Aujourd'hui, je lisais des informations sur Nikola Tesla (via l'avoine ) et sur la tour Wardenclyffe qui (entre autres choses) était destinée à transmettre de l'électricité sans fil. Pardonnez la naïveté de la question, mais si la technologie capable de transmettre du courant électrique sans fil a été inventée il y a plus de 100 ans, pourquoi n'utilisons-nous pas l'électricité sans fil dans notre vie quotidienne? En d’autres termes, pourquoi devons-nous brancher physiquement nos appareils électriques (téléphones / ordinateurs, etc.) s’il existe une chose telle que l’électricité sans fil? Si c’est une question d’efficacité / de coût, alors j’imagine que certains riches ne s’inquièteront toujours pas de payer un supplément, compte tenu du gaspillage, pour plus de commodité.

S'il vous plaît expliquer en termes simples (bien qu'une réponse simple suffirait).

J'utilise l'électricité sans fil tous les jours.

Dans ma brosse à dents:

Et dans mon téléphone portable:

La méthode utilisée dans mes appareils s'appelle la charge inductive . J'en parle un peu plus dans ma réponse à cette question . C'est la forme la plus courante et la plus pratique de transmission d'énergie sans fil pour le moment. Mais comme beaucoup de commentaires l'ont noté, ceci est considéré comme une transmission en champ proche. Et avec une portée effective de seulement quelques millimètres, il est très proche du champ.

La quantité d’énergie transférée et l’efficacité du transfert peuvent être augmentées un peu (bien que toujours considérées comme des champs proches) en ajoutant un condensateur à chacune des bobines inductrices et en optimisant les réseaux RLC résultants pour obtenir un facteur Q élevé à la sortie. même fréquence (de résonance). Une équipe du MIT a mené des recherches sur l’utilisation de la résonance inductive comme système de transfert de puissance sans fil.

Les chercheurs ont depuis créé une société appelée WiTricity pour développer davantage la technologie. Bien qu'ils n'aient toujours pas apporté de produit sur le marché commercial, ils ont fait des démonstrations impressionnantes :

Le terme WiTricity a été utilisé pour un projet qui a eu lieu au MIT, dirigé par Marin Soljačić en 2007. Les chercheurs du MIT ont démontré avec succès la capacité d’alimenter une ampoule de 60 watts sans fil en utilisant deux bobines de cuivre à 5 tours de 60 cm. ) de diamètre, à 2 m (7 pi) de distance, avec une efficacité d’environ 45%. Les bobines ont été conçues pour résonner ensemble à 9,9 MHz (longueur d'onde 30 m) et ont été orientées le long du même axe. L'un était connecté de manière inductive à une source d'alimentation et l'autre à une ampoule. La configuration a allumé l'ampoule, même lorsque la ligne de mire directe était bloquée à l'aide d'un panneau en bois. Les chercheurs ont pu alimenter une ampoule de 60 watts avec une efficacité d'environ 90% à une distance de 3 pieds. Le projet de recherche a été transformé en une société privée, également appelée WiTricity.

Il est important de noter que la distance entre l'émetteur et le récepteur joue un facteur crucial pour déterminer la quantité d'énergie pouvant être transférée de manière fiable. Comme on peut le voir dans cet article basé sur le projet MIT, la décroissance de la tension en fonction de la distance entre les bobines est exponentielle:

Mais il existe de nombreuses autres méthodes, telles que les micro-ondes et le laser, capables de parcourir des distances beaucoup plus grandes. Cependant, ces méthodes sont très directionnelles et sont donc applicables sur une zone beaucoup plus petite que celle proposée par la tour Wardenclyffe proposée par Tesla, qui serait omnidirectionnelle. Il existe également de nombreux autres facteurs à prendre en compte lors de la mise en œuvre de l'une de ces méthodes:

Four micro onde:

