كابل برق را فراموش كنید,برق را بتابانید!
مجید جویا: كابلهای برق همواره گرد و غبار را به خود جلب میكنند. كامپیوترها، تلویزیونها و پخش كنندههای موسیقی هر ساله باریكتر میشوند، ولی سیمهای جمع شده در گوشه هر اتاق، یك مانع زشت بر سر راه مینیمالیسم واقعی است. آیا راهی برای حل این مشكل وجود دارد؟
بعد از آن دردسر شارژ تلفنها، امپیتری پلیرها و پیدیایها قرار دارد. معمولا خیلی دردسر ساز نیست، ولی خیلی پیش میآید كه شارژ باطری را فراموش كنید و خانه را با یك باطری خالی ترك كنید. آیا زندگی سادهتر نمیشد اگر هنگامی كه وارد یك ساختمان میشدید، نیروی برق به طور نامرئی به دستگاه شما تابیده میشد؟ ارتباطات بیسیم در همه جا وجود دارد، پس چرا ما نمیتوانیم برای همیشه دستگاههای الكترونیك خود را هم از كابلهای برق جدا كنیم. نیوساینتیست در مقالهای به پاسخی برای این پرسش پرداخته است.
تا كنون بهرهوری پایین انتقال توان و مسائل ایمنی، تلاشها برای انتقال بیسیم نیروی برق را بیاثر كرده بود، ولی چند شركت نوآور جدید التاسیس و چند نام بزرگ، مانند سونی و اینتل، یك بار دیگر سعی دارند این امر را ممكن سازند. چند ساله اخیر شاهد ارائه سمینارهایی بوده است كه وعده تامین نیروی الكتریكی مورد نیاز برای موبایلها، لپتاپها و تلویزیونها به صورت بیسیم میدهند. آیا ما به زودی شاهد وداع با سیم، یك بار و برای همیشه خواهیم بود؟
انتقال بیسیم دوباره در دهه 1960 بروز یافت، زمانی كه یك هلیكوپتر مینیاتوری به نمایش درآمد كه انرژی خود را از امواج مایكروویوی دریافت میكرد كه از زمین به آن تابیده میشد. برخی ادعا كردند كه یك روز ما قادر خواهیم بود كه نیروی مورد نیاز فضاپیماهای خود را با تاباندن پرتوهای لیزر به آنها تامین كنیم. و به همین ترتیب، كارهای نظری زیادی بر روی احتمال تاباندن نیرو به زمین از فضاپیماهایی كه انرژی خورشیدی را جذب میكنند، انجام شد.
با این وجود، انتقال نیروی بیسیم زمین به زمین در فاصله طولانی، نیاز به زیرساختهای گران قیمتی دارد، و با نگرانیها در مورد امنیت انتقال نیرو از طریق امواج مایكروویو پرتوان، خیلی از این ایده استقبال نشد.
با این محرك جدید، مهندسین و شركتهای نواور به استقبال این چالش رفتند و به رغم اینكه تاباندن انرژی هنوز در مرحله طفولیت قرار دارد، به نظر میرسد كه سه حالت برای آینده آن متصور باشد. استفاده از امواج رادیویی برای انتقال الكتریسیته شاید مشخصترین راه حل باشد، چرا كه در اصل از همان نوع از فرستندهای و گیرندهای استفاده میكنید كه در مخابرات وایفای از آن استفاده میشود. شركت پاوركست كه در پیتزبورگ پنسیلوانیا مستقر است، به تازگی از این فناوری برای انتقال نیرویی در حد میكرووات و یا میلیوات در فواصل بیش از 15 متر برای حسگرهای صنعتی استفاده كرده است. آنها اعتقاد دارند كه میتوان یك روز از رویكرد مشابهی برای شارژ ابزارهای كوچكی مانند كنترل از راه دور، ساعتهای زنگدار و یا حتی موبایل استفاده كرد.
یك احتمال دوم برای ابزارهای پرمصرفتر، تاباندن یك پرتو لیزر فروسرخ تنظیم شده به یك سلول فتوولتائیك است كه پرتو را به انرژی الكتریكی بازتبدیل میكند. این رویكردی است كه شركت PowerBeam واقع در سنخوزه كالیفرنیا انتخاب كرده است، ولی تا كنون بازدهی آن تنها بین 15 و 30 درصد بوده است. درست است كه میتوان از این روش برای تامین نیروی دستگاههای پرمصرفتر استفاده كرد، ولی در عمل تلفات زیادی دارد.
