การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายขั้นพื้นฐาน: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ประมาณหนึ่งร้อยปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ที่คลั่งไคล้ได้ก่อตั้งห้องปฏิบัติการขึ้นในโคโลราโดสปริงส์ก่อนเวลาของเขา เต็มไปด้วยเทคโนโลยีที่แปลกประหลาดที่สุด ตั้งแต่หม้อแปลงขนาดใหญ่ไปจนถึงเสาวิทยุ ไปจนถึงคอยล์ประกายไฟซึ่งสร้างสายฟ้าที่มีความยาวหลายสิบฟุต ห้องปฏิบัติการใช้เวลาหลายเดือนในการตั้งค่า ซึ่งแสดงถึงการลงทุนที่สำคัญ และได้รับทุนสนับสนุนจากชายคนหนึ่งซึ่งไม่เป็นที่รู้จักอย่างแน่นอนว่าเป็นผู้มั่งคั่งโดยเฉพาะ แต่จุดประสงค์ของสิ่งนั้นคืออะไร? ค่อนข้างง่าย นักวิทยาศาสตร์บ้าๆ คนนี้มุ่งที่จะพัฒนาวิธีการส่งกระแสไฟฟ้าโดยตรงผ่านอากาศ ผู้บุกเบิกกำลังจินตนาการถึงโลกที่เราไม่ต้องการสายไฟหลายหมื่นไมล์ ไม่จำเป็นต้องใช้ลวดทองแดงหลายล้านตัน และไม่จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าและมิเตอร์ไฟฟ้าราคาแพง

นักประดิษฐ์ชื่อดัง นิโคลา เทสลา เป็นคนที่มีความสามารถผลักดันวิทยาศาสตร์ของไฟฟ้าและแม่เหล็กให้ก้าวหน้าไปอีกหลายปี สิ่งประดิษฐ์ต่างๆ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ เครื่องจักรที่ควบคุมด้วยคลื่นวิทยุ และโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานที่ทันสมัย ล้วนสามารถสืบย้อนไปถึงเขาได้ แม้เขาจะมีอิทธิพลอย่างลึกซึ้ง แต่เทสลาไม่เคยประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการส่งพลังงานโดยไม่ต้องใช้สายไฟที่ห้องทดลองของเขาในโคโลราโด หรือถ้าเขาทำ มันก็ทำไม่ได้ หรือเขาแค่ขาดวิธีที่จะพัฒนามันจนเป็นผู้ใหญ่ อย่างน้อย มรดกที่สร้างสรรค์ของเขายังคงมีอยู่ และแม้ว่าเราอาจไม่ได้เป็นอิสระจากภาระของโครงข่ายไฟฟ้าขนาดใหญ่ในปัจจุบัน แต่เราก็มีเทคโนโลยีในการส่งกำลังไฟฟ้าในระยะทางสั้น ๆ โดยไม่ต้องใช้สายไฟ อันที่จริง เทคโนโลยีดังกล่าวหาได้ง่ายที่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใกล้บ้านคุณ

ในคำแนะนำนี้ เราจะออกแบบและสร้างอุปกรณ์ถ่ายโอนพลังงานไร้สายขนาดเล็กของเราเอง

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

ต้องใช้วัสดุค่อนข้างน้อยเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่เรียบง่ายนี้ มีการระบุไว้ด้านล่าง

1. หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ สามารถซื้อได้ที่ Wal-Mart, Dollar General หรือร้านฮาร์ดแวร์ในท้องถิ่นในราคาเพียงไม่กี่ดอลลาร์ ตัวใดตัวหนึ่งจะทำได้ แต่พยายามอย่างดีที่สุดที่จะเลือกแบบที่คุณสามารถเข้าถึงและถอดหลอดฟลูออเรสเซนต์ออกจากซ็อกเก็ตได้อย่างง่ายดาย

2. ลวดแม่เหล็กเคลือบอีนาเมล คุณจะต้องใช้ลวดหลายสิบฟุตสำหรับโครงการนี้ ยิ่งคุณมีมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น นอกจากนี้ ควรใช้ลวดที่บางกว่า เนื่องจากลวดที่บรรจุอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กมากขึ้นจะเท่ากับช่วงและประสิทธิภาพที่มากขึ้น ลวดที่ฉันเลือกที่นี่ไม่เหมาะ - ฉันอยากให้มันบางกว่านี้มาก - แต่นั่นคือทั้งหมดที่ฉันมีอยู่เมื่อฉันออกแบบโครงการนี้

