Andrē Marija Ampere 1820. gadā atklātie elektrisko strāvu mijiedarbības likumi lika pamatus turpmākai elektrības un magnētisma zinātnes attīstībai. 11 gadus vēlāk Maikls Faraday eksperimentāli konstatēja, ka mainīgs magnētiskais lauks, ko rada elektriskā strāva, var izraisīt elektrisko strāvu citā vadītājā. Tādējādi tika izveidots pirmais elektriskais transformators.
1864. gadā Džeimss Klerks Maksvels beidzot sistematizēja Faradeja eksperimentālos datus, piešķirot tiem precīzu matemātisko vienādojumu formu, pateicoties kuriem tika izveidots klasiskās elektrodinamikas pamats, jo šie vienādojumi aprakstīja elektromagnētiskā lauka attiecības ar elektriskajām strāvām un lādiņiem, un elektromagnētisko viļņu esamībai vajadzēja būt tā sekām.
1888. gadā Heinrihs Hercs eksperimentāli apstiprināja Maksvela prognozēto elektromagnētisko viļņu esamību. Viņa dzirksteles raidītājs ar Rumkorf spoles smalcinātāju varēja radīt elektromagnētiskos viļņus līdz 0,5 gigahercu, ko varēja uztvert vairāki uztvērēji, kas noregulēti rezonansē ar raidītāju.
Uztvērēji varēja atrasties attālumā līdz 3 metriem, un, kad raidītājā notika dzirkstele, uztvērējos parādījās dzirksteles. Tādējādi tika veikti pirmie eksperimenti elektriskās enerģijas bezvadu pārraidē, izmantojot elektromagnētiskos viļņus.
1891. gadā Nikola Tesla, pētot augstsprieguma un augstfrekvences maiņstrāvas, nonāca pie secinājuma, ka īpašiem mērķiem ir ārkārtīgi svarīgi izvēlēties gan raidītāja viļņa garumu, gan darba spriegumu, un tas nemaz nav nepieciešams, lai frekvence būtu pārāk augsta.
Zinātnieks atzīmē, ka zemākā frekvenču un spriegumu robeža, pie kuras viņam tajā laikā izdevās sasniegt labākos rezultātus, bija no 15 000 līdz 20 000 svārstībām sekundē ar 20 000 voltu potenciālu. Tesla saņēma augstas frekvences un augstsprieguma strāvu, piemērojot kondensatora oscilējošu izlādi (sk. Tesla transformatoru). Viņš ievēroja, ka šāda veida elektriskais raidītājs ir piemērots gan gaismas ražošanai, gan elektrības pārvadei, lai iegūtu gaismu.
Reklāmas video:
Laika posmā no 1891. līdz 1894. gadam zinātnieks atkārtoti demonstrēja bezvadu pārraidi un vakuuma lampu mirdzumu augstfrekvences elektrostatiskajā laukā, vienlaikus atzīmējot, ka elektrostatiskā lauka enerģiju absorbē lukturis, pārvēršoties gaismā, un elektromagnētiskā lauka enerģiju, ko izmanto elektromagnētiskajai indukcijai, lai iegūtu līdzīgu rezultāts lielākoties tiek atspoguļots, un tikai neliela tā daļa tiek pārveidota gaismā.
Pat izmantojot rezonansi, kad to pārraida, izmantojot elektromagnētisko viļņu, ievērojamu daudzumu elektriskās enerģijas nevar pārraidīt, apgalvoja zinātnieks. Viņa mērķis šajā darba periodā bija bezvadu režīmā pārsūtīt lielu daudzumu elektriskās enerģijas.
Līdz 1897. gadam paralēli Tesla darbam elektromagnētisko viļņu pētījumus veica Jagdišs Boče Indijā, Aleksandrs Popovs Krievijā un Guglielmo Markoni Itālijā.
Pēc Tesla publiskajām lekcijām Jagdišs Bočs runāja 1894. gada novembrī Kalkutā, demonstrējot bezvadu elektrības pārraidi, kur aizdedzināja šaujampulveri, pārraidot elektrisko enerģiju no attāluma.
Pēc Bočes, proti, 1895. gada 25. aprīlī, Aleksandrs Popovs, izmantojot Morzes kodu, pārsūtīja pirmo radioziņu, un šo datumu (7. maijs, jauns stils) tagad Krievijā katru gadu svin kā “Radio dienu”.
