Портал | Содержание | О нас | Пишите | Новости | Голосование | Топ-лист | Дискуссия Rambler's Top100

TopList Яндекс цитирования

НОВОСТИ
"РУССКОГО ПЕРЕПЛЕТА"

ЛИТЕРАТУРА

Новости русской культуры

Афиша

К читателю

Содержание

Публицистика

"Курск"

Кавказ

Балканы

Проза

Поэзия

Драматургия

Искания и размышления

Критика

Сомнения и споры

Новые книги

У нас в гостях

Издательство

Книжная лавка

Журнальный зал

ОБОЗРЕНИЯ

"Классики и современники"

"Слово о..."

"Тайная история творений"

"Книга писем"

"Кошачий ящик"

"Золотые прииски"

"Сердитые стрелы"

КУЛЬТУРА

Афиша

Новые передвжиники

Фотогалерея

Музыка

"Неизвестные" музеи

Риторика

Русские храмы и монастыри

Видеоархив

ФИЛОСОФИЯ

Современная русская мысль

Искания и размышления

ИСТОРИЯ

История России

История в МГУ

Слово о полку Игореве

Хронология и парахронология

Астрономия и Хронология

Альмагест

Запечатленная Россия

Сталиниана

ФОРУМЫ

Дискуссионный клуб

Научный форум

Форум "Русская идея"

Форум "Курск"

Исторический форум

Детский форум

КЛУБЫ

Пятничные вечера

Клуб любителей творчества Достоевского

Клуб любителей творчества Гайто Газданова

Энциклопедия Андрея Платонова

Мастерская перевода

КОНКУРСЫ

За вклад в русскую культуру публикациями в Интернете

Литературный конкурс

Читательский конкурс

Илья-Премия

ДЕТЯМ

Электронные пампасы

Фантастика

Форум

АРХИВ

Текущий

2003

2002

2001

2000

1999

Фотоархив

Все фотоматериалы


Новости
"Русский переплет" зарегистрирован как СМИ. Свидетельство о регистрации в Министерстве печати РФ: Эл. #77-4362 от
5 февраля 2001 года. При полном или частичном использовании
материалов ссылка на www.pereplet.ru обязательна.

Тип запроса: "И" "Или"

05.04.2018
20:19

Начались испытания российского гиперзвукового прямоточного двигателя

05.04.2018
20:14

Интерференция повысила эффективность беспроводной передачи энергии

    Физики из МФТИ и ИТМО, а также их коллеги из Швеции, Финляндии и США предложили способ, с помощью которого можно повысить эффективность беспроводной передачи энергии на дальние расстояния, и проверили его с помощью численного моделирования и прямых экспериментов. В новом способе на принимающую антенну подается сигнал, параметры которого согласованы с параметрами падающего излучения — в результате сигналы интерферируют, и доля переданной в электрическую цепь энергии растет. Таким образом ученым удалось «настроить» слабо «расстроенные» антенны и практически на порядок увеличить эффективность приема сильно «расстроенных» антенн, которые в обычных условиях поглощают около процента энергии падающей волны. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

    Впервые идею беспроводной зарядки предложил в конце XIX века Никола Тесла — с помощью системы катушек ему удалось зажечь люминесцентную лампу и лампу накаливания, не связанные с генератором проводами и стоящими от него на некотором отдалении. Для этого он использовал принцип электромагнитной индукции. Заключается этот принцип в следующем. Когда через катушку — цилиндр, обмотанный проводом, — пропускают переменный электрический ток, внутри и снаружи от нее возникает магнитное поле, напряженность которого меняется со временем. Если поместить в это магнитное поле вторую катушку, в силу закона Фарадея в ней наведется электрический ток, который можно использовать для питания полезной нагрузки. Подробнее о беспроводной зарядке можно прочитать в нашем материале «На зарядку становись».

    Вообще говоря, беспроводная передача энергии сейчас широко используется, только мы этого не замечаем. Трансформаторы, которые повышают или понижают напряженность электрического тока, состоят именно из таких несвязанных друг с другом катушек. Кроме того, в последнее время технологию, аналогичную технологии Теслы, стали использовать в беспроводных зарядных устройствах — достаточно положить телефон на специальный коврик или поставить электромобиль над зарядной станцией, чтобы аккумулятор устройства начал заряжаться.

    К сожалению, подобный способ беспроводной передачи энергии имеет ряд серьезных недостатков, самый главный из которых — низкое дальнодействие. Дело в том, что напряженность переменного магнитного поля, создаваемого катушкой, падает обратно пропорционально расстоянию до нее, а потому вторая катушка должна стоять достаточно близко, чтобы в ней навелся сколько-нибудь заметный электрический ток. Именно поэтому в трансформаторах используют специальные сердечники (магнитопроводы), чтобы предотвратить рассеивание магнитного потока. По той же причине дальность беспроводной зарядки не превышает трех-пяти сантиметров, и телефон нужно класть на специальный коврик. Конечно, «дальнобойность» можно повысить, если увеличить размеры одной из катушек или силу пропускаемого через нее тока — однако здесь выходит на первый план другая проблема, связанная с вредным воздействием мощного электромагнитного поля на человека. Большинство стран устанавливает допустимые границы мощности — например, в России плотность излучения сотовых станций ограничена десятью микроваттами на квадратный сантиметр.

