Elektrik insanların yaşamını bir yandan kolaylaştırırken diğer yandan elektrik kabloları yüzünden yaşamı daha da zorlaştırabilir. Eğer kablolama iyi organize edilemediyse ev veya işyerleriniz bir kablo karmaşasına gömülebilir. Bu yüzden bilim adamları kablo karmaşasını önlemek ve temiz enerji elde etmek amacıyla kablosuz elektrik aktarımı konusunda çalışmalar yapmaktadırlar. Belki bu fikir biraz uçuk kaçık gelebilir ancak bu fikir çokta yeni bir fikir değildir. İlk defa Nicola Tesla tarafından 1800 lerin sonunda ortaya atılmıştır ve bunu Colorado Nehrindeki meşhur deneyinde ampülleri kablosuz olarak yakarak gerçekleştirmiştir.
Teslanın bu deneyi gerçekten çok etkileyicidir ancak kablosuz elektrik aktarımı için pratik bir metod değildir. Bu yüzden bilim adamları uzun mesafelerde kablosuz elektrik aktarımı için birçok yöntemler geliştirmişler ve bu konu üzerinde çalışmaya devam etmektedirler. Bunlardan bazıları sadece teori veya prototip aşamasında kalmıştır bazıları ise kullanıma geçebilmiştir. Eğer elektrikli bir diş fırçanız varsa bu yöntemi hergün zaten kullanıyorsunuz demektir.
Diş fırçası hergün suyla temas etmektedir. Suyla olan bu temas klasik şarj ünitelerini potansiyel olarak tehlikeli kılmaktadır. Ayrıca geleneksel elektrik bağlantıları suyla temas ettiğinde zarar görecektir. Bu yüzden birçok diş fırçası indüktif kuplaj yöntemiyle şarj edilir.
Bir telden akım geçtiğinde tel etrafında dairesel bir magnetik alan oluşturur. Eğer bu tel bir bobine dolanırsa oluşan manyetik alan güçlendirilip büyüyecektir.
Eğer oluşturulan manyetik alanın içinde ikinci bir bobin yerleştirilirse bu alan ikinci bobinde bir elektrik akımı oluşmasını sağlayacaktır. Bu yöntem diş fırçalarının şarj olma yöntemi dışında aynı zamanda transformatörlerin de çalışma yöntemidir. Üç temel adımı vardır :
Eğer oluşturulan manyetik alanın içinde ikinci bir bobin yerleştirilirse bu alan ikinci bobinde bir elektrik akımı oluşmasını sağlayacaktır. Bu yöntem diş fırçalarının şarj olma yöntemi dışında aynı zamanda transformatörlerin de çalışma yöntemidir. Üç temel adımı vardır :
1- Prizden gelen akım şarj ünitesi içindeki bobinin içinden akar. Transformatörde bu bobine primer sargı denir.
2- Diş fırçasını şarj ünitesine yerleştirdiğinizde manyetik alan diğer bobin üzerinde bir akım indükler. Bataryaya bağlı bu diğer bobine ise sekonder sargı denir.
3- İndüklenen bu akım bataryaları yeniden şarj eder.
2- Diş fırçasını şarj ünitesine yerleştirdiğinizde manyetik alan diğer bobin üzerinde bir akım indükler. Bataryaya bağlı bu diğer bobine ise sekonder sargı denir.
3- İndüklenen bu akım bataryaları yeniden şarj eder.
Bu yöntem diğer birçok elektrikli cihazın şarj edilmesinde de kullanılabilir.
Rezonans ve Kablosuz Enerji
Ev cihazları göreceli olarak küçük manyetik alanlar oluşturur. Bu yüzden şarj cihazının akım indüklemesi için şarj edilmek istenilen cihaza yakın olması gerekmektedir. Daha geniş ve kuvvetli bir manyetik alan daha uzak bir mesafeye ulaşabilir ancak bu çok verimsiz bir yöntem olacaktır. Manyetik alan her yöne yayıldığı için daha büyük bir manyetik alan oluşturmak enerjinin çoğunun kaybedilmesi anlamına gelecektir.
2006 kasımında MIT araştırmacıları bir kaç metre içindeki bobinler arası güç aktarımı için verimli bir yol bulduklarını açıklamışlardır. Bobinler arasındaki mesafeyi eşitliğe rezonansı da katarak arttırabileceklerini teori haline getirmişlerdir.