3. ลวดทองแดงสำรอง ไม่จำเป็น แต่ช่วยได้มาก หากคุณมีคลิปจระเข้ (ควรมีสี่คลิป) คุณจะมีรูปร่างที่ดียิ่งขึ้น

4. LED LED ใด ๆ จะทำเคล็ดลับ แต่สำหรับแอปพลิเคชันนี้โดยทั่วไปแล้วความสว่างที่สว่างกว่านั้นดีกว่า สีไม่สำคัญ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์จ่ายให้นั้นมากเกินพอที่จะให้แสง LED สีใดก็ได้ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน

5. (ไม่ใช่ในรูป) - กระดาษทราย, แบตเตอรี่เซลล์ C หรือ D และไฟแช็ก สิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นต่อความสำเร็จของโครงการ แต่จะมีประโยชน์เมื่อคุณสร้างชิ้นส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์จ่ายไฟแบบไร้สาย

ขั้นตอนที่ 2: คอยล์หลัก

ในการเริ่มต้น ให้เริ่มต้นด้วยการนำส่วนของลวดแม่เหล็ก (ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ยี่สิบถึงห้าสิบฟุต ขึ้นอยู่กับความหนาของลวด) แล้วม้วนเป็นขดลวด นี่คือจุดที่แบตเตอรี่ C หรือ D มีประโยชน์ เนื่องจากคุณสามารถพันลวดรอบๆ ซ้ำๆ ได้ พยายามทำให้คอยล์ของคุณเรียบร้อยที่สุด นอกจากนี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณถอดฉนวนเคลือบที่ปลายแต่ละด้านของขดลวดออกจนหมดและทั่วถึง อาจต้องใช้ไฟแช็กเพื่อเผาฉนวนออก (ดังแสดงในรูปภาพ) รวมทั้งกระดาษทรายเพื่อขจัดออกให้หมด

เมื่อคุณทำขดลวดเสร็จแล้ว ให้ถอดแบตเตอรี่ออก (หรือทิ้งไว้บนสิ่งที่คุณพันไว้ ในกรณีของฉัน ฉันใช้หลอดที่เหลือจากโปรเจ็กต์ก่อนหน้านี้) แล้วมัดด้วยเทปหรือซิป สิ่งสุดท้ายที่คุณต้องการในกรณีนี้คือขดลวดที่คลายออกอย่างรวดเร็ว ถ้ามันคลี่คลาย มันจะพันกัน ผูกเป็นปม และอาจถึงกับใช้ไม่ได้ด้วยซ้ำ เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ให้จับปลายทั้งสองข้างที่ยื่นออกมาของลวดไว้กับขดลวดในขณะที่คุณยึดไว้

ขั้นตอนที่ 3: ขดลวดรอง

ขดลวดทุติยภูมิเช่นเดียวกับขดลวดปฐมภูมิสามารถเป็นเส้นลวดขนาดใดก็ได้ (ควรยาวกว่า 20 ฟุตอีกครั้ง) และไม่จำเป็นต้องเป็นชนิดหรือความหนาเท่ากัน อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับขดลวดปฐมภูมิ มันต้องทำจากลวดแม่เหล็กเคลือบอีนาเมล ฉนวนต้องถอดออกจากปลายแต่ละด้าน และควรมีขนาดและรูปร่างใกล้เคียงกับขดลวดแรกของคุณ

เมื่อคุณทำขดลวดทุติยภูมิเสร็จแล้ว ให้มัดมันและติดไฟ LED เข้ากับมัน นี่คือจุดที่ลวดสำรองและ/หรือคลิปจระเข้เริ่มมีประโยชน์ ฉันโชคดีที่มีขดลวดที่บางพอที่จะพันลวดไว้รอบๆ ตะกั่วของ LED ได้ แต่ถ้าขดลวดของฉันทำจากลวดที่หนากว่า (เหมือนลวดหลัก) จะเป็นการดีที่สุดที่จะติด นำไปโดยใช้ลวดทองแดงที่บางลงหรือคลิปหนีบ

ในตอนท้ายของวัน ไม่สำคัญว่าด้านใดของ LED จะติดอยู่กับตะกั่วของขดลวดใด ตราบใดที่ปลายทั้งสองของขดลวดเชื่อมต่อกับขั้วของหลอดไฟอย่างแน่นหนาและแน่นหนา

