Das 1820 von André Marie Ampere entdeckte Gesetz der Wechselwirkung elektrischer Ströme legte den Grundstein für die Weiterentwicklung der Wissenschaft von Elektrizität und Magnetismus. 11 Jahre später stellte Michael Faraday experimentell fest, dass ein sich änderndes Magnetfeld, das durch elektrischen Strom erzeugt wird, einen elektrischen Strom in einem anderen Leiter induzieren kann. So entstand der erste elektrische Transformator.
Im Jahr 1864 systematisierte James Clerk Maxwell schließlich Faradays experimentelle Daten und gab ihnen die Form exakter mathematischer Gleichungen, dank derer die Grundlage der klassischen Elektrodynamik geschaffen wurde, da diese Gleichungen die Beziehung des elektromagnetischen Feldes zu elektrischen Strömen und Ladungen beschrieben und die Existenz elektromagnetischer Wellen eine Folge davon gewesen sein sollte.
Heinrich Hertz bestätigte 1888 experimentell die Existenz der von Maxwell vorhergesagten elektromagnetischen Wellen. Sein Funkensender mit einem Rumkorf-Spulen-Chopper könnte elektromagnetische Wellen von bis zu 0,5 Gigahertz erzeugen, die von mehreren Empfängern empfangen werden könnten, die auf Resonanz mit dem Sender abgestimmt sind.
Die Empfänger konnten sich in einer Entfernung von bis zu 3 Metern befinden, und als im Sender ein Funke auftrat, traten Funken in den Empfängern auf. So wurden die ersten Experimente zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie mit elektromagnetischen Wellen durchgeführt.
Im Jahr 1891 kam Nikola Tesla, der Wechselströme von Hochspannung und Hochfrequenz untersuchte, zu dem Schluss, dass es für bestimmte Zwecke äußerst wichtig ist, sowohl die Wellenlänge als auch die Betriebsspannung des Senders auszuwählen, und dass es überhaupt nicht notwendig ist, die Frequenz zu hoch zu machen.
Der Wissenschaftler stellt fest, dass die untere Grenze der Frequenzen und Spannungen, bei der er zu diesem Zeitpunkt die besten Ergebnisse erzielte, zwischen 15.000 und 20.000 Schwingungen pro Sekunde bei einem Potential von 20.000 Volt lag. Tesla erhielt Hochfrequenz- und Hochspannungsstrom durch Anlegen einer Oszillationsentladung eines Kondensators (siehe - Tesla-Transformator). Er bemerkte, dass diese Art von elektrischem Sender sowohl für die Erzeugung von Licht als auch für die Übertragung von Elektrizität zur Erzeugung von Licht geeignet ist.
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In der Zeit von 1891 bis 1894 demonstrierte der Wissenschaftler wiederholt die drahtlose Übertragung und das Leuchten von Vakuumröhren in einem hochfrequenten elektrostatischen Feld, wobei er feststellte, dass die Energie des elektrostatischen Feldes von der Lampe absorbiert wird, sich in Licht umwandelt, und die Energie des elektromagnetischen Feldes, das für die elektromagnetische Induktion verwendet wird, um ein ähnliches zu erhalten Das Ergebnis wird größtenteils reflektiert und nur ein kleiner Teil davon wird in Licht umgewandelt.
Selbst bei Verwendung von Resonanz bei der Übertragung mit einer elektromagnetischen Welle kann eine erhebliche Menge elektrischer Energie nicht übertragen werden, argumentierte der Wissenschaftler. Sein Ziel während dieser Arbeitszeit war es, eine große Menge elektrischer Energie drahtlos zu übertragen.
Parallel zu Teslas Arbeiten wurden bis 1897 Studien zu elektromagnetischen Wellen von Jagdish Boche in Indien, Alexander Popov in Russland und Guglielmo Marconi in Italien durchgeführt.
Nach Teslas öffentlichen Vorträgen sprach Jagdish Boche im November 1894 in Kalkutta mit einer Demonstration der drahtlosen Übertragung von Elektrizität, bei der er Schießpulver entzündete und elektrische Energie über eine Entfernung übertrug.
Nach Boche, nämlich am 25. April 1895, sendete Alexander Popov unter Verwendung des Morsecodes die erste Funknachricht, und dieses Datum (7. Mai, neuer Stil) wird nun in Russland jährlich als "Radiotag" gefeiert.