    К счастью, существуют альтернативные способы беспроводной передачи энергии. Для ограничения области распространения излучения в таких способах используются специально сконструированные антенны, одна из которых направленно излучает электромагнитные волны, а вторая поглощает и передает их энергию в электрическую цепь. Очевидно, что существенно улучшить излучающую антенну нельзя, поскольку ее работа сводится только к генерации волн. А вот простор для улучшений принимающей антенны гораздо шире. Основная проблема этого способа заключается в том, что принимающая антенна не поглощает все падающее на нее излучение полностью, а также частично отражает его обратно.

    Антенну в общем случае можно описать двумя параметрами — характерным временем переизлучения свободных электромагнитных волн обратно в пространство τF и характерным временем передачи энергии в электрическую цепь τw. Характерное время — это время, в течение которого амплитуда волны уменьшается в заданное число раз (обычно в качестве меры выбирают основание натурального логарифма e). В зависимости от соотношения между этими временами доля «выкачанной» из падающей волны энергии будет различной, достигая максимума при условии τF = τw. Если время τF меньше времени τw, антенна слишком быстро начинает переизлучать, а в обратном случае она слишком медленно воспринимает падающее излучение. Это равенство называется условием согласования (conjugate matching condition). Обычно антенны стараются изготовить так, чтобы оно выполнялось, но абсолютной точности достигнуть сложно. Кроме того, изначально настроенная антенна может легко «расстроиться» из-за изменении температуры, переотражений сигнала от рельефа и других внешних факторов. Наконец, доля поглощенной энергии зависит от частоты падающей волны — эффективнее всего поглощение происходит на резонансной частоте антенны, а в целом энергетический спектр описывается распределением Лоренца.

    Однако подобные рассуждения работают только в том случае, если принимающая антенна пассивна. Если же на нее будет подаваться дополнительный сигнал, амплитуда и фаза которого согласованы с амплитудой и фазой падающей волны, волны станут интерферировать, и доля «выкачанной» энергии может измениться. Именно такую конфигурацию рассмотрела в своей работе группа ученых под руководством Андреа Алу (Andrea Alù) из Техасского университета в Остине.

    Прежде чем перейти к экспериментальной реализации предложенной схемы, физики теоретически оценили, насколько заметного усиления можно добиться с ее помощью по сравнению с пассивной антенной. Оказалось, что в случае выполнения условия согласования новая схема не позволяет получить какой-либо прирост переданной энергии — антенна и так уже достаточно хорошо настроена. Однако в случае «расстроенных» антенн, для которых времена τF и τw отличаются в несколько раз, дополнительный сигнал начинает оказывать заметное влияние. В зависимости от его фазы и амплитуды энергетический баланс схемы Σ (то есть разность между полученной и затраченной энергией) может превысить энергетический баланс пассивной антенны в несколько раз и дотянуть до энергий, воспринимаемых «настроенной» антенной.

    Чтобы подтвердить теоретические расчеты, ученые численно смоделировали пассивную дипольную антенну длиной около пяти сантиметров, соединенную коаксиальным кабелем с источником напряжения, и направили на нее электромагнитное излучение с частотой около 1,36 гигагерц. Рассчитанная в такой схеме зависимость энергетического баланса от фазы и амплитуды подаваемого на антенну сигнала в целом воспроизводила теоретические оценки. В среднем максимальная величина баланса составляла около пяти милливатт при мощности сигнала от десяти до ста милливатт и достигалась в том случае, если относительная фаза между сигналом и падающей волной равнялась нулю. Ученые объясняют это тем, что при подаче на антенну такого сигнала ее эффективная апертура (то есть собирающая способность) увеличивается, и доля поглощенной энергии растет. Качественно увеличение апертуры можно увидеть, если посмотреть на величину вектора Пойнтинга вокруг антенны (этот вектор описывает направление и величину потока энергии электромагнитной волны).

    Наконец, помимо численных расчетов физики поставили прямой эксперимент с двумя коаксиальными адаптерами, которые работали в качестве микроволновых антенн и находились друг от друга на отдалении около десяти сантиметров. Один из адаптеров излучал волны с энергией около одного милливатта, а второй пытался принять их и передать по коаксиальному кабелю к полезной нагрузке. На частотах более восьми гигагерц адаптеры работали как «настроенные» антенны и передавали энергию практически без потерь. Однако на меньших частотах доля отраженного излучения резко увеличивалась, и адаптеры больше напоминали «расстроенные» антенны. В этом случае с помощью дополнительных сигналов исследователям удалось увеличить долю переданной энергии с нуля до пяти процентов.

