ENERGIJA

Pripremio: N.Arsenijević

Bežični prenos struje

Prenos energije pomoću zračenja, mada odgovarajući za prenos informacija, ima niz nedostataka. Naime efikasnost prenosa energije je vrlo mala ako je zračenje u svim pravcima (omni direkcionalno), dok prenos u jednom pravcu zahteva neprekinut pravolinijski sistem i komplikovani mehanizam za praćenje. Mogućnost realizacije bežičnog prenosa električne energije dovela bi do toga da se konačno oslobodimo nepotrebnih kablova i sa njima povezanim snopovima žica koji prave priličan haos u svakom prostoru. U bliskoj budućnosti biće moguće korišćenje mobilnih telefona, kućnih robota, mp3 plejera, laptop računara i ostale prenosne elektronike koja se napaja bežičnim putem. Neki od navedenih uređaja mogu se već sada napajati, odnosno dopunjavati električnom energijom bez korišćenja električnih vodova.

Teslin rad je bio impresivan (njegov patent za bežični prenos električne energije datira iz 1914. godine!), ali tada nije doveo do široke upotrebe kao metod za bežični prenos energije. Od tada, istraživači su razvili više tehnika za prenos električne energije na znatne razdaljine - bez korišćenja žica. Neki od tih metoda su samo teorije ili postoje samo prototipovi, dok su neki već u upotrebi. Primer za drugonavedeno je električna četkica za zube. Svakodnevno korišćenje dovodi četkicu u dodir sa vodom, što tradicionalni metod korišćenja punjača na struju čini opasnim. Obična električna veza može da dovede do prodora vode u unutrašnjost, a to rezultuje oštećenjem komponenti u uređaju. Zato se one najčešće pune preko induktivne sprege.

Ova sprega koristi magnetno polje koje se javlja uvek kada struja protiče kroz provodnik. Svaki put kada struja prolazi kroz provodnik, stvara se kružno magnetno polje oko provodnika. Ako se provodnik savije u obliku kalema, dolazi do pojačanja magnetnog polja. Što je više navoja u kalemu, stvara se jače magnetno polje. Ako se postavi drugi kalem u magnetno polje koje proizvodi prvi kalem, to polje indukuje struju. Na tom principu rade transformatori a na taj način se i puni električna četkica.

Do dopunjavanja dolazi na sledeći način: struja iz električne utičnice u zidu protiče kroz kalem koji se nalazi unutar punjača, što proizvodi magnetno polje u primaru transformatora. Zatim, kada se četkica postavi na punjač, ovo polje indukuje struju u drugom kalemu, odnosno sekundaru. Sekundar je povezan sa baterijom. Ova struja puni bateriju. Isti princip se može koristiti za punjenje nekoliko uređaja istovremeno.

Aviona-jedrilice bez posade sa udgađenom tzv. ispravljačkom antenom u obliku diska

Novije teorije za prenos električne energije koriste isti princip prilikom prenosa energije na veće razdaljine. U tu svrhu se koristi princip rezonance. Kućni uređaji proizvode relativno slaba magnetna polja i iz tog razloga punjači drže uređaje na udaljenostima koje su takve da mogu da indukuju struju - što je moguće ostvariti samo pod uslovom da su kalemovi dovoljno blizu. Jača magnetna polja mogu da izazovu indukciju struje na većim udaljenostima, ali je ovaj postupak neefikasan. Magnetno polje se prostire podjednako u svim pravcima tako da je stvaranje jačeg polja, u osnovi, rasipanje velike količine energije. Istraživači su zato koristili metod rezonance, kako bi mogli da prenose električnu energiju efikasnije i na veće daljine. To se postiže ako elektromagnetno polje u okolini kalemova rezonuje na istoj učestanosti.

