Základní bezdrátový přenos energie: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Zhruba před sto lety založil bláznivý vědec s velkým předstihem svou laboratoř v Colorado Springs. Byla naplněna nejexcentrickější technologií, od masivních transformátorů přes rádiové věže až po jiskřící cívky, které generovaly šrouby elektřiny dlouhé desítky stop. Zřízení laboratoře trvalo měsíce, představovala významnou investici a financoval ji muž, o kterém se nevědělo, že by byl obzvlášť bohatý. Jaký byl ale účel věci? Jednoduše řečeno, šílený vědec měl za cíl vyvinout způsob přenosu elektřiny přímo vzduchem. Průkopnický muž si představoval svět, ve kterém nebudeme potřebovat desítky tisíc mil elektrického vedení, nebudeme potřebovat miliony tun měděného drátu a nebudeme potřebovat drahé transformátory a měřiče výkonu.

Proslulý vynálezce Nikola Tesla byl muž, jehož brilantnost posunula vědu o elektřině a magnetismu o mnoho let dopředu. Lze k němu vysledovat vynálezy, jako je střídavý motor, rádiem řízené stroje a moderní energetická infrastruktura. Navzdory svému hlubokému vlivu se Tesla ve své laboratoři v Coloradu nikdy nepodařilo vyvinout způsob přenosu energie bez kabelů. Nebo pokud ano, bylo to buď nepraktické, nebo mu prostě chyběly prostředky, jak to rozvinout do dospělosti. Jeho vynalézavé dědictví však žije dál, a přestože dnes nemusíme být bez zátěže masivních elektrických sítí, máme technologii, která dokáže vysílat energii na krátké vzdálenosti bez kabelů. Ve skutečnosti je taková technologie snadno dostupná v obchodě s elektronikou ve vašem okolí.

V tomto Instructable budeme navrhovat a stavět vlastní miniaturní bezdrátová zařízení pro přenos energie.

Krok 1: Materiály

Na stavbu tohoto jednoduchého zařízení je potřeba relativně málo materiálů. Jsou uvedeny níže.

1. Zářivkové světlo napájené bateriemi. Ty lze koupit v místním Wal-Martu, Dollar General nebo železářství za pouhých pár dolarů. Každý z nich to zvládne, ale snažte se ze všech sil vybrat ten, ve kterém snadno dosáhnete a vyjmete zářivku z její objímky.

2. Magnetický drát potažený smaltem. K tomuto projektu budete potřebovat několik desítek stop drátu. Čím více jich máte, tím lépe. Navíc je nejlepší použít tenčí drát, protože více drátů zabalených do menšího prostoru bude znamenat větší dosah a účinnost. Můj výběr drátu zde není ideální - mnohem raději bych byl tenčí - ale to bylo vše, co jsem měl při navrhování tohoto projektu po ruce.

3. Náhradní měděný drát. Není to nutné, ale hodně to pomáhá. Pokud náhodou máte krokodýlí klipy (nejlépe čtyři), jste v ještě lepší formě.

4. LED. Kterýkoli LED bude stačit, ale pro tuto aplikaci je jasnější obecně lepší. Na barvě nezáleží, protože napětí dodávané zařízením bude více než dostatečné k osvětlení jakékoli barvy LED. Rezistory nejsou nutné.

5. (Bez obrázku) - Brusný papír, C nebo D článek a zapalovač. Tyto věci nejsou nutné pro úspěch projektu, ale při stavbě různých kusů bezdrátového napájecího zařízení se budou hodit.

Krok 2: Primární cívka

Začněte tím, že vezmete část magnetického drátu (kdekoli od dvaceti do padesáti stop, v závislosti na tloušťce drátu) a navinete jej do cívky. Zde se hodí baterie C nebo D, protože kolem ní můžete drát jednoduše opakovaně omotat. Snažte se, aby vaše cívka byla co nejčistší. Kromě toho zajistěte úplné a důkladné odstranění smaltované izolace na každém konci cívky. To může vyžadovat zapalovač, který vypálí izolaci (jak je znázorněno na obrázku), stejně jako brusný papír, který ji úplně odstraní.

Až budete s cívkou hotovi, vysuňte ji z baterie (nebo ji nechte na čemkoli, čím jste ji omotali; v mém případě jsem použil zbytkovou cívku z předchozího projektu) a svázejte ji páskou nebo páskami. Poslední věc, kterou byste v tomto případě chtěli, je rychle se odvíjející cívka drátu. Pokud se rozmotá, zamotá se, zauzlí a dokonce se může stát nepoužitelným. Abyste tomu zabránili, držte oba vyčnívající konce drátu proti cívce, jak ji zajistíte.

Krok 3: Sekundární cívka

Sekundární cívka, stejně jako primární, může mít libovolnou délku drátu (s výhodou opět delší než 20 stop) a nemusí být stejného typu nebo tloušťky. Nicméně, téměř stejný jako primární cívka, musí být vyroben z magnetického drátu potaženého smaltem, musí mít odstraněnou izolaci z každého konce a měl by mít zhruba stejnou velikost a tvar jako vaše první cívka.

Když dokončíte sekundární cívku, spojte ji a poté k ní připojte LED. Zde se začnou hodit náhradní dráty a/nebo krokosvorky. Měl jsem to štěstí, že jsem měl cívku, která byla dostatečně tenká, že jsem mohl drát omotat kolem vodičů LED, ale kdyby moje cívka byla vyrobena ze silnějšího drátu (jako primární), bylo by nejlepší připojit LED na to pomocí tenčího měděného drátu nebo spon.

Na konci dne nezáleží na tom, která strana LED se připojí ke kterému vývodu cívky, pokud jsou oba konce cívky pevně a bezpečně připojeny ke svorkám žárovky.

