Я прочитал это с большим удовольствием Тема исследования башни Тесла .
Конечно, авторы поставили очень заманчивую цель: передача энергии без проводов, в планетарном масштабе, — это просто энергетическая мечта.
Анализ, проведенный в теме, глубокий, формулы классика радиотехники, все расчеты верны.
Но после прочтения остается вопрос: если сделать все по авторам, что мы получим? Какими характеристиками передачи энергии будет обладать такая система? Вот цитата из источника:
Откуда нам взять «заземление», к которому подключен генератор для накачки такого резонатора на предыдущем рисунке? .Позволим себе подвергнуть сомнению данное утверждение авторов и провести расчеты в этом направлении.для генератора башня «заземляется» через сопротивление, равное активному сопротивлению башни
Суть заземления заключается в способности земли практически неограниченно накапливать и выделять заряд. Под «безлимитным» следует понимать «очень много», учитывая размеры планеты Земля.
Ниже мы оценим эту «неограниченность», но обо всём по порядку.
Далее везде расчеты проводились с упрощением (сумма вместо корня суммы квадратов, амплитудное значение вместо действующего значения, округление значений).
Такие расчеты следует рассматривать как оценки.
Земля как проводник
Давайте сначала посмотрим на передачу чего-либо электрического — энергии, сигналов — по одному проводу, используя землю в качестве второго проводника:
Будет ли это работать? Будет, и это работает – в качестве подтверждения авторы издания отметили трамваи.
Земля замечательно выполняет роль второго проводника, и сопротивление земли, как справедливо заметили авторы, действительно не зависит от расстояния между втыкаемыми и помещенными в землю электродами.
(Есть даже задача по этой теме на втором курсе физфака).
Побочный эффект такого способа передачи энергии многим известен - если подобрать фазу сети 220 Вольт, и при этом изоляция подошв оставляет желать лучшего - (мокрый пол и т.п.
) , может дать хороший удар током, цепь второго провода замкнута через землю.
Будет ли работать эта конструкция: 
Конечно будет - почему бы и нет, Земля-2 столь же точно играет роль второго проводника.
Следует отметить, что все сказанное авторами о картине распределения потенциалов земли при протекании переменного тока через землю как проводник, скорее всего, имеет место – распределение, стоячие волны и т. д. Чуть короче: играет роль, в каких точках поверхности планет подключать провода приемника.
Подтверждение такого распределения в планетарном масштабе было бы фееричным и очень красивым экспериментом.
Изолированные «земли»
Что предлагают нам авторы? Схематически это можно показать так:
Несмотря на кажущуюся абсурдность такой схемы, в определенных пределах она работоспособна.
Похожий пример - радиосвязь: землей может быть общий провод цепи, тело человека и т. д. Существует множество ситуаций, когда ни земля передатчика, ни земля приемника не соединены с общей землей.
Пример, конечно, не совсем удачный - в радиосвязи энергия передается радиация , мы не рассматриваем такую ситуацию, и это просто иллюстрация того, что «землей» может быть не обязательно поверхность самой планеты, а просто какой-то проводник.
Для иллюстрации способа передачи энергии с помощью башни Теслы можно привести следующий эксперимент: если собрать генератор переменного напряжения достаточных размеров и поднести к генератору любой металлический предмет, то между выходом генератора и этот объект: Аналогичным образом авторы описали механизм передачи энергии: потенциал изолированного металлического объекта относительно бесконечности (да простите, физический факультет.) равен нулю.
Генератор постоянно подзаряжает эту железку, меняя ее потенциал, и между выходом генератора и объектом течет ток.
Высокая частота в похожие конструкции требуется поддерживать ток, достаточный для горения дуги (ток через емкость металлического предмета пропорционален частоте – см.
ниже).
Значит, оно все равно будет работать?
Расчет изолированного грунта и связанных с ним параметров
Передатчик
Ток генератора «течет» до бесконечности через емкость на вершине башни Теслы (которая действует как земля для генератора).Для простоты пусть это будет шар радиусом 1 метр (ни сути, ни порядка величины это не меняет).
Фактически ток «протекает» в проводник, увеличивая его заряд и, как следствие, потенциал.
За один полупериод тока проводник заряжается до одного знака; когда ток меняет знак, он перезаряжается на другой.
Прикинем, до какого напряжения будет заряжен проводник.
Емкость одиночного сферического проводника в вакууме:
C_wire = 4*pi*(Ээлектрическая постоянная)*(радиус шара)Для шара радиусом 1 метр емкость составит примерно 110 пикоФарад. Авторы упомянули ток силой 1 килоампер и частоту 20 килогерц.
Максимальный потенциал сферы радиусом 1 метр составит
Потенциал = заряд / емкость = (ток * время) / емкость = (ток * период полуколебаний) / (емкость)Используя приведенные выше данные, мы находим, что максимальный потенциал верхней части башни Теслы составит примерно 225 миллионов Вольт. Мы не будем рассматривать это как технически достижимую величину в электроэнергетике.
