Žárovka bez drátu
23. 1. 2008
Agentury přinesly nedávno stručnou zprávu o výzkumu fyziků z Technologického ústavu v americkém Massachusetts, kterým se podařilo rozsvítit žárovku, aniž by potřebovala připojení drátem k síti. Energie pro vlákno žárovky se přenášela bezdrátově. Není to nový objev. Na tomto základě prováděl své nadějné pokusy už před sto lety slavný Nikola Tesla. S Michaelem a jeho fyzikářským kolegou doc. Josefem Hubeňákem si vysvětlíme podstatu bezdrátového přenosu energie „na dálku“ a potíže, které technici musejí překonat, abychom časem mohli bezdrátově třeba nabíjet své vybité mobily …
Filip: Baterie je definitivně pryč. Mapu mít nebudu …
Michael: Ahoj Filipe. Co se děje?
Filip: Michaele, můžeš mi pomoct? Já jsme se ztratil v lese. Halo, Michaele, slyšíš mě?
Michael: Haló, Filipe …
Filip: Michaele! … No to je výborný, druhá baterka je v háji. Ještě jsem si včera říkal: Dydo, nabij si ten mobil …
Michael: Asi jste už byli v podobné situaci jako Filip.
K dispozici máte všechny prostředky moderních technologií, ale vybité baterie a po ruce žádnou zásuvku.
Perhaps you have been in a similar situation to Filip´s, having at your disposition all the tools of modern technology but no battery power left and no plug socket
in sight.
Michael: Řešení tohoto problému je jasné: potřebujete způsob bezdrátového přenosu energie.
The solution to this problem is obvious: What is needed
is a wireless method of transporting energy.
Michael:Koneckonců bezdrátově posíláme data či informace pomocí telefonu, dálkového ovládání, bezdrátově dokonce z internetu stahujeme velké soubory dat.
After all, we can send information wirelessly by telephone or remote control, and we can even download large files via wireless connections to the internet.
Michael: Why then can we not send and receive energy wirelessly?
Proč bychom tedy nemohli bezdrátově vysílat a přijímat energii?
Doc. RNDr. Josef Hubeňák, CSc., katedra fyziky
a informatiky, Pedagogická fakulta UHK: Důvod, Michaele,
je jednoduchý. Naše přijímače vystačí s mikrowatty nebo s menšími zlomky energie. Zbytek si zesílí samy ze svých zdrojů. Kdežto tady vidíme anténu vysílače, který má 10 Wattů na 433 MHz. A tady mám přijímač energie, žárovku s kouskem antény. Vysílač vysílá do všech směrů a půjdu-li kousek dál, žárovka rychle zhasne. Takový přenos energie
je neúčinný.
Tereza:Práce na bezdrátovém přenosu energie začal na začátku 20. století geniální chorvatský inženýr elektrotechniky Nikola Tesla. Po studiích v Evropě pracoval především v New Yorku a v Coloradu. Mnoha vynálezy přispěl k poznání a využití elektřiny a magnetizmu.
Filip: Teslovo úsilí ovšem vyžadovalo příliš silná magnetická pole, která byla neúčinná, a přitom nebezpečná.
Tereza: Loni v červenci se však skupině vědců
z Massachussetského technického ústavu v Bostonu, kterou vedl profesor Soljačič, podařilo bezdrátově přenést dost energie k tomu, aby ve vzdálenosti dvou metrů rozsvítili
60wattovou žárovku.
Michael: Tuto metodu bezdrátového přenosu energie nazval prof. Soljačič WiTricity.
This method of wireless power transfer has been named by Prof. Soljačič as WiTricity.
Michael: And it´s based on the use of coupled resonant objects. Two resonant objects of the same resonant frequency exchange energy efficiently.
Je založena na využití rezonančních objektů, vázaných magnetickým polem. Dva rezonanční objekty se shodnou frekvencí si účinně dovedou předat energii.
Doc. RNDr. Josef Hubeňák, CSc., katedra fyziky
a informatiky, Pedagogická fakulta UHK: Tady je praktický příklad z akustiky. Vysílačem je reproduktor, ukrytý ve skříňce a přijímačem tato sklenice, naplněná na doladění vodou. Generátor poskytne přesnou rezonanční frekvenci 1320 Hz a zesilovač dodá zvuku potřebný výkon.
Tereza: Energie zvuku rozkmitala stěny skleničky. Důkazem jsou drobné vlny na hladině vody.
Filip: Na stejném principu přenesli vědci z MIT účinně energii. Použili k tomu systém rezonančních obvodů, vázaných magnetickým polem. Pane docente, my si teď ten pokus
z Bostonu předvedeme tady v Hradci Králové. Je to na vás.
Doc. RNDr. Josef Hubeňák, CSc., katedra fyziky
a informatiky, Pedagogická fakulta UHK: Stařičký generátor vytváří 80MHz a střídavý proud, který prochází jeho jediným závitem, vytváří indukční čáry magnetického pole, které pronikají do přijímací cívky. Tady už se indukuje proud. Když pomocí kondenzátoru nastavíme správnou rezonanční frekvenci, žárovka se naplno rozsvítí. Když se ale budeme vzdalovat, žárovka rychle pohasne. Ani tento přenos nemá velkou účinnost.
Michael: And in that case: how is it possible, that the American scientists, working at MIT, were able to light up the 60 Watt bulb over a distance of two metres?
Jak je v tom případě možné, že američtí vědci z MIT mohli rozsvítit 60 wattovou žárovku na vzdálenost dvou metrů?
Doc. RNDr. Josef Hubeňák, CSc., katedra fyziky
a informatiky, Pedagogická fakulta UHK: V Bostonu použili cívku, která měla průměr asi 40 cm a asi 6 závitů. Tím dosáhli toho, že magnetické pole se zeslabovalo pomaleji. Přijímací cívka byla stejná a zachytila daleko víc energie. Tím dosáhli větší účinnosti přenosu na větší vzdálenost.
Filip: Miku, ono to funguje, fakt! No podívejte … To je úžasné.
Vocabulary - slovníček
disposition – dispozice
tool – nástroj, prostředek, nářadí
plug socket – zástrčka
in sight – v dohledu
solution – řešení, roztok
obvious – zřejmý, jasný, samozřejmý, pochopitelný, nápadný, zjevný
wireless – bezdrátový
coupled resonant object – rezonancí vázaný objekt
resonant frequency – rezonanční frekvence
exchange energy – předat energii
efficiently – účinně
MIT (Massachussets Institute of Technology) – Massachussetský technický ústav v Bostonu
light up – rozsvítit
bulb – žárovka, oddenek, hlíza
over a distance – na vzdálenost, na dálku
Autor: Vladimír Kunz