ขั้นตอนที่ 4: การเดินสายไฟทั้งหมด

หากคุณยังไม่ได้ดำเนินการดังกล่าว ให้ถอดหลอดฟลูออเรสเซนต์ออกจากไฟที่ใช้แบตเตอรี่และค้นหาขั้วที่ต่อกับหลอดไฟก่อนหน้านี้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ณ จุดนี้เพื่อปิดอุปกรณ์ กระแสไฟไม่แรงพอที่จะถึงตายได้ แต่อาจทำให้คุณช็อกได้มาก หากคุณสัมผัสสายไฟเปล่ากับขั้วทั้งสองพร้อมกัน

เมื่อคุณพบขั้วแล้ว ให้ต่อคอยล์หลักของคุณเข้ากับขั้วเหล่านั้น ต่อสายหนึ่งเข้ากับขั้วหนึ่ง และอีกสายหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีการเชื่อมต่อที่ปลอดภัย คลิปจระเข้สามารถทำงานได้อย่างมหัศจรรย์ที่นี่ แต่ถ้าคุณไม่มี (เช่นฉัน) คุณสามารถติดสลักเกลียวขนาดใหญ่เข้ากับขั้วหรือคุณสามารถแนบฟอยล์อลูมิเนียมที่ปลายม้วนของคุณแล้วติดไว้ ลงในการเชื่อมต่อ ไม่ว่าคุณจะทำสิ่งนี้อย่างไร เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อของคุณเสถียรและมั่นคง

เมื่อหันไปที่ขดลวดทุติยภูมิ คุณไม่จำเป็นต้องทำอะไรมากนอกจากต้องแน่ใจว่าได้เชื่อมต่อกับ LED อย่างแน่นหนาแล้ว

ขั้นตอนที่ 5: วงจรในการดำเนินการ

สิ่งที่เราต้องทำคือจุดไฟ! ตรวจสอบอีกครั้งว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดของคุณดีแล้ว ให้วางคอยล์ทุติยภูมิไว้บนคอยล์หลักแล้วพลิกสวิตช์เพื่อเปิด 'ไฟ' คุณควรเห็น LED ของคุณมีชีวิตขึ้นมา หากไม่สว่างขึ้น ให้ตรวจสอบการเชื่อมต่อของคุณอีกครั้ง นี่เป็นโครงการที่ค่อนข้างให้อภัย ดังนั้นจึงไม่น่าจะใช้เวลานานสำหรับคุณในการแก้ปัญหาที่ต้นเหตุของปัญหา

ขณะที่คุณทดลองกับวงจร คุณควรสังเกตว่าคุณสามารถยกขดลวดทุติยภูมิออกจากขดลวดปฐมภูมิได้ และไฟ LED จะยังสว่างอยู่ สิ่งนี้พิสูจน์ได้ว่าคุณกำลังถ่ายโอนพลังงาน 'แบบไร้สาย' ลองเลื่อนกระดาษ หนังสือ หรือวัตถุที่ไม่นำไฟฟ้าอื่นๆ ระหว่างขดลวดทั้งสองของคุณ ในกรณีส่วนใหญ่ (เว้นแต่คุณมีหนังสือที่หนามาก) ไฟ LED ควรติดสว่าง จากประสบการณ์ส่วนตัวของฉันเองกับงานสร้างอื่นๆ ของโปรเจ็กต์นี้ ฉันสามารถวางคอยล์ทุติยภูมิได้ไกลถึงหกถึงแปดนิ้วจากหลักหลัก และยังเห็นแสงจางๆ จาก LED อยู่

ขั้นตอนที่ 6: มันทำงานอย่างไร

โดยพื้นฐานแล้วอุปกรณ์นี้เป็นสิ่งที่เราเรียกว่าหม้อแปลงแกนอากาศ หม้อแปลงไฟฟ้าแบบธรรมดา (เช่น แบบที่เสาไฟฟ้า แบบที่พบในที่ชาร์จโทรศัพท์ เป็นต้น) ประกอบด้วยขดลวดตั้งแต่สองเส้นขึ้นไปพันรอบแผ่นเหล็ก เมื่อไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ถูกส่งผ่านขดลวดหนึ่ง มันจะสร้างสนามแม่เหล็กที่สลับอย่างรวดเร็วในเหล็ก ซึ่งจะเหนี่ยวนำกระแสในขดลวดที่สอง นี่เป็นหลักการเดียวกับที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงาน - สนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นเส้นลวด