La transmission de puissance via les ondes radioélectriques peut être plus directionnelle, ce qui permet un faisceau de puissance sur une distance plus grande, avec des longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique plus courtes, généralement dans la plage des micro-ondes. Un rectenne peut être utilisé pour convertir l'énergie des micro-ondes en électricité. Des rendements de conversion Rectenna supérieurs à 95% ont été réalisés. Un faisceau de puissance utilisant des hyperfréquences a été proposé pour la transmission de l’énergie des satellites solaires en orbite à la Terre, et le transfert de puissance vers les engins spatiaux sortant de leur orbite a été envisagé.
...
Pour les applications en liaison avec la terre, un réseau de réception de 10 km de diamètre sur une grande surface permet d’utiliser de grandes puissances tout en fonctionnant à la faible densité de puissance suggérée pour la sécurité de l’exposition électromagnétique humaine. Une densité de puissance humaine de 1 mW / cm2 répartie sur une zone de 10 km de diamètre correspond à un niveau de puissance total de 750 mégawatts. C'est le niveau de puissance trouvé dans de nombreuses centrales électriques modernes.
... La
transmission haute puissance sans fil par micro-ondes a fait ses preuves. Des expériences dans les dizaines de kilowatts ont été réalisées à Goldstone en Californie en 1975 et plus récemment (1997) à Grand Bassin à La Réunion. Ces méthodes permettent d’atteindre des distances de l’ordre du kilomètre.

Laser

Les avantages du transfert d'énergie par laser par rapport à d'autres méthodes sans fil sont les suivants:

1. La propagation de front d'onde monochromatique collimatée permet une zone de section transversale de faisceau étroite pour la transmission d'énergie sur de grandes étendues.
2. La taille compacte des diodes à semi-conducteurs lasers-photovoltaïques à semi-conducteurs convient aux petits produits.
3. aucune interférence radio-fréquence avec les communications radio existantes telles que le Wi-Fi et les téléphones cellulaires.
4. contrôle d'accès; seuls les récepteurs éclairés par le laser reçoivent de l'énergie.

Ses inconvénients sont:

1. Le rayonnement laser est dangereux. Même à faible puissance, il peut aveugler les personnes et les animaux. À haute puissance, il peut tuer par chauffage ponctuel localisé.
2. La conversion en lumière, comme avec un laser, est inefficace
3. La reconversion en électricité est inefficace, les cellules photovoltaïques atteignant une efficacité de 40% à 50%. (Notez que le rendement de conversion est plutôt plus élevé avec une lumière monochromatique qu'avec une insolation de panneaux solaires).
4. L'absorption atmosphérique, ainsi que l'absorption et la diffusion par les nuages, le brouillard, la pluie, etc., entraînent des pertes pouvant atteindre 100%.
5. Comme pour les faisceaux hyperfréquences, cette méthode nécessite une ligne de visée directe avec la cible.

Et bien sûr, il y a la méthode de "charge perturbée du sol et de l'air" utilisée par Tesla. En ce qui concerne le système Tesla, il a été fermé parce que les fonds ont été épuisés et que le marché boursier s'est effondré . Quant à savoir pourquoi cela n’a pas été essayé depuis, c’est principalement parce qu’un tel système ne pouvait pas être strictement mesuré. Par conséquent, les compagnies d'électricité ne pouvaient pas facturer à l'utilisation et gagner beaucoup d'argent. Sans un moyen de monétiser la technologie, aucun investissement dans la recherche et le développement ne sera jamais réalisé. C'est la théorie du (complot), de toute façon. Bien qu'il existe de nombreuses autres raisons pour lesquelles cette méthode est irréalisable ou ne fonctionnerait tout simplement pas.

Je ne pouvais pas trouver un article avec des chiffres définitifs sur l'efficacité. Mais je suppose que l'efficacité est la principale raison pour laquelle vous ne voyez pas cette technologie dans un usage plus répandu. Cependant, cela existe, des gens comme moi (lire: pas riche) y ont accès, et cela fonctionne assez bien.

Modifier:

J'ai trouvé une étude de cas réalisée par le Wireless Power Consortium, fabricant du chargeur de qi pour mon téléphone, qui indique ce qui suit (c'est moi qui souligne):

Dans cette section, nous comparons la consommation totale d’énergie sur une période de 5 ans.

Étude de cas:

Efficacité moyenne du système du chargeur sans fil N sys-wireless = 0,50 (50%)

Efficacité moyenne du système de l' adaptateur d'alimentation câblé N câblé par système = 0,72 (72%) Supposons que la puissance de charge moyenne soit de 2W.

Ainsi, la partie câblée de leur système a une efficacité de 72% et la partie sans fil, de 50%. Cela utilise une méthode inductive où les bobines sont espacées de quelques millimètres. Comparez cela à la WiTricity de Joel qui indique une efficacité de 40% sur 2 mètres.