    Стоит заметить, что предложенный учеными способ тоже несовершенен — чтобы повысить эффективность сильно «расстроенных» антенн, к ним нужно прикладывать сигнал с довольно большой амплитудой, мощность которого превышает мощность поглощенного излучения. Например, в эксперименте для получения мощности около 0,05 милливатт требовалось направить на антенну сигнал с мощностью более 0,1 милливатта. Впрочем, в случае слабо «расстроенных» антенн (которые обычно встречаются на практике) это не так, и новый способ позволяет сравнительно легко довести эффективности передачи до единицы. Кроме того, направленный на антенну сигнал не теряется, а частично отражается и снова возвращается в электрическую цепь.

    В феврале этого года инженеры из Вашингтонского университета разработали беспроводную зарядку, которая может передавать энергию через лазерный луч и заряжать устройства на расстоянии нескольких метров. В построенном ими устройстве используется лазер четвертого класса опасности, а потому для защиты окружающих людей разработчики снабдили его системой безопасности, которая отключает лазер при приближении к нему людей.

    По информации https://nplus1.ru/news/2018/04/05/wireless-energy

    Обозрение "Terra & Comp".

Выскажите свое мнение на:

05.04.2018
20:07

Гидрогель помог солнечному свету опреснить воду

05.04.2018
20:00

Одинокую нейтронную звезду со слабым магнитным полем впервые нашли за пределами Млечного Пути

05.04.2018
19:56

Получены образцы новых сверхтвердых материалов

05.04.2018
19:50

NASA заказало постройку «тихого» сверхзвукового самолета

05.04.2018
19:47

Физики разработали геометрическую модель летнего таяния арктического льда

05.04.2018
19:43

Физики смоделировали столкновение двух сферических наночастиц в вакууме

05.04.2018
19:37

Новый способ транспортировки газа из районов мерзлоты

05.04.2018
19:34

Почти половина научных статей российских ученых написана в Москве

05.04.2018
19:32

В Млечном Пути нашли «город» черных дыр

05.04.2018
19:27

Назван срок уничтожения Вселенной «частицей бога»

05.04.2018
08:02

Конструктор рассказал о российском супердвигателе будущего

04.04.2018
19:16

Программное обеспечение для астрофизиков поможет выследить ночных животных

04.04.2018
19:14

Астрономы построили карту молодой Вселенной и нашли четыре тысячи новых галактик

04.04.2018
19:07

Профессор МГУ с зарубежными коллегами измерил характеристики сверхкоротких рентгеновских импульсов

04.04.2018
19:01

Мозговой штурм

04.04.2018
18:51

Ученые изобрели материал, который невидим для инфракрасных датчиков

04.04.2018
18:32

Ученые нашли «биокомпас» в птичьих глазах

04.04.2018
18:29

Лучшие научные проекты выиграли гранты на 18,5 млрд рублей

<< 651|652|653|654|655|656|657|658|659|660 >>

НАУКА

Новости

Научный форум

Почему молчит Вселенная?

Парниковая катастрофа

Хронология и парахронология

История и астрономия

Альмагест

Наука и культура

2000-2002
Научно-популярный журнал Урания в русском переплете
(1999-200)

Космические новости

Энциклопедия космонавтика

Энциклопедия "Естествознание"

Журнальный зал

Физматлит

News of Russian Science and Technology

Научные семинары

НАУЧНЫЕ ОБОЗРЕНИЯ

"Физические явления на небесах"

"TERRA & Comp"

"Неизбежность странного микромира"

"Биология и жизнь"

ОБРАЗОВАНИЕ

Открытое письмо министру образования

Антиреформа

Соросовский образовательный журнал

Биология

Науки о Земле

Математика и Механика

Технология

Физика

Химия

Русская литература

Научная лаборатория школьников

КОНКУРСЫ

Лучшие молодые
ученые России

Для молодых биологов

БИБЛИОТЕКИ

Библиотека Хроноса

Научпоп

РАДИО

Читают и поют авторы РП

ОТДЫХ

Музеи

Игры

Песни русского застолья

Народное

Смешное

О НАС

Редколлегия

Авторам

О журнале

Как читать журнал

Пишут о нас

Тираж

РЕСУРСЫ

Поиск

Проекты

Посещаемость

Журналы

Русские писатели и поэты

Избранное

Библиотеки

Фотоархив

ИНТЕРНЕТ

Топ-лист "Русского переплета"

Баннерная сеть

Наши баннеры

НОВОСТИ

Все

Новости русской культуры

Новости науки

Космические новости

Афиша

The best of Russian Science and Technology

 

 


Если Вы хотите стать нашим корреспондентом напишите lipunov@sai.msu.ru

 

Редколлегия | О журнале | Авторам | Архив | Ссылки | Статистика | Дискуссия

Галерея "Новые Передвижники"
Пишите

© 1999, 2000 "Русский переплет"
Дизайн - Алексей Комаров

Русский Переплет
Rambler's Top100 TopList