محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: كيف تعلم الطاقة الكهربية اللاسلكية 4/11/2009, 22:22 | |
| كيف تعلم الطاقة الكهربية اللاسلكية | | |
الكاتب د.حازم سكيك | | <!--[if !vml]--><!--[endif]-->لو نظرت حولك عزيزي القارئ لوجدت عدداً كبيراً من الأسلاك الكهربائية تحيط بالأجهزة التي تستخدمها سوءا في البيت أو في العمل، وستجد أسلاكاً تخرج من الكمبيوتر إلى الطابعة والماسح الضوئي والشاشة وهناك أسلاك الجوال وأسلاك التلفون وأسلاك أجهزة الاستقبال التلفزيوني وأسلاك أجهزة مكبرات الصوت والكثير من الأجهزة الأخرى المتواجدة لديك، وإذا لم تأخذ كافة الترتيبات اللازمة لترتيبهم بشكل جيد فستنتهي الأمور بحالة مرعبة من الأسلاك يصعب فيها تتبع سلك منها لفصله عن التيار الكهربائي على سبيل المثال. وهذه الحالة تعتبر من سلبيات الأجهزة الكهربية بالرغم من إنها تجعل حياتنا أسهل وأيسر.
ولهذا السبب يحاول العلماء تطوير طرق لنقل الطاقة الكهربية لاسلكياً wireless power transmission والتي سوف تنهي مشكلة الأسلاك تماماً. وبالرغم من أن الفكرة قد تبدو غريبة إلا إنها ليست جديدة. فالعالم نيكولا تسلا Nikola Teslaوضع نظرية لنقل الطاقة لاسلكياً في بدايات القرن العشرين. ومن أحد إنجازاته في هذا المجال عرضه الخاص بإضاءة مصباح كهربي بدون أسلاك.
وحديثا سمعنا وقرأنا في الأخبار العلمية إن فريقا من العلماء في معهد MIT قد نجحوا في نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيا (هذا الخبر على منتدى الفيزياء التعليمي هنا) مما يجعل هذا الآمر ممكنا في المستقبل القريب، وفي هذا الموضع من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح الفكرة العملية التي قامت عليها هذه التجارب وكيف يمكن أن يحدث ذلك؟ وما هي المشاكل والعقبات التي تواجه تنفيذ المشروع؟ كما نشرح أيضا الكثير من الأفكار التي تبدو خيالا علميا مثل توليد الطاقة الكهربية على سطح القمر ونقلها إلى الأرض عبر أمواج الميكروويف. الموضوع مدعم بعروض فيديو وثائقية.
شاهد هذا الفيلم الوثائقي الذي يتحدث عن العالم نيكولا تسلا واهم انجازاته الفيلم بعنوان Nikola Tesla - The Forgotten Wizard ومدته 9 دقائق يعرض فيها سيرة هذا العالم ويذكرنا باختراعاته في مجال كهرباء التيار المتردد مع مقارنة بين أعماله وأعمال العالم تومس أديسون.
<!--[if !vml]--><!--[endif]-->أعمال تسلا تطورت ولكن لم تنتشر على الصعيد التطبيقي، ومنذ ذلك الوقت والعلماء والباحثون عاكفون على تطوير طرق مختلفة لنقل الكهرباء لمسافات طويلة بدون أسلاك. وهذه الأعمال توجت إما في شكل نظريات أو نماذج عرض وبعضها تم تطبيقه وهو مستخدم في بعض التطبيقات، مثل فرشاة الأسنان الكهربائية.
الطاقة اللاسلكية ليست غريبة عنا فهي تستخدم في أمواج الراديو لتمكننا من استقبال المحطات التلفزيونية أو من استخدام الجوال أو من الدخول إلى شبكة الإنترنت عبر تقنية الواي فاي WiFi. وأمواج الراديو منتشرة في كل الاتجاهات حتى تصل إلى الانتينا antennae المصممة لتستقبل تردداً معيناً. ولكن استخدام نفس الفكرة لنقل الطاقة الكهربية بهذه الطريقة قد يكون غير عملي إضافة إلى أنه خطر.