Si vous prenez en compte les coûts supplémentaires associés au circuit supplémentaire et aux composants d'un système sans fil par rapport au coût d'une longueur de fil de cuivre, vous pouvez comprendre pourquoi le transfert d'énergie sans fil longue distance est toujours considéré comme peu pratique pour une utilisation sur le marché de masse.

Si vous émettez une puissance sphérique (égale dans toutes les directions), la puissance reçue à l’autre extrémité sera proportionnelle au pourcentage de la sphère couverte par le récepteur. Plus vous vous éloignez, moins vous capturez d'énergie pour une antenne de même taille, proportionnelle à 1 / r ^ 2. Le reste de l'énergie est gaspillé dans l'espace libre. Ceci est un modèle extrêmement simpliste, bien sûr. Si vous savez où se trouve le récepteur, l’émetteur sera directionnel, vous utiliserez la résonance, etc., mais vous aurez l’idée. L'énergie sans fil ne parvient pas comme par magie dans votre récepteur avec une efficacité de 100%. En plus de cela, vous disposez de circuits de conversion de puissance qui ne sont pas non plus efficaces à 100%.

Si l'envoi et la réception sont espacés de quelques millimètres et que les niveaux de puissance sont faibles, comme dans une brosse à dents ou un dock téléphonique, l'efficacité est tolérable et la perte de puissance ne coûte pas cher. Une brosse à dents ne coûte que quelques centimes par an pour être rechargée. Échanger des coûts d'énergie supplémentaires contre l'imperméabilisation du produit dans un environnement de salle de bain en vaut donc la peine. Un coussin sous votre voiture électrique transmettant des milliers de watts sur un pied de garde au sol coûterait des dizaines de dollars par mois en coût énergétique par rapport au branchement. Essayer de faire fonctionner une sécheuse directement à partir d'une tour de l'entreprise électrique au sommet d'une colline ça ne marcherait tout simplement pas.

Il se peut que l’énergie sans fil ou ambiante devienne populaire pour les plus petits appareils intégrés, tels que les microcontrôleurs à faible consommation d’énergie. Si la consommation d'énergie du microcontrôleur devient suffisamment faible, il peut fonctionner en continu à partir d'un minuscule panneau solaire, d'une bobine de fil comme celle d'un badge RFID, d'un dispositif piézoélectrique, etc. L'énergie pourrait être récupérée grâce aux signaux WiFi, à la chaleur, aux mouvements mécaniques ou à d'autres moyens qui ne sont pas utilisés aujourd'hui, car les niveaux de puissance sont trop faibles pour être utiles. La transmission des données collectées via, par exemple, Bluetooth LE prend beaucoup plus d’énergie que la simple utilisation du microcontrôleur. Par conséquent, les rafales d’émission doivent être courtes et peu fréquentes, avec un stockage d’énergie (condensateur) se remplissant lentement entre les deux. C’est le domaine des microwatts ou peut-être des nanowatts, alors n’oubliez pas de charger votre téléphone cellulaire en continu pendant que vous vous promenez.

Comme Tesla a essayé de ne pas distribuer le courant, c'est parce que cela ne fonctionne pas. C'est fondamentalement une idée stupide parce que:

1. La puissance disponible dans n'importe quel volume fixe diminue avec le cube de la distance de l'émetteur. Disons par exemple que vous pouvez extraire 100 kW d'un mètre cube de 10 mètres de l'émetteur. À 100 mètres, ce serait 100 W. À 200 mètres, 12,5 Watts, ce qui suffit à peine pour alimenter une lumière.

2. Il n'y a aucun moyen de mesurer l'utilisation individuelle, alors comment facturez-vous les gens? Vous ne pouvez pas vous attendre à ce que je paye simplement parce que vous avez construit une tour. Je peux affirmer que je n’ai jamais utilisé ce pouvoir, et vous ne pouvez pas prouver le contraire.

3. Nous ne savons pas vraiment quels sont les effets sur la santé d’une exposition à long terme à des champs électriques très puissants. Pensez-y. Si une ampoule électrique est censée intercepter le pouvoir de ce champ pour s'éclairer d'elle-même, comment votre corps n'est-il pas supposé intercepter du pouvoir?

