Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:40 • sest 21:16 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 15:13 • Sest 05:59 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Er hægt að flytja rafmagn án þess að hafa rafmagnslínu?

Guðmundur Kári Stefánsson

Hugmyndin um þráðlaust rafmagn hljómar eflaust heldur nýstárleg en hún er eldri en marga gæti grunað. Upphaf þráðlausu raftækninnar má rekja til tilrauna uppfinningamannsins Nikola Tesla í lok 19. aldar. Tesla hafði háleitar hugmyndir og stefndi fljótt að því að smíða kerfi sem myndi miðla þráðlausu rafmagni til alls mannkyns. Hann nýtti rafmagn til að kveikja þráðlaust á ljósaperum á mjög tilkomumikinn hátt. Tesla var Evrópumaður en starfaði löngum í Bandaríkjunum. Hugmyndir hans voru góðar en samstarf hans við fjárfesta gekk ekki sem skyldi og missti hann fljótt stuðning þeirra.


Tesla-spóla skýtur neistum. Myndin er tvílýst. Tesla sat ekki hjá spólunni þegar hún var í gangi.

Tæknin hefur tekið stakkaskiptum frá tilraunum Tesla. Daglega notum við þráðlaus raftæki og þá einkum til upplýsingamiðlunar, þar mætti nefna útvarp, síma og tölvur. Útvarp nemur frá sendi ákveðnar rafsegulbylgjur sem síðan skilgreina hljóðmerki. Nýtni þessa þráðlausa ferlis er ekki mikil enda er upplýsingamiðlun markmiðið. Orkan þarf einungis að vera nóg til að merkið komist skilmerkilega á áfangastað. Greinarmunur er gerður á milli annars vegar rafmagnsflutnings sem notaður er til upplýsingamiðlunar og hins vegar þráðlauss flutnings rafmagns þar sem nýtnin er höfuðatriði.

Í svari Þorsteins Vilhjámssonar við spurningunni: Hvað er rafmagn? kemur fram að orðið rafmagn sé haft um hvers konar fyrirbæri sem tengjast rafhleðslum og hreyfingum þeirra. Til þess að flytja rafmagn á milli tveggja staða án nokkurrar línu standa tvær leiðir til boða. Í fyrra lagi að flytja rafmagnið beint á milli og í seinna lagi með orkuumbreytingu. Fyrri aðferðin er til að mynda notuð í túbuskjám þar sem rafeindum er einfaldlega skotið úr rafeindabyssu að skjánum. Þessi aðferð er á undanhaldi og óhentug til almennrar dreifingar á rafmagni. Í raun er óþarfi að flytja rafeindirnar sjálfar á milli staðanna tveggja, það nægir að flytja orkuna sem býr í rafeindunum á stað A til rafeindanna á stað B með orkuumbreytingu. Margar leiðir eru færar í þessum tilgangi en eru mishentugar eftir aðstæðum.

Spennubreytir (e. transformer) er vel þekkt aðferð til þráðlauss orkuflutnings. Í spennubreyti eru tvær aðskildar straumrásir sem innihalda mismunandi fjölda vafninga. Straumurinn í inntaksvafningum myndar segulmagn sem síðan spanar upp spennu í úttaksvafningunum sem knýr fram rafstraum. Helsti ókostur þessarar aðferðar er að vafningarnir eru oft umvafðir járni og þurfa að liggja þétt upp við hver aðra til að vera hagkvæmir.

Rannsóknarhópur í MIT (Massachusetts Institute of Technology) kveðst hafa fundið aðferð sem byggir á hermu rafsegulbylgna sem gerir kleift að flytja orku til rafmagnsnotkunar þráðlaust yfir nokkra metra. Sendirinn er stilltur á ákveðna eigintíðni sem getur þá hlaðið móttakara eða tæki samstillt honum líkt og tvö samstillt hljóðfæri sem óma við ákveðna eigintíðni. Þessi nýjung gæti séð öllum raftækjum á einu heimili fyrir rafmagni. Enn sem komið er drífur þessi tækni ekki yfir lengri vegalengdir. Örbylgjur má nota til að sjá geimförum fyrir rafmagni eða til að senda rafmagn þráðlaust frá sólaraflstöð á braut um jörðu. Umbreyting rafmagns í leysigeisla sem er síðan breytt aftur í rafmagn með sólarrafhlöðu (e. solar cell) hefur verið notuð til að sjá ómönnuðum flugvélum fyrir rafmagni þráðlaust til flugs svo mánuðum skipti.


Senda mætti rafmagn til geimskutla með hjálp örbylgja.

Við vitum nú að þráðlaus rafmagnsflutningur er mögulegur, spurningin er frekar hvernig sé hægt að framkvæma hann á öruggari og árangursríkari máta. Farið er að bera á ýmsum nýjungum byggðum á þessari tækni. Hún mun eflaust leysa hinar hefðbundnu rafmagnssnúrur af hólmi í framtíðinni og stóru rafmagnsmöstrin munu þá víkja fyrir umhverfisvænni dreifingarleiðum. Bifreiðar framtíðarinnar mætti knýja áfram með þráðlausum rafmótor og rafhlöður gætu heyrt sögunni til. Hinar háleitu hugmyndir Tesla um þráðlaust rafkerfi gætu því orðið að veruleika.

Heimildir:

Myndir:

Höfundur

Guðmundur Kári Stefánsson

nemi í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

25.7.2011

Spyrjandi

Alexander Gunnar, Guttormur Árni Ársælsson, Tómas Sigfússon, Jónas Guðmundsson, f. 1992

Efnisorð

Tilvísun

Guðmundur Kári Stefánsson. „Er hægt að flytja rafmagn án þess að hafa rafmagnslínu?“ Vísindavefurinn, 25. júlí 2011. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=30026.

