Беспорол — изобретение Николы Теслы¶

Беспорол (беспроводная передача энергии, wireless power transfer) — технология передачи электрической энергии от источника к приёмнику без использования проводников (металлических проводов, кабелей). В основе лежит создание переменного электромагнитного поля, которое индуцирует ток в удалённом приёмном устройстве. Термин широко использовался в начале XX века, в частности в работах Николы Теслы, и сегодня применяется как синоним беспроводной зарядки и беспроводного питания.

¶История

Идея беспроводной передачи энергии возникла в конце XIX века. В 1888 году немецкий физик Генрих Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн, предсказанных Джеймсом Клерком Максвеллом. Это открытие показало принципиальную возможность передачи энергии через пространство.

Никола Тесла одним из первых осознал практический потенциал явления. В 1891 году он продемонстрировал лампы, светящиеся без проводов в переменном поле высокой частоты. В 1893 году на Всемирной выставке в Чикаго Тесла показал беспроводное зажигание газоразрядных трубок. Вершиной его работ стал проект «Уорденклифф» — башня на острове Лонг-Айленд, построенная в 1901–1902 годах для трансатлантической беспроводной передачи как сигналов, так и энергии. Проект не был завершён из-за недостатка финансирования, и практического результата в масштабе передачи энергии достичь не удалось.

В XX веке развитие получили проводные системы, и интерес к беспроводной передаче энергии надолго снизился. Возрождение началось в 2000-х годах благодаря работам Массачусетского технологического института (MIT) по резонансной индукции и росту рынка портативной электроники.

¶Принципы и виды

Беспроводная передача энергии реализуется несколькими физическими механизмами:

• Индуктивная связь — передача через переменное магнитное поле между двумя катушками на малом расстоянии (сантиметры). Лежит в основе зарядных станций для смартфонов и электрических зубных щёток.
• Резонансная индукция — разновидность индуктивной связи, при которой передающая и приёмная катушки настроены на одну резонансную частоту. Позволяет передавать энергию на расстояние до нескольких десятков сантиметров с приемлемым КПД.
• Микроволновое излучение — передача энергии направленным пучком электромагнитных волн сверхвысокой частоты. Применима на больших расстояниях, но требует прямой видимости и вызывает вопросы безопасности.
• Лазерная передача — использование когерентного светового пучка для передачи энергии, исследуется для космических и военных применений.
• Электростатическая (ёмкостная) связь — передача через переменное электрическое поле между обкладками, применяется в маломощных устройствах.

Ключевые характеристики технологии — КПД передачи, зависящий от расстояния и взаимного расположения устройств, рабочая частота, мощность и требования к безопасности.

¶Стандарты и применение

С 2008 года действует консорциум Wireless Power Consortium, разработавший стандарт Qi для индуктивной зарядки. Стандарт описывает зарядку мобильных устройств мощностью до 5–15 Вт на расстоянии нескольких миллиметров. Существует также стандарт AirFuel Alliance, объединяющий резонансные и радиочастотные решения.

Основные области применения:

¶Ограничения

Главные ограничения беспроводной передачи — падение КПД с ростом расстояния, нагрев элементов, электромагнитная совместимость и потенциальное влияние на здоровье при высокой мощности. Индуктивные системы эффективны лишь на малых дистанциях, а микроволновые и лазерные требуют сложных систем наведения и защиты.

¶Значение

Беспроводная передача энергии упрощает зарядку устройств, снижает износ разъёмов и открывает возможности для полностью герметичных и имплантируемых приборов. Идеи Теслы, не реализованные при его жизни, получили частичное воплощение в современных технологиях, хотя передача энергии на большие расстояния с высоким КПД остаётся нерешённой задачей.