Krok 4: Zapojte vše

Pokud jste tak ještě neučinili, vyjměte zářivku z baterie napájeného světla a vyhledejte svorky, které byly dříve připojeny k žárovce. V tomto okamžiku nezapomeňte zařízení vypnout. Proud není dostatečně silný, aby byl smrtelný, ale může vám způsobit docela bolestivý šok, pokud se náhodou dotknete holých vodičů obou svorek současně.

Jakmile najdete terminály, připojte k nim primární cívku a připojte jeden vodič k jednomu terminálu a druhý k druhému terminálu. Ujistěte se, že máte zabezpečené připojení. Aligátorové klipy zde dokážou zázraky, ale pokud náhodou nemáte (jako já), můžete do svorek zaseknout velké šrouby, nebo dokonce můžete na konce cívky připevnit zabalenou hliníkovou fólii a poté je přilepit do spojů. Ať už to děláte jakkoli, jen zajistěte, aby vaše připojení bylo stabilní a stabilní.

Pokud jde o sekundární cívku, nemusíte dělat mnoho, kromě toho, abyste se ujistili, že je bezpečně připojen k LED.

Krok 5: Okruh v akci

Nezbývá nám nic jiného, než to zapálit! Znovu se ujistěte, že všechna vaše připojení jsou dobrá, položte sekundární cívku na primární cívku a otočením spínače zapněte „světlo“. Měli byste vidět, jak vaše LED svítí. Pokud se nerozsvítí, znovu zkontrolujte připojení. Jedná se o poměrně shovívavý projekt, a proto pravděpodobně nebude dlouho trvat, než odstraníte zdroj vašeho problému.

Když experimentujete s obvodem, měli byste si všimnout, že můžete zvednout sekundární cívku z primární cívky a kontrolka LED bude stále svítit. To dokazuje, že energii přenášíte „bezdrátově“. Zkuste mezi dvě cívky zasunout nějaké papíry, knihu nebo jakýkoli jiný nevodivý předmět. Ve většině případů (pokud nemáte opravdu silnou knihu) by LED dioda měla zůstat rozsvícená. Podle mých osobních zkušeností s jinými sestavami tohoto projektu jsem dokázal umístit sekundární cívku až na šest až osm palců od primárního a stále vidím slabou záři vycházející z LED.

Krok 6: Jak to funguje

Toto zařízení je v podstatě to, co bychom nazvali vzduchovým jádrovým transformátorem. Normální transformátory (jako ty na napájecích pólech, ty, které se nacházejí v nabíječkách telefonů atd.) Se skládají ze dvou nebo více cívek drátu omotaných kolem kusu železa. Když je střídavý proud (AC) procházen jednou cívkou, vytváří v žehličce rychle se přepínající magnetické pole, které pak indukuje proud v druhé cívce drátu. To je stejný princip, ze kterého fungují elektrické generátory - že pohybující se magnetické pole způsobí pohyb elektronů v drátu.

Naše zařízení funguje velmi podobným (i když mírně odlišným) způsobem. Jak se ukázalo, každé zářivkové světlo napájené bateriemi má v sobě malý obvod, který odebírá nízkonapěťový stejnosměrný proud (stejnosměrný proud) z baterií a zvyšuje jej na mnohem vyšší napětí, někde v řádu několika stovek voltů. Bez tohoto vysokého napětí by zářivky nemohly fungovat. Aby však bylo možné generovat toto vyšší napětí, musí náš obvod pro zářivkové světlo převádět stálý stejnosměrný výkon z baterie na jinou formu elektřiny známou jako pulzní DC. Pulzní stejnosměrný proud funguje stejně jako střídavá elektřina v transformátoru - „pulsní“povaha proudu v podstatě vytváří magnetické pole v drátu, které se každou sekundu tisíckrát zhroutí a reformuje. Tento pulzující DC umožňuje malému transformátoru zabudovanému v obvodu zvýšit výkon ze šesti nebo dvanácti voltů na několik stovek. Ale vzhledem ke způsobu, jakým funguje napájení, elektřina na terminálech „pulzuje“rychlostí několik tisíckrát za sekundu. Můžeme v podstatě říci, že vysokonapěťová elektřina vycházející ze zařízení „bzučí“.

Když je tento pulzující stejnosměrný proud přiváděn do naší primární cívky, přemění cívku na elektromagnet, který vyzařuje rychle se měnící magnetické pole. Když přibližujeme naši sekundární cívku k primární, generuje se v ní proud v důsledku pulzujícího magnetického pole. Tento proud pak prochází LED, což způsobí jeho rozsvícení. Čím dále od primární cívky se sekundární dostane, tím menší účinek na ni má magnetické pole a tím méně proudu se generuje. Podobně lze tomuto efektu „čelit“přidáním dalšího drátu. Více vodičů znamená více magnetismu v primární cívce a více vodičů v sekundární cívce znamená, že lze zachytit více tohoto magnetického pole.

Z tohoto důvodu můžeme náš projekt nazvat „vzduchovým jádrovým transformátorem“, protože konstruujeme zařízení, které má dvě cívky - primární a sekundární - a pracuje z pulzujících magnetických polí. Na rozdíl od tradičních transformátorů, které využívají železo k „přenosu“magnetického pole z jedné cívky do druhé, naše magnetické pole nemá. Říkáme tedy, že má „vzduchové jádro“. Stručně řečeno, toto malé, jednoduché zařízení je jen jiný pohled na technologii tak běžnou, jako jsou mraky na obloze.

Užijte si bezdrátové zařízení pro přenos energie a děkujeme, že jste si to přečetli!