این فناوری برای تامین نیروی لامپهای بیسیم، بلندگوها و ابزارهای الكترونیك با مصرف برق كمتر از 10 وات به كار رفته است. در طول زمان و با ارتقای فناوری لیزر و سلولهای فتوولتائیك، شركت امیدوار است كه بازدهی بالاتر از 50 درصد هم امكان پذیر شود. گراهام میگوید: «هیچ دلیلی وجود ندارد كه ما نتوانیم در نهایت یك لپتاپ را به این ترتیب شارژ كنیم». بر خلاف برخی از فناوریهای امكان پذیر دیگر، یك لیزر متمركز انرژی كمی را در فواصل طولانی از دست میدهد، و بازدهی خود را از دست نمیدهد: «صد متر فاصله طوانی محسوب نمیشود».
سومین احتمال نیز القای مغناطیسی است، كه جذابترین انتخاب برای كاربردهای بزرگ محلی است. یك میدان مغناطیسی متناوب كه از یك كویل ناشی میشودكه میتواند در كویل دیگری كه در نزدیكی آن باشد، جریان الكتریكی را القا كند، این همن روشی است كه خیلی از ابزارها مانند مسواكهای برقی و حتی برخی از موبایلها باطریهای خود را شارژ میكنند. ولی مشكل اینجا است كه به رغم اینكه درست در مجاورت كویل، بازدهی دستگاه خیلی خوب است ولی وقتی كه حتی تنها چند میلیمتر فاصله وجود داشته باشد، این بازدهی به صفر میرسد.
این اصل شناخته شدهای است كه در صورتی كه دو شیء در فركانس مشابهی رزونانس داشته باشند، انرژی مكانیكی منتقل شده، خیلی بیشتر میشود، وقتی كه یك خواننده اپرا با صدای خود یك لیوان را به لرزش در میآورد از همین اصل استفاده میكند. كارالیس و همكارانش میخواستند تا ببینند كه آیا میتوان به همین ترتیب بازدهی میدان مغناطیسی را در فواصل طولانیتر بالا برد یا نه.
گروه از یك كویل القایی متصل به یك خازن استفاده كردند. انرژی در مدار به سرعت بین یك میدان الكتریكی در خازن و یك میدان مغناطیسی در كویل نوسان میكند. فركانس این لرزش توسط توانایی خازن برای ذخیره بار و قابلیت كویل برای تولید یك میدان مغناطیسی كنترل میشود. اگر فركانس در مدار فرستنده انرژی با گیرنده متفاوت باشد، رزونانس اتفاق نمیافتذ. نتیجه این خواهد بود كه انرژی ارسالی از سوی فرستنده هم فاز با انرژی كه در گیرنده وجود دارد نخواهد بود و در نتیجه آن، این دو همدیگر را خنثی میكنند. ولی گروه به این نكته توجه داشت كه اگر فرستنده و گیرنده رزونانت باشند، میدانها در دو كویل با هم سنكرون خواهند بود، كه به این معنی است كه تداخل آنها سازنده است و مقدار انرژی منتقل شده افزایش مییابد.
آنها نظریه خود را در سال 2007 با موفقیت آزمایش كردند، نتیجه: انتقال 60 وات در فاصله 2 متر، با بازدهی 50 درصد. گروه از آن زمان و برا پیشبرد این نظریه، یك شركت تاسیس كرده كه WiTricity نام دارد. سال ذشته، شركت از دو كویل مربعی به عرض 30 سانتیمتر استفاده كرد، یكی در فرستنده و دیگری در گیرنده، تا یك تلویزیون 50 واتی را با بازدهی 70 درصدی، در فاصله نیم متری از منبع نیرو تغذیه كند. كارالیس میگوید: «در برخی موارد، افزایش بازدهی در اثر رزونانس میتواند بیش از صد هزار بار بیش از حالت بدون رزونانس باشد». بر خلاف انتقال انرژی لیزری كه نیاز به دید مستقیم داشت، میدان مغناطیسی روی گیرنده متمركز نمیشود و میتواند از موانع بین فرستنده و گیرنده هم عبور كند.