В России есть ЛЭП напряжением 1000 киловольт ( 1150 если быть точным ), то есть миллион Вольт (таких в Украине нет).
Пусть это будет максимальное напряжение на вершине башни (где сферический конь является проводником).
Предположим, что технической сложности в обеспечении изоляции при этом напряжении нет. Тогда ток в цепи генератора составит примерно 4 Ампера.
При напряжении в один миллион вольт это соответствует передаваемой мощности в 4 мегаватта.
Прохладный! Нет, не круто.
Упомянутый выше ЛП напряжением 1150 киловольт имеет пропускную мощность 5500 мегаватт – в 1000 раз больше при том же напряжении.
Так что поднимайте напряжение! Боюсь, некуда - 1000 кВ в электроэнергетике считается сверхвысоким напряжением, что вызывает массу сложностей.
Эта же линия напряжением 1000 кВ в настоящее время эксплуатируется на напряжении 500 кВ.
Но это еще не все проблемы.
Получатель
Сопротивление верхней части башни, то есть системы «шар-бесконечность», на частоте 20 кГц составит R = 1/(2*пи*частота*емкость) = 71 кОм На самом деле это внутреннее сопротивление «линии» передачи энергии с использованием башни Теслы.Подключим к этой «линии» трансформатор напряжением 1000 000 Вольт и внутренним сопротивлением 71 кОм, снижающий напряжение до 220 Вольт. В этом случае внутреннее сопротивление цепи 220 В составит (71000*220)/1000000=15 Ом.
15 Ом в цепи 220 Вольт – это очень много; при включении нагрузки мощностью 1 кВт (ток 5 Ампер, это один маленький утюг, или компьютер+телевизор+освещение) падение напряжения составит 75 Вольт, то есть, по сути, напряжение в сети упадет ниже уровня, когда ее можно будет использовать для электроснабжения.
Таким образом, такой энергоприемник вряд ли сможет обеспечить питание одной квартиры, да и то без мощных потребителей энергии.
Как это возможно, куда уходит энергия? Авторы писали об очень высоком КПД? Это никуда не денется.
Эти сопротивления являются реактивными, но падение напряжения на них будет наблюдаться во всей красе.
А как насчет резонансов? Рассчитаем параметры полученного контура.
Емкость = 110 пикоФарад (см.
выше), частота = 20 кГц (авторы).
Тогда индуктивность должна быть равна 1/((2*пи*частота)(2*пи*частота)*емкость) = 63 Генри.Характеристический импеданс цепи будет равно 750 кОм.
При подключении к такой цепи нагрузки, вносящей в цепь сопротивление 71 кОм (т.е.
если подключить к энергоприемнику одну квартиру - см.
выше), добротность цепи упадет до 10 (примерно), и при подключении 10 квартир добротность упадет до 1, исчезнут резонансные явления и система полностью перестанет работать.
Что значит полностью? По мере падения добротности пропорционально будет падать и выходное напряжение приемника.
То есть без нагрузки - хорошо, с увеличением нагрузки напряжение падает до нуля.
Реальная Земля
В качестве оптимистического финала давайте тоже все посчитаем, но для реального заземления, то есть Башня Теслы - это отдельная планета размером с Землю.Емкость = 700 мкФ.
Максимальное напряжение при токе 1 кА и частоте 20 кГц = 78 Вольт, то есть можно многократно и безопасно повышать рабочее напряжение, тем самым увеличивая передаваемую мощность.
Внутреннее сопротивление системы в цепи высокого напряжения на той же частоте = 0,011 Ом.
Приведенное сопротивление в цепи составляет 220 Вольт = 2 мкОм, что на порядки меньше сопротивления в любых линиях электропитания.
Это настоящее заземление!
Заключение
Перечисленные недостатки такой системы невозможно устранить изменением конструкции, применением специальных материалов и т.п.- это недостатки самого способа передачи энергии (ну, если не сделать башню Теслы по размерам сравнимой, как минимум, с астероидами).
).
Обратите внимание, что была рассчитана по сути идеальная конструкция - без каких-либо потерь, без учета влияния распределений тока/напряжения в планетарном масштабе.
Фактически был произведен расчет идеального генератора и идеального приемника, соединенных на одном конце и каждый со своей землей.
Проблема с передачей энергии с помощью башен Теслы заключается в том, что сама башня является исключительно неэффективной площадкой.
Демонстрация эффектов передачи энергии возможна, но с точки зрения электротехники такая линия передачи, мягко говоря, непрактична: - огромные напряжения на «станциях» — при этом низкая передаваемая мощность - высокое внутреннее сопротивление - низкая грузоподъемность — сильная зависимость напряжения от нагрузки из-за резонансных явлений.
Теги: #Беспроводные технологии #беспроводная передача энергии #беспроводная передача энергии #Башня Тесла
-
Expert Tv Использует Html5 Для Видео
19 Oct, 24 -
Цифровые Мероприятия В Москве С 23 По 29 Мая
19 Oct, 24