فرشاة الأسنان تتعرض للماء كلما استخدمت وهذا يجعل من توصيلها بمقبس التيار الكهربي أمراً خطيراً جداً كما أن بعض الماء ممكن أن يتسرب داخل أجزاء الفرشاة الكهربائية مما يعرضها للخراب، ولهذا يتم شحن فرشاة الأسنان هذه بتقنية الحث المغناطيسي المتبادل inductive coupling.
|
|
|
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: رد: كيف تعلم الطاقة الكهربية اللاسلكية 4/11/2009, 22:23 | |
| |
|
محمد عبد القوى مشرف
عدد الرسائل : 7866 بلد الإقامة : مصر احترام القوانين : العمل : الحالة : نقاط : 15458 ترشيحات : 10
| موضوع: رد: كيف تعلم الطاقة الكهربية اللاسلكية 4/11/2009, 22:24 | |
| ملف واحد يقوم بشحن لاسلكي لمجموعة من الأجهزة إذا كان للملف الثانوي الخاص بهذه الأجهزة نفس التردد الرنيني للملف الرئيسي (ملف الشاحن) الأعمال الأولية لفريق البحث في MIT أكدت انه بالإمكان أن يتم بهذه الطريقة شحن جميع الأجهزة التي في الغرفة باستخدام محطة شحن لا سلكية واحدة، ومع بعض التعديلات والإضافات الضرورية يمكن زيادة مسافة التأثير لتغطي بناية كاملة أو مدينة. ففي يونيو من العام 1997 نشر فريق بحث MIT ورقة علمية تظهر فيها نتائج ناجحة لنموذج عملي لنقل الطاقة لاسلكيا، حيث تمكنوا من إضاءة مصباح كهربي يبعد مسافة 2 متر عن الملف الكهربي. المصدر physOrg. نظريات أخرى لنقل الطاقة الكهربية لاسلكيا على مسافات كبيرة مثل نقل الطاقة من الفضاء إلى الأرض سوف نتحدث عنها في الجزء التالي من الموضوع. محطات الطاقة اللاسلكية بعيدة المدى طريقة النقل اللاسلكي للكهرباء بواسطة ملفات التأثير الحثي تعمل لمسافات محدودة فقط، ولكن هناك أفكار واقتراحات لنقل الكهرباء على مسافات واسعة قد تصل لنقل الكهرباء من الفضاء إلى الكرة الأرضية. في القرن التاسع عشر مركز أبحاث الاتصالات الكندية صممت طائرة صغيرة بدون طيار وتزود بالطاقة الكهربية بواسطة شعاع موجه إليها من الأرض. هذه الطائر سميت باسم SHARP اختصارا للجملة Stationary High Altitude Relay Platform حيث أن هذه الطائرة كانت معدة بتكون جزء من وحدة الاتصالات وليس للسفر من مكان لآخر. الطائرة SHARP كانت تحلق على ارتفاع 21 كيلومتر وتعمل دائرة نصف قطرها 2 كيلومتر والاهم في هذا الموضوع إن الطائرة كانت تستمر في تحليقها لمدة زمنية تصل شهرين. <!--[if !vml]--><!--[endif]--> الطائرة SHARP تحلق لمدة شهرين بطاقة كهربية موجه لها من الأرض. إن السر في سبب تحليق الطائرة SHARP كل هذه المدة بدون توقف هو إنها تستقبل أمواج ميكروويف من محطة أرضية ومدار تحليق الطائرة يقع في مجال تأثير مولد أمواج الميكروويف، زودت الطائرة بأنتينا على شكل قرص دائري لتلتقط أمواج الميكروويف وتحولها إلى تيار كهربي مستمر. ولهذا كانت الطائرة تستمد طاقتها من خلال تحليقها المستمر في مجال تأثير أمواج الميكروويف. طورت وكالة الفضاء ناسا مصدر بعيد المدى لتوصيل الطاقة الكهربية للطائرات بدون طيار. كما طور مركز طيران الفضاء Marshal طائرات تعمل خلايا فوتوفوتك photovoltaic cells يتم تزيدها بالضوء من مصدر ليزر غير مرئي يعمل بالأشعة تحت الحمراء. وتقنية الفوتوفولتيك (اطلع على هذا المقال من كيف يعمل الخلايا الشمسية) تحتاج إلى اتصال مباشر بينها وبين مصدر الليزر وهذه التقنية تم التفكير فيها في المصاعد الفضائية كمصدر لنقل الطاقة الكهربية لهذه المصاعد. كيف تحول الانتينا أمواج الميكروويف إلى طاقة كهربية؟ تعتبر الانتينا عنصر مهم في تطبيقات نقل الطاقة اللاسلكية، وهذه الانتنا مصممة من دايود diode من مادة شبه موصلة semiconductor متراصة في شكل مصفوفة ولها قطبية موجبة وسالبة وتقوم بعملها على النحو التالي: (1) تصل أمواج الميكروويف والتي هي عبارة عن جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الانتينا القطبية. (2) تقوم الانتينا بتجميع طاقة الميكروويف وتحولها إلى الديودات diodes. (3) تقوم الديودات بعمل المفاتيح الكهربائية لتفتح وتغلق كبوابة تسمح للالكترونات بالحركة في اتجاه واحد فقط لتصل إلى دائرة كهربية. (4) توجه الدائرة الكهربية سيل الالكترونات إلى النظام الذي يحتاج إلى التيار الكهربي. <!--[if !vml]--><!--[endif]--> هذا الفيديو عبارة عن فيلم وثائقي مدته دقيقتين للتجربة الناجحة التي قامت بها علماء وكالة الأبحاث الفضائية ناسا ويظهر في الصورة شكل الانتينا المستخدمة في التقاط أمواج الراديو وهذا الفيلم بعنوان Liftport Energy 2.0 : Wireless Power Transmission test 1974 ومن الأفكار العملية لنقل الطاقة الكهربية لمسافات كبيرة الاقتراح الذي تقدم به العالم Diavid Criswell من جامعة هيوستن Houston University حيث يتضمن الاقتراح استخدام أمواج الميكروويف لنقل الكهرباء إلى الأرض من محطات توليد على سطح القمر. حيث تستقبل هذه الطاقة أجهزة استقبال خاصة تحتوي على أنتينا تحولها إلى تيار كهربي. <!--[if !vml]--><!--[endif]--> محطة على الأرض تستقبل الطاقة الصادرة من القمر عبر أمواج الميكروويف والخوض في تفاصيل هذا الاقتراح سوف يقودنا إلى الكثير من الصعوبات التي يجب أن تذلل وتحل فمثلا لاستقبال أمواج الميكروويف من مولدات على سطح القمر يتطلب وجود مستقبلات ضخمة على سطح الأرض لاستقبال هذه الأمواج بكفاءة عالية حيث تم التفكير في صنع أنتينا في صورة شبكات ضخمة لتسمح بمرور ضوء الشمس والأمطار وهذه الانتينات توفر مصدرا للطاقة محافظا للبيئية ولكن هناك الكثير من العقبات مثل الحاجة إلى وجود وحدة صيانة ومتابعة للمحطة الرئيسية على سطح القمر، كما أن المنطقة المستفيدة من هذه الطاقة الكهربية الصادرة من القمر هي تلك التي تقع على الخط الواصل بين القمر والأرض، أضف إلى ذلك مخاوف الناس من وجودهم في حيز من أمواج الميكروويف مما يجعلهم يرفضون استخدام هذه الفكرة كما يحدث عندما تقوم شركات الجوال بإقناع أهل المنطقة بأهمية وجود محطة تقوية لأجهزة الجوال. يمكنك عزيزي القارئ الاستفادة من هذا السمينار على موقع يوتيوب والذي يشرح فيه أخر الأبحاث في مجال نقل الطاقة الكهربية من الفضاء والمحاضرة بعنوان Electricity from Orbit: The case for R & D ويلقيها Marty Hoffert في 5-12-2007 مع العلم بان شركة جوجل قد رصدت مبلغ 100 مليون دولار لأبحاث الطاقة من الفضاء. |
|