شركتهای بزرگ الكترونیكی نیز به سرمایه گذاری روی «انتقال رزونانسی» علاقه نشان دادهاند. برای مثال، سونی یك تلویزیون بیسیم را به نمایش گذاشته و اینتل نیز در حال سرمایه گذاری بر روی این فناوری برای دستهای از ابزارها است. امیلی كوپر، از محققین آزمایشگاه اینتل در سیاتل میگوید: «بازدهی انتقال نیرو كاملا مستقل از میزان توان است، در نتیجه میتوان برای لپتاپها، دستگاههای الكترونیكی برای مصرفكنندگان مانند تلویزیونها، و ابزارهای كوچكتر قابل حملی مانند موبایلها هم میتوان از همین روش استفاده كرد». به عبارت دیگر، بازدهی انرژی برای تغذیه یك تلویزیون پلاسمای بزرگ و یك پیدیای كوچك با استفاده از رزونانس به یك اندازه خواهد بود.
با چنین ارائههای نویدبخشی، به نظر محتمل میآید كه انتقال نیرو بدون سیم، در آینده نقش مهمی در منازل ما بازی كند. در حال حاضر، یك استاندارد تكنیكی، كه Qi نام دارد، برای تكنیك القای مغناطیسی غیر رزونانسی وجود دارد، و صفحات سازگار با آن نیز به زودی در دسترس خواهند بود. برای دیگر روشها هنوز زود است، ولی استانداردهای مشابهی نیز برای آنها ارائه خواهند شد.
ولی قرار گرفتن در معرض امواج رادیویی و میدانهای مغناطیسی متناوب نیز خطرات بالقوه خود را دارد. اگر آنها گرما را به سلولهای ما ارسال كنند، میتوانند در یك بازه زمانی طولانی به بافتها آسیب وارد كنند. ولی با توجه به این كه میزان امواجی كه محصولات شركتهایی مانند ویتریسیتی ما را در معرض آن قرار میدهند كمتر از حد مجاز استانداردها است، نباید خطر خاصی ما را تهدید كند.
ولی این ترس وجود دارد كه میدانهای الكترومغناطیسی بافتها را از طریق یك مكانیزم دیگر غیر گرمایی تخریب كنند، مانند نگرانی كه در مورد گوشیهای موبایل وجود دارد. وقتی كه هیچ تحقیق گسترده در دسترسی برای آزمودن در معرض قرار گرفتن در طولانی مدت وجود ندارد، آنها مجبور بودند كه به تحقیقات آزمایشگاهی اتكا كنند، كه آنها هم هیچ تاثیر آشكار یا تكرار پذیری را پیدا نكردهاند. و این یعنی این كه این قضیه مضر بودن یا نبودن امواج مایكروویو كماكان لاینحل باقی خواهد ماند.
ولی شاید نگرانی بیشتر مربوط به مسائل زیست محیطی باشد. در حالی كه زمین هر روز گرمتر میشود، خیلی از مردم به دنبال راهی برای افزایش بهرهوری و ذخیره انرژی میگردند، تا به این ترتیب انتشار گازهای گلخانهای از نیروگاهها كاهش یابد. برای برخی از افراد، انتقال بیسیم نیروی برق با توجه به تلفاتش، به معنی یك گام رو به عقب خواهد بود.
شاید وقتی به تك تك ابزارها نگاه میكنیم، میزان اتلاف انرژی زیاد به نظر نرسد، ولی اگر كل خانه از یك سیستم بیسیم استفاده كند و این امر در تعداد زیادی از منازل اتفاق بیفتد، داستان دیگری خواهد بود. پرسش این است كه چرا باید به جای كاهش تلفات مصرف برق، رو به یك سیستم بیسیم انتقال انرژی بیاوریم، فقط به این دلیل كه زیباتر خواهد بود؟
بهترینها برای شما بهترین، هرآنچه در مورد رشته فاخر برق و گرایشات متعدد آن میخواهید را در این وبنوشت بیابید