1896. gadā, kad Markoni ieradās Lielbritānijā, viņš nodemonstrēja savu aparātu, izmantojot Morzes kodu ar signālu 1,5 kilometru attālumā no Londonas pasta nodaļas jumta uz citu ēku. Pēc tam viņš uzlaboja savu izgudrojumu un jau 3 kilometru attālumā spēja pārraidīt signālu gar Solsberi līdzenumu.
Tesla 1896. gadā veiksmīgi pārraida un saņem signālus aptuveni 48 kilometru attālumā starp raidītāju un uztvērēju. Tomēr nevienam no pētniekiem nav izdevies pārsūtīt ievērojamu daudzumu elektriskās enerģijas lielā attālumā.
Eksperimentējot Kolorado Springsā, 1899. gadā Tesla rakstīja: "Indukcijas metodes neatbilstība ir milzīga, salīdzinot ar metodi, kas aizrauj zemes un gaisa lādiņu." Šis būs zinātnieka pētījumu sākums, kura mērķis ir elektrības pārvadīšana lielos attālumos, neizmantojot vadus. 1900. gada janvārī Tesla savā dienasgrāmatā veiks piezīmi par veiksmīgu enerģijas pārnešanu uz spoli, kuru “veica laukā”, no kuras darbināja lampu.
Un visnozīmīgākie zinātnieka panākumi būs Wardencliffe torņa atklāšana Longailendā 1903. gada 15. jūnijā, kas paredzēts elektriskās enerģijas pārvadīšanai ievērojamā attālumā lielos apjomos bez vadiem. Resonējošā transformatora iezemētajam sekundārajam tinumam, kas papildināts ar vara sfērisku kupolu, bija jāizraisa zemes lādiņš un vadošie gaisa slāņi, lai tie kļūtu par lielās rezonanses ķēdes elementu.
Tātad zinātniekam izdevās jaudēt 200 50 vatu lampas aptuveni 40 kilometru attālumā no raidītāja. Tomēr, balstoties uz ekonomisko iespējamību, finansējumu projektam pārtrauca Morgans, kurš jau no paša sākuma projektā ieguldīja naudu, lai iegūtu bezvadu sakarus, un bezmaksas enerģijas nodošana rūpnieciskā mērogā no attāluma, kā uzņēmējam, to kategoriski neapmierināja. 1917. gadā tika iznīcināts tornis, kas paredzēts bezvadu elektroenerģijas pārvadei.
Plašāk par Nikola Tesla eksperimentiem lasiet šeit: Nikola Tesla rezonanses metode elektriskās enerģijas bezvadu pārvadei.
Daudz vēlāk, no 1961. līdz 1964. gadam, mikroviļņu elektronikas eksperts Viljams Brauns eksperimentēja ASV ar ceļiem enerģijas pārvadei ar mikroviļņu staru palīdzību.
1964. gadā viņš pirmo reizi pārbaudīja ierīci (helikoptera modeli), kas spēj uztvert un izmantot mikroviļņu staru enerģiju tiešās strāvas veidā, pateicoties antenas blokam, kas sastāv no pusviļņu dipoliem, no kuriem katrs tiek ielādēts uz ļoti efektīvām Schottky diodēm. Jau līdz 1976. gadam Viljams Brauns ar mikroviļņu staru kūļa palīdzību 1,6 km attālumā bija nodevis 30 kW jaudas ar efektivitāti, kas pārsniedz 80%.
2007. gadā Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta pētniecības grupai, kuru vadīja profesore Marina Solohičica, izdevās bezvadu pārraidīt enerģiju 2 metru attālumā. Pārraidītā jauda bija pietiekama, lai darbinātu 60 vatu spuldzi.
Viņu tehnoloģija (saukta par WiTricity) ir balstīta uz elektromagnētiskās rezonanses fenomenu. Raidītājs un uztvērējs ir divas vara spirāles ar diametru 60 cm, katrs rezonējot vienā un tajā pašā frekvencē. Raidītājs ir savienots ar enerģijas avotu, un uztvērējs ir savienots ar kvēlspuldzi. Cilpas ir noregulētas līdz 10 MHz. Uztvērējs šajā gadījumā saņem tikai 40-45% no pārraidītās elektroenerģijas.
Aptuveni tajā pašā laikā Intel demonstrēja līdzīgu bezvadu enerģijas pārvades tehnoloģiju.
Ķīniešu sadzīves tehnikas ražotājs Haier Group 2010. gadā atklāja savu unikālo produktu CES 2010, pilnībā bezvadu LCD televizoru, kura pamatā ir šī tehnoloģija.
Andrejs Povnijs