plaatje - SVAT Astatine - Universiteit Twente

WiTricity - Wireless Electricity
Draadloze energieoverdracht
Het is je vast wel eens overkomen; je wilt ergens met
je laptop gaan zitten, maar je accu is bijna leeg en er
is nergens een contactdoos te bekennen. Of erger, je
bent bezig met een belangrijk document en opeens
valt je laptop uit. Zonder dat je het door had is de
accu leeg gegaan en ben jij je werk kwijt. Dit soort
scenario’s schreeuwt om een innovatie. Telefoons
konden draadloos gemaakt worden, netwerken
konden draadloos gemaakt worden, waarom kan onze
elektrische energievoorziening niet draadloos worden
gemaakt?
Het antwoord op deze vraag is eenvoudig: dit kan wel.
Sterker nog, al in 1891 publiceerde niemand minder dan
Nikola Tesla zijn “Experiments with alternate currents
of very high frequency and their application to methods
of artificial illumination”. Hierin beschrijft hij hoe hij
lampen kon laten oplichten door ze in een sterk, snel
veranderend elektrostatisch veld te brengen. Dit veld
creëerde hij door twee zinken platen op te hangen die
allebei aangesloten waren op een inductiespoel (figuur
1). In die tijd was het gebruikelijk om demonstraties
te geven van natuurkundige principes en hij verbaasde
menigeen met zijn “show”.
Figuur 1: Opstelling voor draadloze energie.
Tesla besloot om zijn vindingen te commercialiseren
en begon met het opschalen van zijn demonstratie.
Opvallend was dat het niet bij hem opkwam om de
elektromagnetische golven die hij genereerde te
gebruiken voor radiocommunicatie. In plaats daarvan
dacht hij maar aan twee dingen: verlichting en stroom.
Hij begon met het vervangen van een van de platen
met een grote cilinder, de andere plaat verving hij door
het circuit te aarden. De cilinder zette hij op zijn dak
(als een soort antenne). Hij ontdekte dat hij op deze
manier in staat was om golven door zijn laboratorium
te zenden en te ontvangen.
4
Pim Muilwijk
Een paar jaar later breidde hij zijn opstelling verder uit
door antennes aan ballonen te hangen en deze boven
zijn laboratorium te laten zweven.
Rond deze tijd zette hij een bedrijfje op om zijn lampen
aan de man te brengen, maar de zaken liepen niet al
te best. Dit gaf hem de tijd om nog eens na te denken
over hoe zijn systeem nou eigenlijk werkte.
Hij focuste zich op experimenten waarbij de zender
aangesloten was op een antenne en de aarde. Tesla was
een meester in gedachte-experimenten en hij stelde
het zich zo voor dat, wanneer er elektrische energie
door zijn zender stroomde, er twee dingen gebeurden;
elektromagnetische golven straalden uit de antenne
de lucht in en elektrische stroom stroomde de grond in.
Het was toen al bekend dat elektromagnetische golven
hetzelfde waren als lichtgolven en dat deze in rechte
lijnen bewogen. Tesla realiseerde zich dat, wanneer
de golven van zijn antenne recht en van de antenne
af bewogen, de energie van deze golven verloren ging.
Daarom focuste hij zich op de stroom die de grond in
ging. Hij vroeg zich af of het mogelijk zou zijn om met
een zender golven door de aarde naar een ontvanger te
sturen, om vervolgens elektromagnetische golven in de
lucht te gebruiken om het circuit te sluiten. Zijn denken
was op dit punt radicaal anders dan zijn tijdgenoten,
die in wezen een omgekeerde aanpak hanteerden.
Toen hij dit eenmaal besloten had, richtte hij zich vooral
op het minimaliseren van de elektromagnetische
straling die uit de antenne kwam. Hij ontdekte dat hij
een grote grondstroom kon creëren door een zeer grote
inductie en een zeer kleine capaciteit te gebruiken. Om
deze grote inductie te kunnen bereiken ontwierp hij
een nieuw soort spoel, waar hij het ene contactpunt
van aardde, terwijl hij het andere contactpunt in de
lucht liet hangen. Toen hij deze spoel aanzette onttrok
hij paarse stromen van elektriciteit uit de aarde. Tesla
dacht dat hij de elektrische energie van de aarde
aanboorde en concludeerde daaruit dat hij wellicht
elektrische energie kon verzenden door resonantie te
gebruiken. Om dit effect te benutten wilde hij elektrische
oscillaties de grond in pompen met dezelfde frequentie
als de resonantiefrequentie van de aarde (~7,8 Hz).
Tesla was er van overtuigd dat hij door middel van dit
systeem de hele wereld van energie kon voorzien.