4. Comment empêchez-vous un objet ordinaire qui possède les propriétés électriques appropriées d'intercepter l'alimentation et de chauffer? Vous devez être très prudent avec tout matériau qui ne soit pas un bon isolant. Vous devez garder à l'esprit sa taille, son orientation et son impédance avec soin pour éviter qu'il ne capte l'alimentation du champ E tout autour. Pensez à tous les objets métalliques que vous prenez pour acquis. Même une canette de soda en aluminium pourrait poser problème.

5. C'est horriblement inefficace, même si cela a fonctionné. Il y aura beaucoup d'objets ordinaires comme dans le n ° 4 ci-dessus. Laissons de côté ce qui arrive à ces objets quand ils interceptent ce pouvoir, mais pensons à l'énorme gaspillage d'énergie du côté du producteur. Chaque branche d'arbre humide, le sol et toutes sortes de choses prendront le pouvoir de ce champ E.

Comme je l'ai dit, c'est une idée stupide, et c'était une idée stupide lorsque Tesla l'a également essayée, comme certaines de ses propres équations auraient dû le lui dire.

Conseil:

Voyons si je comprends bien. Si votre système émet des radiations ou des ondes électromagnétiques, de l’énergie est-elle gaspillée?

Tesla:

Absolument gaspillé. Sur mon circuit, vous pouvez obtenir des ondes électromagnétiques, 90% si vous le souhaitez et 10% de l’énergie actuelle qui traverse la Terre. Ou bien, vous pouvez inverser le processus et obtenir 10% de l'énergie en ondes électromagnétiques et 90% en énergie du courant qui traverse la Terre.

C'est comme ça: j'ai inventé un couteau. Le couteau peut couper avec le tranchant. Je dis à l'homme qui applique mon invention, vous devez couper avec le tranchant. Je sais très bien que vous pouvez couper du beurre avec le bord émoussé, mais mon couteau n’est pas destiné à cela. Vous ne devez pas obliger l’antenne à émettre 90% en ondes électromagnétiques et 10% en ondes de courant, car ces ondes sont perdues lorsque vous parcourez quelques arcs autour de la planète, alors que le courant se déplace à la plus grande distance du globe et peut être récupéré.

Ce point de vue, en passant, est maintenant confirmé. Notez, par exemple, le traité mathématique de Sommerfeld, [*], qui montre que ma théorie est correcte, que j’avais raison dans mes explications sur le phénomène et que la profession était complètement induite en erreur. C'est la raison pour laquelle ces partisans de moi dans les courants à haute fréquence ont commis une erreur. Ils voulaient fabriquer des alternateurs haute fréquence de 200 000 cycles avec l’idée qu’ils produiraient des ondes électromagnétiques, 90% d’ondes électromagnétiques et le reste en énergie. Je n'ai utilisé que de faibles alternances et j'ai produit 90% de l'énergie actuelle et seulement 10% des ondes électromagnétiques, qui sont gaspillées. C'est pourquoi j'ai obtenu mes résultats. . . .

Vous voyez, l'appareil que j'ai conçu était un appareil permettant de produire des différences énormes de potentiel et de courant dans un circuit d'antenne. Ces exigences doivent être remplies, que vous transmettiez par des courants de conduction ou par des ondes électromagnétiques. Vous voulez des courants de potentiel élevés, vous voulez une grande quantité d’énergie vibratoire; mais vous pouvez graduer cette énergie vibratoire. Par une conception et un choix appropriés des longueurs d’onde, vous pouvez les organiser de manière à obtenir, par exemple, 5% de ces ondes électromagnétiques et 95% du courant qui traverse la Terre. C'est ce que je fais. Vous pouvez également obtenir, comme ces radio, 95% de l’énergie des ondes électromagnétiques et seulement 5% de l’énergie du courant. . . . L'appareil convient à l'une ou l'autre méthode. Je ne produis pas de rayonnement avec mon système; Je supprime les ondes électromagnétiques. . . . Dans mon système, vous devriez vous libérer de l'idée qu'il y a un rayonnement, que de l'énergie est rayonnée. Il n'est pas rayonné; il est conservé. . . .

Tesla n'était pas stupide!

:)

J'ai lu quelque part qu'il l'avait arrêté parce qu'il craignait les effets physiques que le système pourrait avoir sur nous. En fin de compte, je pense que s’il disait que cela fonctionnerait, cela fonctionnerait… il faut aller avec le type qui a inventé l’électricité telle que nous l’utilisons à ce jour… et la radio… et les rayons X… Dommage qu'il ne soit pas toujours là, avec les progrès qu'il ferait aujourd'hui!