Warum wird Strom nicht drahtlos übertragen?

Energie wird in vielen Anwendungen drahtlos übertragen, nur nicht dort, wo es auf die Übertragungseffizienz ankommt. Und das ist der Grund, warum es nicht mehr getan wird: Effizienz. Bei niedrigen Frequenzen ist die galvanische (d. h. metallische) Stromleitung um viele, viele, viele Größenordnungen effizienter als beispielsweise Luft.

Bei höheren Frequenzen kann man Elektrizität verwenden, um EM-Wellen zu erzeugen, die sich gut in der Luft (oder sogar im Weltraum) ausbreiten; Das Problem ist jedoch, dass das Medium, in dem sie sich bewegen, typischerweise 3D ist (und nicht der funktionale 1D-Pfad in einem Stromkreis), sodass sich das Zeug stark ausbreitet und die Empfangsstation nur einen sehr kleinen Teil davon erhält (Ihr Auto oder ein Heimradio, das ein Signal von einem Rundfunksender empfängt, ist ein Beispiel).

Es wurden und werden kontinuierlich Techniken entwickelt, um Energie dazu zu zwingen, sich in einer 1-D-Weise statt in 3-D in der Luft ohne Wellenleiter fortzubewegen. Einige Erfolge umfassen Phased-Array-Radargeräte, Laser, Mikrowellenantennen für die Telekommunikation, Yagi-Antennen und Parabolantennen. Es ist jedoch keine kommerziell brauchbare Technik aufgetaucht, um große Mengen an elektrischer Energie über große Entfernungen ohne lange Metallstrecken zu bewegen.

Elektrizität ist der Fluss elektrischer Ladung – im Allgemeinen elektrisch geladene Teilchen, die Elektronen in einem Draht genannt werden. Es kann nicht durch Luft strömen, außer in Form von elektrisch geladenen Luftteilchen – wie bei einem Funken oder Blitzschlag.

Magnetfelder können sich in der Luft ausbreiten, Sie können also Strom senden, indem Sie damit ein Magnetfeld erzeugen und dann das Magnetfeld am anderen Ende verwenden, um Strom zu erzeugen. So funktioniert ein Transformator - aber er funktioniert nur dann effizient, wenn die beiden Drahtsätze, die das Magnetfeld erzeugen, sehr nahe beieinander liegen.

Sie können es verwenden, um kleine Strommengen über kurze Entfernungen zu senden, wo ein Kabel (oder Stecker) schwierig wäre, z. B. zum Aufladen einer elektrischen Zahnbürste - aber es ist nicht effizient für große Mengen oder eine lange Entfernung.

Dies kann über elektromagnetische Wellen erfolgen. Je höher die Sendefrequenz, desto besser. Tesla wollte es tun. Aber es ist sehr ineffizient, ein Großteil der Energie wird dort verschwendet, wo es Ihnen nichts nützt (z. B. beim Erhitzen des Bodens), oder von nicht zahlenden Leuten gewildert werden, die gelernt haben, wie man es erntet. Es gibt einige Arbeiten an Antennen, die verwendet werden können, um Energie aus der Umgebung zu gewinnen (hauptsächlich Funkwellen), aber diese sind für entfernte Geräte mit sehr geringer Leistung, sie sind nicht für Massenstromanwendungen geeignet.

Tatsächlich wurden einige drahtlose Ladegeräte hergestellt , bei denen die Energie mithilfe eines elektromagnetischen Felds übertragen wird. Auf jeden Fall ist die Effizienz solcher Ladegeräte aus folgenden Gründen viel geringer als bei kabelgebundenen Ladegeräten:

1. Die Antenne (Remote Charger) fängt nicht das gesamte elektromagnetische Feld ein und daher wird nur eine bestimmte Menge verfügbarer Energie empfangen

2. Die Kraft nimmt mit der Entfernung ab.

Das erste Problem könnte mit einer Richtantenne gelöst werden (in diesem Fall ist es meiner Meinung nach viel einfacher, das Kabel direkt an die Stromquelle anzuschließen, als den Empfänger - Remote-Ladegerät - am optimalen Empfangspunkt zu befestigen)

