Kablosuz enerji

Kablosuz enerji ya da kablosuz enerji transferi, insan yapımı iletken olmadan güç kaynağından elektriksel alana elektrik transferidir. Kablosuz transfer kabloların bağlantısının uygunsuz, tehlikeli ve imkânsız olduğu durumlarda kullanışlıdır. Kablosuz enerji transferindeki problem kablosuz telekomünikasyondan örneğin radyo gibi farklıdır. İkinci olarak, alınan enerjinin yayılması sadece sinyal çok az olduğunda kritik olur. Kablosuz enerji için yeterlilik çok önemli bir parametredir. Enerjinin büyük çoğunluğu üretilen kaynak tarafından alıcı ya da alıcılara sistemi ekonomik yapmak için ulaşmasında gönderildi. En yaygın kablosuz elektrik transfer şekli manyetik resonator tarafından direkt indüksiyon olarak kullanılmasıdır. Mikrodalgalar ya da lazer formunda elektromanyetik radyasyon ve doğal medya sayesinde elektriksel iletkenlik düşündüğümüz metotlardır.

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda, enerji iletiminin lazerler veya mikrodalgalar aracılığıyla kablosuz olarak yapılabilmesi için gerçekleştirilen bir testtir.

Elektrik enerji transferi

Elektrik akımı iletken madde boyunca, tel gibi, elektrik enerjisi taşınır. Elektrik akımı devreden geçerken kondüktörün yalıtkan çevresinde bir elektrik alanı vardır. Doğrudan akım devresinde, eğer akım sürekliyse, alanlar sabittir, iletken maddenin çevresindeki boşluğun içinde gerilmenin bir şartı vardır, bunlar depolanan enerji ve manyetik enerjidir, sıkıştırılmış yay ya da hareket eden kütle depolanan enerjiyi temsil eder. Alternatif akım devresinde, alanlar da alternatiftir, bunlar, her yarım dalga boyunca ve voltajın, manyetik ve elektrik alan iletken madde de başlar ve ışık hızıyla boşluğun içinden dışarı doğru gider. Bu alternatif alanın olduğu yerde başka bir iletken madde üzerinde çarpar böylece voltaj ve akım uyarılmış olur.

Devrenin elektrik şartlarındaki herhangi bir değişme, internal ya da external devrede depolanan enerji manyetik elektrik alanın ayarlanmasını sağlar, bunlara geçici dalga denir. Geçici dalga kondansatörlerin devre boyunca boşalmasının genel karakteridir. Kondansatörler ile ilgili düzenek devre boyunca deşarj olmalarıdır bu nedenle mühendislik için çok önemlidir. En önemli sonucu elektrik devresinde yüksek voltaj ve yüksek frekans sorunudur.

Elektromanyetik indüksiyon akımı frekansı üreten kondüktörde akım ve voltajın şiddetini orantıları yüksek frekansta daha şiddetli etki eder. Enerji transfer edilir akımı üreten kondüktörden herhangi bir ikincil kondüktöre. Ana kondüktördeki bir kısım enerji ikincil kondüktördeki boşluğun içine indüktif geçer ve ana kondüktörden enerji hızlıca azalır. Yüksek frekanstaki akım kondüktörde uzun yol alamazlar fakat enerjilerin hızlıca transfer ederler yakındaki kondüktöre. Yüksek indüksiyon yüksek frekansla sağlanır. Bunun açık nedeni yüksek frekans bozuklukları yayılmada alternatif akım sisteminin düşük frekans enerjili yayılmasıyla açıklanır. İndüktif etkileme enerjinin devreden devrenin boşluğuna transfer edilmesinde yüksek frekansta daha baskın olur. Enerji hızlıca azalır ve akım devrede biter, basit bir düzenektir. Elektriksel gücün iletimi ve dağıtımında, en önemlisi kondüktörün içindeki düzenek ve kondüktörün elektriksel alanı sadece yakından gözlemlenebilir. Bunun tersine, radyo iletişimde elektriksel güç kullanımı sadece kondüktörün dışındaki elektrik ve manyetik alandır, bu elektromanyetik radyasyon alanıdır, mesajın iletilmesi önemli olan, kondüktör içindeki düzenek kullanılmaz.

Elektriksel yük kondüktörün ürettiği manyetik alanda yer değiştirir ve elektriksel güç hattı oluşur. Kondüktördeki manyetik alan merkeze doğruyken ya da hemen hemen bu doğrultuda, maksimumdur. Buna, ferromanyetik alan kondüktörde doğru açıya yönelmesi denir. Elektriksel alanın, yönü radyal olunca maksimum elektriksel alan oluşur. Elektrik alanın bileşenleri yönü kondüktörde radyal eğilimdedir.

Devrenin elektrik alanı üstünde enerji akışı 3 tane doğru açıya sahiptir.