Rezonans ve Kablosuz Enerji
Ev cihazları göreceli olarak küçük manyetik alanlar oluşturur. Bu yüzden şarj cihazının akım indüklemesi için şarj edilmek istenilen cihaza yakın olması gerekmektedir. Daha geniş ve kuvvetli bir manyetik alan daha uzak bir mesafeye ulaşabilir ancak bu çok verimsiz bir yöntem olacaktır. Manyetik alan her yöne yayıldığı için daha büyük bir manyetik alan oluşturmak enerjinin çoğunun kaybedilmesi anlamına gelecektir.
2006 kasımında MIT araştırmacıları bir kaç metre içindeki bobinler arası güç aktarımı için verimli bir yol bulduklarını açıklamışlardır. Bobinler arasındaki mesafeyi eşitliğe rezonansı da katarak arttırabileceklerini teori haline getirmişlerdir.
Kablosuz Elektrik Aktarımı
Rezonansı daha iyi anlamak için bir ses terimi olarak düşünmek daha yararlı olacaktır. Bir nesnenin fiziksel yapısı doğal titreşimdeki frekansını belirler. Örn. trampetin şekli ve boyutu gibi. Doğal titreşimdeki bu frekansa rezonans frekansı denir. Cisimleri kendi rezonans frekanslarında titreştirmek kolaydır ancak başka frekanslarda titreştirmek çok zordur. Bir trampet çalınmaya başlandığında yanındaki trampetin titremeye başlamasının sebebi aynı rezonans frekansına sahip olmalarıdır.
Rezonansı daha iyi anlamak için bir ses terimi olarak düşünmek daha yararlı olacaktır. Bir nesnenin fiziksel yapısı doğal titreşimdeki frekansını belirler. Örn. trampetin şekli ve boyutu gibi. Doğal titreşimdeki bu frekansa rezonans frekansı denir. Cisimleri kendi rezonans frekanslarında titreştirmek kolaydır ancak başka frekanslarda titreştirmek çok zordur. Bir trampet çalınmaya başlandığında yanındaki trampetin titremeye başlamasının sebebi aynı rezonans frekansına sahip olmalarıdır.
MIT araştırmacıları eğer bobindeki elektromanyetik alan aynı frekansta rezonans yaparsa iki bobin arasındaki mesafenin biraz açılabileceğini göstermişlerdir. Bu teoride indüktör olarak eğimli bir bobin kullanılır. Bobinin her iki ucunda şarj tutabilecek kapasitans plakaları vardır. Elektrik bobinde hareket etmeye başlayınca bobinde rezonansa başlar. Bobinin rezonansı bobinin indüktansı ve plakaların kapasitansı sonucu üretilir.
Elektrikli diş fırçalarında olduğu gibi bu sistemde iki bobin üzerine temellenmiştir. Elektrik aynı rezonansa sahip iki bobin arasında elektromanyetik dalga olarak hareket eder.
Eğer iki bobin farklı frekanstaysa veya aralarında mesafe çok fazlaysa herhangi bir etki olmayacaktır. Ancak iki bobinin rezonans frekansı aynı ve birbirlerinin menzilleri içindelerse iki bobin arasında enerji iletimi olacaktır. Teoriye bağlı olarak bir bobin aynı rezonans frekansına sahip birden fazla bobine elektrik gönderebilir.
Uzun Mesafeli Kablosuz Elektrik Aktarımı
İndüksiyon tabanlı elektrik aktarımı nispeten kısa mesafelerde mümkündür. Ancak bazı durumlarda çok uzak mesafelere elektrik aktarımı gerekebilir.
1980′ li yıllarda Kanada Haberleşme Araştırma Merkezi küçük insansız bir uçak geliştirmiştir. Bu uçak noktadan noktaya uçmak yerine çok yüksek irtifada ( 21 km ) yaklaşık 2 km çapa sahip bir daire etrafında dönerek hareket eder. Dahada önemlisi bu uçak bir ay kadar gökyüzünde kalabilir.