Guðmundur Kári Stefánsson. (2011, 25. júlí). Er hægt að flytja rafmagn án þess að hafa rafmagnslínu? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=30026

Guðmundur Kári Stefánsson. „Er hægt að flytja rafmagn án þess að hafa rafmagnslínu?“ Vísindavefurinn. 25. júl. 2011. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=30026>.

Chicago | APA | MLA

Tengd svör

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er hægt að flytja rafmagn án þess að hafa rafmagnslínu?
Hugmyndin um þráðlaust rafmagn hljómar eflaust heldur nýstárleg en hún er eldri en marga gæti grunað. Upphaf þráðlausu raftækninnar má rekja til tilrauna uppfinningamannsins Nikola Tesla í lok 19. aldar. Tesla hafði háleitar hugmyndir og stefndi fljótt að því að smíða kerfi sem myndi miðla þráðlausu rafmagni til alls mannkyns. Hann nýtti rafmagn til að kveikja þráðlaust á ljósaperum á mjög tilkomumikinn hátt. Tesla var Evrópumaður en starfaði löngum í Bandaríkjunum. Hugmyndir hans voru góðar en samstarf hans við fjárfesta gekk ekki sem skyldi og missti hann fljótt stuðning þeirra.


Tesla-spóla skýtur neistum. Myndin er tvílýst. Tesla sat ekki hjá spólunni þegar hún var í gangi.

Tæknin hefur tekið stakkaskiptum frá tilraunum Tesla. Daglega notum við þráðlaus raftæki og þá einkum til upplýsingamiðlunar, þar mætti nefna útvarp, síma og tölvur. Útvarp nemur frá sendi ákveðnar rafsegulbylgjur sem síðan skilgreina hljóðmerki. Nýtni þessa þráðlausa ferlis er ekki mikil enda er upplýsingamiðlun markmiðið. Orkan þarf einungis að vera nóg til að merkið komist skilmerkilega á áfangastað. Greinarmunur er gerður á milli annars vegar rafmagnsflutnings sem notaður er til upplýsingamiðlunar og hins vegar þráðlauss flutnings rafmagns þar sem nýtnin er höfuðatriði.

Í svari Þorsteins Vilhjámssonar við spurningunni: Hvað er rafmagn? kemur fram að orðið rafmagn sé haft um hvers konar fyrirbæri sem tengjast rafhleðslum og hreyfingum þeirra. Til þess að flytja rafmagn á milli tveggja staða án nokkurrar línu standa tvær leiðir til boða. Í fyrra lagi að flytja rafmagnið beint á milli og í seinna lagi með orkuumbreytingu. Fyrri aðferðin er til að mynda notuð í túbuskjám þar sem rafeindum er einfaldlega skotið úr rafeindabyssu að skjánum. Þessi aðferð er á undanhaldi og óhentug til almennrar dreifingar á rafmagni. Í raun er óþarfi að flytja rafeindirnar sjálfar á milli staðanna tveggja, það nægir að flytja orkuna sem býr í rafeindunum á stað A til rafeindanna á stað B með orkuumbreytingu. Margar leiðir eru færar í þessum tilgangi en eru mishentugar eftir aðstæðum.

Spennubreytir (e. transformer) er vel þekkt aðferð til þráðlauss orkuflutnings. Í spennubreyti eru tvær aðskildar straumrásir sem innihalda mismunandi fjölda vafninga. Straumurinn í inntaksvafningum myndar segulmagn sem síðan spanar upp spennu í úttaksvafningunum sem knýr fram rafstraum. Helsti ókostur þessarar aðferðar er að vafningarnir eru oft umvafðir járni og þurfa að liggja þétt upp við hver aðra til að vera hagkvæmir.

Rannsóknarhópur í MIT (Massachusetts Institute of Technology) kveðst hafa fundið aðferð sem byggir á hermu rafsegulbylgna sem gerir kleift að flytja orku til rafmagnsnotkunar þráðlaust yfir nokkra metra. Sendirinn er stilltur á ákveðna eigintíðni sem getur þá hlaðið móttakara eða tæki samstillt honum líkt og tvö samstillt hljóðfæri sem óma við ákveðna eigintíðni. Þessi nýjung gæti séð öllum raftækjum á einu heimili fyrir rafmagni. Enn sem komið er drífur þessi tækni ekki yfir lengri vegalengdir. Örbylgjur má nota til að sjá geimförum fyrir rafmagni eða til að senda rafmagn þráðlaust frá sólaraflstöð á braut um jörðu. Umbreyting rafmagns í leysigeisla sem er síðan breytt aftur í rafmagn með sólarrafhlöðu (e. solar cell) hefur verið notuð til að sjá ómönnuðum flugvélum fyrir rafmagni þráðlaust til flugs svo mánuðum skipti.


Senda mætti rafmagn til geimskutla með hjálp örbylgja.

Við vitum nú að þráðlaus rafmagnsflutningur er mögulegur, spurningin er frekar hvernig sé hægt að framkvæma hann á öruggari og árangursríkari máta. Farið er að bera á ýmsum nýjungum byggðum á þessari tækni. Hún mun eflaust leysa hinar hefðbundnu rafmagnssnúrur af hólmi í framtíðinni og stóru rafmagnsmöstrin munu þá víkja fyrir umhverfisvænni dreifingarleiðum. Bifreiðar framtíðarinnar mætti knýja áfram með þráðlausum rafmótor og rafhlöður gætu heyrt sögunni til. Hinar háleitu hugmyndir Tesla um þráðlaust rafkerfi gætu því orðið að veruleika.

Heimildir:

Myndir:...