อุปกรณ์ของเราทำงานในลักษณะที่คล้ายกันมาก (แม้ว่าจะแตกต่างกันเล็กน้อย) เมื่อปรากฏว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่ทำงานด้วยแบตเตอรี่ทุกดวงจะมีวงจรเล็ก ๆ อยู่ภายในซึ่งนำ DC แรงดันต่ำ (กระแสตรง) ออกจากแบตเตอรี่และเพิ่มเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามาก ที่ไหนสักแห่งในลำดับไม่กี่ร้อย โวลต์ หากปราศจากไฟฟ้าแรงสูงนี้ หลอดฟลูออเรสเซนต์ก็จะไม่สามารถทำงานได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่านี้ วงจรขับเคลื่อนด้วยแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ของเราจำเป็นต้องแปลงพลังงาน DC ที่คงที่จากแบตเตอรี่ให้เป็นรูปแบบอื่นของไฟฟ้าที่เรียกว่า DC แบบพัลซิ่ง กระแสตรงแบบพัลซิ่งทำหน้าที่เหมือนกับไฟฟ้ากระแสสลับในหม้อแปลง - ธรรมชาติ 'พัลส์' ของกระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กในเส้นลวดซึ่งจะยุบตัวและปฏิรูปหลายพันครั้งในแต่ละวินาที DC แบบเร้าใจนี้ช่วยให้หม้อแปลงขนาดเล็กที่ฝังอยู่ในวงจรสามารถเพิ่มกำลังไฟฟ้าจากหกหรือสิบสองโวลต์เป็นหลายร้อยได้ แต่เนื่องจากวิธีการทำงานของแหล่งจ่ายไฟ กระแสไฟฟ้าที่ขั้วจึง 'เต้นเป็นจังหวะ' ในอัตราหลายพันครั้งต่อวินาที โดยพื้นฐานแล้วเราสามารถพูดได้ว่าไฟฟ้าแรงสูงที่ออกมาจากอุปกรณ์นั้น 'หึ่ง'

เมื่อกระแสไฟตรงที่เป็นจังหวะนี้ถูกป้อนเข้าสู่ขดลวดหลักของเรา มันจะเปลี่ยนขดลวดให้เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งฉายสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เมื่อเรานำขดลวดทุติยภูมิเข้าใกล้ขดลวดปฐมภูมิ กระแสจะถูกสร้างขึ้นเนื่องจากสนามแม่เหล็กที่เต้นเป็นจังหวะ กระแสนี้ไหลผ่าน LED ทำให้สว่างขึ้น ยิ่งขดลวดทุติยภูมิอยู่ห่างจากขดลวดปฐมภูมิมากเท่าไร สนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมีผลกระทบน้อยลงเท่านั้น และกระแสไฟก็จะยิ่งน้อยลง ในทำนองเดียวกัน เอฟเฟกต์นี้สามารถ 'ตอบโต้' ได้โดยการเพิ่มลวดมากขึ้น ลวดที่มากขึ้นหมายถึงสนามแม่เหล็กที่มากขึ้นในขดลวดปฐมภูมิ และลวดที่มากขึ้นในขดลวดทุติยภูมิหมายความว่าสามารถจับสนามแม่เหล็กได้มากขึ้น

ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถเรียกโครงการของเราว่า 'หม้อแปลงแกนอากาศ' เนื่องจากเรากำลังสร้างอุปกรณ์ที่มีขดลวดสองอัน - ขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ - และทำงานจากสนามแม่เหล็กที่เต้นเป็นจังหวะ อย่างไรก็ตาม ต่างจากหม้อแปลงทั่วไปที่ใช้เหล็กในการ 'ส่ง' สนามแม่เหล็กจากขดลวดหนึ่งไปยังอีกขดลวดหนึ่ง หม้อแปลงของเราไม่มีสนามแม่เหล็ก ดังนั้นเราจึงกล่าวว่ามี 'แกนอากาศ' เพื่อสรุปสิ่งต่าง ๆ อุปกรณ์ขนาดเล็กและเรียบง่ายนี้เป็นเพียงการนำเทคโนโลยีที่เป็นเรื่องธรรมดาเหมือนเมฆบนท้องฟ้า

เพลิดเพลินกับอุปกรณ์ถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายของคุณ และขอขอบคุณที่อ่าน!