La ley de la interacción de las corrientes eléctricas descubierta por André Marie Ampere en 1820 sentó las bases para un mayor desarrollo de la ciencia de la electricidad y el magnetismo. 11 años después, Michael Faraday estableció experimentalmente que un campo magnético cambiante generado por una corriente eléctrica puede inducir una corriente eléctrica en otro conductor. Así fue como se creó el primer transformador eléctrico.
En 1864, James Clerk Maxwell finalmente sistematizó los datos experimentales de Faraday, dándoles la forma de ecuaciones matemáticas exactas, gracias a lo cual se creó la base de la electrodinámica clásica, pues estas ecuaciones describían la relación del campo electromagnético con las corrientes y cargas eléctricas, y la existencia de ondas electromagnéticas debería haber sido consecuencia de ello.
En 1888, Heinrich Hertz confirmó experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas predichas por Maxwell. Su transmisor de chispa con un helicóptero de bobina Rumkorf podría producir ondas electromagnéticas de hasta 0,5 gigahercios, que podrían ser recibidas por múltiples receptores sintonizados en resonancia con el transmisor.
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Los receptores podían ubicarse a una distancia de hasta 3 metros, y cuando ocurría una chispa en el transmisor, aparecían chispas en los receptores. Así se llevaron a cabo los primeros experimentos sobre la transmisión inalámbrica de energía eléctrica mediante ondas electromagnéticas.
En 1891, Nikola Tesla, estudiando las corrientes alternas de alto voltaje y alta frecuencia, llegó a la conclusión de que es extremadamente importante para propósitos específicos seleccionar tanto la longitud de onda como el voltaje de operación del transmisor, y no es en absoluto necesario hacer que la frecuencia sea demasiado alta.
El científico señala que el límite inferior de frecuencias y voltajes en el que logró lograr los mejores resultados en ese momento fue de 15.000 a 20.000 oscilaciones por segundo a un potencial de 20.000 voltios. Tesla recibió una corriente de alta frecuencia y alto voltaje al aplicar una descarga oscilatoria de un capacitor (ver - Transformador de Tesla). Observó que este tipo de transmisor eléctrico es adecuado tanto para la producción de luz como para la transmisión de electricidad para producir luz.
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En el período de 1891 a 1894, el científico demostró repetidamente la transmisión inalámbrica y el brillo de los tubos de vacío en un campo electrostático de alta frecuencia, al tiempo que notó que la energía del campo electrostático es absorbida por la lámpara, convertida en luz, y la energía del campo electromagnético se usa para la inducción electromagnética para obtener un efecto similar. el resultado se refleja principalmente y solo una pequeña fracción se convierte en luz.
Incluso usando resonancia cuando se transmite mediante una onda electromagnética, no se puede transmitir una cantidad significativa de energía eléctrica, argumentó el científico. Su objetivo durante este período de trabajo fue transmitir una gran cantidad de energía eléctrica de forma inalámbrica.
Hasta 1897, en paralelo con el trabajo de Tesla, Jagdish Boche en India, Alexander Popov en Rusia y Guglielmo Marconi en Italia llevaron a cabo estudios de ondas electromagnéticas.
Tras las conferencias públicas de Tesla, Jagdish Boche habló en noviembre de 1894 en Calcuta con una demostración de la transmisión inalámbrica de electricidad, donde encendió pólvora, transmitiendo energía eléctrica a distancia.
Después de Boche, concretamente el 25 de abril de 1895, Alexander Popov, utilizando código Morse, transmitió el primer mensaje de radio, y esta fecha (7 de mayo, nuevo estilo) ahora se celebra anualmente en Rusia como "Día de la Radio".
En 1896, cuando Marconi llegó a Gran Bretaña, hizo una demostración de su aparato transmitiendo una señal en código Morse a una distancia de 1,5 kilómetros desde el techo de la oficina de correos de Londres hasta otro edificio. Después de eso, mejoró su invento y pudo transmitir una señal a lo largo de la llanura de Salisbury ya a una distancia de 3 kilómetros.
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Tesla en 1896 transmite y recibe con éxito señales a una distancia de unos 48 kilómetros entre el transmisor y el receptor. Sin embargo, ninguno de los investigadores ha logrado transmitir una cantidad significativa de energía eléctrica a larga distancia.
Experimentando en Colorado Springs, en 1899, Tesla escribió: "La inconsistencia del método de inducción es enorme en comparación con el método de excitación de la carga de tierra y aire". Este será el comienzo de la investigación del científico destinada a transmitir electricidad a largas distancias sin utilizar cables. En enero de 1900, Tesla tomará nota en su diario sobre la transferencia exitosa de energía a una bobina "llevada a cabo en el campo" desde la que se alimentó la lámpara.
Y el éxito más ambicioso del científico será el lanzamiento el 15 de junio de 1903 de la Torre Wardencliffe en Long Island, diseñada para transmitir energía eléctrica a distancias considerables en grandes cantidades sin cables. El devanado secundario conectado a tierra del transformador resonante, coronado con una cúpula esférica de cobre, tenía que excitar la carga de tierra y las capas conductoras de aire para convertirse en un elemento del gran circuito resonante.
Así que el científico logró alimentar 200 lámparas de 50 vatios a una distancia de unos 40 kilómetros del transmisor. Sin embargo, en base a la viabilidad económica, la financiación del proyecto fue interrumpida por Morgan, quien desde el principio invirtió dinero en el proyecto para conseguir comunicación inalámbrica, y la transferencia de energía gratuita a escala industrial a distancia, como empresario, categóricamente no estaba satisfecho con ello. En 1917, la torre, diseñada para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica, fue destruida.
Lea más sobre los experimentos de Nikola Tesla aquí: Método resonante de transmisión inalámbrica de energía eléctrica de Nikola Tesla.
Mucho más tarde, en el período de 1961 a 1964, un experto en el campo de la electrónica de microondas, William Brown, experimentó en los Estados Unidos con caminos para la transmisión de energía por un haz de microondas.
En 1964, probó por primera vez un dispositivo (modelo de helicóptero) capaz de recibir y utilizar la energía de un haz de microondas en forma de corriente continua, gracias a una matriz de antenas que consta de dipolos de media onda, cada uno de los cuales se carga en diodos Schottky de alta eficiencia. Ya en 1976, William Brown había transferido 30 kW de potencia mediante un haz de microondas a una distancia de 1,6 km con una eficiencia superior al 80%.
En 2007, un grupo de investigación del Instituto de Tecnología de Massachusetts dirigido por la profesora Marina Solyachich pudo transmitir energía de forma inalámbrica a una distancia de 2 metros. La potencia transmitida fue suficiente para alimentar una bombilla de 60 vatios.
Su tecnología (llamada WiTricity) se basa en el fenómeno de la resonancia electromagnética. El transmisor y el receptor son dos bobinas de cobre con un diámetro de 60 cm cada una resonando a la misma frecuencia. El transmisor está conectado a una fuente de energía y el receptor está conectado a una lámpara incandescente. Los bucles están sintonizados a 10 MHz. El receptor en este caso recibe solo el 40-45% de la electricidad transmitida.
Casi al mismo tiempo, Intel demostró una tecnología de transmisión de energía inalámbrica similar.
En 2010, Haier Group, un fabricante chino de electrodomésticos, presentó su producto único en CES 2010, un televisor LCD totalmente inalámbrico basado en esta tecnología.
Andrey Povny