Hinsichtlich der abnehmenden Feldstärken besteht das elektromagnetische Feld aus Fernfeld und Nahfeld. das Nahfeld dominiert in der Nähe der Quelle und das Fernfeld erstreckt sich von etwa zwei Wellenlängen Entfernung von der Antenne bis ins Unendliche. Das Nahfeld nimmt jedoch schneller ab (1/d^3), während das Fernfeld mit 1/d^2 abnimmt. Aufgrund dieser Tatsachen nutzt die drahtlose Kommunikation das Fernfeld und die Frequenzen sind hoch.

Abschließend würde ich sagen, dass es zwar möglich ist, die Energie drahtlos zu übertragen, aber nicht erschwinglich.

Obwohl ich keineswegs einen Hochschulabschluss in Physik oder Elektromagnetismus habe, möchte ich versuchen, eine Antwort zu geben.

Zuerst müssen wir verstehen, was Elektrizität ist. Grundsätzlich ist Elektrizität der Strom von Teilchen mit beliebiger elektrischer Ladung. Es gibt zwei gewöhnliche Materieteilchen mit einer Ladung: Protonen und Elektronen. Da die Masse des Protons weitaus größer ist als die des Elektrons und die Tatsache, dass Protonen über Gluonen (Kraftträger der starken Kraft) in größeren Kernen zusammengehalten werden, kann man sich Elektrizität als Fluss von Elektronen vorstellen. Sie sind viel leichter zu bewegen, da sie weniger stark in Atomen gehalten werden und trotz identischer Ladung (Gegenladung) weniger als 1/1000 der Masse eines Protons haben. Die einfache Elektrodynamik schreibt vor, dass Elektronen von einem stärker negativ geladenen System zu einem weniger negativ geladenen System fließen, ähnlich wie bei Wärme.

Abgesehen davon, wenn Sie über drahtlose Technologie sprechen, würde ich davon ausgehen, dass Sie beispielsweise von einem drahtlosen Router oder Zugangspunkt sprechen, der Elektromagnetismus (Photonen bei verschiedenen Wellenlängen) verwendet, um Informationen zu übertragen, nicht Elektronen. In der Physik können natürlich hochenergetische Photonen in gleiche Mengen von Elektronen und Positronen umgewandelt werden, aber ein Teilchenbeschleuniger in einem Laptop scheint … ineffizient.

Elektromagnetismus wäre die beste Möglichkeit, Energie (genauer gesagt Elektronen) über drahtlose Technologie zu übertragen, aber derzeit ist eine elektromagnetische Ladestation über große Entfernungen weder praktisch noch sinnvoll.

Es tut mir leid, dass ich keine Formeln oder fortgeschrittenen Themen bereitstellen kann, aber ich hoffe, ich konnte Ihnen etwas helfen.

Ich habe ein Beispiel für die Übertragung von Nutzleistung über große Entfernungen.

Als ich ein Kind war, bekam ich einen Elektronikbausatz und eine der Schaltungen, die man bauen konnte, war ein stromloser Radioempfänger – die Energie des Sendesignals reichte aus, um den Ohrhörer anzutreiben. Es wird auch als Kristallset bezeichnet und Sie können mehr auf Wikipedia nachlesen .

Nicola Tesla untersuchte tatsächlich diese drahtlose Energieübertragung mittels seiner Telsa-Spulen . Er entwarf tatsächlich große EM-Spulen, die in der Nähe der Generatorstation platziert werden konnten, und kleinere Spulen am Teilnehmerende.

Nun, die Leute damals, besonders unter dem Einfluss von Edison (sie waren Erzfeinde), haben ihn verspottet und der Versuch wurde bald nach seinem Tod verworfen. (Man kann das eine Verschwörungstheorie nennen) ...

Aber dann ist es möglich....

EDIT1: Eine praktikable Lösung ist Tesla Coil .