1980′ li yıllarda Kanada Haberleşme Araştırma Merkezi küçük insansız bir uçak geliştirmiştir. Bu uçak noktadan noktaya uçmak yerine çok yüksek irtifada ( 21 km ) yaklaşık 2 km çapa sahip bir daire etrafında dönerek hareket eder. Dahada önemlisi bu uçak bir ay kadar gökyüzünde kalabilir.
Bu uçağın bu kadar uzun süre gökyüzünde kalabilmesi yeryüzünde bulunan mikrodalga vericidir. Yeryüzünden uçağın uçma rotasını kapsayan mikrodalgalar gönderilir. Bu mikrodalga uçağın arkasında bulunan disk şeklindeki düzeltici antene bağlıdır. Bu anten mikrodalga enerjisini DC elektriğe çevirir, böylece ihtiyacı olan enerji sağlamış olur.
Doğrultucu anten birçok kablosuz elektrik aktırımı teorisinin merkezinde bulunmaktadır. Genelde iki kutba sahip dipol anten dizilerinden yapılır. Bu antenler yarı iletken diotlara bağlıdır.
1- Elektromanyetik spektruma ait mikrodalga dipol antene ulaşır.
2- Anten mikrodalga enerjisini toplar ve diotlara iletir.
3- Diotlar elektronların sadece bir yönde akmasını sağlayan bir anahtar görevi görür ve böylece elektronların antenin elektronik devresine ulaşmasını sağlar.
4- Elektronik devre elektronları sistemde ihtiyacı olan yerlere gönderir.
Diğer uzak mesafeli elektrik aktarım uygulamaları da doğrultucu anten üzerine temellendirilmiştir. Bunlarda projelerden biri ayda kurulacak solar enerj santralidir. Solar panellerden elde edilen elektrik enerjisi mikrodalga sinyallere dönüştürülerek yeryüzüne gönderilir. Yeryüzünde onbinlerce noktaya koyulan doğrultucu antenler ile bu mikrodalga enerjisi elektriğe dönüştürülebilecektir.
1- Elektromanyetik spektruma ait mikrodalga dipol antene ulaşır.
2- Anten mikrodalga enerjisini toplar ve diotlara iletir.
3- Diotlar elektronların sadece bir yönde akmasını sağlayan bir anahtar görevi görür ve böylece elektronların antenin elektronik devresine ulaşmasını sağlar.
4- Elektronik devre elektronları sistemde ihtiyacı olan yerlere gönderir.
Diğer uzak mesafeli elektrik aktarım uygulamaları da doğrultucu anten üzerine temellendirilmiştir. Bunlarda projelerden biri ayda kurulacak solar enerj santralidir. Solar panellerden elde edilen elektrik enerjisi mikrodalga sinyallere dönüştürülerek yeryüzüne gönderilir. Yeryüzünde onbinlerce noktaya koyulan doğrultucu antenler ile bu mikrodalga enerjisi elektriğe dönüştürülebilecektir.
Mikrodalgalar atmosferi çok kolay bir şekilde geçebilir böylece doğrultucu antenler mikrodalgayı elektriğe verimli bir şekilde çevirebilecektir. Bunların yanında bu sistemin bazı zayıf yönleri de vardır.
- Aydaki güneş enerji istasyonu bakım ve onarım isteyecektir. Yani ayda insanlı bir üs kurulması gerekmektedir.
- Belli bir zamanda dünyanın sadece bir kısmı ayı direkt olarak görecektir. Ancak dünyanın her yanında enerji ihtiyacı vardır. Bu yüzden bir uydular ağı mikrodalgaları ihtiyaca göre yönlendirmesi gerekir.
- Risk çok az olsada bazı insanlar uzaydan gelen bir mikrodalga yağmurunun altında kalmak istemeyebilir.
- Aydaki güneş enerji istasyonu bakım ve onarım isteyecektir. Yani ayda insanlı bir üs kurulması gerekmektedir.
- Belli bir zamanda dünyanın sadece bir kısmı ayı direkt olarak görecektir. Ancak dünyanın her yanında enerji ihtiyacı vardır. Bu yüzden bir uydular ağı mikrodalgaları ihtiyaca göre yönlendirmesi gerekir.
- Risk çok az olsada bazı insanlar uzaydan gelen bir mikrodalga yağmurunun altında kalmak istemeyebilir.