Koristi se savijen kalem kao provodnik struje. Na krajeve ovakvog kalema vezana je kapacitivna ploča (koja može da drži naeelektrisanje) koja se povezuje na krajeve kalema. Kada struja protiče kroz kalem, kalem stupa u rezonancu. Rezonantna učestanost je proizvod induktivnosti kalema i kapacitivnosti ploča. Kao i kod ekektrične četkice, sistem se oslanja na dva kalema. Elektricitet koji se prenosi preko elektromagnetnog polja prostire se od prvog kalema ka drugom kada ovi imaju istu rezonantnu učestanost. Sve dok su kalemovi izvan međusobnog domašaja, ništa se ne dešava pošto su magnetna polja oko kalemova nedovoljno snažna da mogu uticati jedno na drugo. Ako kalemovi imaju različite rezonantne učestanosti, opet se ništa ne dešava. Međutim, ako dva rezonantna kalema imaju istu učestanost rezonancije i ako se međusobno nalaze na odstojanju od nekoliko metara, postojaće prenos energije od emitujućeg kalema ka prijemnom kalemu. Jedan kalem može da šalje energiju ka više prijemnih kalemova sve dok svi oni poseduju istu učestanost rezonancije. Ova pojava se naziva „prenos energije bez zračenja“ zato što se ovde, u stvari, radi o stacionarnim poljima oko kalemova umesto elektromagnetnih polja, koja se prostiru u svim pravcima. Prvi rezultati ukazuju na to da ova vrsta prenosa energije može da napaja ili da dopunjava energijom sve uređaje koji se nalaze u prostoriji. Na slici je šematski prikazano kako se ovo može ostvariti..

U slučajevima većih odstojanja, potrebne su neke izmene kako bi se izvršio prenos energije na veća razdaljine, na primer u okviru neke zgrade. Koristeći već opisani postupak, bilo je moguće da se upale sijalice koje su se nalazile na rastojanju od 2 m.

Postoje i druge teorije bežičnog prenosa energije, koje nude mogućnost prenosa na mnogo veće udaljenosti. Bez obzira da li se koristi rezonanca ili ne, postupak indukcije šalje energiju na mala odstojanja - mada ima i planova kojima se nudi prenos na rastojanja od nekoliko kilometara. Neki predlozi idu i do toga da se prenos energije može vršiti iz svemira prema Zemlji. Od tih metoda može se izdvojiti kao interesantan već ostvareni projekat aviona-jedrilice bez posade koja je mogla da leti mesecima po putanji u obliku kruga prečnika 2 km, na visini od 21 km - i to bez goriva za let. Sa zemlje, veliki mikrotalasni odašiljač šalje mikrotalase avionu na kojem je ugrađena tzv. ispravljačka antena u obliku diska (engl. rectifying antenna ili, skraćeno: rectenna). Ova antena pretvara mikrotalasnu energiju odašiljača u jednosmernu električnu struju. Antena se nalazi odmah iza krila jedrilice, kao što je prikazano na slici.

Ova vrsta antene ima posebno mesto u mnogim projektima za bežični prenos energije. Antene se sastoji od niza minijaturnih antena koje imaju pozitivne i negativne polove (tzv.dipol antene). Ove antene su povezane na ispravljačke poluprovodničke diode, koje vrše ispravljanje i preko kojih se dobija jednosmerni napon za funkcionisanje svih uređaja na letelici.

Futuristički zvuči projekat dobijanja energije pomoću mikrotalasa koji emituju energiju sa solarnih stanica koje se nalaze na Mesecu. Desetine hiljada prijemnika na Zemlji primaju ovu energiju i rectantene je mogu pretvoriti u elektricitet. Mikrotalasi lako prolaze kroz atmosferu i rectantene transformišu mikrotalase u struju. Ove antene mogu da budu napravljene u obliku mrežastih konstrukcija i tako omoguće da sunce i kiša mogu da prodru do tla, što bi imalo manji uticaj na izgled okoline. Time bi bio omogućen čist izvor energije. Naravno, ovo je samo teorijska mogućnost.

Postoje i nedostaci ovakvog projekta. Prvo, solarne stanice na Mesecu bi zahtevale održavanje i kontrolu, što drugim rečima znači stalne ljudske posade na Mesecu. Zatim, samo deo Zemlje ima direktnu vidljivost sa Mesecom, u nekom trenutku. Da bi se omogućilo da cela zemaljska kugla ima stalan izvor energije, potrebno je imati mrežu satelita koji bi vršili preusmeravanje mikrotalasne energije. I, najzad, mnogi ljudi bi imali otpor prema ideji da budu stalno pod uticajem mikrotalasa iz svemira, mada je rizik po zdravlje od toga mali.

Sa porastom broja stanovnika, zahtev za povećanom proizvodnjom električne energije može da bude takav da se taj zahtev ne može postići. U tom svetlu tzv. energija bez žica može da postane potreba a ne samo interesantna ideja.

N.Arsenijević