesla hoje.
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25 de fevereiro de 2021
B Ehind Nikola Tesla’S Ex -laboratório em WardenClyffe, em Long Island, Nova York, são algumas fundações antigas. Eles são tudo o que permanece de uma torre de 57 metros que Tesla começou a construir em 1901 como parte de um experimento para transmitir informações e eletricidade sem fio a longas distâncias. . Quando ele predisse, as comunicações sem fio tiveram efeitos de mudança mundial. Mas ele não conseguiu obter energia elétrica para viajar muito longe. Como conseqüência, dentro de cinco anos, o trabalho parou e a torre foi mais tarde descartada para ajudar a pagar suas dívidas. Tesla – um pioneiro que, entre outras coisas, desenvolveu a geração e a transmissão da corrente alternada – fadada em relativa obscuridade.
A partir da edição de 27 de fevereiro de 2021
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