1896 demonstrierte Marconi, der in Großbritannien angekommen war, seinen Apparat, indem er ein Signal mit Morsecode über eine Entfernung von 1,5 Kilometern vom Dach des Postgebäudes in London zu einem anderen Gebäude sendete. Danach verbesserte er seine Erfindung und konnte bereits in einer Entfernung von 3 Kilometern ein Signal entlang der Salisbury Plain senden.
Tesla sendet und empfängt 1896 erfolgreich Signale in einer Entfernung von etwa 48 Kilometern zwischen Sender und Empfänger. Keiner der Forscher hat es jedoch geschafft, eine signifikante Menge elektrischer Energie über große Entfernungen zu übertragen.
Als Tesla 1899 in Colorado Springs experimentierte, schrieb er: "Die Inkonsistenz der Induktionsmethode ist im Vergleich zur Methode zur Anregung der Ladung von Erde und Luft enorm." Dies wird der Beginn der Forschung des Wissenschaftlers sein, die darauf abzielt, Elektrizität über große Entfernungen ohne Verwendung von Drähten zu übertragen. Im Januar 1900 wird Tesla in seinem Tagebuch eine Notiz über die erfolgreiche Übertragung von Energie auf eine Spule „auf dem Feld“machen, von der aus die Lampe angetrieben wurde.
Der ehrgeizigste Erfolg des Wissenschaftlers wird der Start des Wardencliffe Tower auf Long Island am 15. Juni 1903 sein, der elektrische Energie über große Entfernungen in großen Mengen ohne Kabel übertragen soll. Die geerdete Sekundärwicklung des Resonanztransformators, die mit einer kugelförmigen Kupferkuppel gekrönt war, musste die Erdladung und die leitenden Luftschichten anregen, um ein Element des großen Resonanzkreises zu werden.
So gelang es dem Wissenschaftler, 200 Lampen mit 50 Watt in einer Entfernung von etwa 40 Kilometern vom Sender zu betreiben. Aufgrund der wirtschaftlichen Machbarkeit wurde die Finanzierung des Projekts jedoch von Morgan gestoppt, der von Anfang an Geld in das Projekt investierte, um drahtlose Kommunikation zu erhalten, und der Transfer von freier Energie im industriellen Maßstab über eine Distanz als Geschäftsmann war damit kategorisch nicht zufrieden. 1917 wurde der Turm für die drahtlose Übertragung elektrischer Energie zerstört.
Lesen Sie hier mehr über die Experimente von Nikola Tesla: Resonanzmethode zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie durch Nikola Tesla.
Viel später, in der Zeit von 1961 bis 1964, experimentierte ein Experte auf dem Gebiet der Mikrowellenelektronik, William Brown, in den USA mit Wegen zur Übertragung von Energie durch einen Mikrowellenstrahl.
1964 testete er erstmals ein Gerät (Modell eines Hubschraubers), das dank eines Antennenarrays aus Halbwellendipolen, die jeweils mit hocheffizienten Schottky-Dioden beladen sind, die Energie eines Mikrowellenstrahls in Form von Gleichstrom empfangen und nutzen kann. Bereits 1976 hatte William Brown 30 kW Leistung durch einen Mikrowellenstrahl über eine Entfernung von 1,6 km mit einem Wirkungsgrad von mehr als 80% übertragen.
2007 gelang es einer Forschungsgruppe am Massachusetts Institute of Technology unter der Leitung von Professor Marina Solyachich, Energie über eine Entfernung von 2 Metern drahtlos zu übertragen. Die Sendeleistung reichte aus, um eine 60-Watt-Glühbirne mit Strom zu versorgen.
Ihre Technologie (WiTricity genannt) basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Resonanz. Der Sender und der Empfänger sind zwei Kupferspulen mit einem Durchmesser von jeweils 60 cm, die mit derselben Frequenz in Resonanz sind. Der Sender ist an eine Energiequelle und der Empfänger an eine Glühlampe angeschlossen. Die Schleifen sind auf 10 MHz abgestimmt. Der Empfänger empfängt in diesem Fall nur 40-45% des übertragenen Stroms.
Etwa zur gleichen Zeit demonstrierte Intel eine ähnliche drahtlose Energieübertragungstechnologie.
Im Jahr 2010 stellte die Haier Group, ein chinesischer Hersteller von Haushaltsgeräten, auf der CES 2010 sein einzigartiges Produkt vor, einen vollständig drahtlosen LCD-Fernseher, der auf dieser Technologie basiert.
Andrey Povny
