Возможно ли передавать электричество «по воздуху»? Таким вопросом ученые задаются уже несколько веков, и наука достигла определенного прогресса в этом направлении. Посмотрим, какие попытки передачи электроэнергии без проводов предпринимались, и чем они закончились.
В 1820 году А.М. Ампер открыл закон взаимодействия токов: когда по двум близко расположенным проводникам ток течет в одном направлении, то проводники притягиваются друг к другу, а если в разных, то отталкиваются. Через 10 лет Фарадей разобрался, что такое индукция. В 1864 году Дж. К. Максвелл описал, как связаны электрический ток и электромагнитное поле, а в 1988 году Герц подтвердил существование электромагнитных волн. В ходе экспериментов ученым удалось передать такие волны на три метра, получив искры как в передатчике, так и в приемнике.
В 1891 году Тесла понял, что нужно настраивать установки на определенные частоты и напряжение. При частоте 15-20 кГц и напряжении передатчика 20 кВ удалось получить наилучшие результаты. Тесла также впервые понял, что использование электромагнитных систем в принципе не позволит передать большое количество электроэнергии.
В 1903 году для научных исследований была построена башня Вондерклифф на Лонг-Айленде. Она состояла из трансформатора с заземленной вторичной обмоткой, а на её вершине стоял медный сферический купол. На расстоянии 40 км башня зажгла 200 50-ватных ламп. В 1917 году башню разрушили, а исследования приостановили из-за нехватки денег.
Сейчас технологии беспроводной передачи электроэнергии в основном развиваются в сфере передачи данных: это технологии Bluetooth и Wi-Fi. При этом сами технологии передачи электричества практически не изменились, поменялись только частоты и способы кодирования, а сам сигнал из аналогового стал цифровым.
В 2007 году появилась технология WiTricity, в основе которой лежит все тот же электромагнитный резонанс приемника и передатчика. Потери при такой передаче составили 40-45%, однако это оказалось приемлемым для создания системы беспроводной зарядки автомобиля. Специальное зарядное устройство располагалось в полу гаража и требовало, чтобы машина встала ровно над ним. Без проводов такая система могла передавать от 3,6 до 11 кВт в час.
В дальнейшей аналогичная технология стала применяться для зарядки смарфонов, при этом потери до сих пор составляют до 50%, что делает процесс зарядки довольно длительным.
Основная цель, которую сейчас преследуют ученые - повысить КПД электромагнитных установок.