1. Manyetik alan, kondüktörle merkezi ortak olan,
2. Elektrik gücünün hattı, kondaktörle radyalken,
3. Enerji eğimi, kondüktörle paralelken

Elektrik devresi nerede birkaç iletken ile oluşuyorsa, kondüktörlerin elektrik alanı birbirlerine eklenir ve bileşke manyetik alan hattı oluşur ve bu hatlardaki elektriksel güç ortak merkezli ve ayrı ayrı radyal değildir, iletkenin hemen yanındaki hat dışında. Paralel kondüktörler arasında onlar çevrelerine eşleniktir. Ne kondüktördeki enerji tüketimi, ne de manyetik alan, nede elektrik alan, devrenin enerji akışıyla orantılı değildir. Ancak, manyetik alanın yoğunluğunun ürünü ve elektrik alanın yoğunluğu enerjinin ya da gücün akışıyla orantılıdır ve güç bu yüzden i ve e bileşenlerinin ürünü içinde kararlıdır, elektriksel alan ve manyetik alanın yoğunluğu ayrı ayrı orantılı seçilirler. Bu bileşenlere manyetik alana orantılı olan elektriksel güç faktörü olarak ifade edilen akım denir ve diğer bileşenler, voltaj denen, elektriksel alana orantılı elektriksel güç faktörü olarak ifade edilir. Radyo iletişimde iletken antenin elektrik alanı radyo dalgalarını uzay boşluğunca üretir ve alıcının üzerine çarptığı elektrik etki ve manyetik etki sayesinde gözlemlenir. Radyo dalgaları, mikrodalga, kızılötesi radyasyonu, görünebilir ışınlar, mor ötesi, x ışınları ve gamma ışınları aynı elektromanyetik radyasyon düzeyinde gösterilir, diğerlerinden farklı olanı sadece titreşim frekansıdır.

Elektromanyetik ürünlenim

Elektromanyetik ürünlenim tarafından enerji transferi tipik manyetiktir fakat kapasitif bağlantıda da başarılabilir.

Elektromanyetik ürünlenim yöntemi

Ana maddeler: Tümevarım bağlantı ve Elektrodinamik indüksiyon ve tekrarlayan tümevarım bağlantı

Elektrodinamik ürünlenimin kablosuz enerji transfer tekniği dalga boyunun kullandığı 1/6 mesafe alanının yakınına denir. Bu alandaki enerji ışıma yapmaz fakat bazı ışıma kaybı meydana getirir. Buna ek olarak, sık sık direnç kayıpları vardır. Elektrodinamik ürünlenimle, elektrik akımı ana bobinde kayarak manyetik alan oluşturur ve ikincil bobine akımın ulaşması sağlanır. Bağlantı yüksek verimlilik için sıkı olmalıdır. Ana bobindeki uzaklık artarsa, çok fazla manyetik alan kaybı ikincil bobinde olur.

Elektriksel dönüştürücünün olayı basit bir kablosuz enerji transferidir. Birincil ve ikincil devreler direkt olarak bağlanmazlar. Enerji transferin süresinde bilinen ortak giriş yer alır. Asıl işlem ana voltajın yükselmesi ya da azalması adımıdır ve elektriksel izolasyondur. Cep telefonu ve şarjlı diş fırçası bataryalı şarj olurlar ve elektriksel güç dağılımı dönüştürüşü bu kullanıma örnektir. En önemli sorun bu kablosuz transfer küçük ölçüdedir. Alıcı direkt yakınındaki iletken maddeye hemen iletmeli daha fazla verimli olması için. Rezonansın uygulaması iletişimin menzilini artırabilir. Rezonans çifti kullanıldığında, iletken madde ve alıcı aynı frekansta ayarlıdır. Bu dalgalar sinüs eğrisi ve sinüs eğrisini tam tersi gibi dalgalar yayarak etkinliği artırırlar. Bu yolla karşılıklı olarak önemli güç transfer edilebilir. İletken ve alıcı bobin genellikle tek katlı mıknatıslıdırlar ya da üretece paralel spiraldirler, böylece alıcı elementle aynı frekansta olabilecekler.

Sık kullanılan resanotörler gelişmiş elektrodinamik indüksiyon elektrikli cihazlar, cep telefonu, lap top, gibi araçları şarj etme imkânı sağladı. Rezonans kablosuz şarj ve alıcı modülü ençok verimlilik transferinde kullanıldı. Bu yaklaşım bütün evrensel cihazlarda kullanıldı.

Elektrostatik ürünlenim yöntemi

Ana madde: Kapasitif bağlantı

Elektrostatik ürünlenim ya da kapasitif bağlantı yalıtkan madde boyunca elektriksel enerjinin geçişine denir. İletken düzlem üzerinde yükseltmesi elektrik alanın düşmesi ya da diferansiyel direnç iki ya da daha fazla yalıtımlı kutup, plaka, elektrot ya da düğümlerle sağlanır. Elektriksel alan bu plakalar tarafından yüksek potansiyelle oluşturuldu, yüksek frekans alternatif akım gücünü sağlar. Yükseltilmiş iki kutup ve çalışan cihaz arasındaki direnç voltaj bölücü oluşturur.

Elektrik enerji iletimi alıcı cihaz tarafından kullanılabilen elektrostatik indüksiyonun anlamıdır. Örneğin, kablosuz lamba. Nikola Tesla alternatif elektrik alanında bize kablosuz bir lambayı yakıldığını göstermiştir.